纳米材料特性及其在环境保护领域的应用
纳米技术在环境保护中的应用
纳米技术在环境保护中的应用随着世界各国经济的不断发展，环境污染已经成为了一个全球性的难题。
而纳米技术作为一种非常前沿的技术，在环境保护领域的应用也越来越受到大家的关注。
本文将从以下几个方面，探讨一下纳米技术在环境保护中的应用。
一、纳米技术在水污染处理方面的应用。
近年来，水污染已经成为了一个全球性的难题。
而在水污染处理方面，纳米技术也发挥了重要的作用。
例如，纳米铁和氢氧化铁可以用于处理水中的重金属离子和溶解性有机物质。
此外，还可以利用纳米铜来消除水中的细菌等有机物，如：芳香族化合物、多环芳烃等。
纳米技术不仅可以分解污染物，也可以促使某些污染物质在水中的沉淀，使得水可以进行有效地净化。
二、纳米技术在空气污染治理方面的应用。
除了水污染之外，空气污染也是一个很严重的问题。
有了纳米技术的应用，空气中的臭氧、微小颗粒和各种有害物质可以被有效地过滤和清除。
例如，纳米过滤器可以用于捕捉二氧化碳和其他大气污染物，如氨气、硫化氢和甲醛等。
此外，使用纳米材料也可以有效地过滤风扇、空气净化器等装置中的空气，这些装置也可以很快地清洁空气中的污染物。
三、纳米技术在土壤污染治理方面的应用。
在某些行业，土壤被化学物质污染的情况也经常出现。
利用纳米技术，我们可以更好的解决这种情况。
纳米汞、纳米铜和纳米铝等纳米材料可以用于去除土壤中的化学污染物。
另外，还可以使用纳米微粒子和纳米多孔材料来吸收和降低某些化学物质的超敏性和毒性。
四、纳米技术在噪音治理方面的应用。
随着工业、交通等城市化过程的加速，噪音污染也成为了一个较普遍的环境问题。
为了减少噪音污染，利用纳米技术可以制造出隔音性能更好的材料来降低声音。
还可以造出降噪耳机、降噪门等装置，极大的提高了人们的生活质量。
总结：纳米技术在环境保护领域中的应用已经展现出了非常强大的潜力。
随着纳米技术的发展，纳米材料也会有越来越多的应用在环境净化过程中。
虽然目前纳米技术在环境保护领域中的应用还有一些难以解决的问题，但是相信随着纳米技术不断的进步，环境污染的问题一定会逐渐变得不那么棘手。
纳米科技在环境保护中的应用案例解析
纳米科技在环境保护中的应用案例解析随着现代工业的发展和人类活动的日益增多，环境问题已经成为全球范围内面临的一大挑战。
为了解决环境问题并实现可持续发展，科学家们不断探索新的技术和方法。
其中，纳米科技作为一种新兴的领域，正在为环境保护提供许多创新的解决方案。
本文将通过分析几个纳米科技在环境保护中的应用案例，详细介绍纳米科技在环境领域的重要作用。
首先，纳米材料在水体净化中的应用案例是纳米科技在环境保护中的一个重要方面。
地下水和河流是人们日常生活以及工业生产中的重要水源。
然而，由于人类活动和工业废水的排放，水体污染已经成为一个严重问题。
通过使用纳米材料，可以有效地去除水体中的有害物质。
例如，纳米铁颗粒在水中广泛应用于去除重金属离子和有机污染物。
纳米铁颗粒具有较大的比表面积，可以与污染物发生强烈的化学反应，将其转化为无害物质。
此外，纳米碳材料也被发现可以吸附和分解水中的有机物质，如有机溶剂和农药残留。
这些纳米材料在水体净化中的应用有效地解决了水污染问题，提高了水质的安全性。
纳米科技还在空气净化领域发挥着重要作用。
空气污染不仅对人类健康有害，还会对大气环境和生态系统造成严重影响。
纳米材料的独特性质使其成为一种理想的净化材料。
以纳米二氧化钛为例，它可以通过光催化作用将空气中的有害气体转化为无害物质。
在太阳光照射下，纳米二氧化钛会激发电子并形成活性氧物种，这些物种可以氧化和降解有害气体，如二氧化硫和氮氧化物。
此外，纳米材料可用于制造高效的过滤器，过滤并去除空气中的颗粒物，如尘埃、烟雾和细菌等。
这些纳米技术应用案例为空气净化提供了创新的解决方案，并促进了空气质量的改善。
此外，纳米科技还在土壤修复和固体废物处理中发挥着重要的作用。
污染土壤是环境保护中另一个亟需解决的问题。
通过纳米材料的运用，可以有效地降解土壤中的有毒物质。
例如，纳米零价铁颗粒可以降解土壤中的有机污染物，如挥发性有机化合物和石油烃类。
纳米银颗粒也被用于杀灭土壤中的细菌和微生物，从而净化土壤并降低病原体的传播风险。
纳米科技在环境保护中的使用技巧
纳米科技在环境保护中的使用技巧近年来，环境问题对人类的生存和发展造成了严重的威胁。
传统的环境保护方法在某些情况下无法达到预期的效果，因此，寻找新的技术手段来解决环境问题变得尤为重要。
纳米科技作为一项新兴的技术领域，具有广阔的应用前景。
它不仅在能源、材料等领域具有巨大的潜力，同时也在环境保护中发挥着越来越重要的作用。
纳米科技在环境保护中的使用技巧主要涵盖了以下方面：1.环境污染治理纳米材料因其独特的物理、化学性质，被广泛应用于环境污染治理中。
其中最重要的应用之一是纳米材料在污水处理方面的应用。
纳米材料能够高效地去除水中的有害物质，如重金属离子、有机物等。
此外，纳米材料还可用于气体污染的治理，如使用纳米催化剂将有害气体转化为无害物质。
这些纳米材料的应用大大提高了污染物去除的效果，减少了污染对环境和人类健康带来的影响。
2.环境监测与修复纳米科技在环境监测和修复方面也发挥着重要的作用。
通过制备纳米传感器，可以快速、准确地检测环境中的有害物质。
纳米材料的高表面积和特殊的光学、电学性质使得传感器的灵敏度和选择性大大提高。
此外，纳米材料还可用于环境中的物质迁移与转化的监测和研究。
在环境修复方面，纳米材料常被用作吸附剂，能够高效地吸附、分离和回收污染物，达到环境修复的目的。
3.新能源开发纳米科技在新能源开发方面具有重要的应用价值。
纳米材料的特殊性质使得其在太阳能电池、燃料电池等能源技术中得到广泛应用。
通过将纳米材料嵌入到太阳能电池的光吸收层中，可以大大提高光电转换效率。
此外，纳米材料还可用于储能技术的改进，提高电池的容量和使用寿命。
4.资源回收利用纳米科技为资源的回收利用提供了新的技术途径。
纳米材料的特殊结构和性质使得其能够高效地吸附和分离废水和废气中的有价值物质。
通过纳米材料的吸附和分离作用，可以有效地回收废水中的有用物质，并将废气中的有害物质转化为可再利用的资源。
这种资源的回收利用不仅可以减少对自然资源的开采，还能减少对环境的破坏。
纳米材料在能源和环保领域中的应用前景
纳米材料在能源和环保领域中的应用前景随着人们对环境和可持续发展问题的关注度不断提升，能源和环保领域的技术革新也越来越迫切。
纳米材料，作为一种尺寸在纳米级别的材料，拥有许多独特优异的性质，因此在能源和环保领域中得到了广泛应用。
本文将探讨纳米材料在能源和环保领域中的应用前景。
一、能源1. 太阳能电池太阳能电池是一种将光转化为电能的设备。
利用纳米材料制造的太阳能电池，可以充分利用材料的光吸收效率和表面积，从而提高太阳能电池的效率和稳定性。
纳米结构和材料可以有效地延长载流子寿命，降低电子复合速率，从而提高太阳能电池的转化效率。
利用纳米结构的材料，可以设计出更加高效的多重量子阱和钙钛矿太阳能电池，提高光电转换效率和稳定性。
2. 储能材料目前，储能材料主要有锂离子电池、超级电容器和燃料电池等。
纳米材料作为储能材料的一种，可以提高电极材料的比表面积，从而增强电极的电容量和存储能力。
纳米材料还能够提高电极的导电性和电离能力，从而提高电荷传输速率和储能效率。
许多纳米结构的电极材料已经得到了广泛研究，包括纳米二氧化钛、纳米硅和纳米氧化铝等。
3. 燃料电池燃料电池是一种将燃料转化为电能的设备。
利用纳米材料制造的燃料电池，可以提高电极材料的催化活性、导电性和稳定性。
纳米结构和材料可以提高电极材料的比表面积和活性位点密度，从而提高催化反应的效率和速率。
目前，许多纳米材料已经被成功地应用于燃料电池中，包括纳米白金、纳米金、纳米碳等。
二、环保1. 处理水污染纳米材料在处理水污染中有着独特的优势。
纳米材料具有较大的表面积和独特的表面性质，可以吸附水中的有机污染物、重金属离子、微生物和其他污染物质。
利用在水中的纳米粒子的分散效应，纳米材料还可以通过光催化和电催化降解污染物质。
此外，纳米材料还可以用于制造高精度的传感器，用于检测水中的污染物质。
2. 空气净化纳米材料同样可以用于空气净化。
利用纳米材料的表面增大、触媒活性等性质，可以有效去除空气中的有害物质。
纳米技术在环保中的作用
纳米技术在环保中的作用纳米技术在环保中的作用纳米技术是一种能够在纳米尺度（一亿分之一毫米）上操作和控制物质的科学和技术。
它能够改变物质的性质和行为，因此在环保领域发挥着重要的作用。
下面将从净化水源、空气污染治理和可再生能源等方面详细介绍纳米技术在环保中的应用。
首先，纳米技术在净化水源方面有着广泛的应用。
通过纳米材料的特殊性质和表面效应，可以有效去除水中的重金属离子、有机物和微生物等污染物。
例如，纳米颗粒可以用于吸附和去除水中的有害物质，如铅、汞等重金属离子。
此外，纳米技术还能够制备高效的纳米滤膜，可以过滤掉水中的微小颗粒和细菌。
通过纳米技术的应用，可以提高水源的净化效果，保护人类健康和水资源的可持续利用。
其次，纳米技术在空气污染治理方面也具有重要意义。
纳米材料因其高比表面积和特殊光电性能，能够用于捕捉和分解空气中的有害气体和颗粒物。
例如，纳米颗粒可以作为催化剂，促进气体的光催化分解，从而降低有害气体的浓度。
此外，纳米材料还可以制备高效的过滤器，用于捕捉和去除空气中的微小颗粒物。
通过纳米技术的应用，可以改善空气质量，减少空气污染对人类健康的影响。
最后，纳米技术在可再生能源领域也具有潜力。
传统能源的使用对环境造成了很大的压力，而可再生能源被认为是可持续发展的重要方向。
纳米技术可以用于改善可再生能源的转换效率和储存能力。
例如，纳米材料可以增强太阳能电池的光吸收和电荷分离效率，提高光伏发电的效率。
此外，纳米材料还可以用于制备高效的储能材料，提高电池和超级电容器的储能密度和循环寿命。
通过纳米技术的应用，可以促进可再生能源的广泛应用，减少对传统能源的依赖，实现清洁能源的可持续利用。
综上所述，纳米技术在环保中发挥着重要的作用。
通过纳米技术的应用，可以提高水源的净化效果，改善空气质量，促进可再生能源的发展。
随着纳米技术的不断发展和创新，相信它在环境保护领域的作用将会越来越重要。
纳米科技在环境保护中的实际应用方法
纳米科技在环境保护中的实际应用方法在当今世界，环境污染问题日益加重，给人们的生活和社会经济发展带来了严重的影响。
因此，寻找一种高效、可持续的环境保护方法变得尤为重要。
纳米科技作为一种新兴的科技领域，被广泛应用于环境保护中，为我们提供了有力的解决方案。
本文将介绍纳米科技在环境保护中的实际应用方法，并探讨其应用带来的益处和潜在挑战。
纳米科技是一门研究材料在纳米尺度下行为和性质的学科。
纳米材料具有许多独特的性质，例如高比表面积、巨大的反应活性以及特殊的光学、热学和电学性质。
这些独特的性质使得纳米材料成为环境保护的有力工具。
首先，纳米材料在水处理中的应用已经得到了广泛关注。
纳米颗粒可以通过吸附、离子交换和化学反应等方式去除水中的有害物质，如重金属离子、有机污染物和微生物。
纳米颗粒的高比表面积和独特的表面化学性质使得其对水中污染物的吸附能力大大增强。
此外，纳米材料还可以作为光催化剂，利用光能分解水中的有机物质和杀灭微生物。
这些纳米材料还可以通过脱盐、超滤和反渗透等方法用于海水淡化和废水处理，解决水资源短缺和水污染问题。
其次，纳米材料在大气污染控制中也发挥了重要作用。
纳米颗粒可以用于气溶胶过滤、颗粒物捕集和烟气脱硫脱氮等领域。
纳米材料的高比表面积和多孔结构使其对颗粒物具有高效的捕集能力，能够减少空气中的细颗粒物浓度。
此外，纳米材料还可以作为催化剂，在低温下催化汽车尾气中的有害气体转化为无害物质。
纳米材料在大气污染控制中的应用不仅可以改善空气质量，还有助于减少温室气体排放和气候变化。
另外，纳米材料在土壤修复和污染防治中也发挥了重要作用。
土壤污染是一个严重的环境问题，对农业生产和生态平衡造成了威胁。
纳米材料可以通过改变土壤物理、化学和生物性质来修复受污染的土壤。
例如，纳米颗粒可以吸附和稳定土壤中的污染物，如重金属和有机污染物。
此外，纳米材料还可以通过提供养分和改善土壤结构来促进植物生长和生态恢复。
纳米科技在土壤修复中的应用有助于改善土壤质量，保护生态环境。
纳米科技在环境保护中的应用方法
纳米科技在环境保护中的应用方法引言：随着人类经济和科技的迅速发展，环境污染逐渐成为全球关注的焦点。
为了应对环境问题，科技界不断探索新的解决方案。
纳米科技作为一项新兴技术，正在发挥重要作用。
本文将介绍纳米科技在环境保护中的应用方法，并讨论其潜在的希望和挑战。
一、纳米材料在水污染治理中的应用1. 污水处理：纳米材料具有较大的比表面积和丰富的反应性，可用于去除水中有害物质。
例如，纳米纤维材料和纳米氧化铁可被用于吸附和去除重金属离子，而纳米二氧化钛则可用于光催化降解有机污染物。
此外，纳米复合材料也被用于吸附、催化和分解水中的有机和无机物质。
2. 水污染监测：利用纳米材料的特殊性能，如高敏感度和选择性，可以开发出基于纳米传感器的水污染监测技术。
这些传感器可以实时监测水质，检测环境中的污染物种类和浓度，从而帮助制定有效的治理策略。
3. 水资源净化：纳米材料还可以应用于海水淡化和水资源净化领域。
纳米滤膜和纳米复合材料能够有效去除水中的盐分和杂质，提高水资源利用效率。
二、纳米材料在空气污染治理中的应用1. 空气净化：通过利用纳米材料的催化性能和特殊结构，可以开发高效的纳米催化器和纳米过滤器，用于去除空气中的有害气体和颗粒物。
例如，纳米银和纳米二氧化钛可用于空气中氮氧化物的催化脱除，而纳米多孔材料和纳米纤维材料则可用于捕捉和去除细颗粒物。
2. 空气监测：利用纳米传感技术，可以开发出基于纳米传感器的空气污染监测装置。
这些装置可以实时监测空气中的污染物浓度和种类，并提供准确的数据用于环境管理和决策制定。
3. 智能材料：纳米材料的独特属性使其能够应用于智能材料的制备。
例如，利用纳米德氧化物、纳米碳管和纳米陶瓷等材料的特性，可以制备具有自净和自修复能力的建筑材料，有效降低空气污染对建筑物的影响。
三、纳米技术在固体废物处理中的应用1. 垃圾处理：纳米技术可用于改善垃圾处理效率。
纳米复合材料和纳米催化剂可被用于废物的分解、降解和转化，将有害物质转化为无害物质，减少固体废物对环境的影响。
纳米技术在环境保护领域的应用
纳米技术在环境保护领域的应用纳米技术是指对一种或多种物质进行精确操控和控制，制造具有特殊功能的纳米材料，以实现人类各个领域的发展和创新。
在环境保护方面，纳米技术无疑将带来革命性的进展和突破。
本文将探讨纳米技术在环境保护领域的应用。
一、纳米化改性处理污染物纳米化改性是指将普通材料经过纳米尺度的处理，让其表面形态和性质发生改变，从而得到更好的使用效果。
纳米化改性技术可应用于污染物处理领域，例如：利用纳米材料吸附、吸附与催化、膜分离、化学氧化/还原等各种方式处理污染物。
其中，纳米吸附材料的研究应用最为广泛。
例如，氧化铁磁性纳米材料是一个高效的吸附剂，能够对各种环境污染物（如重金属、有机污染物、药品、染料等）高效吸附。
二、纳米光催化技术纳米光催化技术是通过光催化剂在光照的作用下，在反应上发挥催化作用的一种技术，被广泛应用于环境保护中。
光催化剂具有体积小、表面积大、容易扩散、反应速度快的特点，能够对环境污染物进行降解或转化。
纳米光催化技术在有机污染物的降解、光解、水解等领域都有广泛应用，例如：采用纳米TiO2光催化剂进行光催化降解罗丹明B等有机染料，可使其降解率达到99%以上。
三、环境监测纳米技术在环境监测领域的应用也是非常广泛的，例如，利用纳米技术制备的高灵敏度传感器，可以检测水中重金属、有机污染物等物质。
此外，纳米技术也可以被应用于污染源的快速识别和环境污染物的追溯。
四、纳米光电催化技术纳米光电催化技术是将纳米材料与光电材料有机结合，形成光电半导体，实现可见光催化反应，并将污染物降解转化为无害物质的一种环保技术。
纳米光电催化技术具有稳定性高、效率高等特点，被广泛地应用于水和空气环保领域，例如，纳米光电催化技术能够高效地降解水中的有机物和空气中的有机物。
五、暴露和风险评估随着纳米技术广泛应用，也需要加强对环境中纳米颗粒的暴露和风险评估。
纳米颗粒具有特殊物化性质和生物相互作用，具有带来潜在风险的可能，例如，纳米颗粒在吸附有机物质的过程中会对生态系统造成不利影响。
纳米科技在环境保护中的应用案例与示范工程介绍
纳米科技在环境保护中的应用案例与示范工程介绍引言：随着人口的增加和工业化的发展，环境问题日益突出。
污染物的排放和资源的浪费给地球环境带来了严重的威胁。
为了解决这些问题，纳米科技应运而生。
借助纳米尺度下独特的性质和效应，纳米科技为环境保护提供了新的解决方案。
本文将介绍一些纳米科技在环境保护中的应用案例，并重点介绍几个示范工程。
一、纳米材料在水处理中的应用案例1. 纳米铁颗粒在地下水污染修复中的应用纳米铁颗粒作为一种强氧化剂和还原剂，可以在地下水中有效降解有机污染物。
研究表明，在纳米铁颗粒的作用下，污染物可以被迅速分解为无害的物质，从而恢复地下水的水质。
这种方法在地下水污染修复领域已经得到了广泛的应用。
2. 纳米复合材料在污水处理中的应用纳米复合材料可以利用其高比表面积和特殊结构的优势，有效地吸附和去除污水中的有害物质。
例如，一些金属氧化物纳米颗粒和活性炭纳米复合材料被广泛应用于废水处理中，能够高效去除有机和无机污染物。
二、纳米材料在空气净化中的应用案例1. 纳米颗粒在空气净化中的应用纳米颗粒因其较大的比表面积和活性表面，具有良好的吸附和催化性能。
通过使用纳米颗粒材料制备的吸附剂和催化剂，可以有效地吸附和分解空气中的有害气体和颗粒物，如二氧化硫、二氧化氮等。
2. 纳米光触媒在空气净化中的应用纳米光触媒是一种利用光催化除臭和杀菌的技术。
通过纳米光触媒，可以利用光能将有害气体分解为无害物质，同时杀灭空气中的细菌和病毒。
这种纳米科技在室内空气净化和公共环境净化方面具有广阔的应用前景。
三、纳米材料在土壤修复中的应用案例1. 纳米材料在有机污染土壤修复中的应用有机污染物的修复是土壤修复的一个重要任务。
纳米材料能够吸附有机污染物并加速其降解，以恢复土壤的肥力和环境质量。
例如，一些纳米磁性材料被使用在有机污染土壤的修复中，通过外加磁场可以实现对纳米材料的定向运送，从而提高有机污染土壤的修复效果。
2. 纳米材料在重金属污染土壤修复中的应用重金属污染是土壤修复的另一个重大问题。
纳米材料和纳米技术在环境保护方面的应用
Vol 134No 111・14・化工新型材料N EW CH EMICAL MA TERIAL S 第34卷第11期2006年11月基金项目:国家自然科学基金项目资助(50578151)作者简介:胡伟武,男,在读博士生,副教授。
主要研究方向:环境工程、精细化工工艺。
纳米材料和纳米技术在环境保护方面的应用胡伟武3 冯传平(中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京100083)摘 要 概述了近年来纳米材料和纳米技术在环境保护方面的应用情况,重点介绍了在大气污染、污水处理、光催化消毒等环保方面的应用情况。
关键词 纳米材料,纳米技术,环境保护,光催化,污水处理Application of nanometer materials &nanotechnology inenvironmental protectionHu Weiwu Feng Chuanping(School of Water Resources &Environment ,China University of Geo sciences ,Beijing 100083)Abstract In this paper ,the application of the nanometer materials and nanotechnology in environmental protec 2tion in recent years were reviewed.We put great emphasis on the application of environmental protection in the air pol 2lution ,sewage disposal ,photocatalysis disinfection ,etc.K ey w ords nanometer material ,nanotechnology ,environmental protection ,photocatalysis ,wastewater treat 2ment 随着纳米技术的悄然崛起,人类利用资源和保护环境的能力也得到拓展。
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纳米材料特性及其在环境保护领域的应用 材纺学院 高材082 林允博 摘要：纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级( 1 0-9米) 的超细材料。纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术 ,它将成为众多技术的创新动力。本文概述了纳米材料的形态、特殊性质以及纳米材料的应用，以使大家更清楚地认识纳米材料, 并了解其在环保领域的应用现状与前景。 关键词：纳米; 纳米技术; 前景; 环境保护 1 纳米材料概述 著名的诺贝尔化学奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾预言如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性就会看到材料的性能产生丰富的变化他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点纳米材料是纳米技术应用的基础其相应发展起来的纳米技术则被公认为是21世纪最具有前途的科研领域所谓纳米科学是指研究纳米尺寸范围在0.1 100nm之内的物质所具有的物理化学性质和功能的科学而纳米科技其实就是一种用单个原子分子制造物质的科学技术它以纳米科学为理论基础，进行制造新材料新器件研究新工艺的方法。 1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒径为6 n m的Fe 粒子原位加压成形，烧结得到纳米微晶块体，从而使纳米材料进入了一个新的阶段。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。 2、纳米颗粒的基本性征 2.1 表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比, 其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的,若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒(直径为2.1~ 3μm )进行电视摄像,实时观察发现这些颗粒没有固定的形态,随着时间的变化会自动形成各种形状( 如立方八面体、十面体、二十面体等) 的晶型,它既不同于一般固体,又不同于液体,是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下, 表面原子仿佛进入了“沸腾”状态,尺寸大于10μm后才看不到这种颗粒结构的不稳定性,这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性, 在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃,可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率,使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层, 确保表面稳定化。利用表面活性,金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。 2.2 小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变, 在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言, 尺寸变小, 同时其比表面积亦显著增加,从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学、声学、超导电性、介电性能以及化学性能等一系列新奇的性质。 3、 纳米材料的形态 3.1 纳米颗粒型材料 应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料被称为第4代催化剂的超微颗粒催化剂,利用甚高的比表面积与活性可以显著地提高催化效率,例如,以粒径小于0.3μm的镍和钢- 锌合金的超微颗粒为主要分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10倍;超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和水,超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用,从而生成碳纤维。 3.2 纳米固体材料 纳米固体材料通常指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压力下压制成型,或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面,如5nm颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界,原子的扩散系数要比大块材料高1014 1016倍,从而使得纳米材料具有高韧性。如将纳米陶瓷退火使晶粒长大到微米量级,又将恢复通常陶瓷的特性,因此可以利用纳米陶瓷的范性对陶瓷进行挤压与轧制加工,随后进行热处理,使其转变为通常陶瓷,或进行表面热处理,使材料内部保持韧性,但表面却显示出高硬度高耐磨性与抗腐蚀性。电子陶瓷发展的趋势是超薄型(厚度仅为几μm),为了保证均质性,组成的粒子直径应为厚度的1%左右,因此需用超微颗粒为原材料。 3.3 纳米颗粒膜材料 颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜,通常选用两种在高温互不相溶的组元制成复合靶材,在基片上生成复合膜,当两组分的比例大致相当时。就生成迷阵状的复合膜,因此改变原始靶材中两种组分的比例可以很方便地改变颗粒膜中的颗粒大小与形态,从而控制膜的特性。对金属与非金属复合膜,改变组成比例可使膜的导电性质从金属导电型转变为绝缘体颗粒膜材料有诸多应用例如作为光的传感器,金颗粒膜从可见光到红外光的范围内,光的吸收效率与波长的依赖性甚小,从而可作为红外线传感元件。铬——氧化二铬颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用,可以有效地将太阳光转变为热能。超微颗粒虽有众多优点,但在工业上尚未形成较大的规模,其主要原因是价格较高,两颗粒膜的应用则不受价格因素的影响,这是超微颗粒实用化的很重要的方向。 3.4 纳米磁性液体材料 磁性液体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂,高度弥散于一定基液中,而构成稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地运动,因此具有其他液体所没有的磁控特性。常用的磁性液体采用铁氧体微颗粒制成,它的饱和磁化强度大致上低于0.4T。目前研制成功的由金属磁性微粒制成的磁性液体,其饱和磁化强度可比前者高四倍。国外磁性液体已商品化, 美、日、英等国均有磁性液体公司, 供应各种用途的磁性液体及其器件。 4 纳米技术在环境保护领域的应用 4.1 用纳米技术处理废水净化空气 纳米级的净化物质具有一定的吸附能力,可以将污水中的一些悬浮物, 粒子等污染物除去, 用纳米膜可以制成很高效的过滤装置,可以去除污水中直径比纳米大的细菌、病毒等而水分子及一些矿物质元素被保留下来。此外,应用光催化技术, 纳米TiO 2 可以对污水中的一些有机物进行降解,并且无二次污染。中国科学院利用太阳光和纳米TiO2对十二烷基苯磺酸钠水溶液进行了降解, 效果十分明显。纳米TiO2 能对水中的重金属离子通过光生电子产生很强的还原能力, C6+具有很强的致癌性, 地表水中C6+ 最高允许含量为0 . 1mg / l。 通过TiO 2的光催化还原可使85% 的C6+被还原, 这在实际应用中处理含废水有着重要意义。另外,纳米TiO2对于水中的卤化脂肪烃、染料、硝基芳烃、卤化苯胺、多环芳烃、表面活性剂、农药等都能有效地进行光催化反应,达到脱色矿化最终分解为CO2和H2 O, 从而消除有机物对环境的污染的目的。福州大学光催化研究所张星副教授称,国际上流行的室内空气清洁技术,到目前为止,主要有三种:负离子发生技术,活性炭过滤吸收技术和眼下最尖端的纳米材料光催化分解污染物质技术。前两种技术,虽然能够分别增加负氧离子密度、过滤部分有害物质,但都不如光催化技术,无痕无迹自然分解,没有介质饱和的顾虑。纳米材料光催化新技术,将广泛应用于室内空气改善领域,给追求健康生活的中国人带来一片“都市森林”。TiO2光催化剂可使空气中的氮氧化物和硫氧化物形成相对应的酸。而利用TiO2微粉制成的光催化混凝土铺路则可有效地去除汽车尾气中的氮氧化物,净化空气质量富士电机综合研究所利用纳米TiO2制成能对低浓度氮氧化物进行分解的空气净化器, 并制成除臭冷藏车等并且可在诸如电视探头、交通监视探头、大型城市玻璃幕墙等特别忌讳污迹的地方,涂上特殊的纳米材料光催化剂[8], 则能够形成人们以往梦寐以求的“自清洁”物品, 污 迹无法附着,无须清洗。 4.2 用纳米技术对环境污染进行监测 NOx可导致酸雨和温室效应, 那么它们在大气中的含量必须被适时监测,利用纳米技术研制的碳纳米管可以用于监测NOx, 并且造价低廉,体积小。
4.3 用纳米技术进行静电紫外线屏蔽 将纳米TiO2加入导电粉末可以使之具有装饰作用和高反射作用，在电子工业、航天工业中被广泛应用在电子元器件表面卫星的非金属表面以及静电复印地毯等。利用纳米TiO2的强散射及对紫外线的吸收能力,可以广泛应用于化妆品。中英国Ioxide公司将超微细的粉末制成浆状产品以供化妆品厂家使用,美国也开发出了六种商品化的无机防晒剂。 4.4 应用纳米技术创造多样、高效的界面材料 由于纳米尺度上的物质具有许多不同寻常的特性, 从而可以研制出一系列具有奇异功能的纳米界面材料,中国科学院化学所江雷博士的小组发现,两种性质相反的材料做到纳米尺度时, 在特定条件下具有协同的相互作用, 在宏观上表现出奇异的性能。二元协同纳米界面材料就是指在材料加工上,对材料表面进行某种特殊加工,从而在材料的宏观界面建立一个二元协同纳米界面结构,使材料具有特殊性能。利用这一研究成果,科学家研制出一种同时具有超亲水性和超亲油性的界面物质材料,用这种材料修饰过的玻璃表面及建筑材料表面具有自清洁、防雾等功能。科研人员还开发出一种同时具有超疏水性和超疏油性的界面物质材料, 经过修饰的建筑材料表面,具有自清洁和防雾、防冰霜的效果;纺织品经技术处理,具有防水和防油的功能,石油工人的衣服不再油迹斑斑。 5、纳米技术在环保领域的应用前景展望 纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品的技术。这种从小到大的制造方式需要的材料较少,造成污染程度低。由于纳米技术导致产品微型化, 所需资源减少, 所以在节能环保方面具有潜在的发展空间。在储能方面,碳纳米材料可以提供一种有效而清洁的储氢方式。我国科学家也正在积极系统地研究纳米碳管的储氢吸波等特性。另外纳米技术还可以应用在固体垃圾的处理中。 总之,纳米技术将与当代科技的三大支柱——基础科学、生物科学、信息技术相提并论,随纳米材料制备和应用研究发展而发展起来的纳米技术很可能成为本世纪的主导技术。尽管纳米技术的研究已经取得了很大进展,但仍有一些问题有待进一步解决。有些纳米技术还停留在实验室阶段, 没有形成产业化, 但这些都是纳米技术实现工业化的基础, 可以相信, 纳米技术在环保领域将产生深远的影响,用纳米技术解决环保问题已是环境保护发展的必然趋势。 参考文献: [1] SWLLIE,S.MORRIS.Photocatallysisforwaterpurification[J].WaterRes, 1999,33(8):5 [2]TOPALOVA,ANDREWMILLS.STEPHENLEHUNTE.Anoverviewofsemiconductorphotocatalysis[J].WaterRes,1999,33(9):25-27 [3] 曹学军.神奇的纳米技术[J].国外科技动态,2000,9(3):33-36 [4] 李泉,曾广斌.纳米粒子[J].化学通报,1995,(6):29