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纳米材料在环境保护和环境治理方面的应用

纳米材料在环境保护和环境治理方面的应用
纳米材料在环境保护和环境治理方面的应用

纳米材料在环境保护和环境治理方面的应用

摘要:随着科学技术的不断发展,纳米材料被广泛的应用在环境保护及治理上,它直接影响着人们的工作和生活。本文从环境保护中使用纳米材料的必然性、纳米材料在环境保护方面的应用、纳米材料在环境治理方面的应用等几个方面进行了分析。

关键词:纳米材料;环境保护;环境治理;应用

一、前言

近年来,现代几乎各种技术的发展都涉及到了纳米材料,可以说纳米材料已经广泛应用到许多领域。尤其是在环境保护和环境治理方面中取得了飞速的发展,在科学技术突飞猛进的新时期,加强纳米材料在环境保护和环境治理方面的应用,对我国环境保护和环境治理工程有着重要意义。

二、纳米材料在环境保护方面的应用

1、大气污染一直是各国政府需要解决的难题,空气中超标的二氧化硫(SO2),一氧化碳(CO)和氮氧化物(NxOy)是造成环境污染影响人类健康的有害气体,纳米材料和纳米技术的应用为解决这些气体的污染源问题提供了新的解决方法和思路。

(1)用作石油脱硫催化剂

工业用及车用燃料油是最大的SO2污染源,燃料油中的含硫化合物在燃烧后会产生SO2,所以石油炼制工业有一道脱硫工艺以降低汽柴油的硫含量。纳米钛酸钴(CoTiO3)是一种非常好的石油脱硫催化剂。以半径为55~70nm的钛酸钴合成的催化活体多孔硅胶或以Al2O3陶瓷作为载体的催化剂,其催化效率极高。经催化的油品中硫的含量小于0.01%,达到国际标准[1]。

(2)用作汽车尾气净化催化剂

复合稀土化合物的纳米级粉体是一种新型汽车尾气净化催化剂。它的应用可以彻底解决汽车尾气中CO和NxOy的污染问题。以活性炭作为载体、纳米Zr0.5Ce0.5O2粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂,由于其表面存在Zr4+/Zr3+及Ce4+/Ce3+,电子可以在其三价和四价离子之间传递,因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性,在氧化CO的同时还原NxOy,使它们转化为对人体和环境无害的CO2和N2。而更新一代的纳米催化剂,将在汽车发动机汽缸里发挥催化作用,使汽油在燃烧时就不产生CO和NxOy,无需进行尾气净化处理。

(3)用作纳米燃油添加剂

纳米技术为燃油添加剂市场开辟了新的机遇。纳米燃油添加剂可以大幅增加

题目纳米材料在环境治理的应用

题目纳米材料在环境治理的应用 摘要随着工业的不断发展,环境污染日益严重,传统废水、废气处理工艺、方法已不能满足需要。法律制定和新材料的研制刻不容缓。光催化反应的应用研究已在有机物降解、水质处理、环境保护等领域广泛展开,利用日光进行光催化反应是光催化反应应用研究的重要课题。光催化技术为彻底解决水污染问题提供了新的手段。纳米二氧化钛是目前最受人们关注的光催化剂之一。本文介绍了纳米技术在废水处理、大气环境控制和固体废弃物处理中的应用进展情况,并对其应用前景作了展望。全球性的环境污染及生态破坏,许多有毒有害的有机污染物被水体和土壤自净的速度很慢而净化不彻底,并且在水体中存在时间长、范围广,对人类潜在影响很大,如许多有机物或其降解的中间产物具有致癌、致畸、致突变三致性,这些有机污染物采用传统的生物处理工艺已难以去除.迫使人们对环境问题给以足够的关注,并研究和开发出一系列用于环境污染物治理的新技术和新方法,光催化技术作为其中一种新兴的环境净化技术,其实用化的研究和开发已受到广泛的重视。[1] 关键词环境保护纳米技术二氧化钛现状展望大气污染水污染固体废弃物污染 正文众所周知,在整个自然生态系统中,人类仅仅是其中一环。然而,随着经济和科技的发展,人类社会的不断地进步,人类在整个自然生态系统中的影响范围和程度越来越深远。在理性主义和人类中心等价值观和科技进步的双重影响下,人类活动在征服自然的过程中对资源的使用和对生态环境的破坏也达到空前的程度,引发了一系列环境问题。例如当今威胁人类的十大生态环境问题有:人口膨胀、能源危机、大气污染、臭氧层的破坏、生物资源急剧减少、全球变暖、森林减少、土地荒漠化与水土流失、水污染与水资源短缺、危险性废物越境转移。制定了相关法律法规我国大气污染防止法律法规有:1956年5月25日国务院公布的《关于防止厂矿企业中矽尘危害的决定》,70年代《工业“三废”排放试行标准》、《工业企业设计卫生标准》,80年代以来《大气环境质量标准》、《锅炉烟尘排放标准》、《汽油车怠速污染物排放标准》、《钢铁工业污染物排放标准》、《核电厂环境辐射防护规定》,《汽车排气污染监督管理办法1990》、87年颁布《大气污染防治法》、《大气污染防治法实施细则》。国务院和地方各级人民政府在大气污染防治中总的职责:⑴必须将大气环境保护工作纳入国民经济和社会发展计划。⑵必须合理规划工业布局。“预防为主”,从源头治理大气污染。⑶必须加强大气污染防治的科学研究。⑷必须采取防治大气污染的措施,保护和改善大气环境。如煤炭洗选加工、改进城市燃料结构、推广高标号无铅汽油等。 ⑸采取有利于大气污染防治及相关的综合利用活动的经济、技术政策和措施。⑹各级人民政府应当加强植树造林、城市绿化工作。水污染防止的法律规定:《生活饮用水卫生标准(试行)》、《渔业水质标准(试行)》、《农田灌溉水质标准(试行)》;2、1984年《水污染防治法》(1996年修改);3、1989年《水污染防治法实施细则》(2000年修改),《污水综合排放标准》等。 防治固体废物污染环境的法律规定:1、72年《海洋倾废公约》;2、85年《关于开展资源综合利用若干问题的暂行规定》;3、89年《控制危险废物越境转移及其处置的巴塞尔公约》等;4、91年《防治含多氯联苯电力装置及其废物污染环境的规定》;5、92年《防治尾矿污染环境管理规定》;6、92年《关于防治铬化合物生产建设中环境污染的若干规定》;7、92年《城市市容和环境卫生管理条例》;8、93年《城市生活垃圾管理办法》;9、95年《固体废物污染环境防治法》;10、96年《关于进一步开展资源综合利用的意见》。 防止海洋污染损害的法律规定:1974年颁布《防止沿海水域污染暂行规定》 ;1982年颁布《海洋环境保护法》(1999年修改);为实施该法,国务院先后颁布了;《防止船舶污染海域管理条例》;《海洋石油勘探开发环境保护管理条例》;《海洋倾废管理条例》;《防止拆船污染环境管理条例》;《防治陆源污染物污染损害海洋环境管理条例》;《防治海岸工程建设项目污染损害海洋环境管理条例》等,

纳米材料在化学化工领域的应用

纳米材料在化学化工领域的应用 姓名王楠 学号140122011041 专业年级高分子材料与工程2011级 2014年5月

前言 纳米材料是指在纳米量级(1~100 nm)内调控物质结构制成具有特异功能的新材料,其三围尺寸中至少有一维小于100 nm,且性质不同于一般的块体材料。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,在电子、能源、生物、材料、航空航天、化学化工等领域都发挥了巨大作用,对人类和社会也产生了重大的影响。 纳米材料的应用前景十分广阔,在化学化工中的应用,主要是新型催化剂、材料防腐、环保领域等,对整个社会和人类的发展起到了巨大的推动作用。 1.纳米材料在催化方面的应用 催化剂在许多化学化工领域起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应速度和反应效率,节省了资源,使经济效益提高,并且降低了环境污染。 1.1光催化反应 纳米粒子作光催化剂具有粒径小、粒子达到表面数量多、光催化效率高、纳米粒子分散在介质中具有透明性、容易运用光学手段和方法来观察界面间的电荷转移,以及纳米粒子光催化剂易受氧化还原的影响等特点。采用TiO?进行苯酚的光催化分解,当颗粒尺寸小于16nm时会出现明显的量子尺寸效应,其UV吸收明显蓝移,催化活性也有明显提高。将纳米TiO?涂在高速公路照明设备的玻璃罩表面上,由于光催化活性高,可以分解表面的油污,从而使表面保持良好的透光性。 1.2氢催化反应 在纳米碳管上负载铑膦配合物作为丙烯加氢甲酰化催化剂,可得到高的丙烯转化活性及高的丁醛选择性,这可能是与碳纳米管的纳米内腔的空间立体选择性及由碳六元环构成的憎水性表面相关引起的。采用尺寸为5nm的纳米钯负载于TiO?上进行己烯催化加氢反应,在常温常压下就可100% 的转化为己烷,而用普通的钯催化剂在同等条件下只能得到29.17% 的己烷、21.16% 的己烯异构体和48.17% 的1-己烯。

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 纳米技术具有极大的理论和应用价值,纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。 纳米技术研究在0.1.100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。广义的纳米材料 是指在三维空间中,至少有一维达到纳米尺度范围。或以其为基本单位所构成的材料。纳米 材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性,众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生 深远的影响。 一.纳米技术在水处理中的应用 1)纳米催化剂 目前用于水处理的纳米催化剂,主要指光催化剂,如Ti02,Cd5,ZnO等,其中TiO:因其活性高、稳定性好、对人体无害而最受重视。Matthews等P1曾对水中34种有机污染物的光催化降解进行研究,结果表明该方法可将水中的烃类、卤代物、轻酸盐表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等污染物转化成CO;和H2O等无害物质。利用纳米光催化剂光催化降解有机废水是其最重要的用途之一纳米TiO:玻璃薄膜光催化剂,可将玫瑰红B催化降解为C02,H 20及一些其它的简单无机物。用溶胶一箭胶法制备的8层粒径为21.2nm的锐钦矿T102(存在于玻璃薄膜中),在(28-0.5)℃和振摇条件下,可使初始浓度为9.87 x 10“一10.46‘10 6的玫瑰红B在150min内的降解率达到80%多(以高压汞灯为光源),反应速率对时间和浓度均为一级反应[21。用纳米二氧化钦粉末催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液,在多云的条件下,光照12h,浓度为0.5mg/L的苯酚已降解为零,浓度为lmg几的十二烷基苯磺酸钠也基本降解137。采用纳米二氧化钦催化降解技术来处理纺织工业污水,省钱、高效、节能,最终能使有害有机物完全矿化,且不存在二次污染 2)处理无机污染废水 污水中的重金属对人体的危害很大,重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力同。如纳米TiO:能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面,井将其还原为细小的金属晶体,既消除了废水的毒性,又回收了贵重金属。 3)处理有机污染废水 大量研究表明纳米TiO:等作为光催化剂,在阳光下催化氧化水中的有机污染物。使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO:能处理80余种有毒污染物,它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质图。例如Pintar等在间歇式反应器中纳米Ru/TiO:作催化剂,对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解,废水中的有机总碳TOC的去除率可达到99.6%,并使废水完全脱色。经光催化湿空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明,用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。 4)自来水的净化处理 新型纳米级净水剂r7的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂AI:0,的10~20倍,能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀,然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置,有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后,可以100%除去水中的细菌、病毒。得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大,在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时,会被过滤掉,水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。 二。纳米材料在大气污染治理方面的应用 1)空气中硫氧化物的净化 二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体,如果在燃料燃烧的同时加

纳米功能材料在环保中的应用

纳米功能材料及应用 课题:纳米功能材料与环保姓名:黄永兴 学号:09021039 班级:材料92 书院:崇实书院 学院:材料科学与工程

学校:西安交通大学 时间:2010年五月 前言 纳米技术具有极大的理论和应用价值,纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。纳米技术研究在0.1~100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。广义的纳米材料是指在三维空间中,至少有一维达到纳米尺度范围,或以其为基本单位所构成的材料。纳米材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性,众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生深远的影响。本文就纳米材料及其在环境保护领域的应用进行了阐述。 关键词:纳米材料、环境保护、纳米TiO2 一、纳米材料及其性质 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料,这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。 从尺寸大小来说,通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下(注1米=1000毫米,1毫米=1000微米,1微米=1000纳米,1纳米=10埃),即100纳米以下。因此,颗粒尺寸在1~100纳米的微粒称为超微粒材料,也是一种纳米材料。纳米氧化铝显白色蓬松粉末状态,晶型是γ-Al2O3。粒径是20nm;比表面积≥160m2/g。粒度分布均匀、纯度高、极好分散,其比表面高,具有耐高温的惰性,高活性,属活性氧化铝;多孔性;硬度高、尺寸稳定性好,具有较强的表面酸性和一定的表面碱性,被广泛应用作催化剂和催化剂载体等新的绿色化学材料。可广泛应用于各种塑料、橡胶、陶瓷、耐火材料等产品的补强增韧,特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能尤为显著。极好分散,在溶剂水里面;溶剂乙醇、丙醇、丙二醇、异丙醇、

§2 几种重要的环保纳米材料

§2 几种重要的环保纳米材料 2.1 纳米TiO2 2.1.1 在治理有机污染物方面的应用 纳米TiO2光催化剂能有效地降解有机污染物,其机理就是通过催化剂表面产生的强氧化性的自由基致使有机物氧化分解.最终使之矿化。因这种氧化作用无选择性,且有较高的分解效率,所以环境中的多种有机污染物均可被氧化分解而消除。 2.1.1.1 卤代有机化合物 卤代有机化合物包括卤代脂肪烃、卤代芳香烃和卤代脂肪酸等。这类物质在美国和欧共体公布的环境优先污染物黑名单中占有相当大的比例。由于其种类繁多、应用广泛、对人类和其他生物毒性较强、对自然环境污染严重,因而研究其催化降解条件、机理及治理方法均具有重要的现实意义。Willie和Prudent等人分别用普通TiO2粉末进行了卤代脂肪烃、卤代有机酸和卤代芳烃的光催化降解实验研究,并详尽探讨了光催化降解机理。1992年,李田等人对饮用水中9种卤代有机物进行了光催化降解的实际和模拟研究,并得到了9种卤代有机物的光催化降解半衰期,结果表明饮用水中多种有机物被同时去除,水质得以全面改善。2.1.1.2 染料 农药分为除草剂和杀虫剂,大都是有机磷、有机氯及含氮化合物。它们在大气、土壤和水体中停留时间长,危害范围广,且难以降解,故其在自然界的环境化学行为深受人们的关注。1999年,郑巍等人研究了由CMC—Na附载普通TiO2光催化降解农药的过程,降解率达50%以上,降解速率符合一级动力学方程,并探讨了以自然光为光源催化降解咪呀胺的可行性。1996年,陈士夫等人以四异丙醇钛为原料,用S—R法制备的TiO2,胶体,经烧结后生成的粉末附载于玻璃纤维.对有机磷农药进行了光催化降解研究。结果表明,浓度较低的有机磷农药在375W中压汞灯照射下短时间内被完全分解为磷酸根,效果显著。光催化分解农药的优点是它不会产生毒性更高的中间产物,这是其他方法所无法相比的。2.1.1.4 表面活性剂 表面活性剂在工农业和人们生活中有着广泛的应用,已对水环境造成严重污

纳米材料在实际生活中的应用

在现实生活中,纳米技术有着广泛的用途。 1、超微传感器传感器是纳米微粒最有前途的应用领域之一。纳米微粒的特点如大比表面积、高活性特异物性、极微小性等与传感器所要求的多功能、微型化、高速化相互对应。另外,作为传感器材料,还要求功能广、灵敏度高、响应速度快、检测范围宽、选择性好、耐负荷性高、稳定可靠,纳米微粒能较好地符合上述要求。 2、催化剂在化学工业中,将纳米微粒用做催化剂,是纳米材料大显身手的又一方面。如超细硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药有效催化剂;超细的铂粉、碳化钨粉是高效的氢化催化剂;超细银粉可以作为乙烯氧化的催化剂;超细的镍粉、银粉的轻烧结体作为化学电池、燃料电池和光化学电池中的电极可以增大与液相或气体之间的接触面积,增加电池效率,有利于小型化。 超细微粒的轻烧结体可以生成微孔过滤器,作为吸附氢气的储藏材料。还可作为陶瓷的着色剂,用于工艺美术中。 3、医学、生物工程尺寸小于10纳米的超细微粒可以在血管中自由移动,在目前的微型机器人世界里,最小的可以注入人的血管,它一步行走的距离仅为5纳米,机器人进行全身健康检查和治疗,包括疏通脑血管中的血栓,清除心脏动脉脂肪沉积物等,还可以吞噬病毒,杀死癌细胞。这些神话般的成果,可以使人类在肉眼看不见的微观世界里享用那取之不尽的财富。 4、电子工业量子元件主要是通过控制电子波动的相位来进行工作,因此它能够实现更高的响应速度和更低的电力消耗。另外,量

子元件还可以使元件的体积大大缩小,使电路大为简化,因此,量子元件的兴起将导致一场电子技术的革命。目前,风靡全球的因特网,如果把利用纳米技术制造的微型机电系统设置在网络中,它们就会互相传递信息,并执行处理任务。不久的将来,它将操纵飞机、开展健康监测,并为地震、飞机零件故障和桥梁裂缝等发出警报。那时,因特网亦相形见绌。 5、“会呼吸”的纳米面料。 纳米是一种基于纳米材料的化学处理技术,纳米布料是用一种特殊的物理和化学处理技术将纳米原料融入面料纤维中,从而在普通面料上形成保护层,增加和提升面料的防水、防油、防污、透气、抑菌、环保、固色等功能,可广泛应用于服装、家用纺织品以及工业用纺织品。 经过纳米技术处理的布料及图示 * 将经纳米技术处理之布料覆盖在水杯口上. 将少量清水倾倒于布料表面. * 清水凝聚成水珠, 在布料表面流动. 清水不会渗入布料纤维内. 经瑞典纳米技术处理后的产品特点: 防水:未经处理的织物防水特性指标为1(完全湿透),而经过处理的防水特性指标为5(没有沾湿)。 防油:未经过处理的织物的防油特性指标为0,而经过处理的防油特性指标为6(最高为8)。 防污:经过瑞典纳米技术处理后的织物,在污渍附著上有非常明显的降

纳米材料在环境保护方面的最新应用进展要点

纳米材料在环境保护方面的最新应用进展 (一)纳米材料在环境保护方面的最新应用进展 1 噪声污染控制 飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达到上百分贝,容易对人造成危害,但当机器设备等被纳米技术微型化以后,其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减小,噪声污染可得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂,既能在物体表面形成永久性的固态膜,产生极好的润滑作用,得以大大降低机器设备运转时的噪声,又能延长它的使用寿命。 纳米粒子的抗摩减摩机理主要通过以下3条途径实现:①类似“微轴承”作用,减少摩擦阻力,降低摩擦系数;②在摩擦条件下,纳米微粒在摩擦副表面形成了一个光滑保护层; ③填充摩擦副表面的微坑和损伤部位,起修复作用。 纳米微粒添加剂的作用机理不同于传统添加剂,与其本身所具有的纳米效应有关,在摩擦过程中,因摩擦表面局部温度高,尤其在高负荷下,纳米微粒极有可能处于熔化、半熔化或烧结状态,从而形成一层纳米膜。另外纳米微粒具有极高的扩散力和自扩散能力(比体相材料高十几个数量级),容易在金属表面形成具有极佳抗摩性能的渗透层或扩散层,表现出“原位摩擦化学原理”(In-situ tribochemical treament)。这种机理认为,纳米添加剂,尤其在高负荷条件下它们的润滑作用不再取决于添加剂小的元素是否对于基体是化学活性的,而很大程度上决定于它们是否与基体组分形成扩散层或渗透层和固溶体。纳米添加剂的这一性能,解决了润滑油和燃油添加剂设计上长期依赖S、P、Cl等活性元素的状况,同时解决了S、P、Cl对基体金属造成的腐蚀和带来的环境问题。 2 固体废弃物处理 纳米技术及材料应用于固体废弃物处理,其优越性主要体现在以下两个方面:首先,纳米级处理剂降解固体废弃物的速度快。例如,纳米TiO2降解固体废弃物的速度为常规TiO2的10倍。其次,利用纳米技术可以将橡胶塑料制品、废旧印刷电路板制成超细粉末,除去其中的杂质,将其作为再生原料回收。在日本将废橡胶轮胎制成粉末用于铺设运动场、道路以及新干线的路基等。因此,纳米技术可在很大程度上缓解固体废弃物给环境带来的巨大的压力也可以减轻填埋等传统方式所带来的二次污染。 3 自清洁涂料 最近发现,TiO2在紫外光照射条件下,表面结构发生变化而具有超亲水性,停止紫外光照射,数小时或7d后又回到疏水性状态,再用紫外光照射,又表现出超亲水性。采用间隙紫外光照射,可使表面始终保持超亲水性状态。此特性可用于表面防雾及自清洁等方面。镀有TiO2的表面因为其超亲水性,使油污不易附着,即使有所附着,也是和外层水膜结合,在外部风力、水淋冲及自重作用下能自动从涂层表面剥离,从而达到防污和自清洁的目的。将TiO2的光催化性能和超亲水性结合应用于玻璃、陶瓷等建筑材料,在医院、宾馆和家庭中具有广阔的应用前景。 4 光催化消毒剂 纳米TiO2经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧类能与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生化反应,使细菌头单元失活而导致细胞死亡,并且使细菌死亡后产生的内毒素分解。实验结果表明,将TiO2涂覆在玻璃、陶瓷表面,经室内荧光灯照射1h后可将其表面99%的大肠杆菌、绿脓杆菌、金色葡萄球菌杀死。这种瓷砖若用于医院,则覆着于墙面上

纳米材料的特性及其环境保护的应用

纳米材料的特性及其环境保护的应用 黄翔化学工程学院材料091 摘要概述纳米材料的特性及其环境保护的应用。纳米材料具有表面与界面效 应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。根据纳米材料的吸附和光催化作用,综述了纳米材料在废水处理、废气处理、固体垃圾处理、环境监测等方面的应用。关键词纳米材料特性环境保护吸附 纳米技术是20 世纪80 年代迅速发展起来的一门交叉性综合学科,包括纳米材料和纳米结构两部分。纳米材料是指平均粒径在纳米量级(1~100nm)范围内的固体材料的总称。纳米材料又称为超微颗粒材料,由纳米粒子组成。纳米粒子的表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应影响物质的结构和性质。人们发现,当物质被粉碎到纳米微粒时,所得的纳米材料不仅光、电、磁特性发生变化,而且具有辐射、吸收、催化、杀菌、吸附等许多新的特性。发展纳米技术已成为世界性的重大科学技术活动。 Application of Nano-material in Environment Protection Abstract: The adsorption and ray catalyze performance of nano-material is briefly introduced.The application of nanomaterial in waste water disposal,air pollution,solid rubbish disposal and environment monitoring is stated.The development in application in environment protection is also proposed.、 keywords: nano-material; environment protection; adsorption; catalyze 1基本概念 纳米材料 1992年国际纳米材料会议对纳米材料定义如下:一相任一维的尺寸达到100 nm 以下的材料为纳米材料[1]。由此可知,纳米材料的几何形状既可以是粒径小于100 nm的零维纳米粉末,也可以是径向尺寸小于100 nm的一维纳米纤维或二维纳米膜、三维纳米块体等。纳米材料的材质可以是金属或非金属;相结构可以是单相或多相;原子排列可以是晶态或非晶态。当物质进入纳米级后,其在催化、光、电、热力学等方面都出现特异化,这种现象被称为“纳米效应”。橡胶工业常用的纳米材料以非金属类为主,可分为金属氧化物(如氧化锌、三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁等)和无机盐类(如轻质碳酸钙和陶瓷)。 2纳米材料的特性

纳米材料特性及其在环境保护领域的应用

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

纳米材料在环保领域的应用进展

纳米材料在环保领域的应用进展 摘要纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或者由 它们作为基本单元构成的材料,由于纳米材料较小的粒径、较大的比表面积,使其具有优异的光学、电学、磁学及催化性能。利用物理、化学、生物学及学等手段,可以对纳米材料的尺度、粒径分布、形貌、表面性质及带隙等进行调控,从而使其具有特殊的性质以应用于污水净化、污染土壤治理及大气污染治理等环保领域。 关键词纳米材料环境保护污水处理土壤修复大气污染治理 纳米颗粒由于其大量的微界面及微孔性, 可以强化各种界面反应, 如对重金属的表面及专性吸附反应等, 在重金属污染土壤治理及污水净化中将发挥显著作用。目前纳米技术在环境污染控制的应用研究主要集中在纳米新材料的制备与应用技术、环境微界面过程等, 主要包括氧化物矿物膜及其微界面、气溶胶界面反应、各种纳米材料制备及其在污染物的催化与降解的应用等, 具体而言, 主要集中在对有机/无机污染废水处理、对污染气体的催化净化等领域, 而在污染土壤修复中的应用还刚刚开始。本文综述了目前国内外关于利用纳米材料进行污水净化、污染土壤修复及大气污染治理的应用研究进展。 1 纳米材料在水处理中的应用 1.1 纳米材料光催化降解水中污染物 纳米TiO 2 光催化降解有机物水处理技术具有无污染,除净度高等优势。此纳米材料具有以下优点:①具有巨大的比表面积,可与废水中有机物更充分的接触,将有机物最大限度地吸附在它的表面;②具有更强的紫外光吸收能力,有更强的光催化降解能力,可快速将吸附在其表面的有机物分解掉。纳米粒子可以对 污水中的非金属离子进行氧化或还原而消除污染。Frank 等人以TiO 2 为光催化剂处理含氰废水的研究发现,CN- 首先被光催化氧化为OCN-,再进一步反应生 成CO 2、N 2 和NO 3 -。Frank还研究了TiO 2 在多晶电极/氙灯作用下对I -、B r -、 C l -、F e 2 +、C e 3 + 等的光解,并发现TiO 2、ZnO、CdS、WO 3 、Fe 2 O 3 等对CN- 和 SO 32-也可以进行光解,且能有效地将SO 3 2-氧化为SO 4 2-,从而降低污染度。Cr6+离 子具有极强的致癌性,毒性要比Cr3 +离子高出一百多倍。它是一种常见的工业污染物,地表水中Cr6+离子的最高允许含量为O.1mg·L - 1。纳米二氧化钛

纳米材料在环境领域的应用

纳米技术与纳米材料及其环保应用前沿 摘要:概述了纳米技术及材料在环境保护中的应用情况,特别是在污水处理与空气净化方面,认为纳米技术及材料的应用将会给环境科学带来突破性进展,为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源的产生创造条件,表明利用纳米技术及纳米材料解决环境污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。同时也介绍了纳米材料潜在的毒性,相应的废弃物管理体制建立的重要性。 关键词:纳米;纳米技术;环境保护;潜在风险 前言 由于全世界工业化进展速度的加快,全球面临着严重的环境污染。但随着纳米材料的悄然崛起,人类利用资源和保护环境的能力也得到拓展。为彻底改善环境和控制新的污染源产生,纳米材料为其提供了技术支持。纳米技术就是在1-100 nm尺度范围内,研究电子、原子和分子内在规律和特征,并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术;纳米材料是指在三维空问中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料通常以其表面原子数占总原子数比例大和显示量子尺寸效应这两个重要特点而影响其各种物理和化学性能,使纳米颗粒具有独特的性质。本文就纳米技术及材料在环境治理中的应用进行了阐述。 1.纳米技术与材料 纳米技术是一种材料技术,材料技术发展的趋势之一就是尺寸向越来越小的方向发展。纳米技术就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。 纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在纳米量级(1-100 nm)的固体材料,是原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科交汇而出现的新的学科。纳米材料包括纳米无机材料、纳米聚合物材料、纳米金属材料、纳米半导体材料及纳米复合材料等。 纳米材料的尺度处于原子簇和宏观物体的交界区域,因而具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,并产生奇异的传统材料和器件所没有的电学、磁学、光学、吸附、催化以及生物活性等特殊性能。 2纳米材料在环境保护领域的应用 2.1在大气污染治理方面的应用

纳米材料在环保中的应用

纳米技术在环保中的应用 李智(广西大学材料科学与工程 2012级 1209010116 ) 摘要:综述了纳米技术在环境保护中的应用情况,环境保护是当今生态环境重要课题,传统的污染治理存在着一定的不足。纳米技术在环境保护方面的应用将会给我国乃至全世界在治理环境污染方面带来新的机遇。 Abstract: This paper summarizes the application of nanotechnology in environmental protection, environmental protection is an important issue in today's ecological environment, the traditional pollution control has some shortcomings. The application of nanotechnology in environmental protection will bring new opportunities to our country and the world in the treatment of environmental pollution. 关键词:纳米技术;环境保护;应用 Keywords: nano technology; environmental protection; application 1 引言 纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。作为一门高新科学技术,纳米技术具有极大的价值和作用。由纳米技术研制生产出来的纳米材料不仅具有良好的吸附能力、杀菌能力、抗辐射能力,还有十分良好的吸收效果。因为纳米技术自身的优势,人们已将其广泛的应用到了城市环境治理中,并取得了明显的效果,有效的改善了城市的环境水平,其在环保过程中起着重要作用。 2纳米技术在治理有害气体方面的应用 大气污染一直是各国政府需要解决的难题,空气中超标的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOC)是影响人类健康的有害气体,纳米材料和纳米技术的应用能够最终解决产生这些气体的污染源问题。工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等,由于含有硫的化合物在燃烧时会产生SO2 气体,这是SO2 的最大污染源。所以在石油提练中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。纳米钛酸钴(CoTiO3)是一种非常好的石油脱硫催化剂。以半径55nm ~ 70nm 的钛酸钴作为催化活体多孔硅胶或Al2O3 陶瓷作为载体的催化剂,其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0 .01 %,达到国际标准。工业生产中使用的煤燃烧时也会产生SO2气体,如果在燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃烧,不产生一氧化硫气体,提高能源利用率,而且会使硫转化成固体的硫化物,而不产生二氧化硫气体,从而杜绝有害气体的产生。最新研究成果表明,复合稀土化合物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能,这是其他任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可以彻底解决汽车尾气中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的污染问题。以活性碳作为载体、纳米Zr0.5Ce0.5O2粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂,由于其表面存在Zr4+/Zr3+及Ce4+/Ce3+,电子可以在其三价和四价离子之间传递,因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性,再加上纳米材料的表面大、空间悬键多、吸附能力强,因此它在氧化一氧化碳的同时还原氮氧化物,使它们转化为对人体和环境无害的气体———二氧化碳和氮气。而更新一代的纳米催化剂,将在汽车发动机汽缸里发挥催化作用,使汽油在燃烧时就不产生CO

功能纳米材料及环境保护

功能纳米材料与环境保护 前言 纳米科学技术这一概念最早源于诺贝尔奖获得者美国物理学家Richard Feynman在1959 年所作的“人类可按照自己的意愿用单个分子甚至单个原子组装、制造出最小的人工机器来”的预言的构想。这是纳米技术最早的萌芽。1982 年扫描隧道显微镜的研制成功为纳米技术的诞生与发展奠定了坚实的基础。1990年, 首届国际纳米科技会议在美国巴尔的摩召开, 这标志着纳米科学技术的正式诞生纳米科学技术发展历史不长, 但己受到国内外的高度重视, 认为它将是21 世纪最重要的科学技术。目前, 世界工业先进国家都将纳米科技列入国家主要发展计划之中。我国政府也十分重视纳米科技的发展, 国家科技部、国家计委、中科院等部门联合发布了《国家纳米科技发展纲要》: 国家资助的“纳米科学攀登计划”等与纳米科技有关的高科技创新课题也己取得了一些重大成果。实现纳米科技与环境保护、污染防治的有机结合将为节约资源、保护环境、实现可持续发展提供有效的技术保障。 1 纳米技术简介 1.1纳米 “纳米”(nanometer , nm )是一种几何尺寸的度量单位,1纳米等于10亿分之一米, 略等于4 ~ 5个原子排列起来的长度, 约为人发直径的1/ 100000。 1.2 纳米技术 纳米技术(纳米科学与技术的简称)是在1-100 nm 尺度范围的物质世界, 研究电子、原子和分子运动规律与特征的一门新兴学科, 其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子, 研制出体积不超过数百个纳米但具有特定功能的、人们所希望的材料与制品。它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物。 纳米技术主要包含: 纳米材料学、纳米生物学、纳米动力学、纳米加工学、纳米摩擦学、纳米测量学、纳米化学和纳米物理学等。 1.3 纳米材料及其特性 纳米材料又称为超微颗粒材料, 是经过纳米技术处理, 由纳米粒子组成, 结

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纳米技术具有极大的理论和应用价值,纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。纳米技术研究在0.1.100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。广义的纳米材料是指在三维空间中,至少有一维达到纳米尺度范围。或以其为基本单位所构成的材料。纳米材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性,众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生深远的影响。 一.纳米技术在水处理中的应用 1)纳米催化剂 目前用于水处理的纳米催化剂,主要指光催化剂,如Ti02,Cd5,ZnO等,其中TiO:因其活性高、稳定性好、对人体无害而最受重视。Matthews等P1曾对水中34种有机污染物的光催化降解进行研究,结果表明该方法可将水中的烃类、卤代物、轻酸盐表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等污染物转化成CO;和H2O等无害物质。利用纳米光催化剂光催化降解有机废水是其最重要的用途之一纳米TiO:玻璃薄膜光催化剂,可将玫瑰红B催化降解为C02,H 20及一些其它的简单无机物。用溶胶一箭胶法制备的8层粒径为21.2nm的锐钦矿T102(存在于玻璃薄膜中),在(28-0.5)℃和振摇条件下,可使初始浓度为9.87 x 10“一10.46‘10 6的玫瑰红B在150min内的降解率达到80%多(以高压汞灯为光源),反应速率对时间和浓度均为一级反应[21。用纳米二氧化钦粉末催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液,在多云的条件下,光照12h,浓度为0.5mg/L的苯酚已降解为零,浓度为lmg几的十二烷基苯磺酸钠也基本降解137。采用纳米二氧化钦催化降解技术来处理纺织工业污水,省钱、高效、节能,最终能使有害有机物完全矿化,且不存在二次污染2)处理无机污染废水 污水中的重金属对人体的危害很大,重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力同。如纳米TiO:能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面,井将其还原为细小的金属晶体,既消除了废水的毒性,又回收了贵重金属。 3)处理有机污染废水 大量研究表明纳米TiO:等作为光催化剂,在阳光下催化氧化水中的有机污染物。使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO:能处理80余种有毒污染物,它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质图。例如Pintar等在间歇式反应器中纳米Ru/TiO:作催化剂,对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解,废水中的有机总碳TOC的去除率可达到99.6%,并使废水完全脱色。经光催化湿空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明,用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。 4)自来水的净化处理 新型纳米级净水剂r7的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂AI:0,的10~20倍,能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀,然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置,有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后,可以100%除去水中的细菌、病毒。得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大,在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时,会被过滤掉,水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。 二。纳米材料在大气污染治理方面的应用 1)空气中硫氧化物的净化

环保纳米镀镍技术介绍

ANN 880环保纳米碱性镀镍 纳米镍电镀层原理: 纳米微粒结构,通常指1nm~100nm固体微粒,比DNA体积还小,可以是非晶体、微晶聚合或微单晶,微粒尺寸上变化和限制将会产生的宏观物理、化学、力学等优越功能效果。(关乎:力学性能-硬度,韧性,耐磨、光学性能、电学性能、磁学性能、半导体特性、析氢催化特性、耐腐性能等等。) 纳米镍沉积基理,镀液中不含纳米金属原材料,是于电镀过程中,当金属离子传递到阴极,由于电荷传递反应形成吸复原子,最后形成晶格,电沉积过程中非常关键的步骤是新晶核的生成和晶体的成长,以上两个步骤的竟争直接影响到镀层生成晶粒,而且,高的阴极过电势、高的吸附原子总数和低的吸附原子表面迁移率,是大量形核和减少晶粒生长必要条件,使晶核和晶粒生长得到较大的抑制,能得纳米晶镀层。 环保型纳米镀镍工艺(此后简称纳米镍电镀)附有成本效益好处和优良工效率和有关工艺辅助产品是利用世界水平先进技术绿色化学纳米技术,加上,实际生产的技术要求而设计和配制,目的为代替高污染性化学镍和剧毒的传统氰化镀铜预镀工艺,适用于任何金属基材,例如:铁件、不锈刚、铜、铜合金、铝、铝合金、锌、锌合金、钛等等,滚挂镀均可。它不但可以节省镍金属用量超过50%,操作成本超过50%减少设备和废水处理成本,而且可避免氰化物危害的影响。目标为协助中国政府执行的清洁生产计划。纳米镍以添加剂形成推出市场,而使用者可自行组成工作液,代替旧电镀工艺。另外,容易操作,高污染容忍能力与富有大量生产的稳定性-能鼓励厂家有信心地将浪费和有害的生产工艺转为纳米镍工艺。 商品化计划: 计划范围应涵盖定位 绿色化学是解决世界环境基本水污染问题的方法其中之一种,与传统的污染整处理方法不同,通过改变化学产品或过程的内在本质,用来减少和消除有害物质的使用和产生。根据科学的原则,物质的化学结构同其毒性具有内在的关系,而绿色化学家,现利用纳米技术,设计和重新设计化学物质的分子结构,使其具备的特性又避免减少有毒基团的使用和产生。同时,绿色化学追求高选择性化学反应,极少副产品,甚至达到原子的经济性,经简单处理后,污水容易达标而排放。因此,绿色化学不但可防止环境污染,亦可提高资源与能源利用率,提高化工过程的经济效益,务使化工过程变成可持续发展的技术基础。对于开发电镀配方和在实际生产流程的应用,利用多年经验,更有使用无氰电镀技术取代氰化物的技术,达到中国政府规定的工业清洁生产指标,加上,应用先进纳米技术,改良电镀配方基本结构与工艺,为我们的下一代缔造一个绿色的生活环境。 致力开发与批发销售无氰电镀和纳米环保新产品,目标为淘汰传统有氰电镀和有污染性的旧工

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