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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 尺度围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 Pl 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烧类、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 H20 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）C 和振摇条件下，可使初始浓度为 9.87x10“一 10.46 T0 6 的玫瑰红 B 在 150min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 的苯酚已降解为篆，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、餡等贵 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，在下催化負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%,并便废水完全脱色。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 1020 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 入纳米级催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一負化硫气体，提高能源利用率，而且会使 硫转化成固体的硫化物。如用纳米 Fe：0,作为催化剂。经纳米材料催化的燃料中硫的含量小 于 0.01%,不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境 污染问題，而且使废气等有害物质再利用成为可能。2）汽车尾气净化 汽车尾气排放直接污染人们的生活空间及呼吸层。对人体健康影响极大。开发替代燃料 或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料。对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制 备与组装的汽车尾气传感器问，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并 通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。纳米稀 土钛矿型复合氧化物对汽车尾气所排放的 NO、CO 等具有良好的催化转化作用，可以替代昂贵 的重金属催化剂用作汽车尾气催化剂。3）室空气净化 新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯 等污染物，纳米 TiO：的降解效果最佳。纳米 TiO：经光催化产生的空穴和形成于表面的活性 氧膜化能与细菌细胞或细胞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毒素分解。即利用纳米 TiO：的光催化性能不仅能杀死环境中的菌，而 且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物四。在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米 TiO：光催化剂可具有杀菌、除臭作用。三.纳米技术在环境监测中的应用 在环境监测中，主要利用纳米技术的气敏性质做成化学传感器，用来监测大气中的 N0Z.S02.C0 等有害气体。纳米气敏材料中最常用的是 ZnO.SnO2.TiO：等，其中部分己经投人 使用在气敏物质中，应用最广泛的是 Sn02,它各方面需的能量和费用都较高，否则制备 的传感黠的稳定性、选择性和灵敏性较差，一二者很难兼得。最近 Cirera 等发现用微波射线 方法制备的纳米SnO：传感器费用低，各方面性能都很优越，体现了极好的大批量生产的前景。用此种方法可获得平均直径为 55nm 的未掺杂的粉末，直径为 66nm 的掺杂 0.2%Pt 粉末和直径 为 54nm 掺杂 I%Pd 的粉末以 CO 作为实验气体，结果表明传感器的电阻与C0 浓度有较好的线 性关系，其中掺杂以后的粉末在 1 一 1 000mg/L 围都体现了很好的特性。对于 N0：气体，同样 具有较好的气敏特性，如果能制成监侧装置，将来肯定能有广泛的应用 1221T1 0：的气敏性 质早已为人们所熟知，但由于其工作条件苛刻，需在 1 100下工作，因此主要用来监测 02 浓度。Guidi 等用 RF-磁溅射技术制备的 TiO 敏电极，在较低温度下对 C0 和 70：体现了良好的气敏特性。在 350-800X：围，对于含有 20mg/L 的 CO 和 N0：的空气和不含有污染物的空气有很好的分辨性能。四.在其它环保领域的应用 1）變声控制 飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达上百分贝，容易对环境造成噪声污染。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少，噪声 污染便可得到有效控制。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，大大降低机器设备运转时的噪声。又能延长设备的使用寿命册。2）固体废物处理 纳米技术及纳米材料应用于城市固体垃圾处理，主要有两个方面研：一是可以将橡胶制 品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是 利用纳米TiO：催化技术可以使城市垃圾 J 决速降解，其速度可达到大颗粒 TiO：的 10 倍以 上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。3）防止电磁辐射
