《环境工程概论》论文：纳米技术与环境保护403.docx

《《环境工程概论》论文：纳米技术与环境保护403.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《环境工程概论》论文：纳米技术与环境保护403.docx（8页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、环境工工程概论论论文文：纳米技技术与环环境保护护纳米技术术( NNanootecchnoologgy )是指在在纳米（00.11000 nmm）尺度度范围内内研究物物质的特特性及其其相互作作用和运运动的规规律，并并利用这这些特性性为人类类服务的的技术，包包括纳米米材料和和纳米结结构两个个方面。目前发发展较为为成熟的的应用技技术主要要有：纳纳米材料料、纳米米药物、纳米机机械、纳纳米微电电子器件件等。被被称之为为21世世纪前沿沿科学的的纳米材材料和纳纳米技术术将对环环境保护护产生深深远的影影响，有有着广泛泛的应用用前景，甚甚至会改改变人们们的传统统环保观观念利利利用纳米米材料和和纳米技技术解决决污

2、染问问题将成成为未来来环境保保护发展展的必然然趋势。一、噪声声污染控控制飞机、车车辆、船船舶等发发动机工工作的噪噪声可达达到上百百分贝，容容易对人人造成危危害，但但当机器器设备等等被纳米米技术微微型化以以后，其其互相撞撞击、磨磨擦产生生的交变变机械作作用力将将大为减减小，噪噪声污染染可得到到有效控控制。运运用纳米米技术开开发的润润滑剂，既既能在物物体表面面形成永永久性的的固态膜膜，产生生极好的的润滑作作用，可可以大大大降低机机器设备备运转时时的噪声声，又能能延长它它的使用用寿命。纳米粒子子的抗摩摩减摩机机理主要要通过以以下3条条途径实实现：1类似似“微轴轴承”作作用，减减少摩擦擦阻力，降降低摩

3、擦擦系数；2在摩摩擦条件件下，纳纳米微粒粒在摩擦擦副表面面形成了了一个光光滑保护护层；3填充充摩擦副副表面的的微坑和和损伤部部位，起起修复作作用。 纳米微微粒添加加剂的作作用机理理不同于于传统添添加剂，与与其本身身所具有有的纳米米效应有有在摩擦擦过程中中，因摩摩擦表面面局部温温度高，尤尤其在高高负荷下下，纳米米微粒极极有可能能处于熔熔化、半半熔化或或烧结状状态，从从而形成成一层纳纳米膜。另外纳纳米微粒粒具有极极高的扩扩散力和和自扩散散能力(比体相相材料高高十几个个数量级级)，容易易在金属属表面形形成具有有极佳抗抗摩性能能的渗透透层或扩扩散层，表表现出“原位摩摩擦化学学原理”(In-sittu

4、ttribbochhemiicall trreammentt)。这这种机理理认为，纳纳米添加加剂，尤尤其在高高负荷条条件下它它们的润润滑作用用不再取取决于添添加剂小小的元素素是否对对于基体体是化学学活性的的，而很很大程度度上决定定于它们们是否与与基体组组分形成成扩散层层或渗透透层和固固溶体。纳米添添加剂的的这一性性能，解解决了润润滑油和和燃油添添加剂设设计上长长期依赖赖S、P、Cl等活活性元素素的状况况，同时时解决了了S、P、Cl对基基体金属属造成的的腐蚀和和带来的的环境问问题。二、固体体废弃物物处理纳米技术术及材料料应用于于固体废废弃物处处理，其其优越性性主要体体现在以以下两个个方面：首先，

5、纳纳米级处处理剂降降解固体体废弃物物的速度度快。例例如，纳纳米TiiO2降降解固体体废弃物物的速度度为常规规TiOO2的110倍。纳米TTiO22具有很很强的散散射和吸吸收紫外外线的能能力，尤尤其是对对人体有有害的中中长波紫紫外线UUVA、UVBB(3220-4400nnm，2290-3200nm)的吸收收能力很很强，效效果比有有机紫外外吸收剂剂强得多多，并且且可透过过可见光光，因其其无毒无无味、无无刺激性性而广泛泛用于化化妆品。在对日日本销售售的377种防晒晒化妆品品的分析析中，发发现其中中大多数数均含有有纳米TTiO22。英国国Tiooxidde公司司将超微微细的TTiO22粉末制制成浆状

6、状产品以以供化妆妆品厂家家使用，美美国也开开发出了了6种商商品化的的无机防防晒剂。将纳米米TiOO2应用用于涂料料中可制制成特殊殊的防紫紫外线产产品，如如汽车、轮船面面漆的防防老化剂剂，防紫紫外线伞伞等。其次，利利用纳米米技术可可以将橡橡胶塑料料制品、废旧印印刷电路路板制成成超细粉粉末，除除去其中中的杂质质，将其其作为再再生原料料回收。在日本本将废橡橡胶轮胎胎制成粉粉末用于于铺设运运动场、道路以以及新干干线的路路基等。因此，纳纳米技术术可在很很大程度度上缓解解固体废废弃物给给环境带带来的巨巨大的压压力也可可以减轻轻填埋等等传统方方式所带带来的二二次污染染。 三、污废废水处理理方面纳米过滤滤技术

7、纳米过滤滤（Naano Filltraatioon，NNF）是是一种由由压力驱驱动的新新型膜分分离过程程，介于于反渗透透与超滤滤之间。纳滤膜膜的孔径径范围在在纳米级级，其相相对分子子质量截截留范围围为数百百。纳滤滤的特点点：一是是在过滤滤分离过过程中，它它能载留留小分子子的有机机物并可可同时透透析出盐盐，即集集浓缩与与透析为为一体；二是操操作压力力低，因因为无机机盐能通通过纳滤滤膜而透透析，使使得纳滤滤的渗透透压远比比反渗透透低。纳纳滤在工工业生产产过程中中资源的的回收或或工业废废水的处处理和循循环中有有着重要要的作用用。自清洁涂涂料 最近近发现，TTiO22在紫外外光照射射条件下下，表面面结

8、构发发生变化化而具有有超亲水水性，停停止紫外外光照射射，数小小时或77d后又又回到疏疏水性状状态，再再用紫外外光照射射，又表表现出超超亲水性性。采用用间隙紫紫外光照照射，可可使表面面始终保保持超亲亲水性状状态。此此特性可可用于表表面防雾雾及自清清洁等方方面。镀镀有TiiO2的的表面因因为其超超亲水性性，使油油污不易易附着，即即使有所所附着，也也是和外外层水膜膜结合，在在外部风风力、水水淋冲及及自重作作用下能能自动从从涂层表表面剥离离，从而而达到防防污和自自清洁的的目的。将TiiO2的的光催化化性能和和超亲水水性结合合应用于于玻璃、陶瓷等等建筑材材料，在在医院、宾馆和和家庭中中具有广广阔的应应用

9、前景景。四、纳米米光催化化技术 光催化降降解是一一项新兴兴的颇有有发展前前途的废废水处理理技术，它它是指污污染物在在光照下下，通过过催化剂剂实现分分解。常常用的光光催化剂剂有TiiO2，ZZnO，CCdS，SSnO22，Fee2O33等。纳纳米颗粒粒由于具具有常规规颗粒所所不具备备的纳米米效应而而具有更更高的催催化活性性。光催化消消毒剂 纳米米TiOO2经光光催化产产生的空空穴和形形成于表表面的活活性氧类类能与细细菌细胞胞或细胞胞内的组组成成分分进行生生化反应应，使细细菌头单单元失活活而导致致细胞死死亡，并并且使细细菌死亡亡后产生生的内毒毒素分解解。实验验结果表表明，将将TiOO2涂覆覆在玻璃

10、璃、陶瓷瓷表面，经经室内荧荧光灯照照射1hh后可将将其表面面99%的大肠肠杆菌、绿脓杆杆菌、金金色葡萄萄球菌杀杀死。这这种瓷砖砖若用于于医院，则则覆着于于墙面上上的细菌菌数和空空气中的的浮游菌菌数明显显下降；若用于于卫生间间，则可可明显降降低氨气气浓度。日本最最近开发发出用于于TiOO2覆被被的抗菌菌陶瓷，在在光照下下可完全全杀死其其表面的的细菌。最近福福州大学学也研制制出坚固固的掺杂杂TiOO2膜的的陶瓷材材料，对对大肠杆杆菌和空空气中的的浮游菌菌具有稳稳定的杀杀灭作用用和抑制制细菌生生长的能能力。近近年来不不断研究究开发出出含有超超细TiiO2，ZZnO等等微粉的的抗菌除除臭纤维维，不仅仅

11、用于医医疗，而而且还可可制成抑抑菌防臭臭的高级级纺织品品、衣服服、围裙裙及鞋袜袜等。自自19776年CCaryy J.H.等等人报道道了在紫紫外光照照射下，纳纳米TiiO2可可使难降降解的有有机化合合物多氯氯联苯脱脱氯的光光催化水水处理技技术后，引引起了各各国众多多研究者者的普遍遍重视。迄今为为止，已已经发现现有30000多多种难降降解的有有机化合合物可以以在紫外外线的照照射下通通过纳米米TiOO2或ZZnO而而迅速降降解，特特别是当当水中有有机污染染物浓度度很高或或用其他他方法很很难降解解时，这这种技术术有着明明显的优优势。美美国、日日本、英英国等已已有将纳纳米TiiO2光光催化技技术实际际

12、应用于于水处理理的报道道。五、纳米米吸附材材料由于纳米米材料所所具有的的表面效效应，使使纳米材材料具有有高表面面活性、高表面面能和高高比表面面积，所所以纳米米材料在在制备高高性能吸吸附材料料方面表表现出巨巨大的潜潜力。一一种新型型的纳米米级净水水剂具有有很强的的吸附能能力。它它的吸附附能力和和絮凝能能力是普普通净水水剂三氯氯化铝的的1020倍倍。因此此，它能能将污水水中悬浮浮物完全全吸附并并沉淀下下来，先先使水中中不含悬悬浮物，然然后采用用纳米磁磁性物质质、纤维维和活性性炭净化化装置，能能有效地地除去水水中的铁铁锈、泥泥沙及异异味等。经前两两道净化化工序后后，水体体清澈，没没有异味味，口感感也

13、较好好。再经经过带有有纳米孔孔径的特特殊水处处理膜和和带有不不同纳米米孔径的的陶瓷小小球组装装的处理理装置后后，可以以1000%除去去水中的的细菌、病毒，得得到高质质量的纯纯净水，完完全可以以饮用。据李明明等报道道，某公公司采用用纳米材材料用于于污水处处理净化化剂、絮絮凝剂和和杀菌消消毒剂中中，这些些纳米材材料形成成的多元元复合新新型超高高效水处处理剂，不不仅治污污效果好好，而且且缩短了了工艺流流程、降降低了药药剂费用用。（一）纳纳米材料料在空气气净化中中的应用用纳米材料料在处理理空气污污染方面面有广阔阔的应用用前景，因因其具有有较小的的颗粒尺尺寸，而而且纳米米微粒表表面形态态随着粒粒径的减减

14、小，表表面光滑滑程度变变差，形形成了凹凹凸不平平的原子子台阶，从从而起到到以下三三个方面面的作用用：1）提提高反应应速度，增增加反应应率；22）决定定反应路路径，良良好的选选择性；3）降降低反应应温度。1二氧氧化碳排排放的控控制二氧化碳碳减排方方面目前前有5种种技术选选择：选选择新的的能源、提高能能源效率率、二氧氧化碳固固定、二二氧化碳碳分离以以及二氧氧化碳利利用。而而在技术术层面，主主要是采采用新的的生产工工艺和新新型的催催化剂，以以提高反反应效率率。例如如，用燃燃煤发电电产生的的二氧化化碳合成成液体车车用燃料料降低二二氧化碳碳排放的的Carrnoll工艺，就就是采用用了纳米米结构的的甲醇合

15、合成催化化剂，取取得了很很好的效效果。2空气气中硫氧氧化物的的净化纳米技术术的催化化效率极极高。经经它催化化的石油油中硫的的含量小小于0.01%。在燃燃料燃烧烧的同时时加入纳纳米级催催化剂不不仅可以以使煤充充分燃烧烧, 不不产生一一氧化硫硫气体, 提高高能源利利用率, 而且且会使硫硫转化成成固体的的硫化物物。 3汽车车尾气净净化纳米级催催化剂用用于汽车车尾气催催化，有有极强的的氧化还还原性能能，使汽汽油燃烧烧时不再再产生一一氧化硫硫和氮氧氧化物，根根本无需需进行尾尾气净化化处理。而用纳纳米复合合材料制制备与组组装的汽汽车尾气气传感器器, 通通过汽车车尾气排排放的监监控, 可及时时对超标标排放进

16、进行报警警, 并并通过调调整合适适的空燃燃比, 减少富富油燃烧烧，达到到降低有有害气体体排放和和燃油消消耗的目目的。纳纳米稀土土钛矿型型复合氧氧化物对对汽车尾尾气所排排放的NNO，CCO 等等具有良良好的催催化转化化作用, 可以以替代昂昂贵的重重金属催催化剂用用作汽车车尾气催催化剂。将合成成的纳米米介孔结结构的碳碳分子筛筛应用于于催化柴柴油的吸吸附改质质，也具具有非常常优越的的性能。3.1汽汽车尾气气净化催催化剂最新研究究成果表表明，复复合稀土土化合物物的纳米米级粉体体有极强强的氧化化还原性性能，这这是其他他任何汽汽车尾气气净化催催化剂东东欧不能能比拟的的。它的的应用可可以彻底底解决汽汽车尾气

17、气中一氧氧化碳（CCO）和和氮氧化化物（NNOx）的的污染问问题。以以活性炭炭作为载载体，纳纳米Zrr0.55Ce00.5OO2粉体体为催化化活性体体的 汽汽车尾气气净化催催化剂 ，由于于其表面面存在ZZr4+/Zrr3+及及Ce44+/CCe3+电子可可以在其其3价和和4价之之间传递递，因此此具有极极强的电电子得失失能力和和氧化还还原性，在在加上纳纳米材料料比表面面大，空空间悬键键多，吸吸附能力力强，因因此它在在氧化一一氧化碳碳的同时时还还原原氮氧化化物，使使它们转转化为对对人体和和环境无无害的气气体二氧化化碳和氮氮气。科科学工作作者研制制的更新新一代的的纳米催催化剂，将将在汽车车发动机机汽

18、缸发发挥催化化作用，是是汽油在在燃烧时时就不产产生COO和NOOx，从从而我、无需进进行尾气气净化处处理。3.2石石油脱硫硫催化剂剂工业用及及车用燃燃料油是是最大的的二氧化化碳污染染源，燃燃料油中中的含硫硫化合物物在燃烧烧后会产产生SOO2，所所以石油油炼制工工业有脱脱硫工艺艺以降低低汽柴油油的硫含含量。采采用半径径为555-700nm的的钛酸钴钴（CooTi33）作为为催化活活体，以以多孔硅硅胶或AAl2OO3陶瓷瓷作为载载体的催催化剂进进行脱硫硫，其催催化效率率极高。采用沉沉淀溶出出法制备备的粒径径约300-600nm的的白色球球状钛酸酸锌粉体体，该粉粉体比表表面积大大，化学学性高，用用它

19、作吸吸附脱硫硫剂，较较固相烧烧结法制制备的钛钛酸粉提提效果明明显提高高。经催催化的石石油中硫硫的含量量小于00.011%，达达到国际际标准。3.3纳纳米燃油油添加剂剂纳米技术术为添加加剂市场场开辟了了新的市市场机遇遇。北京京大学博博雅公司司利用纳纳米技术术研制开开发出NNANOO牌纳米米燃油添添加剂，采采用液相相纳米技技术生产产的燃油油添加剂剂。以纳纳米级的的微爆使使燃油二二次雾化化，与空空气混合合均匀、充分，使使燃烧进进行更彻彻底，可可广泛应应用于工工业和商商业用汽汽油、柴柴油和重重油等。纳米燃油油添加剂剂还可以以大幅增增加动力力，降低低燃油消消耗，提提高发动动机性能能并延长长其寿命命，减少

20、少尾气中中有害物物质的排排放，保保护环境境。该添添加剂采采用创新新的纳米米微乳化化技术生生产的新新一代多多用途燃燃油添加加剂，可可以全面面解决辛辛烷值强强化剂、清洁剂剂和皆有有添加剂剂所单独独解决的的问题，还还可以整整体改善善发动机机的性能能，是一一种全新新概念的的具有综综合性能能的第四四代环保保型燃油油添加剂剂。纳米米燃油添添加剂可可降低发发动机对对辛烷值值的要求求、提高高动力性性能、节节约燃油油、降低低排污、改善车车辆性能能。3.4煤煤炭用助助燃催化化剂工业用煤煤燃烧后后也会产产生SOO2气体体，在燃燃料燃烧烧时，加加入一种种纳米级级催化剂剂，不仅仅可以使使煤充分分燃烧，提提高能源源利用率

21、率，而且且会使硫硫转化成成固体的的硫化物物，不产产生二氧氧化硫气气体，从从而杜绝绝有害气气体的产产生。室内空气气净化纳米TiiO2 经光催催化产生生的空穴穴和形成成于表面面的活性性氧化膜膜能与细细菌细胞胞或细胞胞内组成成成分进进行生化化反应, 使细细菌头单单元失活活而导致致细胞死死亡, 并且使使细菌死死亡后产产生的内内毒素分分解，即即利用纳纳米TiiO2 的光催催化性能能不仅能能杀死环环境中的的细菌, 而且且能同时时降解由由细菌释释放出的的有毒复复合物。 4环境境污染监监测碳纳米管管可以用用于探测测有毒的的二氧化化氮和氨氨气，利利用纳米米技术研研制的探探测器是是由两端端连接金金属导线线的纳米米

22、碳管组组成。有毒的的氮氧化化物(NNOx)和氨气气(NHH3)可可导致酸酸雨和温温室效应应，因此此其在大大气中的的含量必必须适时时监测。现有监监测技术术成本高高，不便便移动作作业，所所需温度度高。碳碳纳米管管可以用用于探测测有毒的的二氧化化氮和氨氨气，利利用纳米米技术研研制的探探测器是是由两端端连接金金属导线线的纳米米碳管组组成。该该探测器器可以在在室温下下用于监监测氮氧氧化物(NOxx)和氨氨气(NNH3)浓度，造造价低廉廉，并且且体积微微小，只只有3m长，仿仿佛是用用微芯片片进行化化学分析析的“芯芯片实验验室”。该技术术对二氧氧化氮、氨气等等进行监监测很有有价值。 六、其他他应用纳米涂料料

23、（Naano coaatinng）一般是由由纳米材材料与有有机涂料料复合而而成。由由于纳米米微粒在在纳米涂涂料中的的独特性性质，大大幅提高高了涂料料产品的的悬浮稳稳定性、流变性性、耐水水洗刷性性、附着着性、粗粗糙度、对比率率、抗老老化性和和涂膜的的表面硬硬度及自自洁能力力。纳米材料料属于当当代材料料科学的的前沿学学科，纳纳米材料料和技术术领域新新产品的的创新必必须以市市场导向向、需求求为牵引引。目前前，我国国已建立立起纳米米材料和和技术生生产线110多条条，以纳纳米材料料和技术术注册的的公司近近百个，纳纳米材料料在能源源和环保保等方面面的应用用开发已已在我国国兴起。以上内容容摘自环环境保护护与循环环经济以及其它刊物，部分摘自互联网。- 8 -