纳米材料在环境保护方面的最新应用进展
纳米材料在环境保护方面的最新应用进展（一）
（一） 纳米材料在空气净化中的应用
摄像机广角镜头
纳米材料在处理空气污染方面有广阔的应用前景，因其具有较小的颗粒尺寸，而且纳米微粒表面形态随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶，从而起到以下3个方面的作用：①提高反应速度，增加反应率；②决定反应路径，良好的选择性；③降低反应温度。 1.1汽车尾气净化催化剂
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，这是其它任何汽车尾气净化催化剂都不能比拟的。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3价和4价之间传递，因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性，再加上纳米材料比表面大，空间悬键多，
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吸附能力强，因此它在氧化一氧化碳的同时还还原氮氧化物，使它们转化为对人体和环境无害的气体――二氧化碳和氮气。科学工作者研制的更新一代的纳米催化剂，将在汽车发动机汽缸发挥催化作用，使汽油在燃烧时就不产生co和nox，从而无需进行尾气净化处理。
1.2石油脱硫催化剂
工业用及车用燃料油是最大的二氧化硫污染源，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脱硫工艺以降低汽柴油的硫含量。采用半径为55-70nm的钛酸钴(cotio3)作为催化活体，以多孔硅胶或al2o3陶瓷作为载体的催化剂进行脱硫，其催化效率极高。采用沉淀溶出法制备的粒径约30-60nm的白球状钛酸锌(zntio3)粉体，该粉体比表面积大，化学活性高，用它作吸附脱硫剂，较固相烧结法制备的钛酸粉体效果明显提高。经催化的石油中硫的含量小于0.01%，达到国际标准。
纳米技术为添加剂市场开辟了新的市场机遇。北京大学博雅公司利用纳米技术研制开发 出nano牌纳米燃油添加剂，采用液相纳米技术生产的燃油添加剂。以纳米级的微爆使燃油二次雾化，与空气混合均匀、充分，使燃烧进行更彻底，可广泛应用于工业和商业用汽油、柴油和重油等。
纳米燃料添加剂还可以大大提高功率，降低油耗，改善发动机性能，延长使用寿命，减少尾气中有害物质的排放，保护环境。该添加剂是采用创新的纳米微乳技术生产的新一代多用途燃油添加剂，可以全面解决辛烷值促进剂、洗涤剂和节油添加剂单独解决的问题，也可以提高发动机整体性能。是第四代综合性能环保型燃料添加剂的新概念。纳米燃料添加剂可以降低发动机对辛烷值的要求，提高功率
中频淬火变压器
性能、节约燃油、降低排污、改善车辆性能。
1.4煤用助燃催化剂
工业用煤燃烧后也会产生so2气体，在燃料燃烧时，加入一种纳米级助燃催化剂，不仅可以使煤充分燃烧，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物，不产生二氧化硫气体，从而杜绝有害气体的产生。
纳米材料在环境保护中的最新应用进展（2）
(二)纳米材料在污水处理中的应用
传统的水处理方法存在效率低、成本高、二次污染等问题，污水处理一直没有得到很好的解决。纳米技术的发展和应用有可能彻底解决这个问题。
2.1纳米过滤技术
纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的新型压力驱动膜分离工艺。纳滤膜的孔径为纳米级，相对分子量截留范围约为数百。纳滤的特点如下：① 在过滤和分离过程中，它可以同时保留小分子有机物和透析盐，即浓缩和透析相结合。② 操作压力较低，因为无机盐可以通过纳滤膜进行透析，这使得纳滤的渗透压远低于反渗透。在工业生产过程中，纳滤在资源回收或工业废水的处理和循环利用中发挥着重要作用。
2.2纳米光催化技术
光催化降解是一种很有前途的废水处理新技术。它是指在光下通过催化剂分解污染物。
常用的光催化剂有tio2、ZnO、CDs、sno2、fe2o3等。纳米颗粒具有传统颗粒所不具备的纳米效应，因此具有更高的催化活性。自1976年以来，caryj h.报道了纳米TiO 2在紫外光照射下对难降解有机化合物多氯联苯的脱氯作用，引起了世界各国研究人员的关注。到目前为止，人们已经发现，在紫外光照射下，纳米TiO 2或ZnO可以快速降解3000多种难降解有机化合物，尤其是当水中有机污染物浓度很高或难以用其他方法降解时，该技术具有明显的优势。美国、日本和英国已经报道了纳米TiO 2光催化技术在水处理中的实际应用。
2.3纳米吸附材料
由于纳米材料的表面效应，纳米材料具有高表面活性、高表面能和高比表面积，因此纳米材料在制备高性能吸附材料方面显示出巨大的潜力。新型纳米净水剂具有较强的吸附能力。其吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10-20倍。因此，它能完全吸收和沉淀污水中的悬浮物，先使水中无悬浮物，然后利用纳米磁性材料、纤维和活性炭净化装置，有效去除水中的铁锈、沉淀物和异味。前两次净化后，水体清澈，无异味，口感良好。采用纳米孔径的特殊水处理膜和不同纳米孔径的陶瓷球组装的处理装置，可100%去除水中的细菌和病毒，得到完全可饮用的优质纯净水。据李明等人介绍，一家公司在污水处理中使
用纳米材料，包括净化剂、絮凝剂和消毒剂。由这些纳米材料制成的多组分复合新型超高效水处理剂不仅具有良好的污染控制效果，而且缩短了工艺流程，降低了试剂成本。
纳米材料在环境保护方面的最新应用进展（三）
撰稿人：边志鑫贡献时间：2022年12月6日
3.1噪声污染控制
飞机、车辆、船舶等发动机的工作噪声可达数百分贝，容易对人体造成伤害。然而，当机械和设备通过纳米技术实现小型化时，相互碰撞和摩擦产生的交变机械力将大大减少，噪声污染可以得到有效控制。纳米技术开发的润滑剂不仅能在物体表面形成永久性固体膜，产生良好的润滑效果，大大降低机械设备运行时的噪音，而且能延长其使用寿命。
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。
纳米添加剂的作用机理不同于传统添加剂，这与其纳米效应有关。在摩擦过程中，由于摩擦表面的局部温度较高，特别是在高载荷下，纳米粒子很可能处于熔化、半熔化或烧结状态，从而形成一层纳米薄膜。此外，纳米颗粒具有极高的扩散力和自扩散能力（比块体材料高出十多个数量级），容易在金属表面形成具有优异减摩性能的渗透层或扩散层，表现出“原位摩擦化学反应”。根据这一机理，纳米添加剂的润滑效果，尤其是在高负荷下，不再取决于含有少量添加剂的元素是否对基体具有化学活性，而是在很大程度上取决于它们是否与基体成分形成扩散层或渗透层以及固溶体。纳米添加剂的这种性能解决了润滑油和燃料添加剂设计中长期依赖s、P和Cl等活性元素的问题，解决了s、P和Cl引起的基底金属腐蚀和环境问题。
3.2固体废弃物处理
stewart平台 纳米技术和材料在固体废物处理中的优势主要体现在以下两个方面：第一，纳米处理剂能快速降解固体废物。例如，纳米TiO 2对固体废物的降解率是传统TiO 2的10倍。其次，利用纳米技术可以将橡胶和塑料制品以及废弃的印刷电路板制成超细粉末，去除杂质，并将其作为可再生原料回收利用。在日本，废橡胶轮胎被制成粉末，用于铺设运动场、道路
和新干线的路基。因此，纳米技术可以在很大程度上缓解固体废物对环境造成的巨大压力，也可以减少填埋等传统方法造成的二次污染。
固定管板式换热器 3.3自清洁涂料
最近，人们发现，在紫外光照射下，TiO2的表面结构发生变化，并具有超亲水性。停止紫外线照射，几小时或7天后回到疏水状态，然后在紫外线照射下表现出超亲水性。通过gap紫外线照射，表面始终保持超亲水性。此功能可用于表面防雾和自清洁。由于其超亲水性，涂有TiO2的表面不容易粘附在油上。即使是附着的，它也会与外部水膜结合。在外风、水洗、自重的作用下，能自动从涂层表面剥离，达到防污、自洁的目的。TiO2在玻璃、陶瓷和其他建筑材料中的光催化和超亲水性结合在医院、酒店和家庭中具有广阔的应用前景。
3.4光催化消毒剂
纳米TiO 2表面形成的光催化孔和活性氧与细胞内的细菌细胞或成分发生生化反应，使细菌头部单元失活，导致细胞死亡，分解细菌死亡后产生的内毒素。实验结果表明，在玻璃
和陶瓷表面涂覆TiO2并用室内荧光灯照射1小时，可以杀死玻璃和陶瓷表面99%的大肠杆菌、铜绿假单胞菌和金黄葡萄球菌。如果在医院使用这种瓷砖，墙壁上覆盖的细菌数量和空气中漂浮的细菌数量将显著减少；如果在厕所中使用，氨浓度可以显著降低。日本最近开发了用于TiO2涂层的抗菌陶瓷，它可以在光照下完全杀死其表面的细菌。最近，福州大学还开发了一种掺杂TiO2薄膜的固体陶瓷材料，该材料对大肠杆菌和空气中的细菌具有稳定的杀灭效果，并具有抑制细菌生长的能力。近年来，含超细TiO 2、ZnO等微粉的抗菌除臭纤维不断得到研究和开发。它们不仅可以用于医疗，还可以制成抗菌、除臭的高档纺织品、服装、围裙、鞋和袜子。
3.5监测环境污染
有毒氮氧化物（NOx）和氨（NH3）会导致酸雨和温室效应，因此必须及时监测其在大气中的含量。现有的监控技术成本高、移动操作不便、温度高。碳纳米管可以用来检测有毒的二氧化氮和氨。纳米技术开发的探测器由碳纳米管和两端连接的金属线组成。该检测器可用于在室温下监测氮氧化物（NOx）和氨（NH3）的浓度。它既便宜又小，只有3μM长，就像一个用微芯片进行化学分析的“芯片实验室”。这项技术对于监测二氧化氮和氨非常有价值。
3.6防止电磁辐射
纳米TiO 2具有很强的散射和吸收紫外线的能力，尤其是中长波紫外线UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA、UVA
uvb(320-400nm，290-320nm)的吸收能力很强，效果比有机紫外吸收剂强得多，并且可透过可见光，因其无毒无味、无刺激性而广泛用于化妆品。在对日本销售的37种防晒化妆品的分析中，发现其中大多
版权评估 它们都含有纳米TiO 2。英国TiO2公司为化妆品制造商将超细TiO 2粉末制成浆料产品。美国还开发了六种商业化的无机防晒霜。纳米TiO 2在涂料中的应用可以制备特殊的抗紫外线产品，如汽车和船舶面漆的抗老化剂、抗紫外线雨伞等。
纳米材料属于当代材料科学的前沿学科，纳米材料和技术领域新产品的创新必须以市场导向、需求为牵引。目前，我国已建立起纳米材料和技术生产线10多条，以纳米材料和技术注册的公司近百个，纳米材料在能源和环保等方面的应用开发已在我国兴起。作为21世
纪前沿科学的纳米技术将对环境保护产生深远影响，并有广泛的应用前景，甚至会改变人们的传统环保观念，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。(完)
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