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发信人: Icelus (有所思为Θ为有所思), 信区: Environment
标  题: 纳米技术在环保中的应用zz
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年05月08日12:00:52 星期二), 站内信件

发信人: clean (清道夫), 信区: GreenEarth
标  题: 纳米技术在环保中的应用
发信站: BBS 水木清华站 (Fri Jan  5 09:15:54 2001)

                     米材料与技术在环保中的应用
彭子飞　于霞飞

    美国总统克林顿今年1月建议联邦政府在下一个财政年度预算中增加28亿美元的科
研经费，主要用于生物医学、基础科学、纳米技术和信息技术等领域。克林顿的建议告
诉我们美国政府已将纳米技术与当代科技的三大支柱?基础科学、生物医学、信息技术相
提并论了，由此可见随  米材料制� 和应用研究发展而发展起来的擅准际很可能成为下
一世纪前五十年的主导技术。它诞生十多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一
直非常引人注目，特别是在环境保护和环境治理方面的应用，已经  现出欣欣向荣的前
景。随着  米材料和擅准际在环保方面的应用更深入的研� ，将会给我国乃至全世界
在治理环境污染方面带来新的机会。

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，  米材料和擅准际的应用能够最
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S02气体，这是S02的最大污染源。
所以石油提炼工业中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。擅最阉犷�(CoTi03)是一种非
常好的石油脱硫催化剂。以55-70nm的钛酸钴半径作为催化活体多孔硅胶或 A1203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。工业生产中使用的喝忌找不产生S02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，复合稀土化物的擅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 Zr0.5 Ce0.5 O2，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+／Cr3+，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  米材料比表
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和NOx，无需进行尾气净化
处理。

纳米技术在污水处理方面的应用
　
　污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。
污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二
次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决
这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪
费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害
为宝。一种新型的擅级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通
净水剂三氯化铝的10~20倍。因此它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来，先使水中
不含悬浮物，然后采用擅磁性物质、纤维和活性炭的净化� 置，能有效地除去水中的铁
锈、泥沙以及异味等污染物。经前二道净化工序后，水体清澈，没有异味，口感也较好。
再经过带有纳米孔径的特殊水处理膜和带有不同  米孔径的陶� 小球组装的处理装置
后，可以将水中的细菌、病毒100％去除，得到高质量的纯净水，完全可以饮用。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，就会被过滤掉，
水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。该技术在医学领域血透中已开始
应用，有"体外肾脏"之称。肝、肾功能衰竭者饮用这种水后，会大大减轻肝、肾脏的负
担。

纳米TiO2与环境保护
�
　由于纳米TiO2除了具有  米材料的� 点外，还具有光催化性能，使得它在环境污染
治理方面将扮演极其重要的角色。

　　1．降解空气中的有害有机物。近年来，随着室内装潢涂料油漆用量的增加，室内空
气污染越来越受到人们的重视。调查表明，新装修的房间内空气中有机物浓度高于室外，
甚至高于工业区。目前已从空气中鉴定出几百种有机物质，其中有许多物质对人体有害，
有些是致癌物。对室内主要的气体污染物甲醛、甲笨等的研究结果表明，光催化剂可以
很好地降解这些物质，其中纳米TiO2的降解效率最好，将近达到100％。其降解机理是在
光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。纳米TiO2的光催化剂也可用
于石油、化工等产业的工业废气处理，改善厂区周围空气质量。
    2．它可以降解有机磷农物。这种70年代发展起来的农药品种占我国农药产量的80％，
它的生产和使用会造成大量有毒废水。这一环保难题，使用纳米TiO2来催化降解可得到
根本解决。
  　3．用纳米TiO2催化降解技术来处理毛纺染整废水，具有省资、高效、节能，最终能
使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点，显示出良好的应用前景。
    4．在石油开采运输和使用过程中，有相当数量的石油类物质废弃在地面、江湖和海
洋水面，用纳米TiO2可以降解石油，解决海洋的石油污染问题。
　　5．用纳米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大颗粒TiO2的10倍以上，从
而解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力。
　　6．一般常用的杀菌剂Ag、Cu等能使细胞失去活性，但细菌被杀死后，可释放出致热
和有毒的组分如内毒素。内毒素是致命物质，可引起伤寒、霍乱等疾病。利用纳米TiO2
的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。
在医院的病房、手术室及生活空间细菌密集场所安放纳米TiO2光催化剂还具有除臭作用。
　　7．纳米TiO2由于其表面具有超亲水性和超亲油性，因此其表面具有自清洁效应，即
其表面具有防污、防雾、易洗、易干等特点。如将TiO2 Ａ镀膜置于水蒸气中，� 璃表
面会附着水雾，紫外线光照射后，表面水雾消失，玻璃重又变得透明。在汽车挡风玻璃
、后视镜表面镀上TiO2薄膜，可防止镜面结雾。实验表明，镀有纳米TiO2薄膜的表面与
未镀TiO2薄膜的表面相比，前者显示出高度的自清洁效应。一旦这些表面被油污等污染，
因其表面具有超亲水性，污染不易在表面附着，附着的少量污物在外部风力、水淋冲力�
和自重等作用下，也会自动从TiO2表面剥离下来，阳光中的紫外线足以维持TiO2的薄膜
表面的亲水特性，从而使其表面具有长期的自洁去污效应。这一特性的开发利用将改变
人们对涂层功能的认识，从而给涂层材料带来-次新的革命。今后将广泛应用于汽车表面
涂层、建筑物玻璃外墙等。由于纳米TiO2光催化剂具有良好的化学稳定性、抗磨损性能
好、成本低、制备的薄膜透明等优点，已成为目前最引人注目的环境净化材料，更重要
的是能直接利用太阳光、太阳能、普通光源来净化环境。

     总之，随着  米材料和擅准际基础研究的深入和实用化进程的发展，特别是纳米
技术与环境保护和环境治理进一步有机结合，许多环保难题诸如大气污染、污水处理、
城市垃圾等将会得到解决。我们将充分享受纳米技术给人类带来的洁净环境。

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   胸有成竹，意在笔先。

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: sparkle.hit.edu.cn]

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