浅谈纳米材料的特性及其在水处理工业中的应用
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(三） 纳米材料的尺寸效应
小 尺 寸 效 应 是 宏 观 物 理 性 质 的 变 化 ，而 这 一 变 化 是 伴 随 着 颗 粒 尺 寸的缩小而引起的。纳米材料的颗粒是非常小的，其 尺寸越小，比面积 则 越 大 ，从而决定了纳米材料的一些特殊性质。 比 如 ，特 殊 的 光 学 、热 学 、磁 学 、力学等性质。除此之外，纳米材料的超微结构所表现出来的小 尺 寸 效 应 还 包 括 超 导 电 性 、特 殊 的 声 学 特 性 等 方 面 。
― 、纳米材料的特性分析 (一） 纳米材料的表面与界面效应 纳 米 材 料 的 特 殊 结 构 决 定 了 其 特 有 的 性 质 ，其 表 面 与 界 面 效 应 是 指 纳 米 粒 子 性 质 上 的 变 化 ，这 个 变 化 是 由 两 方 面 的 因 素 引 起 的 :一 是 粒 子 表 面 原 子 数 与 总 原 子 数 之 间 的 比 值 ;二 是 粒 径 的 变 小 ，比值随粒径的 变 小 有 很 大 幅 度 的 增 大 ，从 而 引 起 了 纳 米 粒 子 性 质 的 变 化 。这 其 中 存 在 如 下 的 关 系 :首 先 ，假 设 球 形 颗 粒 的 表 面 积 为 S ，直 径 为 d ，则 S 与 d2之 间是成正比的;其次，设 球 形 颗 粒 的 体 积 为 V ，那 么 V 与 d3也是正比关 系 。由此，我们便可 以 判 断 S/V 与 d 是成反比的，因此，如果纳米粒径变 小 ，比 表 面 积 就 会 有 很 大 幅 度 的 增 大 。 比 如 ，d 为 2 0 纳 米 时 ，S/V 为 45m 2/g;则 d 为 1 0 纳 米 时 ，S/V 为 90m 2/g ;那 么 ，如 果 d 为 4 纳 米 时 ，则 S/V 会有显著的增大，为 225m 2/g。从中我们可以看出，d —直 减 小 ，直到 纳米级的时候，表面原子数会大量的增加。不仅 如 此 ，纳米粒子的表面 积和表面能增长速度也非常的快。 (二） 纳米材料的体积效应
纳 米 材 料 之 所 以 在 各 领 域 中 如 此 受 青 睐 ，原 因 之 一 就 在 于 其 体 积 相 比 其 他 材 料 要 小 得 多 ，因 此 纳 米 粒 子 中 所 含 有 的 原 子 数 相 比 之 下 也 要少很 多 。所 以 ，这也决定了其许多物理、化学方面的性质与传统的材 料之间存在巨大的差异。传统材料的粒子直径大，所以其吸附、催 化 、烧 结 等 与 界 面 状 态 相 关 的 现 象 就 与 纳 米 材料 截 然 不 同 。而 传 统 材 料 的 原 子数量是难以计数的，其性状呈块状，而纳米材料则不同。所 以 ，纳米粒 子在上述方面所表现出来的性质就不能以传统材料的性质来解释，这 些 特 殊 的 现 象 反 映 在 纳 米 材 料 上 ，则 表 现 为 其 独 有 的 体 积 效 应 。
科技风2016年 1 0 月上
机械化工^ D01：10.19392/ki.l671-7341.201619100
浅谈纳米材料的特性及其在水处理工业中的应用
张秀刚
长 春 科 技 学 院 吉 林 长 春 130600
摘 要 ：纳米材料自研发出来以后，因为其良好的物理特性和化学特性，使其在各个领域得到了广泛的应用。其不断的发展为生物、医学等领域 开 辟 了 新 的 研 究 方 向 ，并 取 得 了 很 多 优 秀 的 成 果 。本 文 对 纳 米 材 料 的 特 性 进 行 了 总 结 ，并 对 其 在 水 处 理 工 业 中 的 应 用 进 行 了 分 析 ，希 望 能 够 更 好 的 将其应用在水处理工业中。
高 氧 化 状 态 下 还 是 在 低 氧 化 状 态 下 ，都 能 被 还 原 。而 还 原 效 果 是 在 电 子 和 空 穴 的 作 用 下 达 到 的 ，这 利 用 了 无 机 物 在 纳 米 粒 子 表 面 的 光 化 学 活 性 ，通过光催化作用来激发纳米材料，从 而 产 生 电 子 和 空 穴 ，使有毒无 机 物 被 还 原 。纳 米 二 氧 化 钛 能 够 吸 附 高 氧 化 状 态 下 的 重 金 属 离 子 ，包 括 汞 、铂 等 ，然 后 在 光生电子的作用下还原这些离子，使其变为细小的金 属 晶 体 。这 些 细 小 的 金 属 晶 体 能 够 沉 淀 在 催 化 剂 的 表 面 上 ，从 而 达 到 了 消除污水毒性的目的，同时 ，又减少了贵、重金属的流失，将其从废水中 回收。
(二） 纳米材料在有机废水处理中的应用
有机废水的处理包括以下四个方面： 第 一 ，X^f农 药 废 水 的 处 理 ，主 要 是 处 理 其 中 的 含 磷 和 含 硫 有 机 物 ， 使 其 被 无 机 化 ，从 而 达 到 废 水 处 理 的 目 的 。在 处 理 过 程 中 需 要 利 用 到 纳 米 二 氧 化 钛 的 作 用 ，通 过 紫 外 线 对 其 悬 浊 液 的 照 射 来 将 含 磷 和 含 硫 的 有机物无机化。 第 二 ，对 化 工 废 水 的 处 理 ，同样需要用 到 二 氧 化 钛 ，利用其对氧化
关 键 词 ：纳米材料;特性;水处理工业
纳 米 材 料 的 微 观 结 构 决 定 了 其 独 有 的 特 性 ，从 而 决 定 了 其 能 够 在 各 个 领 域 得 到 广 泛 的 应 用 。对 纳 米 材 料 的 研 究 从 未 停 止 过 ，纳 米 材 料 也 处 在 不 断 的 发 展 中 。根 据 纳 米 材 料 的 特 性 ，将 其 应 用 于 水 处 理 工 业 中 ， 能 够 提 升 水 的 净 化 效 果 ，从 而 为 人 们 提 供 更 好 的 水 质 。
除 了 上 述 三 种 效 应 外 ，纳 米 材 料 还 具 有 量 子 尺 寸 效 应 和 量 子 隧 道 效 应 等 特 性 ，这些特性在水处理工业中的应用都具有非常重要的现实 意义。
二 、纳米材料在水处理工业中的应用 (一 ）纳 米 材 料 在 无 机 废水处理中的应用 废水中的有害物质很多，尤其是重金属，一方面它对人体能够造成 巨 大 的 伤 害 ，而另一方面它也是一种重要的资源，如 果 流 失 掉 ，就会造 成 资 源 的 流 失 。纳 米 材 料 之 所 以 被 应 用 于 无 机 废 水 处 理 中 ，是 因 为 它 能 够 有 效 消 除 无 机 物 的 污 染 。其 原 理 如 下 :具 有 毒 性 的 无 机 物 ，无 论 是 在
小 尺 寸 效 应 是 宏 观 物 理 性 质 的 变 化 ，而 这 一 变 化 是 伴 随 着 颗 粒 尺 寸的缩小而引起的。纳米材料的颗粒是非常小的，其 尺寸越小，比面积 则 越 大 ，从而决定了纳米材料的一些特殊性质。 比 如 ，特 殊 的 光 学 、热 学 、磁 学 、力学等性质。除此之外，纳米材料的超微结构所表现出来的小 尺 寸 效 应 还 包 括 超 导 电 性 、特 殊 的 声 学 特 性 等 方 面 。
― 、纳米材料的特性分析 (一） 纳米材料的表面与界面效应 纳 米 材 料 的 特 殊 结 构 决 定 了 其 特 有 的 性 质 ，其 表 面 与 界 面 效 应 是 指 纳 米 粒 子 性 质 上 的 变 化 ，这 个 变 化 是 由 两 方 面 的 因 素 引 起 的 :一 是 粒 子 表 面 原 子 数 与 总 原 子 数 之 间 的 比 值 ;二 是 粒 径 的 变 小 ，比值随粒径的 变 小 有 很 大 幅 度 的 增 大 ，从 而 引 起 了 纳 米 粒 子 性 质 的 变 化 。这 其 中 存 在 如 下 的 关 系 :首 先 ，假 设 球 形 颗 粒 的 表 面 积 为 S ，直 径 为 d ，则 S 与 d2之 间是成正比的;其次，设 球 形 颗 粒 的 体 积 为 V ，那 么 V 与 d3也是正比关 系 。由此，我们便可 以 判 断 S/V 与 d 是成反比的，因此，如果纳米粒径变 小 ，比 表 面 积 就 会 有 很 大 幅 度 的 增 大 。 比 如 ，d 为 2 0 纳 米 时 ，S/V 为 45m 2/g;则 d 为 1 0 纳 米 时 ，S/V 为 90m 2/g ;那 么 ，如 果 d 为 4 纳 米 时 ，则 S/V 会有显著的增大，为 225m 2/g。从中我们可以看出，d —直 减 小 ，直到 纳米级的时候，表面原子数会大量的增加。不仅 如 此 ，纳米粒子的表面 积和表面能增长速度也非常的快。 (二） 纳米材料的体积效应
纳 米 材 料 之 所 以 在 各 领 域 中 如 此 受 青 睐 ，原 因 之 一 就 在 于 其 体 积 相 比 其 他 材 料 要 小 得 多 ，因 此 纳 米 粒 子 中 所 含 有 的 原 子 数 相 比 之 下 也 要少很 多 。所 以 ，这也决定了其许多物理、化学方面的性质与传统的材 料之间存在巨大的差异。传统材料的粒子直径大，所以其吸附、催 化 、烧 结 等 与 界 面 状 态 相 关 的 现 象 就 与 纳 米 材料 截 然 不 同 。而 传 统 材 料 的 原 子数量是难以计数的，其性状呈块状，而纳米材料则不同。所 以 ，纳米粒 子在上述方面所表现出来的性质就不能以传统材料的性质来解释，这 些 特 殊 的 现 象 反 映 在 纳 米 材 料 上 ，则 表 现 为 其 独 有 的 体 积 效 应 。
科技风2016年 1 0 月上
机械化工^ D01：10.19392/ki.l671-7341.201619100
浅谈纳米材料的特性及其在水处理工业中的应用
张秀刚
长 春 科 技 学 院 吉 林 长 春 130600
摘 要 ：纳米材料自研发出来以后，因为其良好的物理特性和化学特性，使其在各个领域得到了广泛的应用。其不断的发展为生物、医学等领域 开 辟 了 新 的 研 究 方 向 ，并 取 得 了 很 多 优 秀 的 成 果 。本 文 对 纳 米 材 料 的 特 性 进 行 了 总 结 ，并 对 其 在 水 处 理 工 业 中 的 应 用 进 行 了 分 析 ，希 望 能 够 更 好 的 将其应用在水处理工业中。
高 氧 化 状 态 下 还 是 在 低 氧 化 状 态 下 ，都 能 被 还 原 。而 还 原 效 果 是 在 电 子 和 空 穴 的 作 用 下 达 到 的 ，这 利 用 了 无 机 物 在 纳 米 粒 子 表 面 的 光 化 学 活 性 ，通过光催化作用来激发纳米材料，从 而 产 生 电 子 和 空 穴 ，使有毒无 机 物 被 还 原 。纳 米 二 氧 化 钛 能 够 吸 附 高 氧 化 状 态 下 的 重 金 属 离 子 ，包 括 汞 、铂 等 ，然 后 在 光生电子的作用下还原这些离子，使其变为细小的金 属 晶 体 。这 些 细 小 的 金 属 晶 体 能 够 沉 淀 在 催 化 剂 的 表 面 上 ，从 而 达 到 了 消除污水毒性的目的，同时 ，又减少了贵、重金属的流失，将其从废水中 回收。
(二） 纳米材料在有机废水处理中的应用
有机废水的处理包括以下四个方面： 第 一 ，X^f农 药 废 水 的 处 理 ，主 要 是 处 理 其 中 的 含 磷 和 含 硫 有 机 物 ， 使 其 被 无 机 化 ，从 而 达 到 废 水 处 理 的 目 的 。在 处 理 过 程 中 需 要 利 用 到 纳 米 二 氧 化 钛 的 作 用 ，通 过 紫 外 线 对 其 悬 浊 液 的 照 射 来 将 含 磷 和 含 硫 的 有机物无机化。 第 二 ，对 化 工 废 水 的 处 理 ，同样需要用 到 二 氧 化 钛 ，利用其对氧化
关 键 词 ：纳米材料;特性;水处理工业
纳 米 材 料 的 微 观 结 构 决 定 了 其 独 有 的 特 性 ，从 而 决 定 了 其 能 够 在 各 个 领 域 得 到 广 泛 的 应 用 。对 纳 米 材 料 的 研 究 从 未 停 止 过 ，纳 米 材 料 也 处 在 不 断 的 发 展 中 。根 据 纳 米 材 料 的 特 性 ，将 其 应 用 于 水 处 理 工 业 中 ， 能 够 提 升 水 的 净 化 效 果 ，从 而 为 人 们 提 供 更 好 的 水 质 。
除 了 上 述 三 种 效 应 外 ，纳 米 材 料 还 具 有 量 子 尺 寸 效 应 和 量 子 隧 道 效 应 等 特 性 ，这些特性在水处理工业中的应用都具有非常重要的现实 意义。
二 、纳米材料在水处理工业中的应用 (一 ）纳 米 材 料 在 无 机 废水处理中的应用 废水中的有害物质很多，尤其是重金属，一方面它对人体能够造成 巨 大 的 伤 害 ，而另一方面它也是一种重要的资源，如 果 流 失 掉 ，就会造 成 资 源 的 流 失 。纳 米 材 料 之 所 以 被 应 用 于 无 机 废 水 处 理 中 ，是 因 为 它 能 够 有 效 消 除 无 机 物 的 污 染 。其 原 理 如 下 :具 有 毒 性 的 无 机 物 ，无 论 是 在