碳纳米材料的应用及其污染

应用
污染
碳
碳，神奇的六号元素， 地球上的生命基础元素之一。而 其纳米材料，更是具有许多异常的力学、电学和化学性能。
石墨烯
碳纳米管
石墨烯
代替硅生产超 级计算机
光子传感器
其他应用前景还有如 • 超薄防弹衣 • 超轻超薄超强度的航空材料等
应用：石墨烯
超级计算机 • 科学家发现，石墨烯还是目前已知导电性能最出色的材料。 石墨烯的这种特性尤其适合于高频电路。(高频电路是现代 电子工业的领头羊，由于工程师们正在设法将越来越多的 信息填充在信号中，它们被要求使用越来越高的频率，然 而工作频率越高，热量也越高，于是，高频的提升便受到 很大的限制。)由于石墨烯的出现，高频提升的发展前景似 乎变得无限广阔了。 这使它在微电子领域也具有巨大的应 用潜力。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用 来生产未来的超级计算机。
碳纳米管
1. Description of the business
复合材料
纳米 器件
4. Description of the business
储氢
比表面积大、结晶 度高、导电性好
优良的吸附性
超级 电容
3. Description of the business
环境 保护
应用：碳纳米管
储氢
• 纳米碳管是一种很有发展前途的储氢材料。单壁纳米碳管 的吸氢过程研究发现，氢以很大密度填充到单壁纳米碳管 的管体内部以及单壁纳米碳管束之间的孔隙，因此单壁纳 米碳管具有极佳的储氢能力，据推测单壁纳米碳管的储氢 量可达10％。（重量比）
的例子是用双壁碳纳米管制作世界上最小的纳米马达。
应用：ຫໍສະໝຸດ Baidu纳米管
复合材料
利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。 • 如用碳纳米管材料增强的塑料：力学性能优良、导电性好、 耐腐蚀、屏蔽无线电波。 • 使用水泥做基体的碳纳米管：复合材料耐冲击性好、防静 电、耐磨损、稳定性高，不易对环境造成影响。碳纳米管 增强陶瓷复合材料强度高，抗冲击性能好。
应用：碳纳米管
环境保护
• 在环境治理中的应用 利用碳纳米管优良的吸附能力，可以处理水中存在的重金 属污染物和 非金属无机化学毒物以及有机物污染物和有机性化学毒物。 • 在环境分析中的应用 • 碳纳米管独特的电学性能使其能够应用于环境分析。电极经过碳纳米 管的修饰可以有效地测定环境中的重金属离子、阴离子；基于碳纳米 管的化学传感器可用来检测多种气体。另外，碳纳米管的吸附性能还 可使其在色谱分析和固相萃取领域得到应用。碳纳米管独特的性质使 其能竹：为一种有其独特优势固相萃取剂。碳纳米管的吸附能力比活 性炭、硅石等要强，使用碳纳米管作为固相蒂取剂使样品的预处理过 程大大简化，可成功应用于对 州农药残 物和有机污染物的检测，能 获得娜想的分析效果，呵使检测限大幅提高”。
碳纳米材料的应用及其污染
理学院 应用化学2014级 制作人：陈军
目录
碳纳米材料具有广阔的应用前景,近年来已成为一 大研究热点. 但生产和使用中将不可避免地造成这些 材料向环境中的释放,可能带来环境和生态风险。
代替硅生产超级计算机 光子传感器 储氢材料 燃料电池 超级电容 对人体可能的影响 生产过程中产生的污染物 影响污染物迁移转化
潜在的健康影响
眼睛接触：可能引起眼睛不适 碳纳米管只有头发丝的几千分之一，异常坚硬 • 空气吸入：可能导致肺癌的形成，尘肺，肉芽肿或间皮瘤 并且导电性能优异，因此，使用范围非常广泛。然 • 食入：会刺激肠道，相关实验不足 而，人们现在知道，同样形状的纳米管和石棉纤维 • 皮肤接触：在现在，并不是完全了解纳米粒子从皮肤渗透 等会对人体肺部造成损害。因此，科学家想知道， 是否会对人体会造成不良影响的动物模型。然而，局部应用原 碳纳米管是否也会给人类健康带来负面影响。 料单壁碳纳米管到裸鼠体内已经证明造成皮肤过敏。在使用体 外培养的人皮肤细胞进行实验时显示，这两个单壁碳纳米管和 多壁碳纳米管可以进入细胞，造成亲释放，炎性细胞因子，氧 化应激，降低细胞生存能力。目前，相关模型不足，关于皮肤 接触纳米材料的研究正在进行中。
应用：石墨烯
光子传感器
• 石墨烯还可以以光子传感器的面貌出现在更大的 市场上，这种传感器是用于检测光纤中携带的信 息的，现在，这个角色还在由硅担当，但硅的时 代似乎就要结束。接下来人们要期待的就是基于 石墨烯的太阳能电池和液晶显示屏了。因为石墨 烯是透明的，用它制造的电板比其他材料具有更 优良的透光性。
应用：碳纳米管
燃料电池
• 碳纳米管可用作充电电池电极材料，碳纳米管可川来做为 一种优良的锂离子电池负极材料，使电池具备高电压 大 容馈和长循环寿命的环保要求。
应用：碳纳米管
超级电容
• 碳纳米管比表面积大、结晶度高、导电性好，微孔大小可通过合成工 艺加以控制,因而是一种理想的电双层电容器电极材料。碳纳米管超级 电容器是已知的最大容量的电容器。
碳纳米材料的污染问题
吸附环境中的污染物质， 影响污染物的迁移转化。
影响污染物 迁移转化
据《自然》 杂志报道，纳米 颗粒进入人体后 ，引起发炎、病 变等症状。同时 也可能影响大脑 ，导致更严重的 疾病发生。纳米 颗粒长期停留在 人体内，同样会 引发病变。
“优越的 性能”
对人体可 能影响
军事威胁
纳米大小的尘埃给 现代战争带来了一种前 所未有的新型污染，它 对人类和动物健康的影 响仍是个未知数。
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军事威胁
纳米大小的尘埃能够轻易地穿透人体防线进入血液，然后直 达各个内脏器官和组织。
人类已经证实，直径在100纳米的颗粒能够在60秒之内成功穿透肺部防线， 并在一小时之内出现在肝脏和其他内脏器官里。 贫铀弹和一些高科技炮弹爆炸会产生高温，将爆炸范围内的炸弹、坦 克、建筑等一切事物都变成悬浮颗粒。在几秒钟之内，爆炸点周围的 汽化物质会再浓缩成细小的空心球形颗粒。这个过程会产生任何冶金 学书本上都找不到的新合金。所以说，现代战争带来了一种前所未有 的新型污染，它对人类和动物健康的影响仍是个未知数。
影响污染物迁移转化
• 碳纳米材料具有较快吸附平衡速率及较高的吸附能力,环 境中的污染物一旦被碳纳米材料吸附,在环境介质中会随 碳纳米材料一起运移,污染物的环境行为因此可能发生改 变. • 碳纳米材料对于有毒化学物质的吸附还可能会改变污染物 的生物可利用性： 水溶液中溶解性有机质的存在虽然会增大疏水性有机物 的表观溶解度,但同时溶液中真正的自由相有机污染物的量 也会减少,污染物的生物可利用性反而降低.碳纳米材料在水 中的存在可能也会以类似的机制影响吸附在这些材料上的污 染物的生物可利用性.
结语
对于碳纳米材料自身的环境行为以 及碳纳米材料与污染物间的相互作 用虽已有了一些相关研究,但已有的 成果对于准确评估环境中碳纳米材 料的生态风险仍显得不足,碳纳米材 料的许多环境行为和环境效应在很 大程度上还是未知数。
纳米颗粒能够渗透到膜细胞中，并沿神 经细胞突触、血管和淋巴血管传播。与 此同时，纳米颗粒有选择性地积累在不 同的细胞和一定的细胞结构中。纳米颗 粒的强渗透性不仅仅为药物的使用提供 了有效性，同时，也对人体健康提出了 潜在威胁。但至今，对纳米颗粒对人体 健康危害的研究还很少。
这种直升机有四个强大的电 动马达，并包含碳纳米管超级 电容器运行电机
应用：碳纳米管
纳米器件
• 碳纳米管还给物理学家提供了研究毛细现象机理最细的毛细管，给化 学家提供了进行纳米化学反应最细的试管。碳纳米管上极小的微粒可 以引起碳纳米管在电流中的摆动频率发生变化。（利用这一点，1999年，
巴西和美国科学家发明了精度在10-17kg精度的“纳米秤”，能够称量称量一亿分之二 百克的单个病毒的质量。 ）碳纳米管还用来构建各种微纳米器件，最成功