纳米技术在环境保护中的应用

纳米技术在环境保护中的应用

纳米技术具有极大的理论和应用价值，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。

纳米技术研究在0．1．100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。广义的纳米材料

是指在三维空间中，至少有一维达到纳米尺度范围。或以其为基本单位所构成的材料。纳米

材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性，众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生

深远的影响。

一．纳米技术在水处理中的应用

1）纳米催化剂

目前用于水处理的纳米催化剂，主要指光催化剂，如Ti02,Cd5,ZnO等，其中TiO:因其活性高、稳定性好、对人体无害而最受重视。Matthews等P1曾对水中34种有机污染物的光催化降解进行研究，结果表明该方法可将水中的烃类、卤代物、轻酸盐表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等污染物转化成CO;和H2O等无害物质。利用纳米光催化剂光催化降解有机废水是其最重要的用途之一纳米TiO:玻璃薄膜光催化剂，可将玫瑰红B催化降解为C02,H 20及一些其它的简单无机物。用溶胶一箭胶法制备的8层粒径为21.2nm的锐钦矿T102(存在于玻璃薄膜中)，在(28-0.5)℃和振摇条件下，可使初始浓度为9.87 x 10“一10.46‘10 6的玫瑰红B在150min内的降解率达到80%多(以高压汞灯为光源)，反应速率对时间和浓度均为一级反应[21。用纳米二氧化钦粉末催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液，在多云的条件下，光照12h,浓度为0.5mg/L的苯酚已降解为零，浓度为lmg几的十二烷基苯磺酸钠也基本降解137。采用纳米二氧化钦催化降解技术来处理纺织工业污水，省钱、高效、节能，最终能使有害有机物完全矿化，且不存在二次污染

2）处理无机污染废水

污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力同。如纳米TiO：能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。

3）处理有机污染废水

大量研究表明纳米TiO：等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物。使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO：能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质图。例如Pintar等在间歇式反应器中纳米Ru／TiO：作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳TOC的去除率可达到99．6％，并使废水完全脱色。经光催化湿空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。

4）自来水的净化处理

新型纳米级净水剂r7的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂AI：0，的10～20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100％除去水中的细菌、病毒。得到高质量的纯净水。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，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。

二。纳米材料在大气污染治理方面的应用

1）空气中硫氧化物的净化

二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，如果在燃料燃烧的同时加

入纳米级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。如用纳米Fe：0，作为催化剂。经纳米材料催化的燃料中硫的含量小于0．01％，不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且使废气等有害物质再利用成为可能。

2）汽车尾气净化

汽车尾气排放直接污染人们的生活空间及呼吸层。对人体健康影响极大。开发替代燃料或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料。对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制备与组装的汽车尾气传感器问，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。纳米稀土钛矿型复合氧化物对汽车尾气所排放的NO、CO等具有良好的催化转化作用，可以替代昂贵的重金属催化剂用作汽车尾气催化剂。

3）室内空气净化

新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，纳米TiO：的降解效果最佳。纳米TiO：经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧膜化能与细菌细胞或细胞内组成成分进行生化反应，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解。即利用纳米TiO：的光催化性能不仅能杀死环境中的菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物四。在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米TiO：光催化剂可具有杀菌、除臭作用。

三．纳米技术在环境监测中的应用

在环境监测中，主要利用纳米技术的气敏性质做成化学传感器，用来监测大气中的NOZ,SO2,CO等有害气体。纳米气敏材料中最常用的是ZnO,SnO2,TiO:等，其中部分己经投人使用在气敏物质中，应用最广泛的是Sn02，它各方面需的能量和费用都较高，否则制备的传感器的稳定性、选择性和灵敏性较差，_二者很难兼得。最近Cirera等发现用微波射线方法制备的纳米SnO:传感器费用低，各方面性能都很优越，体现了极好的大批量生产的前景。用此种方法可获得平均直径为55nm的未掺杂的粉末，直径为66nm的掺杂0.2%Pt粉末和直径为54nm掺杂I%Pd的粉末以CO作为实验气体，结果表明传感器的电阻与CO浓度有较好的线性关系，其中掺杂以后的粉末在1一1 000mg/L范围内都体现了很好的特性。对于NO:气体，同样具有较好的气敏特性，如果能制成监侧装置，将来肯定能有广泛的应用1221Ti O: 的气敏性质早已为人们所熟知，但由于其工作条件苛刻，需在1 100℃下工作，因此主要用来监测02浓度。Guidi等用RF-磁溅射技术制备的TiO

敏电极，在较低温度下对CO和NO:体现了良好的气敏特性。在350-800℃范围内，对于含有20mg/L的CO和NO:的空气和不含有污染物的空气有很好的分辨性能。

四．在其它环保领域的应用

1）噪声控制

飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达上百分贝，容易对环境造成噪声污染。当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便可得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，大大降低机器设备运转时的噪声。又能延长设备的使用寿命册。

2）固体废物处理

纳米技术及纳米材料应用于城市固体垃圾处理，主要有两个方面研：一是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是利用纳米TiO：催化技术可以使城市垃圾J决速降解，其速度可达到大颗粒TiO：的10倍以上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。

3）防止电磁辐射