纳米技术在环境保护中的应用
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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（ )-）和 氮 氧 化 物（ 5-6 ）的 污染问题。以活性炭作为 载 体，纳 米 78&2 # )9&2 # -1 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 78! : ; 78. : 及 )9! : ; )9. : 电子可以在其 . 价和 ! 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 积 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。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 )- 和 5-6 ，从 而 无 需 进行尾气净化处理。 #" 噪声控制
总之，随着纳 米 材 料 和 纳 米 技 术 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 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。
纳米技术在环境保护中的应用
戴晓峰
（ 安徽省环境监测中心站，合肥* (’""&!）
* * 纳米技术是在 ", !" - !"" 纳米尺度的空间内，研 究电子、原 子 和 分 子 运 动 规 律 和 特 性 的 崭 新 技 术。 纳 米技术已经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。 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 引 人 注 目，特 别是在环境 保 护 和 环 境 治 理 方 面 的 应 用，已 经 呈 现 出 欣欣向荣的前景。 !* 节能
纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品的 技术。这种从 小 到 大 的 制 造 方 式 需 要 的 材 料 较 少，造 成污染程度 低。 在 我 国 已 有 微 马 达，微 传 感 器 等 纳 米 微机电 系 统 元 件 问 世。 由 于 纳 米 技 术 导 致 产 品 微 型 化，使所需资源减少。不仅可以达到“ 低消耗、高效益” 的可持续发展目的，而且成本低廉。可以预测，未来资 源浪费、造价昂贵的大型机械设备会逐步淘汰，以实现 资源消耗的“ 零增长”。例如国家节能高科技成果，国 家“#&’ 计划”项目，由哈尔滨久天蓄能发光科技有限 公司负责 开 发 的 纳 米 节 能 灯 与 现 在 使 用 的 节 能 灯 相 比，节能提高了 ’". ，使用寿命为 ’ - + 万小时，其亮度 是现在节能灯的 + - !" 倍，将有效节省电力资源。 (* 储能
污 水 中 通 常 含 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。由于纳米 材 料 所 具 有 的 表 面 效 应，使 纳 米 材 料 具 有 高 的 表 面 活 性 、高 表 面 能 和 高 的 比 表 面 积 ，所 以纳米材料在制备高性能吸附方面表现出巨大的潜 力。一种新 型 的 纳 米 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 !" - (" 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 纳 米 磁 性 物 质 、纤 维 和 活 性 炭 的 净 化 装 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纳米孔
寿命。 <" 固体废弃物处理
纳 米 技 术 及 材 料 应 用 于 固 体 废 弃 物 处 理 ，其 优 越 性主要体现 在 以 下 两 个 方 面：首 先，纳 米 级 处 理 剂 降 解固体废弃物的速度快。例如，纳米二氧化钛（ +,-1 ） 降解固体废弃物的速度为常规二氧化钛（ +,-1 ）的 3& 倍。其次，利 用 纳 米 技 术 可 以 将 橡 胶 塑 料 制 品、废 旧 印刷电路板 制 成 超 细 粉 末，除 去 其 中 的 杂 质，将 其 作 为再生原料回收。目前日本已将废橡胶轮胎制成粉 末用于 铺 设 运 动 场、道 路 以 及 新 干 线 的 路 基 等。因 此 ，纳 米 技 术 可 在 很 大 程 度 上 缓 解 固 体 废 弃 物 给 环 境 带来的巨大的压力也可以减轻填埋等传统方式所带 来的二次污染。 %" 防止电磁辐射
人们很早就知道，某些固体材料（ 如金属氢化物
等）在室温条件 下 可 以 储 存 少 量 的 氢（ 约 为 自 重 的 ! . - ( . ）。 有 些 金 属 氢 化 物 可 储 存 更 多 的 氢（ 为 其自重 的 + . - / . ），但 所 需 的 储 氢 温 度 极 高，为 (+" 0 甚至更高。然而，碳纳米管和纳米纤维即使在 室温下也能很 好 的 吸 收 氢，每 个 颗 粒 都 是 一 个 微 小 的吸氢“ 海 绵 ”。 美 国 国 立 可 再 生 能 源 实 验 室 采 用 1234（ 程 序 控 温 脱 附 仪 ）测 量 单 壁 纳 米 碳 管 （ 4561）的 载 氢 量，从 实 验 结 果 推 测 在 !’" 7、) 8 !" ) 29 条 件 下 的 载 氢 量 为 + :;. - !" :;. ，并 认 为 4561 是唯一可用于氢燃料电池汽车的储氢材料。 这是世界上关于碳纳米管储氢的第一篇报道。后来 他们又用强超声波处理 4561 并使纳米管在室温、 +" <29 条件下吸氢，测得 & , + :;. 的储氢量。将这种 材料用于制造 燃 料 电 池 汽 车 中 的 氢 容 器 中，将 具 有 十分广阔的应用前景。 ’* 污水处理
第 (’ 卷第 ) 期
*
(""& 年 # 月
生物学杂志 *
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文章编号：!""# $ %&’(（(""&）") $ ""&! $ "(
近年来有关电磁场对人体健康的影响问题己众所 周知，但在不 久 的 将 来 我 们 再 也 不 用 为 防 电 磁 辐 射 而 担忧。若在强 烈 辐 射 区 工 作 需 要 电 磁 屏 蔽 时，可 以 在 墙中加入纳米材料层，或者涂上纳米涂料，能大大提高 遮挡电磁波辐射性能。纳米二氧化钛 +,-1 具有很强的 散射和吸收 紫 外 线 的 能 力，尤 其 是 对 人 体 有 害 的 中 长 波紫外线 =>/、=>?（.1& $ !&&’(，1@& $ .1&’(）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。将纳米二氧化钛 +,-1 应用于涂料中可制成特殊的 防紫外线产 品，如 汽 车、轮 船 面 漆 的 防 老 化 剂，防 紫 外 线伞等。 A" 监测环境污染
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 产生二氧化 硫 气 体，这 是 空 气 重 要 的 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。采用半径为 ## $ %& ’( 的 钛 酸 钴（ )*+,-. ）作 为 催化活体，以多孔 硅 胶 或 /01 -. ，陶 瓷 作 为 载 体 的 催 化剂进行脱 硫，其 催 化 效 率 极 高。 经 它 催 化 的 石 油 中硫的含量小于 & 2 &3 4 ，达 到 国 际 标 准。工 业 用 煤 燃烧后也会产 生 大 量 的 二 氧 化 硫 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。
经检 测，飞 机、车 辆、船 舶 等 发 动 机 工 作 的 噪 声 可 达到上百分 贝，容 易 对 环 境 造 成 噪 声 污 染。 但 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，得以大 大降低 机 器 设 备 运 转 时 的 噪 声，又 能 延 长 它 的 使 用
氮氧化物（ 5-6 ）和二氧化碳（ )-1 ）是导致全球变 暖的罪魁祸首，因此其在大气中的含量必须适时监测。 现有监测技术成本高，不便移动作业，所 需 温 度 条 件 高。1&&. 年美国纽约 B9’CC90D98 理工学院的研究人员 开发出一种 新 型 微 型 传 感 器，它 利 用 密 集 的 碳 纳 米 管 阵列来根据气体的特征击穿电压和电流检测它们。这 种传感器可检测 5E. 、)-1 、51 、-1 、E9、空气和气体混 合物。由于这种传感器结构简单，成本较低，因此以这 种技术为基础研制用电池驱动的便携式气体监控装置 将会成为现实。
将氢气作为 动 力 能 源 成 本 低 且 效 率 高，在 能 源 日 益显现不足和燃油汽车造成人类生存环境极大污染的 今天，以氢燃料作为汽车燃料的呼声日益高涨。从 (" 世纪 %" 年代起，许多发达国家都制定了系统的氢能研 究计划，其 短 期 目 标 是 氢 燃 料 电 池 汽 车 的 商 业 化。 现 在利用氢能的障碍是氢气的规模化存储和运输。碳纳 米管由于 其 管 道 结 构 及 多 壁 碳 管 之 间 的 类 石 墨 层 空 隙，成为最有 潜 力 的 储 氢 材 料，并 是 当 前 研 究 的 热 点。 碳纳米管储氢的优越性将使碳纳米管燃料电池成为最 具发展潜力的新型汽车动力源。
径的陶瓷小球 组 装 的 处 理 装 置 后，可 以 将 水 中 的 细 菌、病毒 几 乎 全 部 去 除，得 到 高 质 量 的 纯 净 水。 此 外，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。 采 用 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 。 !" 处理空气污染
<1 万方数据
纳米技术在环境保护中的应用
* * 收稿日期：(""+ $ "# $ ((
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第 1. 卷第 ! 期
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纳米技术在环境保护中的应用
戴晓峰
（ 安徽省环境监测中心站，合肥* (’""&!）
* * 纳米技术是在 ", !" - !"" 纳米尺度的空间内，研 究电子、原 子 和 分 子 运 动 规 律 和 特 性 的 崭 新 技 术。 纳 米技术已经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。 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 引 人 注 目，特 别是在环境 保 护 和 环 境 治 理 方 面 的 应 用，已 经 呈 现 出 欣欣向荣的前景。 !* 节能
纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品的 技术。这种从 小 到 大 的 制 造 方 式 需 要 的 材 料 较 少，造 成污染程度 低。 在 我 国 已 有 微 马 达，微 传 感 器 等 纳 米 微机电 系 统 元 件 问 世。 由 于 纳 米 技 术 导 致 产 品 微 型 化，使所需资源减少。不仅可以达到“ 低消耗、高效益” 的可持续发展目的，而且成本低廉。可以预测，未来资 源浪费、造价昂贵的大型机械设备会逐步淘汰，以实现 资源消耗的“ 零增长”。例如国家节能高科技成果，国 家“#&’ 计划”项目，由哈尔滨久天蓄能发光科技有限 公司负责 开 发 的 纳 米 节 能 灯 与 现 在 使 用 的 节 能 灯 相 比，节能提高了 ’". ，使用寿命为 ’ - + 万小时，其亮度 是现在节能灯的 + - !" 倍，将有效节省电力资源。 (* 储能
污 水 中 通 常 含 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。由于纳米 材 料 所 具 有 的 表 面 效 应，使 纳 米 材 料 具 有 高 的 表 面 活 性 、高 表 面 能 和 高 的 比 表 面 积 ，所 以纳米材料在制备高性能吸附方面表现出巨大的潜 力。一种新 型 的 纳 米 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 !" - (" 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 纳 米 磁 性 物 质 、纤 维 和 活 性 炭 的 净 化 装 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纳米孔
寿命。 <" 固体废弃物处理
纳 米 技 术 及 材 料 应 用 于 固 体 废 弃 物 处 理 ，其 优 越 性主要体现 在 以 下 两 个 方 面：首 先，纳 米 级 处 理 剂 降 解固体废弃物的速度快。例如，纳米二氧化钛（ +,-1 ） 降解固体废弃物的速度为常规二氧化钛（ +,-1 ）的 3& 倍。其次，利 用 纳 米 技 术 可 以 将 橡 胶 塑 料 制 品、废 旧 印刷电路板 制 成 超 细 粉 末，除 去 其 中 的 杂 质，将 其 作 为再生原料回收。目前日本已将废橡胶轮胎制成粉 末用于 铺 设 运 动 场、道 路 以 及 新 干 线 的 路 基 等。因 此 ，纳 米 技 术 可 在 很 大 程 度 上 缓 解 固 体 废 弃 物 给 环 境 带来的巨大的压力也可以减轻填埋等传统方式所带 来的二次污染。 %" 防止电磁辐射
人们很早就知道，某些固体材料（ 如金属氢化物
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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 产生二氧化 硫 气 体，这 是 空 气 重 要 的 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。采用半径为 ## $ %& ’( 的 钛 酸 钴（ )*+,-. ）作 为 催化活体，以多孔 硅 胶 或 /01 -. ，陶 瓷 作 为 载 体 的 催 化剂进行脱 硫，其 催 化 效 率 极 高。 经 它 催 化 的 石 油 中硫的含量小于 & 2 &3 4 ，达 到 国 际 标 准。工 业 用 煤 燃烧后也会产 生 大 量 的 二 氧 化 硫 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。
经检 测，飞 机、车 辆、船 舶 等 发 动 机 工 作 的 噪 声 可 达到上百分 贝，容 易 对 环 境 造 成 噪 声 污 染。 但 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，得以大 大降低 机 器 设 备 运 转 时 的 噪 声，又 能 延 长 它 的 使 用
氮氧化物（ 5-6 ）和二氧化碳（ )-1 ）是导致全球变 暖的罪魁祸首，因此其在大气中的含量必须适时监测。 现有监测技术成本高，不便移动作业，所 需 温 度 条 件 高。1&&. 年美国纽约 B9’CC90D98 理工学院的研究人员 开发出一种 新 型 微 型 传 感 器，它 利 用 密 集 的 碳 纳 米 管 阵列来根据气体的特征击穿电压和电流检测它们。这 种传感器可检测 5E. 、)-1 、51 、-1 、E9、空气和气体混 合物。由于这种传感器结构简单，成本较低，因此以这 种技术为基础研制用电池驱动的便携式气体监控装置 将会成为现实。
将氢气作为 动 力 能 源 成 本 低 且 效 率 高，在 能 源 日 益显现不足和燃油汽车造成人类生存环境极大污染的 今天，以氢燃料作为汽车燃料的呼声日益高涨。从 (" 世纪 %" 年代起，许多发达国家都制定了系统的氢能研 究计划，其 短 期 目 标 是 氢 燃 料 电 池 汽 车 的 商 业 化。 现 在利用氢能的障碍是氢气的规模化存储和运输。碳纳 米管由于 其 管 道 结 构 及 多 壁 碳 管 之 间 的 类 石 墨 层 空 隙，成为最有 潜 力 的 储 氢 材 料，并 是 当 前 研 究 的 热 点。 碳纳米管储氢的优越性将使碳纳米管燃料电池成为最 具发展潜力的新型汽车动力源。
径的陶瓷小球 组 装 的 处 理 装 置 后，可 以 将 水 中 的 细 菌、病毒 几 乎 全 部 去 除，得 到 高 质 量 的 纯 净 水。 此 外，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。 采 用 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 。 !" 处理空气污染
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