纳米材料的应用及其对环境的影响(标准论文格式)

纳米材料的应用及其对环境的影响

曾锋

（吉林化工学院化工与材料工程学院材料化学0901班，学号09150130）

摘要

纳米技术被认为是本世纪最有前途的前沿技术之一,已取得了辉煌的成就，然而，人们过分关注纳米技术所取得的成功，极少人会去思考纳米技术对地球和人类的负面影响，许多纳米材料极难回收循环利用，纳米

材料的废弃将污染地球环境和危害人类健康。

关键词：纳米技术；应用现状；环境；负面影响

Abstract

Nano-scale technology is considered as one of the most prospective high tech in

this century,though have got the great success.However,a lot of people over-

care about the nano-scale technology's success;too less of them think about its

side-effect to earth and people.Many of nano-scale materials are hard to recycle

and reuse.Thus,abandoning the nano-scale materials will pollute the environment

of the earth and do harm to human's health.

Keywords:nano-scale materials;application situation;environment;side-effect.

0引言

20世纪是物理学推动高新技术飞速发展的世纪，人类已从控制与利用大量微观粒子系统的时代进入了控制与利用单个微观粒子的时代，纳米技术是世纪之交发展起来的技术，是在0.1-100nm尺度空间内，研究电子、原子和分子运动规律和崭新的高技术科学。目前人们已制造了各种各样的纳米材料，使人们的生活和工作发生了质的飞跃，但对环境也造成了严重的环境污染,纳米科学与技术在二十世纪九十年代初期在世界发达国家蓬勃发展，西方发达国家对纳米科学与技术的研发投入逐年增加，竞争也进入白热化。以高新技术为导向的美国正是看到了纳米材料的无限潜力，近年将纳米科学技术的研发作为科技政策的重点，于2000年宣布实施“国家纳米计划”，每年的纳米科技研发投入都在增长，截至2007年初共投入五十六亿美元用于纳米科学技术的研发。纳米材料是纳米技术最为重要的组成部分,也是国际上竞争的热点和难点。纳米材料又称为超微颗粒材料,一般是指尺寸在1～100n m的粒子,是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,纳米材料它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将物体细分成超微颗粒(纳米级)后,它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、磁学、力学以及化学方面的性质与大块固体时相比将会有显著的不同[3]。

1.纳米材料的应用现状

1.1工业生产方面

纳米材料的应用在工业生产中显示了独特的魅力。一些纳米材料如纳米二氧化硅用作橡胶、塑料、有机玻璃等材料的填充剂，可以改善材料的强度、韧性等许多性质。在电子计算机

和电子工业方面，存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料存储器芯片已投入生产。在机械工业，采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和寿命。在润滑油中添加纳米材料制成性能优异的润滑剂。

1.2医药方面

利用纳米科技可制得纳米药物，作为靶向药物制剂，直接导入病体部位的器官组织甚至细胞，达到提高药物疗效、降低毒性的作用，或者将纳米材料作为药物载体，提高治疗效率。另外，纳米材料在疾病的诊断和监测上也有广泛的用途，如纳米珍珠粉。

1.3生活中

将天然花粉超细粉碎后，营养物质得以释放，作为添加剂可以制成高价值保健品，在防晒护肤品中添加纳米级氧化锌，二氧化钛有很好的护肤美容作用，其防紫外线效果优于有机防晒剂。目前日本已开发出了化妆品用紫外线屏蔽剂，用Ag等纳米粒子制成的抗菌、除臭复合剂粉，具有光谱杀菌、除臭功能，并可长时间使用。

1.4环境保护方面

近年来，很多稀土钙钛矿型复合氧化物已经投放市场应用于汽车尾气的治理，纳米二氧化钛不但具有纳米材料的特性，还具有优良的光催化性能，可以分解有机废水中的污染物质。在紫外光的照射下，纳米氧化锌具有催化剂和光催化剂的作用，能分解有机物质，可以制成抗菌、除臭和消毒产品，保护和净化环境。

2.纳米材料的难回收

2.1纳米材料的尺寸小造成其难回收性

纳米颗粒广泛用于材料生产中的填充剂,纳米颗粒在所填充的材料中往往分布均匀且分散度较高,因此不仅纳米颗粒难以回收,而且影响了所填充材料的回收,纳米材料尺度小其用量往往也小,许多人会因其材料用量小回收的成本高,认为不具备回收价值。

2.2纳米材料容易流失到环境中

许多纳米材料可能在完全丧失其功能前就已经流失到环境中,如用作材料表面涂层的纳米颗粒在长期的外界作用下往往易于脱落,在材料废弃之前涂层中纳米颗粒可能已经大部分流失到环境中,纳米颗粒重量极小,不仅容易漂浮于空气中成为粉尘,而且容易分散到水等许多溶剂中。

2.3纳米器件难以回收

目前已实现将多种纳米材料和其他非纳米材料组装成具有特定功能的纳米器件,由于纳米电子器件体积极小,单位体积内材料种类多,材料尺寸小和材料用量小，造成了纳米电子器件难以回收利用，如同覆水难收。如纳米材料存储器芯片一旦废弃后其回收将是个难题，在纳电子电路和系统的设计中，注意到各类纳电子器件的优缺点既有可能使用单一类型的纳电路，更有可能构成各自发挥优势的混合纳电路。

3.纳米材料对环境的影响

3.1对地球环境造成严重

污染纳米材料的生命周期包括生产阶段、使用阶段和废弃阶段，然而，仅仅重视纳米材料使用阶段的生物安全性还是不够的纳米材料的难回收性也是值得重视的，因为在废弃阶段，纳米材料不仅将威胁人类健康，而且将破坏整个地球环境。但是当某一种纳米材料得到广泛应用后，材料用量将不容忽视，纳米材料的废弃将造成环境污染。[1]例如化学工业中广泛使用的负载型贵金属纳米颗粒催化剂，虽然贵金属具有高分散度，单位质量载体的负载量已较小，但是贵金属催化剂在化工行业中用量极大，该类催化剂生产所需的原料消耗量极大，且其废弃将造成严重的重金属污染，包含纳米材料的废弃物未经处理或经一定处理后排入环境，由于纳米材料难以回收，在一定条件下，纳米材料会发生物理的、化学的、生物的转化，将对环境和人类健康构成严重的威胁。纳米材料难回收造成的负面影响，不仅仅指纳米材料本身，同时包括纳米材料的聚集体等。根据纳米材料的尺度，表面化学性质或其它特定的作用，纳米材料所产生的负面影响也不尽相同[1]。若包括废弃的纳米材料在内的固体废弃物侵占了大量的土地，固体废弃物排放量越大，其堆放量和占用的土地面积也越大。废弃的纳米材料尺度小，容易分散到水中，通常长期露天堆放，经过雨水和地表径流的侵蚀，将渗入并污染了土壤。废弃的纳米材料对水资源也会产生污染，废弃的纳米材料随降水和地表径流流入河流、湖泊和大海中。废弃纳米材料的细小碎片随风飘入水体中。废弃纳米材料随渗沥水浸出，并渗入土壤污染地下水。另外，空气极易携带纳米颗粒，使之成为空气中的粉尘。

4.总结

任何事物都具有两面性，纳米技术也不例外。纳米技术将给人类带来许多过去难以实现的高端技术，但是由于纳米材料本身的特性，纳米材料不仅存在着不同程度的生物效应，而且存在着循环利用难的问题。废弃后的纳米材料将污染环境威胁人类健康，若不考虑纳米材料的回收与循环利用，也势必违背现代循环经济原则，要逐步解决纳米材料的难回收问题必须先从两方面着手：一方面，各国政府必须对纳米材料的回收给予高度重视，应逐步规范纳米材料的研发和应用，另一方面，纳米科学家是纳米技术开发的先锋，有责任从源头上考虑纳米材料的回收问题。

致谢

作者感谢吉林化工学院化工与材料工程学院材料化学专业

参考文献:

[1]纳米材料的难回收性及其负面影响黄晓锋哈尔滨工业大学出版社,2007.

[2]林文松,周细应等.纳米材料工程课程及其与先修课程关系的探讨[J].上海工程技术大学研究教育,2007,(2):30-32.

[3]环境材料学简介中国医药集团重庆医药设计院王进重庆工业职业技术学院梁柱，2009.no1