纳米材料第七章纳米材料在环保中的应用ppt课件.ppt

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1、第七章纳米材料在环保中的应用纳米材料Nanomaterials1现代工业的发展在为人类创造巨大财富的同时给生态环境带来了严重的污染：2工业污染对空气及水污染治理的关键在于:污染物降解过程本身也是环保的，即不能产生有害人体和环境的副产物。3纳米材料在环保与能源领域的应用实例一种可以用来代替汽车中的金属构件的纳米粒子增强型复合材料。这种纳米复合材料的广泛使用，可能使汽油的燃烧量每年减少15亿kg，二氧化碳的排放量每年减少50亿kg。纳米技术用于处理污水。具有孔径在10～100nm范围的有序间隙多孔材料正在广泛地应用于清除超微细污染物，还可将污

2、水中的贵金属金、钯、铂等完全提炼出来，变废为宝。传统的污水处理技术效率低，成本高，又存在二次污染问题。4纳米材料在环保与能源领域的应用实例用粘土和聚合物的纳米粒子替代轮胎中的炭黑，是一项生产环保型、耐磨损轮胎的新技术。新型电池、使用人工光合作用的清洁能源、量子阱式太阳能电池、氢燃料的安全贮存等。纳米硅、非晶态硅在光电材料中的应用。纳米TiO2由于其表面同时具有超亲水性和超亲油性，因此具有自清洁效应，即具有防污、防雾、易洗、易干等特点。如将TiO2镀膜玻璃置于水蒸气中，玻璃表面会附着水雾，紫外线光照射后，表面水雾消失，玻璃重又变得透明。在汽

3、车挡风玻璃、后视镜表面镀上TiO2薄膜，可防止镜面结雾。5自清洁纳米材料的防雾效果：超双亲性界面材料纳米材料在环保领域的应用实例67疏水/疏油双疏表面的设计：红色代表疏水层，绿色代表疏油层8衣服纤维红外屏蔽纤维抗紫外线辐照纤维抑菌除臭纤维9纳米材料在能源领域的应用实例107.1纳米光催化材料7.2纳米储氢材料纳米材料在环境能源领域的应用117.1纳米光催化材料7.1.1纳米粒子的光催化原理7.1.2纳米材料在空气净化中的应用7.1.3纳米材料在抗菌方面的应用7.1.4纳米材料在污水处理中的应用7.1.5纳米环保复合涂料12是指半导体材料吸

4、收外界辐射能激发产生导带电子（e-）和价带空穴（h+），进而与吸附在催化剂表面上的物质发生一系列化学反应的过程。7.1.1纳米粒子的光催化原理这种效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降解等方面有重要的应用。什么是半导体材料的光催化？13理论上讲,只要半导体吸收的光能(hν)不小于其带隙能,能足以激发产生电子和空穴,该半导体就有可能用作光催化剂。14晶粒尺寸减小到一定程度后，光能隙蓝移，对应于更高的氧化-还原电位，才有更强的氧化-还原能力；晶粒尺寸减小后光生载流子迁移到晶粒表面的时间大大缩短，有效地减少了光生电子和光生空穴的体相复合。

5、使纳米粒子生成的电子、空穴在到达表面之前大部分不会重新结合，因此电子、空穴到达表面的数量多，化学反应活性高。有代表性的光催化剂：TiO2、ZnO、ZnS、CdS、PbS、Fe2O3、WO3等。为什么纳米颗粒的半导体才具有光催化效应？15为什么纳米TiO2是研究中采用最广泛的光催化剂？16污染物一般来自6个方面：空气污染、水污染、固体污染、放射性污染、噪声污染、热污染7.1.2纳米材料在空气净化中的应用17光催化技术是解决日益严重的水、空气和土壤等环境污染的一条新途径，由于具有较小的颗粒尺寸，而且微粒表面形态随着粒径的减小，表面光滑程度变差

6、，形成凹凸不平的原子台阶，从而起到下面三方面的作用：1）提高反应速度，增加反应率；2）决定反应路径，良好的选择性；3）降低反应温度。将多种有机污染物完全矿化为CO2、H2O及其它无机小分子或离子；将高毒性的CN-氧化为CNO-，CrO4+还原为Cr3+，降低毒性；将气相体系中的氮氧化物分解并将有机污染物氧化。例如：CXHY+（x+（y-z）/4）O2xCO2+yH++zCl-+（y-z）/2H2OHv，TiO218在紫外光作用下，TiO2产生的e-和h+除了可以直接与反应物反应外，还可与吸附在催化剂表面的其它电子给体或受体反应，生成活性氧

7、自由基并有杀菌的功能：19大气污染：纳米材料与纳米技术可从两方面产生影响纳米材料可应用于汽车尾气的超标报警器及净化器上，减少有害气体的排放：纳米材料的使用可提高汽车尾气传感器的气体敏感度和响应度，可通过加入添加剂、制成过滤膜或透气膜以及控制材料微细结构，提高对尾气的灵敏度、稳定性和选择性；超细的Fe、Ni与Fe2O3混合烧结体替代贵金属作尾气净化器，可降低成本，提高效率。20应用于石油提炼工艺中的脱硫工艺，从根源上解决污染源问题：纳米材料可提高脱硫工艺的效率。半径为55~70nm的CoTiO3和30~60nm的ZnTiO3粉可作脱硫催化剂

8、，经催化的石油中硫的含量小于0.01%,达到国际标准。纳米助烧催化剂可以使煤充分燃烧，不产生SO2气体。复合稀土化合物的纳米粉体如铈酸锆有极强的氧化还原性能，可彻底解决尾气中的CO和NOx，从