纳米材料在废水处理中的应用

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1、烟台工程职业技术学院管理工程系系高分子材料专业11级毕业设计（论文）题目:纳米材料在废水处理中的应用姓名刘怡町学号2011190039指导教师（签名）二○年月日13烟台工程职业技术学院毕业设计（论文)诚信承诺书本人慎重承诺：我所撰写的设计（论文）《纳米材料在废水处理中的应用》是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。学生(签名)年月日13纳米材料在废水处理中的应用烟台工程职业技术学院管理工程系高分子材料加工技术11302刘怡町摘要：当

2、前社会水污染现象严重，常规方法并不能行之有效的治理所有类型的水污染，其单一效果也不能尽如人意，必须寻求新的合适、有效的处理方法。纳米粒子具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因此相较于常规的方法，纳米技术能够使粒子具有特殊的功能性，而一些特殊性能刚好在污水处理中可以起到良好的效果。本文综述了前人对纳米技术在污水处理方面的实验、研究结果，并对纳米技术在水处理中应用的广阔前景进行了展望。引言近年来，随着现代工业的高速发展，大量未经处理或处理未达标的污水直接排放，对水环境造成剧烈的破坏，导致水质恶化，水质型缺水问题日益突出。据调

3、查显示，中国城市污水处理率只有36%，大量未经处理的污水直接排放，成为城市环境的二次污染源，致使82%的江河、湖泊、45%城市地下水遭受到不同程度的污染，全国七大水系和47000多公里的河段均受不同程度的污染。在这种危急的形势下，水处理技术急迫需要快速的发展。然而，传统的水处理工艺如吸附法、活性污泥法等随着时间的推移，显示出了各自的弊端，如能耗高、处理效率低、产生二次污染物等等。而近些年，随着科学技术的进步，水处理技术的革新已不单纯的是传统处理工艺技术方面的发展，很多新材料在水处理中的应用，更使得水处理技术迅速发展。而众多水处理应用的材料中，

4、纳米材料作为尖端材料的代表，以其优越的性能，广阔的发展空间，尤其引人注目。纳米材料在微污染水源给水处理、污水处理、海水淡化和海洋环境工程治理中愈来愈显示其独特的优势，受到了大家的青睐。一、纳米材料的基本性质1.1表面效应指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/

5、克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。1.2小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其13比表面积亦显著增加，从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学、声学、超导电性、介电性能以及化学性能等一系列新奇的性质。1.3量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳

6、米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。1.4宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。二、在水污染治理方面的应用2.1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[1]。如纳米TiO2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

7、体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。2.2处理有机污染废水大量研究表明纳米TiO2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TiO2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[2]在间歇式反应器中纳米Ru/TiO2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

8、解。污水中通常含有有毒有害物质、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