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1、纳米材料在环境保护中的应用现状及展望X杨晓芬(内蒙古科技大学包头师范学院化学学院,内蒙古包头 014030) 摘 要:纳米材料在环境保护领域起着重要作用,并具有广阔的应用前景。本文介绍了纳米材料在废水处理、废气处理、固体垃圾处理、环境监测等方面的应用现状,并对纳米材料在环境保护方面的应用前景进行了展望。关键词:纳米材料;环境保护;现状;展望 中图分类号:X13 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2011)05—0025—021 废水中有机污染物的处理目前国内常用的有机物废水处理技术难以达到有效治理的目的。物理吸附法、混凝法等
2、非破坏性的处理技术,只是将有机物从液相转移到固相,如何解决二次污染问题,使吸附剂、混凝剂再生是一难题。生化处理法虽能很好地除去污水中的有机物和营养物质,但如果污水中含大量重金属,则重金属可使生化系统中毒,生化法就不再适用。使用带纳米孔径的处理膜和纳米孔径的筛子,则可将水中的微生物(包括细菌、病毒、浮游生物)、水中胶体完全滤除,仅保留水分子和小于水分子直径的矿物质。纳米TiO2具有很强的紫外光吸收能力和光催化降解能力,可快速将吸附在其表面的有机物分解。用纳米TiO2光催化处理含有机污染物的废水被认为是最有前途、最有效的处理手段之一。目前利用光催化
3、作用的主要是TiO2。纳米TiO2晶体具有很强的光催化能力,这与颗粒的粒径有直接的关系。TiO2颗粒粒径从30nm减小到10nm时,其光催化降解苯酚的活性上升45%。TiO2作为光催化剂用于环境治理,比传统的生物法处理工艺优越,主要表现在:¹反应条件温和,能耗低,在阳光下或在紫外线辐射下即可发挥作用;º反应速度快,在几分钟到数小时就可使有机物降解;»降解没有选择性,能降解任何有机物,特别是多环芳烃和多氯联苯类化合物也能被正常降解;¼消除二次污染,把有机物彻底降解成CO2和H2O。所以,TiO2等半导体纳米微粒的光催化反应在废水处理和环境保护方面
4、有广阔的应用前景。生产和应用燃料的过程中会排放大量含芳烃、氨基、偶氮基团的致癌物废水,常用的生物法降解效果不理想。以纳米TiO2对甲基橙光催化降解脱色,结果反应仅10min,脱色率就达到97.4%。活性绿染料废水的处理、酸性蓝染料的光催化降解和活性艳红X-3B的氧化脱色等都取得了良好的效果。用浸涂法制备的纳米TiO2或者用空心玻璃球负载TiO2可以漂浮于水面,对水面上的油层、辛烷等具有良好的光催化降解作用,这无疑给清除海洋石油污染提供了一种可以实施的有效方法。至今已知,该方法能处理80余种有毒化合物,可以将水中的卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、
5、染料、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂、农药、木材防腐剂和燃料油等,有效的进行光催化反应除毒、脱色、矿化、分解为CO2和H2O,最终消除对环境的污染。2 废水中无机污染物的处理近年来,国内外有很多学者发现碳纳米管可用来吸附去除水体中重金属,他们不仅发现碳纳米管对重金属有非常优良的吸附能力,而且还详细分析了重金属在碳纳米管上吸附的影响因素。研究表明,处理碳纳米管的试剂、溶液的酸度及温度都会影响碳纳米管对重金属离子的吸附量。碳纳米管表面稀有金属氧化物对重金属吸附也有影响,国内学者通过在定向碳纳米管表面负载金属氧化物C
6、eO2来吸附水体中铬的试验得到证实。研究表明,纳米TiO2对Cr6+有强烈的吸附作用,如果把纳米微粒做成净水剂,那么这种净水剂的吸附能力是普通净水剂Al-Cl3的10～20倍,如此强的吸附力足以把污水中的悬浮物完全吸附和沉淀下来。若再以纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置相配套,就可有效地除去水中的铁锈、泥沙和异味。经过前两道净化工序后水体清澈、无异味,并且口感较好。这样的水流过具有纳米孔径的特殊水处理膜和具有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后,水中的细菌、病毒得以百分之百去除,达到饮用水的标准。管表面的缺陷和无定形碳给氟离子的吸附提供了活性
7、位置,而且碳纳米管管间和管内的很多微孔结构也可以有效的吸附半径较小的氟离子,所以碳纳米管对氟离子吸附不仅有效,而且能够适应的pH值范围也很广。定向碳纳米管吸附氟离子试验表明:定向碳纳米管在液相溶液pH在3～9这样一个较宽的范围内对氟离子都能很好的吸附,吸附能力比活性炭、氧化铝都高。更有研究者把氧化铝负载在碳纳米管上制备Al2O3/CNT吸附剂,其吸附能力更强。3 废气处理大气污染是全人类面临的重大课题,纳米技术和纳米材料的应用将是解决这个问题的新途径。工业生产和汽车使用的汽油、柴油等在燃烧时会放出大量的SO2气体,造成对环境的污染。纳米CoTi
8、O3是一种很好的石油脱硫催化剂,以55～70nmCo-TiO3负载于多孔硅胶或Al2O3上,所得的负载型Co-TiO3催化剂的催化活性极高,用它对石油
