纳米材料在能源环保领域的应用

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1、纳米材料在环保和能源领域的应用第七章工业污染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：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。纳米材料在环保与能源领域的应用实例纳米光催化抗雾玻璃：抗雾、灭菌功能，还可长时间保持洁净，适合用于窗户、镜面和外墙玻璃；纳米冰箱卫生卡:清除异味，保鲜功效；纳米技术制成的各色衣服、领带、帽子：防水、防污、免清洗，透气性好；纳米光催化技术生产的瓷砖、碗具：自动分解油渍，除臭、杀菌和自清洁；纳米生物活性功能纤维制成的内衣、床上

2、用品等：抗菌、抗紫外线、负离子功能，促进人的血液循环，增强新陈代谢，保持经络平衡；纳米技术制备的负离子功能建筑材料：具有促进人体健康的功能。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。具有小于1nm微孔的结晶材料的催化剂的使用，形成了一个每年超过300亿美元的产业。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，还可将污水中的贵金

3、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。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。在汽车挡风

4、玻璃、后视镜表面镀上TiO2薄膜，可防止镜面结雾。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，绿色代表疏油层衣服纤维红外屏蔽纤维抗紫外线辐照纤维抑菌除臭纤维纳米材料在能源领域的应用实例7.1纳米光催化材料7.2纳米负离子材料7.3纳米储氢材料纳米材料在环境能源领域的应用7.1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纳米材料在抗紫外线方面的应用7.1

5、.6纳米环保复合涂料是指半导体材料吸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？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。应用进展：半导体TiO2光催化材料的研究引起了国际上化学、物理学和材料学等领域科学家的广泛关注，在纳米半导体TiO2材料的制备、结构、性能及光催化理论等方

6、面做了大量的工作，进行了有关纳米半导体TiO2材料在污水处理、空气净化以及微生物净化等方面的研究，发现其在环境保护方面有广阔的应用前景，是21世纪利用太阳能净化环境的又一技术革命。大规模应用的主要难题：：光催化材料的发展情况最早：1972年日本的Fujishima和Honda在Nature杂志上报道了二氧化钛（TiO2）电解水的现象。提高光催化反应的光量子产率，以及在可见光条件下实现光催化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，

7、有效地减少了光生电子和光生空穴的体相复合。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？为什么纳米TiO2是研究中采用最广泛的光催化剂？光催化过程的7个步骤：（1）由光子形成带电体；（2）带电体重新结合释放能量；（3）发生价带空穴的氧化反应；（4）发生导带电子引起的还原反应；（5）进一步的热和光催化反应，产生矿物化产品；（6）在悬挂的表面键捕捉一个导

8、带电子生成Ti（IV）（7）捕捉表面钛团簇上的价带和空穴。纳米半导体的光催化原理污染物一般来自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光催化技术是解决日益严重的水、空气和土