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1、纳米技术与纳米材料及其环保应用前沿摘要：概述了纳米技术及材料在环境保护中的应用情况，特别是在污水处理与空气净化方面，认为纳米技术及材料的应用将会给环境科学带来突破性进展，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源的产生创造条件，表明利用纳米技术及纳米材料解决环境污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。同时也介绍了纳米材料潜在的毒性，相应的废弃物管理体制建立的重要性。关键词：纳米；纳米技术；环境保护；潜在风险前言由于全世界工业化进展速度的加快，全球面临着严重的环境污染。但随着纳米材料的悄然崛起，人类利用资源和保
2、护环境的能力也得到拓展。为彻底改善环境和控制新的污染源产生，纳米材料为其提供了技术支持。纳米技术就是在1-100nm尺度范围内，研究电子、原子和分子内在规律和特征，并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术；纳米材料是指在三维空问中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料通常以其表面原子数占总原子数比例大和显示量子尺寸效应这两个重要特点而影响其各种物理和化学性能，使纳米颗粒具有独特的性质。本文就纳米技术及材料在环境治理中的应用进行了阐述。1.纳米技术与材料纳米技术是一种材料技术，
3、材料技术发展的趋势之一就是尺寸向越来越小的方向发展。纳米技术就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米材料是指由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米量级（1-100nm）的固体材料，是原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科交汇而出现的新的学科。纳米材料包括纳米无机材料、纳米聚合物材料、纳米金属材料、纳米半导体材料及纳米复合材料等。纳米材料的尺度处于原子簇和宏观物体的交界区域，因而具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并产生奇异的传统材料和器件
4、所没有的电学、磁学、光学、吸附、催化以及生物活性等特殊性能。2纳米材料在环境保护领域的应用2.1在大气污染治理方面的应用2.1.1用作石油脱硫催化剂工业用及车用燃料油是最大的污染源,燃料油中的含硫化合物在燃烧后会产生SO2,所以石油炼制工业有一道脱硫工艺以降低汽柴油的硫含量。纳米（CoTiO3）是一种非常好的石油脱硫催化剂。以半径为55-70nm的钛酸钴合成的催化活体多孔硅胶或以Al2O3陶瓷作为载体的催化剂,其催化效率极高。经催化的油品中硫的含量小于0.01%,达到国际标准。2.1.2用作汽车尾气净化催化
5、剂复合稀土化合物的纳米级粉体是一种新型汽车尾气净化催化剂。它的应用可以彻底解决汽车尾气中CO和NOx的污染问题。以活性炭作为载体、纳米Zr0.5Ce0.5O2粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂,由于其表面存在Zr4+/Zr3+及Ce4+/Ce3+,电子可以在其三价和四价离子之间传递,因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性,在氧化CO的同时还原NOx,使它们转化为对人体和环境无害的CO2和N2。而更新一代的纳米催化剂,将在汽车发动机汽缸里发挥催化作用,使汽油在燃烧时就不产生CO和NOx,无需进行尾气净化处理
6、。2.1.3作煤炭用助燃催化剂工业用煤燃烧后也会产生SO2气体,如加人纳米级助燃催化剂则不仅可使煤充分燃烧,不产生CO气体,提高能源利用率,而且会使硫转化为固体硫化物,而不产生SO2气体,从而消除有害气体的产生。2.1.4室内空气的净化新装潢房间的空气中有机物浓度高于室外，甚至高于工业区。研究表明，纳米粒子在紫外光照射下能很好的降解和吸附室内新建材(涂料、油漆、木材等)和粘接剂产生的甲醛、甲苯、吸烟所产生的乙醛以及空气中的氯乙烯等污染有机物，其中纳米TiO2的降解效果最好旧。2.2纳米技术在污水处理方面的应
7、用2.2.1用于有机物废水处理目前国内常用的有机物废水处理技术难以达到有效的治理：物理吸附法、混凝法等非破坏性的处理技术,只是将有机物从液相转移到固相；而化学、生化等处理技术虽是破坏性的,但除净度低,废水中的有机物含量仍远高于国家废水排放标准。与上述方法相比,纳米光催化降解有机物水处理技术具有明显的优势,无污染,除净度高。据报道,日本石产业公司与一家大型工厂率先开发利用的光催化作用建立了一个新型的废水处理系统,用于降低废水中的COD和BOD。中科院一研究所采用纳米TiO2粉末,利用太阳光进行光催化降解苯酚水
8、溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液的实验获得成功。2.2.2无机污染废水的处理污水中的重金属对人体的危害很大，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。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，并将其还原为细小的金属晶体，这样即消除了废水的毒性，又可回收贵重金属阴。例如废水中的Cr6+具有较强的致癌性(是Cr3+的l00倍)，将Cr6+转化为Cr3+毒性大大降低；
