浅谈纳米材料在化工领域中的应用

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1、微纳米技术与精细化工前言目前纳米材料在我国化工业的应用尚处于起步阶段，但应用前景诱人。随着纳米技术的进步，纳米材料无疑将会成为21世纪极具发展前途的材料，并将在今后的化工业中得到更为广泛的应用。通过对纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的研究，揭示出纳米材料在催化、涂料、医药等领域中的重要作用。纳米材料(又称超细微粒、超细粉末)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等

2、方面具有非常重大的应用价值。纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。20世纪90年代初“纳米材料科学”被列入国家重点项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了约30多项课题。近年来纳米材料成为社会热点，纳米材料的应用研究蓬勃发展，如火如荼，一些地方政府和部分企业家也纷纷介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。{1}1在催化方面的应用催化剂在许多化学化工领

3、域中起着举足轻重的作用。它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低。而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费。使经济效益难以提高。而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多。为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂。可大大提高反应效率。控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10-15倍，纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂。特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照

4、射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离。分别迁移到粒子表面的不同位最，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。催化剂的微纳米化对其影响：1.改善催化剂的孔结构，影响其活性、选择性、稳定性等。2.催化剂的微纳米化对催化剂表面特性的影响：颗粒尺寸减小、比表面积增大、孔径尺寸及分布得到控制，引起表面原子无规则分布，将产生一些特殊性质。产生.表面（界面）效应，微纳米化的催化剂具有很高的表面能、表面结合能和化学活性。吸附效应。选择性效应。体积效应。.量子尺寸效应。3.催化剂的微纳米化对催化性能的影响：结构的改变

5、，催化活性中心增多。催化剂的选择性产生改变。对催化剂使用寿命产生影响。影响其机械强度。光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原。有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应。水净化处理。水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO2／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu—Zn化合物的纳米颗粒。对某些有机化合物的氢化反应是极好的催

6、化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂，用纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从6OO℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究。是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。{2}2在涂料方面的应用纳米材料由于其表面和结构的特殊性。具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇。使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃。使得传统涂层功能改性

7、。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层。耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层。导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。[3]一般的复合涂料必须至少满足两个条件才能称纳米材料。一是至少含有一维尺寸在1—100nm之间；二是由纳米相的存在而使涂料性能的到显著提高或有新功能，二者缺一不可。1.涂料微纳米化对涂层附着力的影响：黏度降低，润湿更多，表

8、面粗超度提高，改变内应力。2.涂料微纳米化对涂层流平性有影响。3.涂料微纳米化对涂层耐候性有影响。4.提高其硬度。5.提高其抗老化能力。