題目納米材料在環(huán)境治理的應(yīng)用

1、納 米 材 料 在 環(huán) 境 治 理 的 應(yīng) 用摘要 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)廢水、廢氣處理工藝、方法已不能滿足需要。法律制定和新材料的研制刻不容緩。光催化反應(yīng)的應(yīng)用研究已在有機(jī)物降解、水質(zhì)處理、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域廣 泛展開，利用日光進(jìn)行光催化反應(yīng)是光催化反應(yīng)應(yīng)用研究的重要課題。光催化技術(shù)為徹底解決水污染問題提 供了新的手段。納米二氧化鈦是目前最受人們關(guān)注的光催化劑之一。本文介紹了納米技術(shù)在廢水處理、大 氣環(huán)境控制和固體廢棄物處理中的應(yīng)用進(jìn)展情況，并對(duì)其應(yīng)用前景作了展望。全球性的環(huán)境污染及生態(tài)破壞, 許多有毒有害的有機(jī)污染物被水體和土壤自凈的速度很慢而凈化不徹底，并且在水體中存在時(shí)

2、間長(zhǎng)、范圍廣, 對(duì)人類潛在影響很大，如許多有機(jī)物或其降解的中間產(chǎn)物具有致癌、致畸、致突變?nèi)滦?，這些有機(jī)污染物采 用傳統(tǒng)的生物處理工藝已難以去除.迫使人們對(duì)環(huán)境問題給以足夠的關(guān)注，并研究和開發(fā)出一系列用于環(huán)境 污染物治理的新技術(shù)和新方法，光催化技術(shù)作為其中一種新興的環(huán)境凈化技術(shù)，其實(shí)用化的研究和開發(fā)已受 到廣泛的重視。1關(guān)鍵詞 環(huán)境保護(hù)納米技術(shù)二氧化鈦現(xiàn)狀展望大氣污染水污染固體廢棄物污染正文 眾所周知，在整個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)中，人類僅僅是其中一環(huán)。然而，隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，人類社會(huì)的不斷地進(jìn)步，人類在整個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)中的影響范圍和程度越來越深遠(yuǎn)。在理性主義和人類中心等 價(jià)值觀和科技進(jìn)步的雙重影響

3、下，人類活動(dòng)在征服自然的過程中對(duì)資源的使用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞也達(dá)到 空前的程度，引發(fā)了一系列環(huán)境問題。例如當(dāng)今威脅人類的十大生態(tài)環(huán)境問題有：人口膨脹、能源危機(jī)、 大氣污染、臭氧層的破壞、生物資源急劇減少、全球變暖、森林減少、土地荒漠化與水土流失、水污染與 水資源短缺、危險(xiǎn)性廢物越境轉(zhuǎn)移。制定了相關(guān)法律法規(guī)我國(guó)大氣污染防止法律法規(guī)有：1956年5月25 日國(guó)務(wù)院公布的關(guān)于防止廠礦企業(yè)中矽塵危害的決定，70年代工業(yè)“三廢”排放試行標(biāo)準(zhǔn)、工 業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，80年代以來大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)、汽油車怠速污染 物排放標(biāo)準(zhǔn)、鋼鐵工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、核電廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定，汽車排氣污染監(jiān)督

4、管理 辦法1990、87年頒布大氣污染防治法、大氣污染防治法實(shí)施細(xì)則。國(guó)務(wù)院和地方各級(jí)人民政府 在大氣污染防治中總的職責(zé)：必須將大氣環(huán)境保護(hù)工作納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃。必須合理規(guī)劃 工業(yè)布局?！邦A(yù)防為主”，從源頭治理大氣污染。必須加強(qiáng)大氣污染防治的科學(xué)研究。必須采取防治 大氣污染的措施，保護(hù)和改善大氣環(huán)境。如煤炭洗選加工、改進(jìn)城市燃料結(jié)構(gòu)、推廣高標(biāo)號(hào)無鉛汽油等。 采取有利于大氣污染防治及相關(guān)的綜合利用活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)政策和措施。各級(jí)人民政府應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)植 樹造林、城市綠化工作。水污染防止的法律規(guī)定：生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（試行）、漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（試 行）、農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（試行）；2、1984年水污

5、染防治法（1996年修改）；3、1989年水 污染防治法實(shí)施細(xì)則（2000年修改），污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)等。防治固體廢物污染環(huán)境的法律規(guī)定：1、72年海洋傾廢公約；2、85年關(guān)于開展資源綜合利用若干問 題的暫行規(guī)定；3、89年控制危險(xiǎn)廢物越境轉(zhuǎn)移及其處置的巴塞爾公約等；4、91年防治含多氯 聯(lián)苯電力裝置及其廢物污染環(huán)境的規(guī)定；5、92年防治尾礦污染環(huán)境管理規(guī)定；6、92年關(guān)于防 治鉻化合物生產(chǎn)建設(shè)中環(huán)境污染的若干規(guī)定；7、92年城市市容和環(huán)境衛(wèi)生管理?xiàng)l例；8、93年城 市生活垃圾管理辦法；9、95年固體廢物污染環(huán)境防治法；10、96年關(guān)于進(jìn)一步開展資源綜合利 用的意見。防止海洋污染損害的法律規(guī)定：

6、1974年頒布防止沿海水域污染暫行規(guī)定；1982年頒布海洋環(huán)境保護(hù)法（1999年修改）；為實(shí)施該法，國(guó)務(wù)院先后頒布了；防止船舶污染海 域管理?xiàng)l例；海洋石油勘探開發(fā)環(huán)境保護(hù)管理?xiàng)l例；海洋傾廢管理?xiàng)l例；防止拆船污染環(huán)境 管理?xiàng)l例；防治陸源污染物污染損害海洋環(huán)境管理?xiàng)l例；防治海岸工程建設(shè)項(xiàng)目污染損害海洋環(huán) 境管理?xiàng)l例等，1982年以來，還發(fā)布了海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、船舶污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、海洋石油開發(fā)工業(yè)含油污水排放 標(biāo)準(zhǔn)、漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、景觀娛樂用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等海洋環(huán)境保護(hù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，海洋調(diào)查規(guī)范、 海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范等海洋環(huán)境保護(hù)規(guī)范。先后加入了國(guó)際防止船舶污染公約和聯(lián)合國(guó)海洋法公約 等國(guó)際海洋環(huán)境保護(hù)公約。環(huán)境噪聲

7、污染防止的法律規(guī)定：1、城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)（1982）； 2、中國(guó)人民解放軍空軍關(guān)于 減輕飛機(jī)噪聲的影響的通知；3、民用機(jī)場(chǎng)管理規(guī)定（86）； 4、環(huán)境噪聲污染防治條例（89年） 5、中華人民共和國(guó)環(huán)境噪聲污染防治法（96年）等。工業(yè)噪聲污染防治的規(guī)定：達(dá)標(biāo)排放。環(huán) 境噪聲排放申報(bào)登記制度。偶發(fā)性強(qiáng)烈噪聲排放的申請(qǐng)和公告制度。確需排放須事先向當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)提 出申請(qǐng)，批準(zhǔn)后方可進(jìn)行。當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)應(yīng)當(dāng)向社會(huì)公告。防治有毒化學(xué)品污染物的法律規(guī)定：1987年國(guó)務(wù)院頒布化學(xué)危險(xiǎn)物品安全管理?xiàng)l例、1991年國(guó)家環(huán)保 局、能源部發(fā)布防止含多氯聯(lián)苯電力裝置及其廢物污染環(huán)境的規(guī)定。7、1992年化工部，國(guó)家境

8、保局 發(fā)布了關(guān)于防治鉻化合物生產(chǎn)建設(shè)中環(huán)境污染的若干規(guī)定。8、1993年國(guó)務(wù)院經(jīng)濟(jì)貿(mào)易辦公室、衛(wèi)生 部發(fā)布關(guān)于停止生產(chǎn)和銷售萘丸的通知，9、1994年，國(guó)家環(huán)保局、海關(guān)總署、對(duì)外貿(mào)易經(jīng)濟(jì)部發(fā)布 了化學(xué)品首次進(jìn)口及有毒化學(xué)品進(jìn)出口環(huán)境管理規(guī)定。10、聯(lián)合國(guó)環(huán)境署87年關(guān)于化學(xué)品國(guó)際貿(mào)易 資料交流的倫敦準(zhǔn)則（93年參加）。11、2003年4月1日環(huán)保總局新化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理辦法；10月15 日實(shí)施。防止放射性污染的法律規(guī)定：74年放射防護(hù)規(guī)定，86年民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理?xiàng)l例，84年核 電站基本建設(shè)環(huán)境保護(hù)管理辦法，87年城市放射性廢物管理辦法，89年放射性藥品管理辦法和 放射性同位素與射線裝置放射

9、防護(hù)條例，90年放射環(huán)境管理辦法等。中華人民共和國(guó)放射性污 染防治法于2003年6月28日通過，自2003年10月1日起施行。農(nóng)藥污染防止的法律規(guī)定：55年關(guān)于嚴(yán)防農(nóng)藥中毒的聯(lián)合通知，82年農(nóng)藥安全使用規(guī)定和農(nóng)藥 登記規(guī)定農(nóng)藥登記規(guī)定實(shí)施細(xì)則，84年農(nóng)藥安全使用標(biāo)準(zhǔn)和農(nóng)藥合理使用準(zhǔn)則等，96年， 農(nóng)業(yè)部、國(guó)家環(huán)境保護(hù)局，國(guó)家工商行政管理局等五個(gè)部門聯(lián)合發(fā)出通知，嚴(yán)禁在蔬菜生產(chǎn)中使用高毒， 高殘留農(nóng)藥，防止有毒有害蔬菜進(jìn)入市場(chǎng)，以確保人民食菜安全。97年農(nóng)藥管理?xiàng)l例，1999年4月 27日農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥管理?xiàng)l例實(shí)施辦法，2002年6月18日農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥限制使用管理規(guī)定。現(xiàn)在環(huán)境問題已經(jīng)威脅到人類的生存

10、和發(fā)展，因此，環(huán)境保護(hù)也應(yīng)該成為全世界人必須共同關(guān)注的話 題。為了人類社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步和人類后代的生存，人類必須要堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，而為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展我 們可以利用充分開發(fā)清潔能源，節(jié)能減排，利用綠色材料，崇尚低碳生活等方法。其中，隨著納米材料的 悄然崛起，納米技術(shù)在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用也越來越多，人類利用資源和保護(hù)環(huán)境的能力也得到拓展。為 徹底改善環(huán)境和控制新的污染源產(chǎn)生，納米材料為其提供了技術(shù)支持。關(guān)于環(huán)境材料 有關(guān)環(huán)境材料目前國(guó)際上還沒有統(tǒng)一的說法，歸納起來可分為以下十類：節(jié)約能源、節(jié)約 資源、可重復(fù)使用、可循環(huán)再生、結(jié)構(gòu)可靠性材料、化學(xué)穩(wěn)定性、生物安全性、有毒有害替代、舒適性、 環(huán)境材料的

11、合成與加工工藝等幾個(gè)方面。下面簡(jiǎn)單對(duì)環(huán)境工程材料的幾個(gè)方面作介紹：1、環(huán)境凈化材料，環(huán)境凈化材料包括水污染控制材料，大氣污染控制材料等其他的環(huán)境控制材料。（1）、水污染控制材料常用的廢水處理方法可分為以下3類：分離處理，即通過各種外力的作用使污染物從廢水中分離出來， 通常在分離過程中并不改變污染物的化學(xué)性質(zhì)；轉(zhuǎn)化處理，即通過化學(xué)或生化的作用，改變污染物的化 學(xué)性質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為無害物或可分離的物質(zhì)，再經(jīng)分離處理予以除去；稀釋處理，即將廢水進(jìn)行稀釋混 合，降低污染物的濃度，減少危害。針對(duì)不同的水處理方法，開發(fā)了不同用途的環(huán)境工程材料。目前，用 于廢水分離工藝的主要包括用于過濾、吸附的濾料、吸附劑、

12、膜分離材料等；用于廢水生化處理的主要有 用于固定微生物的金屬或陶瓷載體；用于廢水化學(xué)處理的主要有高效率并且不產(chǎn)生二次污染的各種催化劑， 如二氧化鈦光催化劑等。利用吸附劑的物理吸附、離子交換、絡(luò)合等特點(diǎn)，能夠去除水中的各種金屬離子，主要用于處理含重金 屬元素的廢水。此外，物理吸附還能夠吸附水中的顆粒物以及部分有機(jī)污染物。吸附劑的開發(fā)主要考慮其 吸附效率、選擇性、成本等性能。天然沸石由于來源廣泛、處理效果好、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，目前已 逐漸替代傳統(tǒng)的活性炭吸附劑成為主要的水處理吸附劑。利用天然沸石作為基體，在分子尺度范圍內(nèi)可控 地破壞孔洞結(jié)構(gòu)，進(jìn)行造孔，制得了一種新型介孔復(fù)合吸附材料。近年來有很

13、多關(guān)于改性多聚糖吸附劑的研究，由淀粉、糊精、殼素等天然生物質(zhì)中提取多聚糖，制備交 聯(lián)多聚糖吸附劑的研究。沉淀分離方法也是水處理中經(jīng)常使用的分離工藝。治理水污染的沉淀分離工藝過 程用材料，包括用于絮凝沉淀的絮凝劑和化學(xué)沉淀的沉淀劑2種。高鐵酸鹽絮凝劑是水處理中已廣泛使用 的絮凝劑，能夠有效降解有機(jī)物，去除懸浮顆粒及凝膠，其瓶頸在于產(chǎn)率比較低，前處理工藝對(duì)其治理效 果有一定的影響。因此，研究主要集中在改善制備工藝、提高產(chǎn)率以及產(chǎn)物的穩(wěn)定性、尋找替代次氯酸鹽 以及氯化物的氧化劑等方面。市政生活污水通常采用生化處理工藝。固定化微生物技術(shù)是使用化學(xué)或物理的方法將游離細(xì)胞定位于材 料的限定空間中，并使其保

14、持生物活性且可反復(fù)利用的生物技術(shù)。這種水處理方法具有生物濃度易控制、 耐毒害能力強(qiáng)、菌種流失少、產(chǎn)物易分離、運(yùn)行設(shè)備小型化等特點(diǎn)，但是固定化材料性能的不足限制了其 應(yīng)用。利用粘土礦為主要原料，添加適當(dāng)?shù)呐蛎泟┎⒂眉{米材料進(jìn)行改性，控制適當(dāng)?shù)臒乒に?，研制?了一種新型的水處理填料納米改性陶粒，在達(dá)到相同處理效率的條件下，水力負(fù)荷提高了，出水水質(zhì)好，運(yùn)行穩(wěn)定、大氣污染控制材料目前，治理大氣污染通常使用吸附法、吸收法和催化轉(zhuǎn)化法。相應(yīng)的大氣污染控制材料包括吸附劑、吸 收劑和催化劑，主要應(yīng)用于工廠、住宅區(qū)鍋爐等固定源與機(jī)動(dòng)車等活動(dòng)源排放的氣體污染物的凈化。稀土 汽車尾氣凈化催化劑是近年來發(fā)展起來的一

15、類重要的環(huán)境工程材料，它能夠在一定條件下催化大氣中的有 害氣體成分，如NOx、CO、CH等轉(zhuǎn)化為N2和CO2。汽車尾氣的凈化催化劑通常采用鉑、鈀、銠等貴金屬 作為主要的活性組分。近年來，為了節(jié)約貴金屬資源，開始研究利用過渡金屬、稀土元素部分替代或全部 替代貴金屬，進(jìn)行汽車尾氣凈化處理，取得了很好的效果。目前，這方面的研究熱點(diǎn)主要集中在減少貴金屬用量、提高催化效率以及催化劑穩(wěn)定性等方面。作為稀 土催化劑載體的多孔蜂窩陶瓷近年來也成為研究的熱點(diǎn)。二氧化鈦光催化劑的研究近年來成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，由于其化學(xué)性能穩(wěn)定、無毒、價(jià)廉以及 光催化活性高而引起了廣泛的重視。利用Sol-Gel、磁控濺射2

16、種方法分別制備了銳鈦礦相的納米TiO2粉末 和固定化的薄膜，研究了微觀結(jié)構(gòu)對(duì)光催化性能的影響及催化機(jī)理。在此基礎(chǔ)上提出了利用離子注入和納 米鑲嵌改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高TiO2光催化活性的目的。近年來，TiO2光催化劑的多種類型的 產(chǎn)品陸續(xù)出現(xiàn)，如自清潔玻璃、衛(wèi)生潔具等。根據(jù)研究，超聲波對(duì)二氧化鈦光觸媒可起到催化作用，從而 促使二氧化鈦激發(fā)液體成分發(fā)生變化，釋放出殺菌成分。將大腸桿菌加入納米二氧化鈦水溶液，經(jīng)超聲波 作用75min，殺滅率可達(dá)到100%。室內(nèi)環(huán)境污染也是大氣污染的一種，污染源主要是外界大氣、房基或家居中的化工涂料、染料等。近年 來利用TiO2光催化劑【13】將空氣中的有

17、機(jī)物分解為CO2、H2O和相應(yīng)無機(jī)酸，日益成為國(guó)內(nèi)外研究的熱 點(diǎn)。載人航天器座艙內(nèi)的空氣凈化主要采用生物空氣過濾器BAF(BiologicalAirFilter)【14】。最初，這種 過濾器主要采用的基質(zhì)是土壤，后來用一些質(zhì)量更輕、孔隙度和比表面積更大的天然有機(jī)物質(zhì)如堆肥、樹 皮、泥炭等。這種生物空氣過濾器比起物理/化學(xué)的方法，如化學(xué)清洗、吸附和催化轉(zhuǎn)化等的費(fèi)用要廉價(jià)得 多，但是只適用于低濃度污染物的室內(nèi)空氣凈化。沸石和活性炭纖維良好的吸附性能也可以應(yīng)用于處理廢氣和凈化空氣。例如，沸石對(duì)于大氣中的碳?xì)浠?合物、硫氧、氮氧、一氧化碳、硫化氫等具有良好的吸附、凈化功能，可用于汽車尾氣凈化劑。在二氧

18、化 硫煙氣凈化方面，開發(fā)出了離子交換樹脂吸附型凈化材料以及利用稀土氧化物材料作為催化劑的干法脫硫。 離子交換樹脂是以丙烯、苯乙烯為原料，經(jīng)交聯(lián)懸浮共聚，制成多孔柱狀樹脂，再經(jīng)碳化處理而得到的。 稀土氧化物CeO2是非常有應(yīng)用前景的新型吸收劑，能夠在很寬的范圍內(nèi)與SO2反應(yīng)，而且在適當(dāng)?shù)臈l件 下可再生，可以使吸收劑產(chǎn)生的廢氣轉(zhuǎn)化為硫。作為潛在的吸收劑CeO2可以同時(shí)脫去煙氣中的二氧化硫和 氮氧化物，其脫氮和脫硫效率都大于90%，目前此類研究正處于實(shí)驗(yàn)室階段。2、環(huán)境修復(fù)材料，環(huán)境修復(fù)指對(duì)已破壞的環(huán)境進(jìn)行生態(tài)化治理，恢復(fù)被破壞的生態(tài)環(huán)境。常見的環(huán)境修 復(fù)材料有防止土壤沙漠化的固沙植被材料、二氧化碳

19、固化材料以及臭氧層修復(fù)材料等。(1)、固沙制備材料大力防治土地沙漠化和荒漠化是實(shí)現(xiàn)社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要問題。研制、開發(fā)新型固沙 植被材料，保持水土、減緩沙漠化是生態(tài)環(huán)境材料工作者義不容辭的責(zé)任。目前的固沙植被材料主要有兩 大類：一類是高吸水性樹脂，另一類是高分子乳液。目前，這些材料主要用于沙漠與荒漠化地區(qū)交通干線 沿線的護(hù)路以及荒坡固定等。技術(shù)已經(jīng)成型的固沙劑具有固結(jié)速度快、強(qiáng)度高、無毒害、易于操作等優(yōu)點(diǎn)， 但通常成本較高。(2)其他環(huán)境修復(fù)材料全球氣候變暖、溫室效應(yīng)加強(qiáng)，是各國(guó)政府目前密切關(guān)注的環(huán)境問題之一。如采取積極的措施，將CO2 轉(zhuǎn)化為其他有用的材料，是控制CO2排放、治

20、理氣候變暖的一個(gè)重要途徑。日本研制的用于保護(hù)臭氧層的 轉(zhuǎn)化氟利昂的新型催化劑，以及用CO2作原料來生產(chǎn)甲醇的技術(shù)是2個(gè)典型的例子。前者可大大降低臭氧 層的破壞程度，使人們免遭紫外線照射之苦，而后者則可有效地降低CO2所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。它們都可改 善人類居住的環(huán)境，同時(shí)還可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著全球性生態(tài)環(huán)境的惡化，環(huán)境修復(fù)材料在未來將遇到更大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。溫室效應(yīng)、臭氧層空洞、 POPs污染等重大環(huán)境問題，無一不是依靠材料科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步才能夠解決的。開發(fā)新型材料是今后發(fā)展 的主要思路，如從各式各樣的廢棄物中提取有用成分制備可降解的固沙材料，既降低了成本，又可有效地 解決廢棄物的處理問題?？?/p>

21、之，環(huán)境工程材料必將對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步起到巨大的推動(dòng)作用。四、環(huán)境材料的發(fā)展趨勢(shì)就目前狀況而言，城市建筑不斷增多，人們汽車擁有量不斷加大，環(huán)境材料的發(fā)展已成必然，合金材料 將向著耐熱材料、超低溫結(jié)構(gòu)材料、輕質(zhì)耐久性材料方向發(fā)展；開展更多的綠色化工產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)“原子經(jīng) 濟(jì)性”采用3R方法，減量化，再生利用和再循環(huán)利用等，并將構(gòu)建綠色制造數(shù)據(jù)庫形成完整的綠色生態(tài)加 工體系。一、納米技術(shù)及其特性納米技術(shù)是指1100nm尺度范圍內(nèi)的科學(xué)技術(shù)，研究尺度界于原子、分子與宏觀 物體之間的規(guī)律和特征，當(dāng)物質(zhì)被“粉碎”到納米級(jí)細(xì)小并制成“納米材料”，納米材料通常以其表面原 子數(shù)占總原子數(shù)比例大，還有顯示量子尺寸效應(yīng)這

22、兩個(gè)重要特點(diǎn)而影響其各種物理和化學(xué)性能，使納米顆粒 具有獨(dú)特的性質(zhì)。不僅光、電、熱、磁性發(fā)生變化，而且具有輻射、吸收、催化等許多新特性。因而在許 多方面有著廣闊的應(yīng)用前景。由于納米材料具有的特殊性能使得它在水處理和大氣處理中有著廣泛的應(yīng)用。 光催化氧化法處理、凈化受污染體的方法是一種高級(jí)氧化技術(shù)，對(duì)許多有毒有害的有機(jī)污染物的處理均顯示 出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如氧化降解水體中不飽和有機(jī)化合物、芳烴、鹵化烴、芳香類化合物、雜環(huán)化合物、染料、 表面活性劑有機(jī)氮磷農(nóng)藥等.光催化能將難降解有機(jī)污染物氧化、分解，直至H2O、CO2和無機(jī)鹽等,使有機(jī) 物部分或完全礦物質(zhì)化(礦化)，從而達(dá)到污染物無害化處理的要求.

23、目前,用于光催化降解環(huán)境中污染物的催 化劑多為N型半導(dǎo)型材料，如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO、Fe2O3等，其中TiO2因其活性高、穩(wěn)定性好，對(duì) 人體無害而成為最受重視的一種光催化劑。實(shí)驗(yàn)表明,TiO2至少可以經(jīng)歷12次的反復(fù)使用而保持光分解效 率基本不變，連續(xù)580分鐘光照下保持其活性，因而將其投入實(shí)際應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。二、TiO2光催化凈化機(jī)理及優(yōu)勢(shì)顯著優(yōu)勢(shì):(1)以太陽光為最終要求的輻射能源，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能加以利用。太陽光，是取之不盡、用 之不竭的，因此大大降低了處理成本，是一種節(jié)能技術(shù)。光激發(fā)空穴產(chǎn)生的OH是強(qiáng)氧化自由基，可在較短時(shí)間內(nèi)成功分解水中難降解有機(jī)物在

24、內(nèi)的大多數(shù)有機(jī) 物，它還能分解水中微量有機(jī)物，因此是一種普遍實(shí)用的高效處理技術(shù)。半導(dǎo)體光催化技術(shù)具有穩(wěn)定性高、耐腐蝕、無毒的特點(diǎn)，并且在處理過程中不產(chǎn)生二次污染，從物質(zhì)循 環(huán)的角度看，有機(jī)污染物能被徹底無機(jī)化，因此是一種潔凈的處理技術(shù)。對(duì)環(huán)境要求低，對(duì)pH值、溫度等沒有特殊要求。(5)處理負(fù)荷沒有限制，即：可以處理高濃度廢水，也可以處理輕微污染水源水。在水污染物治理中的應(yīng)用案例:2006長(zhǎng)江淡水豚中外聯(lián)合考察隊(duì)經(jīng)歷了 39天長(zhǎng)江航行后遺憾宣布，來回近3400公里考察 未發(fā)現(xiàn)一頭白鰭豚，這個(gè)結(jié)果證明白鰭豚種群狀況極度瀕危，可能成為世界上第一個(gè)被人類消滅 鯨類動(dòng)物。白鰭豚是僅生存中國(guó)長(zhǎng)江中下游珍稀

25、水生哺乳動(dòng)物，屬國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物，被列為世 界最瀕危12種動(dòng)物之一。白鰭豚5歲6歲性成熟，1年懷胎，一年哺乳，一胎一仔，習(xí)慣以小 家庭形式生活。這一消息讓人感到恐懼，如果再不好好地治理長(zhǎng)江，好好地治理水污染，會(huì)有更 多的物種滅絕。長(zhǎng)江生態(tài)惡化，是沿江經(jīng)濟(jì)布局不合理惡果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)兩萬多家化工企業(yè)，分布長(zhǎng)江沿岸就 有9000多家，占全國(guó)45%。三峽庫區(qū)大中型工礦企業(yè)3000多家，化工廠有2000多座。這些化 工企業(yè)污染嚴(yán)重，為發(fā)生重大污染事件埋下嚴(yán)重隱患，一旦發(fā)生污染事故，后果不堪設(shè)想。隨著人口的增加和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的增長(zhǎng)，人類的用水量大大增加，排污量也空前猛增，水污染非常 嚴(yán)重，加劇了水資源危機(jī)

26、的程度。當(dāng)前，全球80多個(gè)國(guó)家的15億人口面臨淡水不足，其中26 個(gè)國(guó)家的3億人口完全生活在缺水狀態(tài)，所以保護(hù)水資源，節(jié)約用水勢(shì)在必行。污水中通常含有有 毒有害物質(zhì)、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細(xì)菌病毒等，污水治理就是將這些物質(zhì)從水中 去除。由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到很好 解決。而納米技術(shù)在水污染治理方面也有突出表現(xiàn)。污水中的貴金屬是對(duì)人體極其有害的物質(zhì)， 它們從污水中流失，也是資源的浪費(fèi)。新的一種納米技術(shù)可以將污水中的貴金屬完全提煉出來， 變害為寶。一種新型的納米級(jí)凈水劑具有很強(qiáng)的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水 劑三氯化鋁的10

27、20倍。所以，納米技術(shù)在污水處理的很多領(lǐng)域都起到重要作用。(1)有機(jī)廢水的降解處理TiO2光催化反應(yīng)能有效地將染料廢水、農(nóng)藥廢水、表面活性劑、氯代物、氟里昂、含油廢水等廢水中的 有機(jī)物降解為H2O、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無機(jī)小分子，達(dá)到完全無機(jī)化的目的。大量研 究表明納米TiO2等作為光催化劑，在陽光下催化氧化水中的有機(jī)污染物，使其迅速降解。至今為止己知納 米TiO2能處理80余種有毒污染物，它可以將水中的各種有機(jī)物很快完全催化氧化成水和CO等無害物質(zhì)。 例如納米R(shí)u / TiO2作催化劑，對(duì)酸性或堿性牛皮紙漂白廢水進(jìn)行光催化降解，廢水中的有機(jī)總碳的去除率 可達(dá)到

28、99. 6%，并使廢水完全脫色。經(jīng)光催化空氣氧化處理后的工廠廢水對(duì)弧菌的毒性的實(shí)驗(yàn)表明，用 該方法處理后的工廠漂白廢水完全可以進(jìn)一步生物降解。此外，用納米TiO2催化降解技術(shù)來處理毛織染整 廢水，具有省資、高校、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，最終能使有機(jī)物完全礦化，不存在二次污染等問題，顯示出良好的 應(yīng)用前景無機(jī)廢水的處理許多無機(jī)物在TiO2表面也具有光化學(xué)活性。利用TiO2催化劑的強(qiáng)氧化還原能力，可以將污水中汞、鉻、鉛 以及氧化物等降解為無毒物質(zhì)。Serpone等報(bào)道了用TiO2光催化法從Au(CN)-4中還原Au，同時(shí)氧化CN-為 NH3和CO2的過程，該法用于電鍍工業(yè)廢水的處理，不僅能還原鍍液中的貴金屬,

29、而且還能消除鍍液中氰化物 對(duì)環(huán)境的污染，是一種有實(shí)用價(jià)值的處理方法。二、納米材料在大氣污染治理方面的應(yīng)用大氣污染一直都是各國(guó)政府需要解決的難題，空氣中超標(biāo)的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物是影響人 類健康的有害氣體。在我國(guó)，“大氣污染導(dǎo)致每年有30到70萬人因煙塵污染提前死亡，2500萬兒童患慢 性咽炎，400萬到700萬農(nóng)村婦女兒童受害。”納米TiO2作為一種極強(qiáng)的光催化劑，使得利用太陽光這種最清潔的能源來分解環(huán)境中的污染性物質(zhì)成為 了可能.因此，在涂料中加入納米TiO2、ZnO、CaCO3、SiO2及碳黑等作為顏填料或助劑，除了可以顯著提高涂 膜的機(jī)械強(qiáng)度、防腐性能、耐光性和耐候性外，還可利用納米半導(dǎo)體的強(qiáng)光催化活性降解空氣中的污染物. 研究表明，納米TiO2對(duì)NOx、甲醛、甲苯等污染物的降解效果幾乎可達(dá)到100%.其對(duì)大氣中的NOx的凈化機(jī) 理如圖1所示4酸雨是大氣污染的一種重大表現(xiàn)。世界目前已有三大酸雨區(qū)，給人類環(huán)境帶來了多方面的不良影響，如土 壤酸化與貧瘠化，作物減產(chǎn)，余下減少或滅絕等。而納米材料和納米技術(shù)的應(yīng)用為解決這些氣體的污染問 題提供了新的方法。二)固體廢物處理現(xiàn)在，人類生活垃圾的排放量也大得驚人，而，納米