淺談納米技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

淺談納米技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用一引言納米技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1納米至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。納米材料的小尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)，，量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得納米材料呈現(xiàn)出特殊的光學電學磁學以及化學方面的性質(zhì)。納米技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊，有人曾經(jīng)預測，納米技術(shù)將成為超過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基因技術(shù)的“決定性技術(shù)”。近年來，納米技術(shù)在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并且顯示出了其獨特的魅力。二納米技術(shù)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用實例1.在催化劑方面的應(yīng)用我們都知道，催化劑在化學生產(chǎn)工業(yè)中起著舉足輕重的作用，它可以有效控制反應(yīng)時間，極大地提高反應(yīng)速率，提高經(jīng)濟效益。大多數(shù)傳統(tǒng)催化劑的催化效率較低，而納米材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)尺寸，表面的活性中心多。用納米材料作催化劑時，其催化效率將會大大提高。納米材料作為催化劑應(yīng)用較多的是半導體光催化劑。這種催化劑的催化機理是，在光的照射下，分散在溶液的半導體納米粒子吸收光產(chǎn)生了一些電子—空穴對，在電場的作用下，電子與空穴會分離，然后分別遷移到納米粒子表面的不同位置，與溶液中相應(yīng)的組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)。目前已有文章報道，工業(yè)上利用納米 TiO2-Fe2O3作為光催化劑，用于廢水處理（含亞硫酸根離子或重鉻酸根離子的體系），已經(jīng)取得了很好的效果。除此之外，還有研究發(fā)現(xiàn)，Ni或者Cu-Zn的納米顆粒，對于某些有機物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑，這樣可大大節(jié)約成本。用納米顆粒作催化劑提高反應(yīng)速率，是未來催化科學不可忽視的研究課題，納米催化劑很可能給未來工業(yè)生產(chǎn)帶來革命性的變革。2.在改良化工產(chǎn)品性能方面的應(yīng)用精細化工，是生產(chǎn)精細化學品工業(yè)的通稱。作為當今化學工業(yè)中最具有活力的領(lǐng)域之一，精細化工產(chǎn)品數(shù)量眾多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米技術(shù)的快速發(fā)展無疑也會給精細化工帶來福音。在橡膠塑料等精細化工生產(chǎn)領(lǐng)域中，納米材料發(fā)揮了重要作用。例如，在橡膠中加入納米二氧化硅之后，可以顯著提高橡膠抗紫外線輻射的能力，從而提高了橡膠的耐用性。納米Al2O3加入到普通橡膠中可以顯著提高橡膠的耐磨性和介電特性，彈性也明顯優(yōu)于用炭黑作填料的橡膠。納米級碳酸鈣經(jīng)過適當?shù)谋砻嫣幚恚畛銹P（聚丙烯）能夠起到增強韌性的作用。最近有研究顯示，將納米TiO2按一定比例加入到化妝品中，可以有效遮蔽紫外線。目前，日本等國已經(jīng)有部分含納米TiO2的化妝品問世。用添加0.1％--0.5％的納米TiO2制成的透明塑料包裝食品，既可以防止紫外線對食品的破壞作用，還可以使食物保持新鮮。3.在過濾和分離方面的應(yīng)用在制藥工業(yè)，食品工業(yè)，染料工業(yè)中，興起了一種新的過濾分離技術(shù)——納米膜過濾技術(shù)，這是一種介于反滲透與超濾之間的以壓力為驅(qū)動力的新型膜分離技術(shù)。納米膜的孔徑范圍在幾個納米左右，能夠截留有機小分子而使大部分無機鹽通過，分離時所需滲透壓較低，具有節(jié)約動力的優(yōu)點。此外，納濾分離過程中不發(fā)生任何化學反應(yīng)，不用加熱，也沒有相轉(zhuǎn)變，不破壞生物活性，對于低分子量的有機物分離中有獨到之處。目前，納米膜過濾技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于抗生素的回收與精制，脫鹽乳清的提取還有造紙廢水的處理之中。4.特殊的納米材料---碳納米管的應(yīng)用碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能，有著廣闊的應(yīng)用前景。最近的研究顯示，可以利用碳納米管獨特的孔狀結(jié)構(gòu)，大的比表面積，較高的機械強度做成納米反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠使化學反應(yīng)局限于一個很小的范圍內(nèi)進行。在納米反應(yīng)器中，反應(yīng)物在分子水平上有一定的取向和有序排列，但同時限制了反應(yīng)物分子和反應(yīng)中間體的運動。這種取向、排列和限制作用將影響和決定反應(yīng)的方向和速度?？茖W家們研究發(fā)現(xiàn)，利用納米尺度的分子篩作反應(yīng)器，在烯烴的光敏氧化作用中，將底物分子置于反應(yīng)器的孔腔中，敏化劑在溶液中，這樣就只生成單重態(tài)的氧化產(chǎn)物。用金屬醇化合物和羧酸反應(yīng)，可合成具有一定孔徑的大環(huán)化合物。碳納米管的儲氣能力極強，多壁碳納米管的儲氫量可達4.2％，可制成儲氫材料用于燃料電池等領(lǐng)域，此外，用碳納米管作為增強填料可形成各種復合材料。例如用碳納米管材料增強的塑料力學性能優(yōu)良、導電性好、耐腐蝕、屏蔽無線電波。使用水泥做基體的碳納米管復合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩(wěn)定性高，不易對環(huán)境造成影響。三結(jié)束語納米技術(shù)與眾多學科密切相關(guān)，它是一個體現(xiàn)多學科交叉性質(zhì)的前沿領(lǐng)域。早在1959年，著名的理論物理學家，諾貝爾獎獲得者Feyneman就曾預言：“當我們的得以對細微的事物加以操縱時，將大大擴充我們可能獲得物性的范圍”