纳米材料与技术在环保中的应用_丁斌峰

物理与工程纳米材料与技术在环保中的应用丁斌峰(廊坊师范学院物理系,河北廊坊065000)(收稿日期:2004-02-22)摘要本文介绍了纳米技术在大气、污水处理方面的实际应用,特别是在环境保护和环境治理方面的应用.随着纳米材料和纳米技术在环保方面的应用更深入的研究,将会给我国乃至全世界在治理环境污染方面带来新的机会.关键词纳米技术;TiO2;环境保护THEAPPLICATIONOFNANO-MATERIALSANDTECHNIQUEINENVIRONMENTALPROTECTIONDingBinfeng(PhysicsDepartment,LangfangTeachersCollege,Langfang,Hebei065000)AbstractInthispaper,weintroducedsomeapplicationofnano-techniqueinenvironmentprotection,suchashandleatmosphereandwaterpollution.Wearesurethatthedevelopmentofresearchontheapplicationofnano-materialandnano-techniquewillbringusnewsolutionforenvironmentproblem.KeyWordsnanometertechnique;TiO2;environmentprotection1简介美国联邦政府在下一个财政年度预算中增加28亿美元的科研经费,主要用于生物医学、基础科学、纳米技术和信息技术等领域.这告诉我们美国政府已将纳米技术与当代科技的三大支柱:基础科学、生物医学、信息技术相提并论了,由此可见随纳米材料制备和应用研究发展而发展起来的纳米技术很可能成为下一世纪前50年的主导技术.它诞生十多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直非常引人注目,特别是在环境保护和环境治理方面的应用,已经呈现出欣欣向荣的前景.随着纳米材料和纳米技术在环保方面的应用更深入的研究,将会给我国乃至全世界在治理环境污染方面带来新的机会.2纳米技术在治理有害气体方面的应用大气污染一直是各国政府需要解决的难题,空气中超标的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOC)是影响人类健康的有害气体,纳米材料和纳米技术的应用能够最终解决产生这些气体的污染源问题.工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等,由于含有硫的化合物在燃烧时会产生SO2气体,这是SO2的最大污染源.所以石油提练中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量.纳米钛酸钴(CoTiO3)是一种非常好的石油脱硫催化剂.以半径55nm～70nm的钛酸钴作为催化活体多孔硅胶或Al2O3陶瓷作为载体的催化剂,其催化效率极高.经它催化的石油中硫的含量小于0.01%,达到国际标准.工业生产中使用的煤燃烧时也会产生SO2气体,如果在燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃30物理与工程Vol.14No.42004烧,不产生一氧化硫气体,提高能源利用率,而且会使硫转化成固体的硫化物,而不产生二氧化硫气体,从而杜绝有害气体的产生.最新研究成果表明,复合稀土化合物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能,这是其他任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的.它的应用可以彻底解决汽车尾气中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的污染问题.以活性碳作为载体、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+,电子可以在其三阶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,再加上纳米材料的表面大、空间悬键多、吸附能力强,因此它在氧化一氧化碳的同时还原氮氧化物,使它们转化为对人体和环境无害的气体———二氧化碳和氮气.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.3纳米技术在污水处理方面的应用污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等.污水治理就是将这些物质从水中去除.由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题,污水治理一直得不到很好解决.纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题.污水中的贵金属是对人体极其有害的物质.它从污水中流失,也是资源的浪费.新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等安全提炼出来,变害为宝.一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力.它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10～20倍.因此它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来,先使水中不含悬浮物,然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭的净化装置,能有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物.经前