納米技術(shù)具有極大的理論和應(yīng)用價(jià)值，納米材料被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。納米技術(shù)研究在0.1~100nm尺度范圍內(nèi)物質(zhì)具有的特殊性能及其應(yīng)用。廣義的納米材料是指在三維空間中，至少有一維達(dá)到納米尺度范圍，或以其為基本單位所構(gòu)成的材料[1]。納米材料具有輻射、吸收、殺菌、吸附等特性，眾多研究表明這些新特性將在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本文就納米材料及其在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

1 納米材料的基本性質(zhì)[2,3]
1.1 表面效應(yīng)
用高倍電子顯微鏡對(duì)金超微顆粒（直徑為2.1~3μm）進(jìn)行電視攝像，實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒(méi)有固定的形態(tài)，隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體等）的晶型，既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)，尺寸大于10μm后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時(shí)微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意識(shí)地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料以及低熔點(diǎn)材料。

1.2 小尺寸效應(yīng)
隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對(duì)超微顆粒而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生特殊的光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、超導(dǎo)電性、介電性能以及化學(xué)性能等一系列新奇的性質(zhì)。

2 納米材料在大氣污染治理方面的應(yīng)用
2.1 空氣中硫氧化物的凈化
二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影響人類(lèi)健康的有害氣體，如果在燃料燃燒的同時(shí)加入納米級(jí)催化劑不僅可以使煤充分燃燒，不產(chǎn)生一氧化硫氣體，提高能源利用率，而且會(huì)使硫轉(zhuǎn)化成固體的硫化物。如用納米Fe2O3作為催化劑，經(jīng)納米材料催化的燃料中硫的含量小于0.01%，不僅節(jié)約了能源，提高能源的綜合利用率，也減少了因?yàn)槟茉聪乃鶐?lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，而且使廢氣等有害物質(zhì)再利用成為可能。

2.2 汽車(chē)尾氣凈化
汽車(chē)尾氣排放直接污染人們的生活空間及呼吸層，對(duì)人體健康影響極大。開(kāi)發(fā)替代燃料或研究用于控制汽車(chē)尾氣對(duì)大氣污染材料，對(duì)凈化環(huán)境具有重要的意義。用納米復(fù)合材料制備與組裝的汽車(chē)尾氣傳感器[4]，通過(guò)汽車(chē)尾氣排放的監(jiān)控，可及時(shí)對(duì)超標(biāo)排放進(jìn)行報(bào)警，并通過(guò)調(diào)整合適的空燃比，減少富油燃燒，達(dá)到降低有害氣體排放和燃油消耗的目的。納米稀土鈦礦型復(fù)合氧化物對(duì)汽車(chē)尾氣所排放的NO、CO等具有良好的催化轉(zhuǎn)化作用，可以替代昂貴的重金屬催化劑用作汽車(chē)尾氣催化劑。

2.3 室內(nèi)空氣凈化
新裝修房間空氣中的有機(jī)物濃度大大高于室外，而光催化劑可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，納米TiO2的降解效果最佳。納米TiO2經(jīng)光催化產(chǎn)生的空穴和形成于表面的活性氧膜化能與細(xì)菌細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)組成成分進(jìn)行生化反應(yīng)，使細(xì)菌頭單元失活而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，并且使細(xì)菌死亡后產(chǎn)生的內(nèi)毒素分解，即利用納米TiO2的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的細(xì)菌，而且能同時(shí)降解由細(xì)菌釋放出的有毒復(fù)合物[5]。在醫(yī)院的病房、手術(shù)室及生活空間安放納米TiO2光催化劑可具有殺菌、除臭作用。

3 在水污染治理方面的應(yīng)用
3.1 處理無(wú)機(jī)污染廢水
污水中的重金屬對(duì)人體的危害很大，重金屬的流失也是資源的浪費(fèi)。納米粒子能對(duì)水中的重金屬離子通過(guò)光電子產(chǎn)生很強(qiáng)的還原能力[6]。如納米TiO2能將高氧化態(tài)汞、銀、鉑等貴重金屬離子吸附于表面，井將其還原為細(xì)小的金屬晶體，既消除了廢水的毒性，又回收了貴重金屬。

3.2 處理有機(jī)污染廢水
大量研究表明納米TiO2等作為光催化劑，在陽(yáng)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(wú)害物質(zhì)圖。例如Pintar等在間歇式反應(yīng)器中納米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TOC的去除率可達(dá)到99.6%，并使廢水完全脫色。經(jīng)光催化濕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。

3.3 自來(lái)水的凈化處理
新型納米級(jí)凈水劑[7]的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑Al2O3的10~20倍，能將污水中懸浮物完全吸附并沉淀，然后采用納米磁性物質(zhì)、纖維和活性炭?jī)艋b置，有效地除去水中的鐵銹、泥沙以及異味等。再經(jīng)過(guò)由帶有納米孔徑的處理膜和帶有不同納米孔徑的陶瓷小球組裝的處理裝置后，可以100%除去水中的細(xì)菌、病毒，得到高質(zhì)量的純凈水。這是因?yàn)榧?xì)菌、病毒的直徑比納米大，在通過(guò)納米孔徑的膜和陶瓷小球時(shí)，會(huì)被過(guò)濾掉，水分子及水分子直徑以下的礦物質(zhì)、元素則保留下來(lái)。

4 在其它環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用
4.1 噪聲控制
飛機(jī)、車(chē)輛、船舶等發(fā)動(dòng)機(jī)工作的噪聲可達(dá)上百分貝，容易對(duì)環(huán)境造成噪聲污染。當(dāng)機(jī)器設(shè)備等被納米技術(shù)微型化以后，其互相撞擊、磨擦產(chǎn)生的交變機(jī)械作用力將大為減少，噪聲污染便可得到有效控制。運(yùn)用納米技術(shù)開(kāi)發(fā)的潤(rùn)滑劑，既能在物體表面形成永久性的固態(tài)膜，產(chǎn)生極好的潤(rùn)滑作用，大大降低機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲，又能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命[8]。

4.2 固體廢物處理
納米技術(shù)及納米材料應(yīng)用于城市固體垃圾處理，主要有兩個(gè)方面[9]：一是可以將橡膠制品、塑料制品、廢印刷電路板等制成超微粉末，除去其中的異物，成為再生原料回收；二是利用納米TiO2催化技術(shù)可以使城市垃圾快速降解，其速度可達(dá)到大顆粒TiO2的10倍以上，從而緩解大量城市垃圾給城市環(huán)境帶來(lái)的壓力。

4.3 防止電磁輻射
近年來(lái)電磁場(chǎng)對(duì)人體健康的影響問(wèn)題已經(jīng)成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。在強(qiáng)烈輻射區(qū)工作并需要電磁屏蔽時(shí)，通過(guò)在墻內(nèi)加入納米材料層或涂上納米涂料，能大大提高遮擋電磁波輻射性能。中科院理化所利用納米技術(shù)研究出了新一代手機(jī)電磁屏蔽材料，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)信號(hào)抗干擾能力，同時(shí)大大降低電磁波輻射。

4.5 在照明工程方面的應(yīng)用
火力發(fā)電排放的CO2、SO2、煙塵懸浮物等會(huì)引起溫室效應(yīng)、酸雨和環(huán)境污染，通過(guò)照明節(jié)電可以帶來(lái)巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[10]。在照明工程中，最理想的節(jié)電措施是充分利用太陽(yáng)光來(lái)照明，利用一些納米材料的光致發(fā)光特性是可行的辦法，白晝吸收自然光并貯存起來(lái)，晚上再直接把光射到需要的地方。這從多孔硅光致發(fā)光現(xiàn)象得到了驗(yàn)證。

5 結(jié)語(yǔ)
隨著納米科技和納米材料的研究深入，特別是納米科技與環(huán)境保護(hù)和環(huán)境治理的進(jìn)一步有機(jī)結(jié)合，許多環(huán)保難題將會(huì)得到解決。有理由相信，納米科技作為一門(mén)新興科學(xué)，必將對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，利用納米科技解決環(huán)境污染問(wèn)題將成為未來(lái)環(huán)境保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] Swlli E, Morris S. Photocatalysis for water purification[J]. Water Res, 1999, 33(8): 5-7.

[2] 李泉, 曾廣斌. 納米粒子[J]. 化學(xué)通報(bào), 1995, 6: 29-31.

[3] 李良果, 鄭慶龍, 張克. 納米粒子結(jié)構(gòu)分析[J]. 化工新型材料, 1991, 19(12) : 12-13.

[4] 覃愛(ài)苗, 廖雷. 納米技術(shù)及納米材料在環(huán)境治理中的應(yīng)用[J]. 中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2004, 43(增刊): 225-228.

[5] 楊健森. 納米環(huán)保技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J]. 科技通報(bào), 2002, 18(4): 340-343.

[6] 馬榮萱, 李繼忠. 納米技術(shù)及其材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2006, 29(7): 112-115.

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標(biāo)簽：納米材料及其環(huán)保