納米材料在環(huán)境安全領(lǐng)域的研究

時(shí)間：2022-10-01 17:55:10 化學(xué)畢業(yè)論文我要投稿

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　　納米材料指的是晶粒尺寸為納米級(jí)(10-9μm)的超細(xì)材料，在各個(gè)高校中有化學(xué)專業(yè)的同學(xué)研究這一課題，下面小編就為大家推薦哦，歡迎大家閱讀天然藥物化學(xué)中化學(xué)結(jié)構(gòu)教學(xué)

納米材料在環(huán)境安全領(lǐng)域的研究

　　摘要：環(huán)境安全是我國(guó)科學(xué)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多新的技術(shù)和材料被廣泛的應(yīng)用于環(huán)境安全領(lǐng)域，其中最具代表性的是納米材料的應(yīng)用。納米材料被科學(xué)家認(rèn)為是新世紀(jì)最具前途的材料，如今，納米技術(shù)和納米材料已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域中有不同程度的滲透。本文則主要從環(huán)境安全的角度出發(fā)，對(duì)于納米材料在環(huán)境安全研究領(lǐng)域中的若干問題進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

　　關(guān)鍵詞：納米材料;納米技術(shù);環(huán)境安全;環(huán)境治理

　　納米科技的發(fā)展速度將超過其他研究領(lǐng)域，而逐漸成為世界科學(xué)發(fā)展的核心領(lǐng)域，納米科技將為人類帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命。如今，環(huán)境安全問題已經(jīng)成為全球國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)問題，隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化程度越來(lái)越高，隨之而形成的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重，大氣污染、水污染等問題正困擾著人類科學(xué)家。近年來(lái)，不斷有科學(xué)家將納米技術(shù)和納米材料應(yīng)用到環(huán)境治理工作中，取得了突破性的進(jìn)展。

　　一、納米材料的特征

　　1.表面效應(yīng)。納米材料與其他科技材料不同，其會(huì)隨著時(shí)間的變化而形成不同的形態(tài)，利用顯微鏡對(duì)其表面進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，這些超微顆粒沒有骨齡的形態(tài)，而是不斷的變化，這與普通的固體形態(tài)和液體形態(tài)都有著很大的區(qū)別。當(dāng)納米超微粒徑在10μm以下時(shí)，材料表面的原子會(huì)形成一種類似沸騰的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);當(dāng)粒徑尺寸超過10μm時(shí)，則表面趨于穩(wěn)定。由此可以看出，超微顆粒的活性很強(qiáng)，如果帶有金屬性質(zhì)的超微顆粒暴露在空氣中，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生自燃，因此為了避免自燃現(xiàn)象，通常在金屬顆粒的表面都會(huì)包裹一層氧化膜，以此來(lái)增強(qiáng)納米晶粒的穩(wěn)定性。納米材料這種特殊的表面效應(yīng)，受到了催化劑研究領(lǐng)域的熱捧，被廣泛的應(yīng)用于高效催化劑的制造。

　　2.小尺寸效應(yīng)。納米材料的晶體尺寸都很小，而且在一定的條件下，尺寸的量變會(huì)引起材料性質(zhì)的質(zhì)變，這種特殊的效應(yīng)被稱為小尺寸效應(yīng)。晶粒的尺寸越小，則其結(jié)構(gòu)表面的變化就會(huì)越大，這對(duì)于很多特殊的科學(xué)領(lǐng)域有十分重要的作用，如光學(xué)、力學(xué)、升學(xué)等，都可以利用納米材料的小尺寸效應(yīng)實(shí)現(xiàn)這些領(lǐng)域中的特殊技術(shù)研發(fā)。

　　二、納米材料在環(huán)境安全領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　1.大氣污染治理中的應(yīng)用。目前，大氣污染主要表現(xiàn)在空氣中的硫化物含量過高、汽車尾氣和室內(nèi)空氣污染等幾個(gè)方面。

　　第一，利用納米材料對(duì)大氣中的硫化物凈化。硫化物含量過高是引起大氣污染的主要因素，尤其是煤炭資源的燃燒產(chǎn)生的二氧化硫、一氧化碳等有害氣體，是產(chǎn)生硫化物的主要途徑。因此可以在煤炭燃燒的過程中加入納米級(jí)催化劑，不僅有利于促進(jìn)煤炭的充分燃燒，減少二氧化硫氣體的產(chǎn)生;同時(shí)也可以提高煤炭能源的利用效率，可以使二氧化硫氣體轉(zhuǎn)化為固體，對(duì)其進(jìn)行回收和處理，可以極大的減少由于煤炭燃燒而導(dǎo)致的硫化物產(chǎn)量。

　　第二，用納米材料對(duì)汽車尾氣進(jìn)行治理。汽車排放的尾氣對(duì)人體健康危害較大，而且對(duì)大氣環(huán)境也會(huì)造成嚴(yán)重的污染。如果可以運(yùn)用納米材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料，則可以有效的減少汽車尾氣中的有害物質(zhì)。因此可以選擇納米復(fù)合材料制備與組裝的汽車尾氣傳感器，對(duì)汽車排放的尾氣量和有害物質(zhì)含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)尾氣的排放量超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)發(fā)出警報(bào)，并且及時(shí)做出空燃比的調(diào)整，以此來(lái)減少富有燃燒狀態(tài)產(chǎn)生的有害氣體，不僅可以對(duì)汽車尾氣達(dá)到有效的治理，還可以減少燃油的消耗量。

　　第三，室內(nèi)空氣的凈化。在室內(nèi)裝修過程中產(chǎn)生的有害氣體對(duì)人體造成的危害，往往更加嚴(yán)重，而且室內(nèi)的密閉空氣中有害氣體的含量也超于室外環(huán)境，室內(nèi)空氣污染的有害氣體主要有甲醛、苯等，利用納米材料則殺死空氣中的有害物質(zhì)，達(dá)到凈化空氣的目的。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。

　　2.在水污染治理方面的應(yīng)用。對(duì)于水污染的治理，主要從無(wú)機(jī)污染廢水、有機(jī)污染廢水和自來(lái)水治理等領(lǐng)域匯總。對(duì)于無(wú)機(jī)污染廢水來(lái)說，其中含有大量的重金屬，這不僅造成了資源的浪費(fèi)，也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生較大危害。而納米粒子則可以與水中的重金屬離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)重金屬離子的還原，如納米TiO2粒子，可以通過其自身的氧化作用，吸引汞離子、銀粒子等重金屬離子吸附其表面，達(dá)到還原重金屬離子的目的，既可以實(shí)現(xiàn)廢水的凈化，也可以對(duì)水中的重金屬離子進(jìn)行回收。有機(jī)污染廢水治理的主要原理，是對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行催化、降解處理，而納米TiO2粒子具有很強(qiáng)的催化作用，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中有機(jī)污染物的催化和降解，將廢水中的有機(jī)污染物進(jìn)行催化氧化形成水和一氧化碳等物質(zhì)，達(dá)到凈化的目的。當(dāng)前，利用納米TiO2粒子可以催化和降解的有機(jī)污染物達(dá)80多種，利用納米TiO2粒子凈化后的有機(jī)污染廢水，可以作為灌溉、工業(yè)用水等其他用用途。自來(lái)水是與人們生活息息相關(guān)的水源，利用納米材料作為凈化自來(lái)水的介質(zhì)，可以吸附水中的懸浮物，去除水中的鐵銹、泥沙等物質(zhì)，達(dá)到凈化自來(lái)水的目的。納米級(jí)凈水劑是當(dāng)前自來(lái)水凈化領(lǐng)域中應(yīng)用的新型納米科技，其具有超強(qiáng)的吸附能力，可以將污水中的懸浮物和顆粒吸附于表面，再形成沉淀物，進(jìn)過處理后，就可以得到純凈水。

　　3.在其它環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。除了大氣污染、水污染的治理以外，納米材料在噪聲污染治理、固體廢棄物處理以及照明工程都有著廣泛的應(yīng)用。噪聲污染是工業(yè)時(shí)代常見的污染，車輛、設(shè)備等發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲可以達(dá)到上百分貝，將納米科技應(yīng)用到設(shè)備中，可以通過納米顆粒對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的撞擊和摩擦變得輕微，噪聲也隨之減少。同時(shí)納米材料還具有較強(qiáng)的潤(rùn)滑作用，可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間。對(duì)于固體廢棄物的處理，則主要是運(yùn)用納米科技將廢棄物進(jìn)行超微處理，使其形成超微粉末，進(jìn)行回收和再利用。在照明工程中，可以應(yīng)用納米材料光致發(fā)光特性，充分利用太陽(yáng)能的照明作用，減少對(duì)能源和資源的消耗，也可以降低火力發(fā)電過程中排放的污染物。

　　三、納米材料的應(yīng)用趨勢(shì)

　　納米材料是目前科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，關(guān)于納米材料在環(huán)境安全領(lǐng)域中的研究工作不斷深入，對(duì)于納米材料實(shí)用性的研究也來(lái)越多，這對(duì)于緩解大氣污染、水污染等環(huán)境問題的治理將會(huì)起到很大的推動(dòng)作用。納米技術(shù)的應(yīng)用除了可以用于環(huán)境治理，同時(shí)也可以融入到人類的生活和生產(chǎn)中，提高人們對(duì)環(huán)境保護(hù)問題的重視程度，并且改善破壞環(huán)境的行為，將治理轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防，這是納米材料與環(huán)境安全領(lǐng)域結(jié)合的必然趨勢(shì)。然而，納米技術(shù)雖然擁有廣闊的發(fā)展前景，但是其在環(huán)境安全領(lǐng)域中的應(yīng)用尚不成熟，因此仍然需要我們不斷的探索和研究，才能促進(jìn)納米技術(shù)和納米材料的有效運(yùn)用。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，本文著重探討了納米材料在環(huán)境治理中的應(yīng)用，隨著納米研究工作的持續(xù)開展，納米科技在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用也將更加廣泛，在改變?nèi)藗儹h(huán)保觀念、改善人類環(huán)境行為方面也將發(fā)揮重要的作用。納米科技作為一門新興的科學(xué)，對(duì)環(huán)境安全領(lǐng)域產(chǎn)生的影響也是深遠(yuǎn)的，而將納米材料應(yīng)用于環(huán)境安全領(lǐng)域，成為環(huán)境保護(hù)的主流科技也是必然的趨勢(shì)。

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