纳米科技与材料

1、Loading . 文档整理文档整理文档整理文档整理文档整理文档整理 。 参看资料参看资料参看资料参看资料参看资料参看资料 百度文库百度文库百度文库百度文库百度文库百度文库 百百百百百百 素材搭配素材搭配素材搭配素材搭配素材搭配素材搭配 。 度知道度知道度知道度知道度知道度知道 谷歌谷歌谷歌谷歌谷歌谷歌 上课内容上课内容上课内容上课内容上课内容上课内容 即刻即刻即刻即刻即刻即刻 图库图库图库图库图库图库 最终校对最终校对最终校对最终校对最终校对最终校对 。 编写平台编写平台编写平台编写平台编写平台编写平台 微软系统微软系统微软系统微软系统微软系统微软系统 文档收集文档收集文档收集文档收集文档收

2、集文档收集 。 整体规划整体规划整体规划整体规划整体规划整体规划 。 图片收集图片收集图片收集图片收集图片收集图片收集 。 。 PPTPPTPPT制作制作制作制作制作制作 。 人员安排人员安排人员安排人员安排人员安排人员安排 。 课堂演讲课堂演讲课堂演讲课堂演讲课堂演讲课堂演讲 。 。 。 。 。 。 纳米材料在环保领域的应用纳米材料在环保领域的应用纳米材料在环保领域的应用纳米材料在环保领域的应用纳米材料在环保领域的应用纳米材料在环保领域的应用 随着纳米技术的发展，纳米材料对各个领域都有不同程 度的影响与渗透，特别是纳米材料在环境保护方面的应 用，给我国乃至全世界在治理环境污染方面带来了新的

3、契机。近年来，随着人们环保意识的增强，对生活的环 境的要求越来越高，这就对现存的环保技术提出了更高 的要求。随着纳米技术的悄然崛起与发展，人们利用资 源与保护环境的能力也得到拓展，纳米技术的出现为环 保技术的进步和发展提供了新的机遇。 纳米技术与环境保护和环境治理的有机结合，有助于许 多环保问题的解决，诸如污水处理，大气污染，城市垃 圾等问题的解决。鉴于此，随着人们对纳米技术的研究 的深入，其在环保领域的应用越来越广泛。 纳米材料治理污水纳米材料治理污水 水污染水污染 纳米纳米TiO2光催光催 化氧化技术化氧化技术 纳米材料治理废水纳米材料治理废水 原理：在紫外原理：在紫外 光照射下，光照射下

4、， 纳米纳米TiO2TiO2表表 面会产生氧面会产生氧 化能力极强化能力极强 的羟基自由的羟基自由 基基( (OH)OH)， 使水中使水中的的 有机污染物有机污染物 氧化降解为氧化降解为 无害的无害的CO2CO2 和水。和水。 含油废水处理含油废水处理氯代有机物废水处理氯代有机物废水处理毛纺染整废水处理毛纺染整废水处理有机磷农药废水处理有机磷农药废水处理纳米纳米TiO2TiO2光催化氧化技术光催化氧化技术 环环 保保 纳纳 米米 纳米纳米TiO2TiO2光催化氧化技术在彻底降解水中的有光催化氧化技术在彻底降解水中的有 机污染物和可以利用太阳能等方面有着突机污染物和可以利用太阳能等方面有着突出的

5、优点出的优点 ，特别是当水中的有机污染物浓度很高或用其他方，特别是当水中的有机污染物浓度很高或用其他方 法难以处理时，具有更明显的优法难以处理时，具有更明显的优势，势，是其他传统方是其他传统方 法无法比拟的，尤其是近年来高效率的光催化剂、法无法比拟的，尤其是近年来高效率的光催化剂、 纳米粒子负载和金属掺杂、纳米粒子负载和金属掺杂、光电结合的催化方法以光电结合的催化方法以 及太阳能技术的研究开发，使纳米及太阳能技术的研究开发，使纳米TiO2TiO2光催化氧化光催化氧化 应用于水处理领应用于水处理领域有着良好的前景。目前，日本、域有着良好的前景。目前，日本、 美国、加拿大等国家已尝试把纳米美国、加

6、拿大等国家已尝试把纳米TiO2TiO2光催化氧化光催化氧化 技术技术用于水处理，但大都处于实验室研究阶段，关用于水处理，但大都处于实验室研究阶段，关 于工业规模的应用开发鲜有报道。如何尽快实于工业规模的应用开发鲜有报道。如何尽快实现工现工 程化，有待各相关领域的研究人员进一步努力。程化，有待各相关领域的研究人员进一步努力。 应用前景应用前景 纳滤（膜）技术纳滤（膜）技术 纳米材料治理废水纳米材料治理废水 化纤、印染工业废水处理 NF可以用于印染过 程排水中染料及助剂的脱除和回用。处 理染料 聚合浆料时，由于大多数染料的分子量在几百 到几千，NF膜可以让一些无机盐或小分 子通 过，而对较大的染料

7、分子进行截取，粗染料浆 液经NF系统后，染料可以富集，而无机盐 的 浓度下降，脱盐率大于98%，染料损失率小于 0.1%，而且可以在高温运行。 杀虫剂废水处理 通过研究NF膜对不含酚杀虫剂的截留性 能，发现除了二氯化物以外，其他杀虫剂 的截留 率均高于96.7%，所有杀虫剂在 NF膜上的吸附能力均受其疏水性的影响。 采用NF处理含有酚 类杀虫剂的废水也十 分有效。 石油工业废水处理 石油工业废水主要包括石油开采和炼制过 程 中产生的含各种无机盐和有机物的废 水，其成分 非常复杂，处理难度大。 采用膜法特别是NF法与其他方法相合， 既可有效处理废水还可以 回收有用物质 日用化工废水处理 用NF膜

8、处理日用化工 废水的应用研究表明，NF膜耐酸 碱，有 优良的截留率，对重金属有很好的去除率， 不存在膜污染问题。据估计，由于NF膜 的 运行费用低于反渗透技术，对有机小分 子有良好的脱除率，可能会覆盖90%以上 的日用化工 废水处理。 生活污水处理： 采用常用的生物降解 和化学氧化相结合的方法处理生活污水时， 氧化剂的消耗很大，残留物多。如果在 它们之间增加一个NF系统，让能被微生物 降解的小分子通过，不能生物降解的有机 大分子被截留下来经化学氧化后再生物降 解，这样就可以充分发挥生物降解的作用， 节省氧化剂或活性炭的用量，降低最终残 留物的含量 造纸废水处理 采用NF膜技术替代传统的 化学处

9、理法能更为有效地除去深色木质 素。木浆漂白过程产生的氯化木质素是 带负电的，容易被带负电性的NF膜截留， 并且对膜不会产生污染。另外，因为整个 处理过程中对阳离子(Na+)的脱除率并没 有严格要求，采用反渗透技术就显得没有 必要。采用超滤/纳滤处理牛皮纸制造废 水有很好的效果。 热电厂二次废水的治理及回收利用 热电厂的二 次废水主要来自冲灰、除尘及冷却系统，此类 废水中含有大量的悬浮固体、灰份及高含量的 盐份和部分有机物。利用NF可以把这一类废水 处理成工业回用水。首先用微滤除去水中的全 部悬浮颗粒，质量分数为99%的BOD、98%的COD、 73%的总氮和17%的总磷，同时将 水中的菌落 总

10、数降到34个/L，然后加酸降低pH以除去 CO2，最后再经NF脱盐，达到锅 炉用水的质量。 纳滤纳滤(米米)膜技术膜技术 能截留分子量大于100的有机物以及多价离子，允许小分子 有机物和单 价离子透过； 可在高温、酸、碱等苛刻条件下运行，耐污染； 运行压力低，膜通量高，装置 运行费用低； 可以和其他污水处理过程相结合以进一步降低费用和提高 处理效果。在水处理 中，NF膜主要用于含溶剂废水的处理，能 有效地去除水中的色度、硬度和异味。NF膜以其 特殊的分离性 能已成功地应用于制糖、制浆造纸、电镀、机械加工以及化工反 应催化剂的回 收等行业的废水处理。 应用前景 NFNF膜对水中分子量为几百的有机

11、小分子具有分膜对水中分子量为几百的有机小分子具有分 离性能，对色度、硬度和异味有很好的去除离性能，对色度、硬度和异味有很好的去除能力，能力， 并且操作压力低，水通量大，因而将在水处理领并且操作压力低，水通量大，因而将在水处理领 域发挥巨大的作用。目前，在域发挥巨大的作用。目前，在NFNF膜膜的制备、表征的制备、表征 和分离机理方面，还有大量的技术问题需要解决，和分离机理方面，还有大量的技术问题需要解决， 尚需要开发廉价而性能优良尚需要开发廉价而性能优良的膜，并能提供给用的膜，并能提供给用 户各种准确的膜性能参数，这些都是纳滤技术在户各种准确的膜性能参数，这些都是纳滤技术在 废水处理及其他应用中

12、的关键。废水处理及其他应用中的关键。 三、三、“Z氏法氏法”污水治理高新技术污水治理高新技术 纳米超高效水处理剂，具有传纳米超高效水处理剂，具有传 统水处理剂无法相比的污水净统水处理剂无法相比的污水净 化效果，同时药剂费用低、应化效果，同时药剂费用低、应 用范围广、使用方便。用范围广、使用方便。 在超高效净化器内，污水与净在超高效净化器内，污水与净 水剂在极短时间内得以充分混水剂在极短时间内得以充分混 凝，使污水在设备里充分曝气，凝，使污水在设备里充分曝气， 提高污泥沉淀效率，从而取代提高污泥沉淀效率，从而取代 大容积的污泥沉降池，既节约大容积的污泥沉降池，既节约 了空间又缩短了流程。该工艺了

13、空间又缩短了流程。该工艺 彻底摆脱了生物氧化控制，排彻底摆脱了生物氧化控制，排 入十分稳定。同时，通过一系入十分稳定。同时，通过一系 列的特定化学过程去除或稳定列的特定化学过程去除或稳定 污泥中的有害物质，并在此基污泥中的有害物质，并在此基 础上向污泥中补充氮、磷、钾础上向污泥中补充氮、磷、钾 来平衡肥份，利用生态肥料技来平衡肥份，利用生态肥料技 术实现污泥的无害化和资源化术实现污泥的无害化和资源化。 “Z氏法氏法”污水治理高新技术充分运污水治理高新技术充分运 用了用了21世纪的新型材料世纪的新型材料纳米纳米 材料。材料。 由湖南智能达有限公司研制成功的由湖南智能达有限公司研制成功的 “Z氏法

14、氏法”技术，成功地将纳米技技术，成功地将纳米技 术应用于环保领域。其核心技术是术应用于环保领域。其核心技术是 通过将先进的纳米材料对通用的污通过将先进的纳米材料对通用的污 水处理净水剂、絮凝剂和杀菌消毒水处理净水剂、絮凝剂和杀菌消毒 剂加以物化改性，从而形成多元复剂加以物化改性，从而形成多元复 合新型高效水处理剂。配合设计新合新型高效水处理剂。配合设计新 颖且简便实用的成套污水处理净化颖且简便实用的成套污水处理净化 器和沉降器等设备，它可广泛应用器和沉降器等设备，它可广泛应用 于城市污水治理和各类工业废水治于城市污水治理和各类工业废水治 理领域。理领域。 “Z“Z氏法氏法”污水治理技术从新型材

15、料的应用、污水治理技术从新型材料的应用、 专用设备的设计、治理工艺的创新到污泥的综专用设备的设计、治理工艺的创新到污泥的综 合利用，都给污水治理技术带来了深刻的变革，合利用，都给污水治理技术带来了深刻的变革， 将为我国开创出一个高效、低耗、低投入的污将为我国开创出一个高效、低耗、低投入的污 水治理局面水治理局面 。 在河边设置两台“纳米气泡发生器”，在河边 设置六台推流器，两者相连。通过河水的流动，把 通过“纳米气泡发生器”里的水转换成一个个纳米 级的小水泡，在水中扩散，进而对河内污染物进行 降解。跟一般的毫米级与微米级气泡在水里只能保 持几分钟不同，纳米级气泡能保持几个月。 四、纳米气泡发生

16、四、纳米气泡发生 器治理河中的污水器治理河中的污水 空气污染空气污染 空气污染空气污染 看得见的环境污染看得见的环境污染 未来，我们还看得到蓝天吗？未来，我们还看得到蓝天吗？ 现代工业的发展在为人类创造巨大财富的同时给生态环境现代工业的发展在为人类创造巨大财富的同时给生态环境 带来严重的污染。工业生产中使用的气体燃料和在生产过程中产带来严重的污染。工业生产中使用的气体燃料和在生产过程中产 生的气体的数量和种类越来越多，这些有毒性气体和可燃气体污生的气体的数量和种类越来越多，这些有毒性气体和可燃气体污 染环境，一旦发生爆炸和火灾，将危及人的人身和财产安全。工染环境，一旦发生爆炸和火灾，将危及人的

17、人身和财产安全。工 业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油和柴油等含业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油和柴油等含 有硫的化合物在燃烧时会产生有硫的化合物在燃烧时会产生SO2SO2气体，空气中超标的二氧化硫气体，空气中超标的二氧化硫 （SO2SO2）、一氧化碳（）、一氧化碳（COCO）和氮氧化物对人类身体健康有害。）和氮氧化物对人类身体健康有害。 处理大气污染是亟待解决的问题，开发替代燃料或研究处理大气污染是亟待解决的问题，开发替代燃料或研究 用于控制和减少汽车尾气对大气污染的材料，对保护环境具有重用于控制和减少汽车尾气对大气污染的材料，对保护环境具有重 要的意义要的意义.

18、. 纳米材料在气体净化方面的应用纳米材料在气体净化方面的应用 纳米材料在处理空气污染纳米材料在处理空气污染 方面有广阔应用前景的原方面有广阔应用前景的原 因及作用因及作用 原因： 1、纳米材料具有较小的颗粒 尺寸 2、纳米微粒表面形态随着粒 径的减小，表面光滑程度变 差，形成了凹凸不平的原子 台阶 作用： 1、提高反应速度，增加 反应率 2、决定反应路径 3、降低反应温度 近年来，利用纳米光催化技术从空气 中清除气态污染物是日益受到重视的 新型污染治理新技术，它具有多种优 点而受到人们的广泛关注。 光催化技术的发展概况 1972年Fujishima和Honda在n-型半导体 TiO2电极上发现

19、了水的光催化分解作用， 揭开了光催化技术研究的序幕。 1976年Garey用TiO2光催化剂脱除了多氯 联苯中的氯，1977年Frank光催化氧化CN- 为OCN-，光催化技术在环保方面的应用研 究开始启动。 近几十年来，半导体光催化剂是在环保、 卫生保健等方面的应用研究发展迅速，纳 米光催化成为国际上最活跃的研究领域之 一。 1 1、量子效应量子效应 当半导体粒径小于某一纳米当半导体粒径小于某一纳米 尺寸时，导带和价带间的能隙变尺寸时，导带和价带间的能隙变 宽，光生电子和空穴的能量增加，宽，光生电子和空穴的能量增加， 氧化还原能力增强氧化还原能力增强 2 2、表面积效应表面积效应 随着粒子尺

20、寸减小到纳米级，光随着粒子尺寸减小到纳米级，光 催化剂的比表面积大大增加，对底物催化剂的比表面积大大增加，对底物 的吸附能力增强的吸附能力增强 3 3、载流子扩散效应载流子扩散效应 粒径越小，光生电子从晶体扩散到粒径越小，光生电子从晶体扩散到 表面的时间越短，电子和空穴的复合表面的时间越短，电子和空穴的复合 几率减小，光催化效率提高几率减小，光催化效率提高 光催化剂的纳米尺寸效应 光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带之间的能光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带之间的能 隙大，光生电子和空穴的还原性和氧化性强）隙大，光生电子和空穴的还原性和氧化性强） 化学性质稳定（耐酸碱和光化学腐蚀

21、），对生物无毒化学性质稳定（耐酸碱和光化学腐蚀），对生物无毒 在可见光区无吸收，可制成白色块料或透明薄膜在可见光区无吸收，可制成白色块料或透明薄膜 原料来源丰富原料来源丰富 TiO2光催化材料的特性光催化材料的特性 纳米光催化材料的优点 纳米材料光催化环境治理技术的优点优点： 在常温下对各种有机和无机污染物进行分 解，能耗低、无二次污染，适合于室内污 染空气中有害污染物的分解。 纳米纳米TiO2光催化技术的不足光催化技术的不足 1、光致电子和空穴对转以上速度慢，复合率高， 导致光催化量子效率低 2、只能用紫外光活化，太阳光利用率低 3、粉末状二氧化钛在使用过程中存在分离、回收 困难等问题 1.

22、1. 用作石油脱硫催化剂用作石油脱硫催化剂 工业用及车用燃料油是最大的SO2污染源，降低燃料中 硫含量，那么有害气体SO2产生的源头就能被截断。纳米材料 在脱硫工艺中提高脱硫效率方面发挥重要作用。 纳米钛酸钴是一种非常好的石油脱硫催化剂。据报道，以半 径为5570nm的钛酸钴合成的催化活体，以多孔硅胶或以Al2O3陶 瓷作为载体的催化剂，其催化效率极高。可以解决汽油、柴油 等燃烧产生的大气污染问题。 二、用作汽车尾气净化催化剂 复合稀土化合物的纳米级粉体是一种新型汽 车尾气净化催化剂。它的应用可以彻底解决汽车 尾气中一氧化碳和氮氧化物的污染问题。 以活性炭作为载体，纳米Zr0.5Ce0.5O2

23、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 三价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，在氧化一氧化碳同时还 原氮氧化物，使其转化成对人体和环境无害的 CO2和N2 三、用作纳米燃油添加剂三、用作纳米燃油添加剂 纳米技术为燃油添加剂市场开辟了新的机遇。 纳米燃油添加剂可以大幅增加动力，降低燃 油消耗，提高发动机性能并延长其寿命，减少尾 气中有害物质的排放，保护环境。 采用创新的纳米微乳化技术生产的新一代多 用途燃油添加剂，可以全面解决辛烷值强化剂、 清净剂和节油添加剂所要解决的问题，还可以整 体改善发动机性

24、能，是一种具有全新概念的具有 综合性能的第四代环保型燃油添加剂。 颗粒型环保催化剂是采用活性氧化铝颗颗粒型环保催化剂是采用活性氧化铝颗 粒球为载体，以纳米材料过渡金属为主要活粒球为载体，以纳米材料过渡金属为主要活 性成份，用高分散率均匀分布的方法制备而性成份，用高分散率均匀分布的方法制备而 成，是一种新型高效的各类工业废气净化整成，是一种新型高效的各类工业废气净化整 体式催化剂。适用于处理含一氧化碳、烃类体式催化剂。适用于处理含一氧化碳、烃类 及其含氧衍生物的工业废气。及其含氧衍生物的工业废气。 有机废气催化剂有机废气催化剂 香烟烟雾监测报警仪 将产品安置于蹲位和小便池 上方，并且把各个探测点

25、进行联 机，通过控制单元驱动室外的警示装置，实现内外监测同时报 警方式。此产品可效对吸烟状态进行监控和预警。 白色污染白色污染 看得见的环境污染看得见的环境污染 白色垃圾，无处不在！白色垃圾，无处不在！ 纳米技术在处理固体垃圾方面是最有希望、纳米技术在处理固体垃圾方面是最有希望、 最有前途的一个领域，近最有前途的一个领域，近2020年来研究很多，发表年来研究很多，发表 论文也很多。纳米论文也很多。纳米TiO2TiO2作为光催化剂，在环保领作为光催化剂，在环保领 域中的应用是当前研究的一个重点和热门课题，域中的应用是当前研究的一个重点和热门课题， 并已取得相当成绩。其所以备受重视，是因为利并已取得相当成绩。其所以备受重视，是因为利 用它治理污染，具有能耗低，操作简便，反应条用它治理污染，具有能耗低，操作简便，反应条 件温和，无二次污染等优点，能有效地将各种废件温和，无二次污染等优点，能有效地将各种废 水中的几乎所有有机和无机污染物氧化，降解为水中的几乎所有有机和无机污染物氧化，降解为 CO2,H2O,PO4CO2,H2O,PO4等无机小分子，达到完全无机化，等无机小分子，达到完全无机化， 并使重金属离子还原沉积无毒化，从而消除污染并使重金属离子还原沉积无毒化，从而消除污染 之目的。纳米之目的。纳米TiO2TiO2用于废气处理，可使工业废气用于废气处理，可使工业废气 脱硝、脱硫