納米材料在環境安全領域的研究

時間：2022-10-01 17:55:10 化學畢業論文我要投稿

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納米材料在環境安全領域的研究

　　納米材料指的是晶粒尺寸為納米級(10-9μm)的超細材料，在各個高校中有化學專業的同學研究這一課題，下面小編就為大家推薦哦，歡迎大家閱讀天然藥物化學中化學結構教學

納米材料在環境安全領域的研究

　　摘要：環境安全是我國科學研究的重點領域，隨著科學技術的不斷發展，越來越多新的技術和材料被廣泛的應用于環境安全領域，其中最具代表性的是納米材料的應用。納米材料被科學家認為是新世紀最具前途的材料，如今，納米技術和納米材料已經在多個領域中有不同程度的滲透。本文則主要從環境安全的角度出發，對于納米材料在環境安全研究領域中的若干問題進行簡單的探討。

　　關鍵詞：納米材料;納米技術;環境安全;環境治理

　　納米科技的發展速度將超過其他研究領域，而逐漸成為世界科學發展的核心領域，納米科技將為人類帶來一場新的技術革命。如今，環境安全問題已經成為全球國家關注的重點問題，隨著人類社會的不斷發展，工業化程度越來越高，隨之而形成的環境問題也日益嚴重，大氣污染、水污染等問題正困擾著人類科學家。近年來，不斷有科學家將納米技術和納米材料應用到環境治理工作中，取得了突破性的進展。

　　一、納米材料的特征

　　1.表面效應。納米材料與其他科技材料不同，其會隨著時間的變化而形成不同的形態，利用顯微鏡對其表面進行觀察可以發現，這些超微顆粒沒有骨齡的形態，而是不斷的變化，這與普通的固體形態和液體形態都有著很大的區別。當納米超微粒徑在10μm以下時，材料表面的原子會形成一種類似沸騰的運動狀態;當粒徑尺寸超過10μm時，則表面趨于穩定。由此可以看出，超微顆粒的活性很強，如果帶有金屬性質的超微顆粒暴露在空氣中，會在短時間內發生自燃，因此為了避免自燃現象，通常在金屬顆粒的表面都會包裹一層氧化膜，以此來增強納米晶粒的穩定性。納米材料這種特殊的表面效應，受到了催化劑研究領域的熱捧，被廣泛的應用于高效催化劑的制造。

　　2.小尺寸效應。納米材料的晶體尺寸都很小，而且在一定的條件下，尺寸的量變會引起材料性質的質變，這種特殊的效應被稱為小尺寸效應。晶粒的尺寸越小，則其結構表面的變化就會越大，這對于很多特殊的科學領域有十分重要的作用，如光學、力學、升學等，都可以利用納米材料的小尺寸效應實現這些領域中的特殊技術研發。

　　二、納米材料在環境安全領域中的應用

　　1.大氣污染治理中的應用。目前，大氣污染主要表現在空氣中的硫化物含量過高、汽車尾氣和室內空氣污染等幾個方面。

　　第一，利用納米材料對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生的二氧化硫、一氧化碳等有害氣體，是產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催化劑，不僅有利于促進煤炭的充分燃燒，減少二氧化硫氣體的產生;同時也可以提高煤炭能源的利用效率，可以使二氧化硫氣體轉化為固體，對其進行回收和處理，可以極大的減少由于煤炭燃燒而導致的硫化物產量。

　　第二，用納米材料對汽車尾氣進行治理。汽車排放的尾氣對人體健康危害較大，而且對大氣環境也會造成嚴重的污染。如果可以運用納米材料代替傳統的燃料，則可以有效的減少汽車尾氣中的有害物質。因此可以選擇納米復合材料制備與組裝的汽車尾氣傳感器，對汽車排放的尾氣量和有害物質含量進行實時監測，當尾氣的排放量超過標準時，就會發出警報，并且及時做出空燃比的調整，以此來減少富有燃燒狀態產生的有害氣體，不僅可以對汽車尾氣達到有效的治理，還可以減少燃油的消耗量。

　　第三，室內空氣的凈化。在室內裝修過程中產生的有害氣體對人體造成的危害，往往更加嚴重，而且室內的密閉空氣中有害氣體的含量也超于室外環境，室內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，達到凈化空氣的目的。納米TiO2經光催化產生的空穴和形成于表面的活性氧膜化能與細菌細胞或細胞內組成成分進行生化反應，使細菌頭單元失活而導致細胞死亡，并且使細菌死亡后產生的內毒素分解。

　　2.在水污染治理方面的應用。對于水污染的治理，主要從無機污染廢水、有機污染廢水和自來水治理等領域匯總。對于無機污染廢水來說，其中含有大量的重金屬，這不僅造成了資源的浪費，也會對人體產生較大危害。而納米粒子則可以與水中的重金屬離子產生化學反應，促進重金屬離子的還原，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，達到還原重金屬離子的目的，既可以實現廢水的凈化，也可以對水中的重金屬離子進行回收。有機污染廢水治理的主要原理，是對有機污染物進行催化、降解處理，而納米TiO2粒子具有很強的催化作用，因此可以實現對廢水中有機污染物的催化和降解，將廢水中的有機污染物進行催化氧化形成水和一氧化碳等物質，達到凈化的目的。當前，利用納米TiO2粒子可以催化和降解的有機污染物達80多種，利用納米TiO2粒子凈化后的有機污染廢水，可以作為灌溉、工業用水等其他用用途。自來水是與人們生活息息相關的水源，利用納米材料作為凈化自來水的介質，可以吸附水中的懸浮物，去除水中的鐵銹、泥沙等物質，達到凈化自來水的目的。納米級凈水劑是當前自來水凈化領域中應用的新型納米科技，其具有超強的吸附能力，可以將污水中的懸浮物和顆粒吸附于表面，再形成沉淀物，進過處理后，就可以得到純凈水。

　　3.在其它環保領域的應用。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用。噪聲污染是工業時代常見的污染，車輛、設備等發動機的噪聲可以達到上百分貝，將納米科技應用到設備中，可以通過納米顆粒對設備內部結構的撞擊和摩擦變得輕微，噪聲也隨之減少。同時納米材料還具有較強的潤滑作用，可以延長設備的使用時間。對于固體廢棄物的處理，則主要是運用納米科技將廢棄物進行超微處理，使其形成超微粉末，進行回收和再利用。在照明工程中，可以應用納米材料光致發光特性，充分利用太陽能的照明作用，減少對能源和資源的消耗，也可以降低火力發電過程中排放的污染物。

　　三、納米材料的應用趨勢

　　納米材料是目前科學研究的前沿領域，關于納米材料在環境安全領域中的研究工作不斷深入，對于納米材料實用性的研究也來越多，這對于緩解大氣污染、水污染等環境問題的治理將會起到很大的推動作用。納米技術的應用除了可以用于環境治理，同時也可以融入到人類的生活和生產中，提高人們對環境保護問題的重視程度，并且改善破壞環境的行為，將治理轉變為預防，這是納米材料與環境安全領域結合的必然趨勢。然而，納米技術雖然擁有廣闊的發展前景，但是其在環境安全領域中的應用尚不成熟，因此仍然需要我們不斷的探索和研究，才能促進納米技術和納米材料的有效運用。

　　結束語

　　綜上所述，本文著重探討了納米材料在環境治理中的應用，隨著納米研究工作的持續開展，納米科技在環境保護領域中的應用也將更加廣泛，在改變人們環保觀念、改善人類環境行為方面也將發揮重要的作用。納米科技作為一門新興的科學，對環境安全領域產生的影響也是深遠的，而將納米材料應用于環境安全領域，成為環境保護的主流科技也是必然的趨勢。

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