第一篇：納米材料在環保中的應用

納米技術在環保中的應用

李智（廣西大學 材料科學與工程 2012級 1209010116）

摘要：綜述了納米技術在環境保護中的應用情況,環境保護是當今生態環境重要課題,傳統的污染治理存在著一定的不足。納米技術在環境保護方面的應用將會給我國乃至全世界在治理環境污染方面帶來新的機遇。

Abstract: This paper summarizes the application of nanotechnology in environmental protection, environmental protection is an important issue in today's ecological environment, the traditional pollution control has some shortcomings.The application of nanotechnology in environmental protection will bring new opportunities to our country and the world in the treatment of environmental pollution.關鍵詞：納米技術；環境保護；應用

Keywords: nano technology;environmental protection;application 1 引言

納米技術是用單個原子、分子制造物質的科學技術，研究結構尺寸在0.1至100納米范圍內材料的性質和應用。納米科學技術是以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術，當前納米技術的研究和應用主要在材料和制備、微電子和計算機技術、醫學與健康、航天和航空、環境和能源、生物技術和農產品等方面。作為一門高新科學技術，納米技術具有極大的價值和作用。由納米技術研制生產出來的納米材料不僅具有良好的吸附能力、殺菌能力、抗輻射能力，還有十分良好的吸收效果。因為納米技術自身的優勢，人們已將其廣泛的應用到了城市環境治理中，并取得了明顯的效果，有效的改善了城市的環境水平，其在環保過程中起著重要作用。納米技術在治理有害氣體方面的應用

大氣污染一直是各國政府需要解決的難題，空氣中超標的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOC)是影響人類健康的有害氣體，納米材料和納米技術的應用能夠最終解決產生這些氣體的污染源問題。工業生產中使用的汽油、柴油以及作為汽車燃料的汽油、柴油等，由于含有硫的化合物在燃燒時會產生SO2 氣體，這是SO2 的最大污染源。所以在石油提練中有一道脫硫工藝以降低其硫的含量。納米鈦酸鈷(CoTiO3)是一種非常好的石油脫硫催化劑。以半徑55nm ～ 70nm 的鈦酸鈷作為催化活體多孔硅膠或Al2O3 陶瓷作為載體的催化劑，其催化效率極高。經它催化的石油中硫的含量小于0.01 %，達到國際標準。工業生產中使用的煤燃燒時也會產生SO2氣體，如果在燃燒的同時加入一種納米級助燒催化劑不僅可以使煤充分燃燒，不產生一氧化硫氣體，提高能源利用率，而且會使硫轉化成固體的硫化物，而不產生二氧化硫氣體，從而杜絕有害氣體的產生。最新研究成果表明，復合稀土化合物的納米級粉體有極強的氧化還原性能，這是其他任何汽車尾氣凈化催化劑所不能比擬的。它的應用可以徹底解決汽車尾氣中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的污染問題。以活性碳作為載體、納米Zr0.5Ce0.5O2粉體為催化活性體的汽車尾氣凈化催化劑，由于其表面存在Zr4+/Zr3+及Ce4+/Ce3+，電子可以在其三價和四價離子之間傳遞，因此具有極強的電子得失能力和氧化還原性，再加上納米材料的表面大、空間懸鍵多、吸附能力強，因此它在氧化一氧化碳的同時還原氮氧化物，使它們轉化為對人體和環境無害的氣體———二氧化碳和氮氣。而更新一代的納米催化劑，將在汽車發動機汽缸里發揮催化作用，使汽油在燃燒時就不產生CO 和NOx，無需進行尾氣凈化處理。

[1]3 納米技術在水污染治理中的應用 3.1 處理無機污染廢水

重金屬是一種十分有價值的資源，在我國的生產生活中具有十分重要的作用。然而由于在重金屬開采與工業生產中人們沒有做好相應的技術處理措施，致使大量的重金屬資源流失，其中一部分流失的重金屬會進入水中，造成水資源的嚴重污染。而受污染的水會通過各種渠道對環境與人們的身體健康造成不良的影響與危害。而利用納米技術中的納米粒子對無機污染廢水進行處理，能夠對水中的重金屬粒子進行還原，使其形成重金屬結晶體。這樣一來，就既有效的使水資源變得更加清潔健康，而且也在另一程度上實現了對重金屬的回收，減少了資源浪費，可謂是一舉兩得。

3.2 處理有機污染廢水

科學研究已經證明，作為光催化劑原料的TiO2 能夠有效的對被氧化水中的有機物質進行降解。相關科研機構已經證實，納米光催化劑能夠對污染水中的八十多種有機污染物質進行降解處理，通過光化學反應使這些有毒物質變為對環境和人力無危害的物質，從而有效的實

[2]現對環境中有機污染廢水的凈化。提高環境中水的健康清潔程度。

3.3 對自來水進行凈化處理

新型納米級凈水劑的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑AL2O3 的十到二十倍。新型納米凈水劑通過對納米磁性物質、纖維物質以及活性炭裝置的利用，能夠很好的實現對水中懸浮顆粒以及各種雜質的吸附，使水中的異味和鐵銹等物質得以去除干凈，從而實現對自來水的全面凈化。在此基礎上，人們還可以利用帶有納米孔徑的處理膜和帶有不同納米孔徑的陶瓷小球處理裝置，來實現殺滅自來水中細菌、病毒的目的，從而進一步提高飲用純凈水的衛生安全質量，并且在這一過程中，水中的各種礦物質元素并不會被吸附掉，而是能夠最終保存在水中，提高自來水的礦物活性成分含量。納米技術在其它環保領域中的應用 4.1 納米技術在城市固體廢物處理方面的應用

納米技術在城市固體廢物處理方面所發揮的作用主要體現在以下兩個方面：首先，利用納米技術能夠很好的實現對橡膠、塑料以及印刷電路板等固體廢物的處理。人們通過利用納米技術對這一類型的固體廢物進行再加工，使其形成微粉顆粒，并將其中夾雜的各種雜物、異物去除，就能使這些由橡膠、塑料等制成的微粉顆粒原料得以循環利用，提高資源利用率。第二，利用納米TiO2 催化技術加速城市廢物的降解速度，從而有效緩解城市垃圾量不斷加

[3]大給城市環境污染治理帶來的壓力。

4.2 納米技術在防止電磁波輻射方面的應用

電子信息科技的發展使得電磁場、電磁波等在城市中的運用越來越普遍。而研究發現，電磁場發出的電磁波在很大程度上會對人的神經系統造成一定的不利影響、威脅人們的生命健康安全。而納米技術與納米材料的出現則有效緩解了電磁波問題帶給人們的壓力。人們通過在墻體中安裝納米材料的方式來提高建筑的抗輻射能力，從而保證生活在建筑內的人免受電[4]磁波的干擾與輻射。4.3 納米技術在噪聲控制方面的應用

隨著科學技術與社會經濟的發展，城市中的人口聚集程度也越來越高。喧鬧的人群、發達的工業生產、汽車等都在很大程度上加劇了城市噪音的強度。科學家們已經通過相關的科學研究與實驗證實，當噪聲污染達到一定級別時很可能對人類的身體健康造成不利影響，重者[5]甚至會造成人的死亡。一般來說，飛機、輪船、汽車以及工廠中的某些機械在啟動狀態下，其噪聲可達到上百分貝，導致環境噪聲污染的形成。而將納米技術應用到這些機械設備中，能夠有效降低機械設備之間的摩擦作用力，從而有效降低噪聲的分貝，實現對噪聲污染的有效控制。利用納米科技研發出的潤滑劑應用到機械設備后，不僅能降低機械運行時的噪聲，[6] [7]還可以促進機械運行壽命的延長。結語

納米科學技術是一門新興的學科，是21世紀的前沿學科，它會對環境保護產生重要的影響，有著廣闊的應用前景，甚至會改變人們傳統的環保理念。利用納米技術對解決全球性的水污染問題將起到極其重要的作用。可以預見，隨著科學研究工作的不斷深入和應用水平的不斷提高，納米技術解決環境污染問題將成為未來環境保護發展的必然趨勢。本文主要對納米技術在大氣環境、水污染治理以及其他環境保護領域中的應用進行了細致的介紹與分析，希望能夠有效提高我國的環境保護質量。

參考文獻

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第二篇：納米材料在現實生活中的應用

納米材料在現實生活中的應用

提起“納米”這個詞，可能很多人都聽說過，但什么是納米，什么是納米技術，可能很多人并不一定清楚。著名的諾貝爾獎獲得者 Feyneman在 20世紀 60年代曾經預言：如果我們對物體微小規模上的排列加以某種控制的話，我們就能使物體得到大量的異乎尋常的特性，就會看到材料的性能產生豐富的變化。他所說的材料就是現在的納米材料。

納米是英文namometer的譯音，是一個物理學上的度量單位，簡寫是nm，1納米是1米的十億分之一；相當于45個原子排列起來的長度。通俗一點說，相當于萬分之一頭發絲粗細。就象毫米、微米一樣，納米是一個尺度概念，并沒有物理內涵。納米技術，是指在0.1~100納米的尺度里，研究電子、原子和分子內的運動規律和特性的一項嶄新技術。科學家們在研究物質構成的過程中，發現在納米尺度下隔離出來的幾個、幾十個可數原子或分子，顯著地表現出許多新的特性，而利用這些特性制造具有特定功能設備的技術，就稱為納米技術。

納米技術是一門交叉性很強的綜合學科，研究的內容涉及現代科技的廣闊領域。納米科技現在已經包括納米生物學、納米電子學、納米材料學、納米機械學、納米化學等學科。從包括微電子等在內的微米科技到納米科技，人類正越來越向微觀世界深入，人們認識、改造微觀世界的水平提高到前所未有的高度。我國著名科學家錢學森也曾指出，納米左右和納米以下的結構是下一階段科技發展的一個重點，會是一次技術革命，從而將引起21世紀又一次產業革命。然而我們將就納米技術在現實生活中的應用來看看納米技術的應用前景。

關于納米技術在顯示生活中的應用主要就是納米材料的應用，關于納米材料有很多種，其在生活中的存在和應用也很普遍。納米材料的蓮花效應。蓮花雖生長于池塘的淤泥中，但它露在水面上的蓮花荷葉卻出污泥而不染，美麗而潔凈，它可說是運用自然的納米科技來達成自我潔凈的最佳實例。照理說荷葉的基本化學成分?多醣類的碳水化合物，有許多的羥基（-OH）、（-NH）等極性原子團，在自然環境中很容易吸附水分或污垢。但灑在荷葉葉面上的水卻會自動聚集成水珠，且水珠的滾動把落在葉面上的塵埃污泥粘吸滾出葉面，使葉面始終保持干凈。經過科學家的觀察研究，在1990年代初終于揭開了荷葉葉面的奧妙。原來在荷葉葉面上存在著非常復雜的多重納米和微米級的超微結構。經過電子顯微鏡的分析，蓮花的葉面是由一層極細致的表面所組成，并非想象中的光滑。而此細致的表面的結構與粗糙度??微米至納米尺寸的大小。葉面上布滿細微的凸狀物再加上表面所存在的蠟質，這使得在尺寸上遠大于該結構的灰塵、雨水等降落在葉面上時，只能和葉面上凸狀物形成點的接觸。液滴在自身的表面張力作用下形成球狀，藉由液滴在滾動中吸附灰塵，并滾出葉面，這樣的能力勝過人類的任何清潔科技。這就是蓮花納米表面「自我潔凈」的奧妙所在。利用了蓮花效應，中國是在世界上第一個做出仿荷葉結構的防水納米布的國家，是中科院化學所做出來的。用顆粒大小為20納米左右的聚丙烯水分散液，浸軋，光照。使顆粒粘結在纖維表面上，形成凸凹不平的表面結構，成為雙疏材料，即疏水又疏油。用油或水往這種布上倒，都不會浸濕，也不會玷污。我們用這種材料做成衣服，就會防水。如果用這種材料處理玻璃，做成表面凸凹不平的結構，看起來沒有任何問題，但不會結霧，不會沾水。可以從荷葉超強的疏水性，我們可以制作類似荷葉上有納米材料的雨傘，就像“荷葉面”雨傘，撐雨疏水，抖水即干，不必擔心帶到室內會滴水了。

常見納米材料

1、納米阻燃劑。納米阻燃劑可分為無機納米微粒阻燃劑和納米復合物阻燃劑兩種。無機阻燃劑是應用最早的阻燃劑,它具有無毒、低煙、不產生腐蝕性氣體、無二次污染的優點。無機阻燃劑通常通過填充方式添加到高分子材料中,制備成高分子阻燃材料。傳統的無機阻燃劑的粒徑較大,而且不均勻,直接影響其阻燃性和其他性能,因此,為更好地發揮阻燃效果,無機阻燃劑的超細化將是今后的發展方向。采用納米技術將無機阻燃劑微粒細化,使其粒徑在納米級范圍,使微粒的大小和形態都更均勻,就能大大地減少阻燃劑的添加量,從而減輕對織物性能的影響,克服無機阻燃劑的最大缺點。超細化的氫氧化鎂、二氧化二銻以及氫氧化鋁、硼酸鋅等無機阻燃劑,均已廣泛應用于阻燃材料中。用其做窗簾，墻紙，遇上著火，既不會燃燒，也可以防患與未然。

2、納米技術電池。所謂的納米技術電池，就是在電池的制造過程中，采用納米技術材料或者制造工藝，生產制造出具有特別高性能的電池產品。隨著電子技術的高速發展，人們對電池的需求量愈來愈多，人們總是希望得到一種容量大、功率高、性能優、價格廉的電池。但是，由于客觀實際的限制，在現實中的電池總是無法全面滿足人們的要求。電池界的專家學者在孜孜不倦的追求著電池性能的提高，經歷了一代又一代人的不懈努力。納米級的物質被應用在電池的制造中，就會產生顯著的特性。強大的比表面活性能量和良好的導電性能，在參與電化學反應的時候，納米顆粒物質在極板內部形成新的活性物基核，改善和增強電極結構，極大地提高電極的電化學反應表面，降低了電化學反應的能壘。因此，納米技術材料的應用可以顯著的降低蓄電池的內阻，抑制蓄電池在充放電過程中，因為溫度和電極極化等原因而導致的極板飩化，從而有效的提高電池的性能，使得蓄電池電化學反應的可逆性更好、充放電效率更高、功率更大、電池更加容易均衡一致、低溫性能限制改善。因此，采用納米技術材料的蓄電池，其容量比常規電池的容量高，壽命比常規電池壽命長，大電流工作能力比常規電池強，低溫性能比常規電池優。納米技術電池的顯著優點更主要集中表現在電池使用的中后期。一般情況，納米技術電池前期對容量及功率的改善效果只是常規電池的5%-15%，中期對容量及功率的改善效果比常規電池高出20%-30%，后期對容量及功率的改善效果比常規電池高出可以達到50%以上。新太納米技術電池的種類有：納米技術型免維護中低倍率鎘鎳蓄電池；納米技術型免維護燒結式超高倍率鎘鎳蓄電池；納米技術型免維護閥控式密封鉛酸電池；納米技術型鋅鎳動力電池。

3、納米塑料。通用塑料指聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和丙烯酸類塑料等大塑料品種。對于這類塑料的改性，過去多是采用加入填充料的方式，首先是為了降低成本，后來是為了增加和增韌以得到工程塑料，并進一步向塑料功能化發展，通過添加料的方法得到具有導電、抗靜電、熱塑磁性和壓敏等功能的塑料。納米材料的出現，為天加型塑料提供了廣闊的空間。通用塑料首當其沖，納米技術最早就是用于通用塑料的改性。例如：納米碳酸鈣對高密度聚乙烯的改性，在加入碳酸鈣的質量分數為20%以下時，其耐沖擊強度隨加入碳酸鈣的增加而增加，拉伸和彎曲強度也有所提高。在此，填料有一個最大加入百分比，即有一個加入最大值，而且，該值和碳酸鈣的表修飾類型有關。未經地表面修飾處理的納米碳酸鈣填充體系的沖擊強度隨碳酸鈣用量呈逐漸增加趨勢，碳酸鈣用量越多，材料沖吉加度越大。經表面處理后，材料的沖擊強度隨碳酸鈣用量變化規律已完全改變。材料在低納米碳酸鈣含量（約4%~6%）時即實現增韌目的，沖擊強度提高接近一倍，增韌效果顯著；當碳酸鈣用量進一步增加時，材料的沖擊強度呈緩慢下降。幾種表面處理劑對拉伸彎曲性能的影響基本相同；與處理體系相比，表面處理后材料的拉伸、彎曲性能并無明顯改善。由處理和未經處理的兩種試樣沖擊斷面和斷抽圖SEM照片可知，經過處理體系的沖擊斷面上有較多牽伸結構，拉絲較多；基體上無明顯可見裂紋，基體發生明顯的塑性變形，吸收了大量能量。脆斷面的電鏡表明納米粒子分布均勻，附聚團粒小。未經處理體系的沖擊斷面上出現有許多斷裂裂紋，是導致沖擊強度較低的原因；且未經處理的試樣，粒子分布不均，附聚顆粒較大。

4、可以抗紫外線的納米材料。研究和開發防紫外線的功能性織物，是目前國際化纖紡織業的重點。目前，傳統的抗紫外線紡織品主要采用共混熔融紡絲法，該方法將抗紫外添加劑與成纖聚合物共混并一同進行熔融紡絲，抗紫外添加劑多為有機化合物，存在一定的毒性和刺激性，容易造成皮膚化學性過敏。近年來無機紫外線遮蔽劑的研究突飛猛進，納米TiO2是其中優秀代表。上海交大“納米氧化鈦（TiO2）抗紫外纖維”通過了上海市科委組織的專家鑒定，納米TiO2具有較高的化學穩定性、熱穩定性、無味、無毒、無刺激性，使用安全，尤其是吸收紫外線能力強，對UVA區和UVB區紫外線都有屏蔽作用，可見光透過率大。采用該項目具有自主知識產權的納米氧化鈦與聚酯原位聚合方法，制備納米TiO2/聚酯復合材料，真正實現了納米顆粒在高聚物中的納米級分散，不僅提高了紡絲效率，而且使材料的力學、熱學性能得到了較大提高，織物的紫外線屏蔽指數大于50,在280~400納米波段紫外線屏蔽率大于95%，紫外線透過率小于3%。據悉，該項目成果可廣泛應用于生產帳篷、遮陽傘、夏季女裝、野外工作服、訓練服、運動服、窗簾織物、廣告布等。采用本技術的抗紫外織物還具有防暑、隔熱、觸感涼爽的性能，特別適宜織造高檔T恤衫、運動服、訓練服等夏季涼爽面料。據統計，世界功能性紡織品的需求量超過500億米，我國功能紡織品的需求量近50億米。納米TiO2抗紫外纖維技術市場前景將非常廣闊。

納米材料的應用

一、生物學中。納米生物學用來研究在納米尺度上的生物過程,從而根據生物學原理發展分子應用工程。如在金屬鐵的超細顆粒表面覆蓋一層厚為5~20 nm的聚合物后,可以固定大量蛋白質,特別是酶,從而控制生化反應[8]。這在生化技術、酶工程中大有用處。使納米技術和生物學相結合,研究分子生物器件,利用納米傳感器,可以獲取細胞內的生物信息,從而了解機體狀態,深化人們對生理及病理的解釋。以納米尺寸去認識生物大分子的精細結構及功能的聯系,按人類的意愿進一步裁剪和嫁接,制造出具有特殊功能的生物大分子。生物基因工程由于納米技術的運用而變得更加可控,人類可以自己控制所需要的生物產品,農、林、牧、副等行業以及人類的食品結構也會隨之發生重要變革,用納米生物工程、納米化學工程合成的“食品”將極大豐富食品的數量和種類。

(2)醫學中。研究人員發現,生物體內的RNA蛋白質復合體,其線度在15~20nm之間,并且生物體內的多種病毒也是納米粒子。10nm以下的粒子比血液中的紅血球還要小,因而可以在血管中自由流動。如果將超微粒子注入到血液中,輸送到人體的各個部位,將可以作為監測和診斷疾病的手段。科研人員已經成功利用納米SiO2微粒進行了細胞分離,用金的納米粒子進行定位病變治療,以減少副作用等。另外,利用納米顆粒作為載體的病毒誘導物已經取得了突破性進展,現在已用于臨床動物實驗,估計不久的將來即可服務于人類。

研究納米技術在生命醫學上的應用,可以在納米尺度上了解生物大分子的精細結構及其與功能的關系,獲取生命信息。科學家們設想利用納米技術制造出分子機器人,在血液中循環,對身體各部位進行檢測、診斷,并實施特殊治療,疏通腦血管中的血栓,清除心臟動脈脂肪沉積物,甚至可以用其吞噬病毒,殺死癌細胞。這樣在不久的,將來被視為當今疑難病癥的愛滋病、高血壓、癌癥等都將迎刃而解,從而將使醫學研究發生一次革命。

二、納米材料在環保方面的應用

納米材料的控制污染源方面可起到關健性的作用。主要體現在它降低能源消耗和有毒物質的使用;減少水資深消耗;減少廢物的產生;治理環境污染物及大氣污染。

(1)在污水治理方面。污水中通常含有有毒有害物質、異味污染物、細菌、病毒等。傳統的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題,納米技術的發展和應用可以徹底解 決這一問題。納米材料在環保中的應用主要與納米粒子的化學催化和光催化特性有關。除已經提到的光催化降解廢水的納米材料以外,另有許多納米材料可以用來治理有害氣體和廢水,并已走出實驗室而進入實用階段。利用納米TiO2表面具有超親水性和超親油性的特點,在玻璃表面涂覆納米TiO2可以制成自清潔外墻玻璃,具有防污、防霧、易洗、易干、自清潔等功能。

(2)在大氣污染治理方面。大氣污染一直是各國政府需要解決的難題。納米技術及材料的應用將會為我們解決大氣污染問題提供全新的途徑。工業生產和汽車使用的汽油、柴油等,在燃燒時會產生二氧化硫氣體,這是二氧化硫最大的污染源。復合稀土化物的納米級粉體具有極強的氧化還原性能,是其它任何汽車尾氣凈化催化劑所不能比擬的。它的應用可徹底解決汽車尾氣的污染問題。新裝修房間的空氣中有機物濃度高于室外,甚至高于工業區,目前已從空氣中鑒定出幾百種有機物質,其中有些是致癌物。研究表明,納米二氧化鈦可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物,降解效果幾乎可達到100%。

(3)城市固體垃圾處理方面。將納米技術及材料應用與城市固體垃圾處理,主要表現在兩個方面：一方面可以將橡膠制品、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;另一方面,可以應用納米二氧化鈦加速城市垃圾的降解,其降解速度是大顆粒二氧化鈦的10倍以上,從而可以緩解大量生活垃圾給城市環境帶來的壓力。

五、納米材料在其他方面的應用

利用先進的納米技術,在不久的將來,可制成含有納米電腦的可人-機對話并具有自我復制能力的納米裝臵,它能在幾秒鐘內完成數十億個操作動作。在軍事方面,利用昆蟲作平臺,把分子機器人植入昆蟲的神經系統中控制昆蟲飛向敵方收集情報,使目標喪失功能。

利用納米技術還可制成各種分子傳感器。和探測器利用納米羥基磷酸鈣為原料,可制作人的牙齒、關節等仿生納米材料。將藥物儲存在碳納米管中,并通過一定的機制來激發藥劑的釋放,則可控藥劑有希望變為現實。另外,還可利用碳納米管來制作儲氫材料,用作燃料汽車的燃料“儲備箱”。利用納米顆粒膜的巨磁阻效應研制高靈敏度的磁傳感器;利用具有強紅外吸收能力的納米復合體系來制備紅外隱身材料,都是很具有應用前景的技術開發領域。

六、納米材料的前景

納米材料的研究,它使人類在改造自然方面進入了一個新的層次,即進入到原子、分子的納米層次。納米技術的核心是按人們的意志直接操縱單個原子、分子或原子團、分子團,制造具有特定功能的產品。由于納米顆粒的小尺寸效應、表面效應和量子尺寸效應都同時在起作用,它們對材料某一種性能的貢獻大小、強弱往往很難區分,是有利的作用,還是不利的作用 更難以判斷,這不但給某一現象的解釋帶來困難,同時也給設計新型納米結構帶來很大的困難。如何控制這些效應對納米材料性能的影響,如何控制一種效應的影響而引出另一種效應的影響,這都是控制工程研究亟待解決的問題。在納米材料的研究中,目前主要的工作有:一是用納米材料替代傳統材料改善產品品質與性能;另一方面是開發新材料。

納米材料與納米技術和我們的生活密切相關，納米材料已成為當今世界各國研究者熱衷的領域。隨著研究的深入，納米材料與納米技術得到飛速的發展，可以想見，當我們可以自主的控制納米材料時，我們的生活將發生極大的變化；激動人心的納米時代已經到來，人們的生活即刻將發生巨大的變化，然而，我們也要清醒地看到，市場上真正成熟的納米材料并不是很多中科院院士白春禮院士認為，“真正意義的納米時代還沒有到來，我們正在充滿信心地迎接納米時代的到來。” 白春禮說，“人類進入納米科技時代的重要標志是納米器件的研制水平和應用程度。”納米科技發展到今天，距離納米時代的到來還有多遠呢，白春禮說，“納米研究目前還有許多基礎研究在進行中，在納米尺度上還有大量原理性問題尚待研究，納米科技現在的發展水平大概相當于計算機技術在20世紀50年代的發展水平，人類最終進入納米時代還需要30到50年的時間，50年后納米科技有可能像今天計算機技術一樣普及。”

第三篇：納米材料在污水處理中的應用

題目 本科課程論文

新納米水凈化技術去除飲用水中微污染物

院（系）

化學學院 專

業

化學教育

課 程

綠色化學 學生姓名

學 號

指導教師

二○一三年六月

新納米水凈化技術去除飲用水中微污染物

摘要：“應用納米技術去除飲用水中微污染物的基礎研究”和納米試劑盒技術，可快速檢測并清除污染物。這套包括新型納米材料及配套處理程序的技術對控制飲用水源砷、氟等污染具有重要意義。關鍵詞：納米材料、飲用水、微污染物、檢測、凈化

在本學期的《綠色化學》課程的學習中，有一次老師專門提到了水污染，并且對飲用水的凈化作了強調。我印象最為深刻的是老師的這句話：雖然平常在對水進行凈化時，已經做到了除去顆粒，臭味，一些重金屬以及有機物或無機物，但是，這遠遠是不夠的，我們所飲用的水中仍然有很多含有大量微生物或者含有氯元素的物質，其在凈化過程中并未完全除去，沒有達到其標準。這時，我聽著感覺毛骨悚然，一想到其中含有大量微生物，就有些后怕，所以在本次論文中，我收集了很多關于除去微生物的技術，主要是納米技術。

污水中一般都含有細菌病毒、有毒有害的物質、懸浮物質、異味污染物等污染物，并對人們的生活和健康造成不良影響。因此，污水處理就是去除污水中的污染物，使得污水得到凈化。

由于傳統的污水處理方法不僅效率低，運行費用高，并且還存在二次污染的問題，因此污水處理問題一直沒有達到理想的解決效果。

1、飲用水中微污染物的的種類、來源、危害

飲用水中的微污染物包括無機微污染物和有機微污染物。其中，無機微污染物主要有Pb(II)、As(Il1)、Hg(II)、Cu(II)、Cr(V)等金屬離子和氟離子。飲用水中的重金屬離子來源廣泛，包括礦冶、機械制造、化工、電子、儀表等工業生產過程中產生的重金屬離子廢水，以及天然地質結構中緩慢溶出的重金屬離子等。礦山工業產生的廢水主要是采礦和選礦廢水，其中含有各種礦物質懸浮物和有關重金屬離子。有色冶金、加工業排出的廢水中，多含有汞、砷、鉻等元素。此外，一些輕工業和化學工業排出的廢水也含有汞、鉛、砷等重金屬離子。若上述廢水未經處理或處理不完全便流人江河，就對飲用水源造成了污染。飲用水中只要含有微量的重金屬離子即可產生毒性效應，且具有持續性和放大作用，經過生物累積可以在人體內逐漸富集，長期危害人體健康。

有機微污染物也被發現在飲用水中廣泛存在，可分為兩大類：天然有機物(NOM)和人工合成有機物(soc)。NOM 是動植物在自然循環過程 中經腐爛所產生的物質，主要包括腐殖質、微生物分泌物、溶解的動植物組織及動物的廢棄物等。SOC大多為有毒有機污染物，其中有些種類是致癌物或誘變劑等，是飲用水致突變活性增強的重要起因，如三氯甲烷、多氯聯苯、殺蟲劑、鹵代脂肪烴、多環芳烴等。長期飲用含有微污染物的水，通過生物累積作用，可對人體產生致癌、致畸致突變等效應

有研究顯示，自來水中有機污染物在一定劑量范圍內可對細胞產生不同程度的DNA損傷作用。如果動物長期暴露于高劑量氯化消毒副產物中(例如三氯甲烷)，可以導致肝癌和腎癌。另外，飲用水氯化消毒產生的呋喃酮也會對人體產生毒害，是強致突變物質之一研究了瑞典嬰兒的出生缺陷影響因素，發現飲用水中的三氯甲烷可以增加先天性心臟病的患病幾率。另一項針對挪威全國新生兒的流行病學調查也顯示，心臟病和呼吸系統的出生缺陷與飲用水中有機微污染物有著重要關聯。與有機微污染物類似，無機微污染物(如重金屬離子)也對人體健康產生長期的嚴重危害。一些重金屬離子(如鉛、砷、氟、鎘等)通過飲用水進人人體并在體內積累，可導致機體代謝途徑受阻，進而危害人體健康，甚至造成特殊的地方病。其中，砷已被美國疾病控制中心和國際防癌研究機構確定為第一類致癌物。

2、納米技術在污水處理中的應用

納米技術在污水處理中的應用主要為光催化氧化技術、納濾技術和絮凝技術三種。

1)光催化氧化技術。光催化氧化技術可以有效處理氰化物、金屬粒子及各種有機酸等物質，使污水中的污染物最終氧化降解生成H2O和CO2，據有關統計，已發現數百種有機污染物質可以通過光催化氧化技術進行處理。而這種技術作用的關鍵在于其光氧化催化劑，TiO2 被認為是目前最有效的光氧化催化劑。

由于納米TiO2，光催化氧化技術具有無二次污染的特點，不僅降解效率高、無選擇性，而且其氧化反應的條件溫和，因此幾乎適用所有的污水處理。

2)納濾技術。納濾(NF)是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術，其截留分子量在80-1000的范圍內，孔徑為幾納米，因此稱納濾。納濾技術屬于壓力推動的膜工藝，這種技術作用的關鍵在于納濾膜。納濾膜可以取代電化學和吸附的方法，對制漿和造紙工業廢水中的污染物進行處理，可除去來自木漿漂白過程中產生的氯化物和深色物質。另外，納濾膜也可用于纖維加工過程中漂白水的處理，以控制污染物的排放量。納濾膜法水處理技術以其特殊的優勢，獲得了世界各國的水處理工作者的普遍關注，在水處理技術的研究和開發領域取得了可喜的成績。納濾原理: 源水 →源水泵 →機械過濾器 →活性炭過濾器 →精密過濾器 →高壓泵 →納濾主過濾系統

3)納米絮凝技術。納米絮凝技術是以納米絮凝劑(如SiO2)代替傳統的絮凝劑，由于納米顆粒具有強大的吸附能力，因此通過吸附架橋、卷掃網捕等絮凝作用，可以除去傳統絮凝法無法除去的污染物質，并且相關的沉淀物質具有易脫水的特點。

3、納米材料在污水處理中的應用

納米材料由納米微粒組成，具有吸附、催化等多種新的特性，目前應用最為普遍的納米材料為TiO2。在污水處理方面，TiO2 扮演著非常重要的角色。

其中，由于納米TiO2，具有很強的還原能力，因此在有機污水處理中，能將高氧化態銀、鉑等貴重金屬離子吸附于材料的表面，通過光電子產生的強還原能力，將金屬粒子還原為細小的金屬晶體，不僅除去了污水的毒性，還利于貴重金屬的回收。而在無機污水處理中，納米TiO2作為光催化劑。在陽光下，它能催化氧化污水中的有機污染物質，使其迅速、完全降解為水、CO2 等無害物質。據相關統計，納米TiO2，能處理80多種有機有毒物質。

4、納米技術在污水處理中的新前景

來自英國科學家發明了一種納米多孔材料制備新方法——共滲透振動法，該方法有望應用于水凈化和化學感應器等諸多領域。

通常，制備納米多孔材料時，多重金屬組分是必要的。當移除較小組分時，小的納米孔就產生了。但是，由于要移除較小組分必須布滿材料內外，因此制備納米多孔材料受到制約。而COS法則更高效靈活，就像如何釋放裝滿鹽水的氣球里的鹽分一樣。只需要把它放在清水；里，通過滲透力，讓清水不斷進入氣球直至氣球破裂，從而釋放出所有鹽分。最后將一系列碎片連起來，就得到納米多孔材料。

5、展望

飲用水的安全衛生是21世紀人類面臨的最富有挑戰性的問題之一。針對飲用水中微污染物的檢測與去除開展研究，具有重要的科學價值和社會意義。

1）飲用水中微污染物的檢測與凈化，是一個普遍性課題，與每個人自身的健康息息相關。因此，發展新型納米材料與技術的同時，也應考慮其成本、簡易性、便攜性與普適性。

2)納米材料具有高活性的同時，也極易受到各種雜質的影響，甚至引起中毒失活。在納米材料應用過程中配套以相應的預處理和后處理措 施，是保障納米材料長期穩定起效的必要環節。3)基于納米材料與技術較傳統的飲用水凈化體系的不同之處，建立相應的檢測規范與評價標準，是未來一段時間內需要提上議事日程的新

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第四篇：納米材料在高分子材料中的應用論文

納米材料在高分子材料中的應用

近年來，納米技術已成為科學研究的熱點。由于納米材料具有許多新的特性，如特殊的磁學特性、光學特性、電學特性和化學活性等，利用納米粒子的這些特性對高分子材料進行改性，可以得到具有特殊功能的高分子材料。這不僅使高分子材料的性能更加優異，使其更加廣泛地應用于微電子、化工、國防、醫學等各個領域，同時還為高分子改性理論體系的奠定提供了基礎，拓寬了高分子改性的理論。

研究發現，隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。對超微顆粒而言，尺寸變小，其比表面積則顯著增加，從而產生特殊的光學、熱學、磁學、力學化學、聲學等一片列新的性質。另外，納米粒子由于表面存在大量活性中心，在反應體系中可以起到高效催化的作用。目前通常是將納米微粒與聚合物基材進行復合，利用其特殊性質來開發新產品，這比研究全新的聚合物材料投資少，周期短，生產成本低。但是通常納米微粒粒徑小，易于團聚，為增加材料與聚合物的界面結合力，提高復合材料的性能，需要對納米微粒進行表面改性處理。與普通改性材料不同，納米粒子具有特殊的表面效應、體積效應、量子尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等，這些效應的綜合作用導致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，納米粒子巨大的比表面積產生的表面效應，可使經納米粒子改性后的高分子材料的機械性能、熱傳導性、觸媒性質、破壞韌性等均與一般材料不同，有的材料還具有了新的阻燃性和阻隔性。

利用納米微粒的量子尺寸效應等可制成紫外線吸收材料。例如，防曬油等化妝品中現在普遍加入了納米微粒，同時在具有強紫外吸收的納米微粒表面包裹一層對身體無害的高聚物，這樣既發揮了納米顆粒的作用，又改善了防曬油的性能。再如，塑料制品在紫外線照射下很容易老化變脆，如果在塑料表面涂上一層含有納米微粒的透明涂層吸收紫外線，這樣就可以防止塑料老化。汽車、艦船的表面涂覆的油漆主要是由氯丁橡膠、雙酚樹脂或者環氧樹脂為主要原料，在陽光的紫外線照射下很容易老化變脆，致使油漆脫落，如果在面漆中加入能強列吸收紫外線的納米微粒就可起到保護底漆的作用。另外，將納米微粒分散到樹脂中制成膜，可用作半導體器件的紫外線過濾器。

在航空航天材料的加工生產中，納米材料也有相當的優勢，特別是由輕元素組成的納米材料在航空隱身材料方面應用十分廣泛。～些納米復合粉體與高分子纖維結合，對中紅外波段有很強的吸收性能，對紅外探測器有很好的屏蔽作用。納米磁性材料，特別是類似鐵氧體的納米磁性材料加入涂料中，既有優良的吸波特性，又有良好的吸收和耗散紅外線的性能，甚至可以改變雷達波的反射信號，加之其比重輕，因此在隱身方面的應用上有明顯的優越性。 納米材料對光吸收和對靜電屏蔽的特性，使其在日常生活和國防上也有著很重要的應用前景。發達國家已經開始用納米復合粉添加的纖維制成軍服，這種纖維不僅對人體釋放的紅外線有很好的屏蔽作用，而且對人體紅外線有強吸收作用，可以增加保暖作用，減輕農服的重量。化纖衣物和地毯由于靜電效應在摩擦時會產生放電，不僅有安全隱患，同時很容易吸附灰塵，給使用者帶來很多不便。金屬納米微粒為解決這一問題提供了一個新的途徑，只要在化纖制品中加入少量金屬納米微

粒，就會使靜電效應大大降低。

在家電用高分子材料，納米靜電屏蔽材料的應用近來也開始得到了推廣。電器外殼如果不能進行靜電屏蔽，電器的信號就會受到外部靜電的嚴重干擾。為了改善靜電屏蔽涂料的性能，日本松下公司已研制成功具有良好靜電屏蔽的納米涂料，這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，因面能起到靜電屏蔽作用，同時氧化物納米微粒顏色各異，可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色。因此這種納米靜電屏蔽涂料不但有很好的靜電屏蔽特性，而且也克服了炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。

在醫用高分子材料領域，日本東京大學日前通過結合納米級的微小分子環和高分子材料開發出了凝膠狀的新型醫療材料。這種新材料的可見光的通過率高達98 2％，而且即使拉長8倍，材料也能恢復原狀，并不會受到任何破壞。這種性能優異的材料可望用來生產隱形眼鏡以及其他醫療產品。而在醫用化纖制品和紡織品中添加納米微粒可以起到除味、殺菌、消毒的作用。

另外，一些聚酯／粘土礦物的納米復合材料不僅提高了聚酯的力學性能，光學性能、阻隔性能等也有一定的提高，這種復合材料可以應用于汽車、包裝等領域，其他潛在的應用前景也是非常誘人的。

納米技術作為一項高新技術在高分子材料改性中有著非常廣闊的應用前景，特別對開發具有特殊性能的高分子材料有著重要的實際意義。但由于對其微觀結構認識的不足，納米技術的發展還存在著較大的局限性，其理論和工程實踐也也都比較缺乏。但即使如此，其廣闊的市場與誘人的應用前景已初見端倪，納米材料將成為新興材料的主流。

高科技纖維又稱特種纖維，按性能劃分有五大類：耐強腐蝕含氟類纖維、耐高溫纖維、阻燃纖維、高強高模纖維和功能纖維。其中，高強高模纖維特別是聚丙烯腈基碳纖維和對位或間位芳酰胺纖維(芳綸)最為重要。早在20世紀80年代初，以美、日為代表的發達國家對化纖的發展作了重要戰略轉移，開始把投資重點由傳統化纖轉向高科技纖維。21世紀發達國家高科技纖維的發展可望繼續加速，一些通用化纖生產線不斷轉產高科技纖維，新工藝、新技術和新產品將不斷涌現。而我國在這方面的研究開發落后于發達國家約20年。由于發展高科技纖維有著極其重要的戰略意義，專家呼吁我國應重視高科技纖維特別是碳纖維的 科技攻關和產業化。其重要意義并不亞于納米材料，對提升國民經濟的整體素質和改造傳統產業有著重要作用。

高科技纖維應用領域廣泛高科技纖維是具有高附加值和高收益的產品。以美國為例，1984年高科技纖維產量占化纖總產量的1.6%，而產值卻占12.6%；到1988年，其產量所占比例上升至2.4%，而產值卻占化纖總產值的20.4%。盡管這些高科技纖維的前期開發投入較大，但后期回報。在前些年世界經濟遭亞洲金融危機沖擊的嚴峻形勢下，傳統化纖市場處于低迷狀態，而高科技纖維卻供不應求，成為支撐收益的中堅產品。

高科技纖維也是支撐高科技產業發展的重要基礎材料，是運載火箭和導彈、各類航天器、宇宙站、人造衛星、宇航服、噴氣式客機和戰斗機、船舶、超高速列車、醫學和生物工程等的關鍵材料。同時，也能滿足許多傳統產業特別是支柱產業更新換代的需要。例如，環保節能型新一代汽車，其高速飛輪轉子、壓縮天然氣罐、高速子午胎、發動機耐熱傳感器、輕量傳動軸、彈簧板以至車體，皆采用高性能纖維復合材料。在新型建材領域，高強高模纖維增強水泥、復合材料型材、混凝土結構物的加固修復用片材、大跨度斜拉橋和懸索橋用代鋼索纜繩、拉擠成型代鋼筋材料等，都采用高性能纖維。在電子和信息產業領域，柔性印刷線路板基板、光纜及其補強材料、塑料光纖計算網絡、防輻射手機外殼、電磁波屏蔽材料、防塵防靜電工作服、超凈室高效空氣濾材，都需要各種高性能纖維和功能纖維。對于現代國防來說，可以說任何高科技戰爭所需的現代化武器裝備的制造，都要用到高性能纖維和功能纖維。

高科技纖維也是能源開發特別是新能源開發所必不可少的新材料。如抽油桿，千米以下深海油田開采平臺所需升降機、輸油管線、鉆井套管等，大型風力發電葉片及其推進器，核電站耐輻射建材及其防護用品，含放射物冷卻水回用濾材，海水吸鈾高效吸附材料，鈾同位素分離用高速轉筒等，都需要各類高科技纖維。在環保方面其用途就更多了，如酸雨的防治、高溫粉塵濾袋、含重金屬離子等廢水的處理等。就是在解決淡水資源短缺方面，也開始大規模使用中空纖維反滲透膜技術。如最近沙特阿拉伯和我國臺灣省都分別引進了日本產世界最大的海水淡化裝置，日產淡水高達12.8萬噸。

高科技纖難的開發和應用，將使人類的衣著從“仿真”過渡到“超真”，使人們的服裝具有各種特的功能，如光變色、冬暖夏涼、抗菌消臭和吸收遠紅外保溫等功能。人工骨、關節、韌帶、牙床、假眼、人工肺、人工肝、人工腎、人工脾、人造血管和皮膚等都可用高科技纖維制造。在尖端技術領域，由于解決了超低溫絕緣材料，創造了磁懸浮列車的最高行駛紀錄。由此可見，高科技纖維的應用領域可以說是無怕不包。

我國高科技纖維發展基礎和現狀

1996年起發展中國家化纖的總產量和產能超過了發達國家。其主要原因是，發達國家進行了化纖產業的結構調整，早已把投資重點由傳統化纖轉向高科技代纖上了，并大規模地將普通化纖的生產技術及全套設備向第三世界國家轉移，將收益用于發展高新技術產業。目前發達國家尤其是美國和日本的高科技纖維已處于壟斷地位。

我國已具備把投資重點轉向發展高科技纖維的基本條件。近年來我國主要高科技纖維的市場需求增長很快，1995年聚丙烯腈基碳纖維的需求量只有60噸，到2000年已達1500噸；1995年芳綸纖維的需求量也只有60噸，到2000年已達到500噸；1995年超高分子量聚乙烯纖維需求量才20噸，2000年已超過500噸。我國高科技功能纖維隨著人民生活的迅速提高和環保意識的增強，發展很快，需求成倍增長。僅中空纖維分離膜的生產廠家就達120多家，活性炭纖維生產廠家也有幾十家，產品主要用于水處理等方面，市場需求量不斷擴大。

我國發展高科技纖維存在的問題及發展建議

我國高科技纖維的應用研究和市場開發，為斷取得進展，為持續快速發展奠定了基礎。從20世紀80年代起，國家就安排了碳纖維和芳綸纖維科技攻關，也同時安排了一批應用研究項目，目前又有一批新應用領域正在開發，這些都是保證高科技纖維持續發展的基礎。我國即將加入WTO，關稅將逐步減少，市場準入將更加廣泛，而我國的高科技纖維卻處于小而散的狀態，根本不具備國際競爭力，這種局面急待扭轉。以上這些因素都使投資重點轉移成為可能。目前，國內不少企業集團已出現引進高性能纖維生產線熱潮，國家應加強對高科技纖維的宏觀調控，防止復復引進和建設。如果不嚴加控制又會形成小而散的局面，很難形成有競爭力的規模經濟。為了防止投資熱點集中在碳纖維和芳酰胺纖維領域，國家應引導企業適當地把資金投向其他有前景的高科技纖維項目上來。如聚苯硫醚纖維及上述兩大纖維的下游制品開發，因為聚苯硫醚纖維作為高溫粉塵濾材和電絕緣材料等，其綜合性能好。而碳纖維等復合材料制品的開發和生產，不僅有利于上游高性能纖維的發展，更重要的是風險和難度相對較小，經濟效益更好。在對重大建設項目和引進項目審查時，國家有關部門應提高效率，因為久拖下去將會喪失機遇，給企業帶來重大損失。

正是由于高科技纖維對提長一個國家的整體經濟素質有舉足輕重的作用，國家提出在“十五”期間加大對高科技纖維的投入，奠定主要高科技纖維的產業化基礎，實現聚丙烯腈基碳纖維及其原絲、芳綸、超強聚乙烯纖維及主要功能纖維產業化，并在消化吸收國外引進技術和裝置的基礎上加以創新，逐步擁有自己的知識產權，實是明智之舉。參考文獻

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第五篇：納米材料在制氫中的應用

納米材料在制氫中的應用

聶勝

6100509061 管理科學與工程類092班

【摘要】納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學，主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術的時代。納米材料的應用涉及到各個領域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的誕生，將對人類社會產生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環境保護等重大問題。

【關鍵字】納米材料；納米技術；納米材料在制氫中的作用；應用；前景

【正文】0、引言：有人曾經預測在21世紀納米技術將成為超過網絡技術和基因技術的“決定性技術”，由此納米材料將成為最有前途的材料。世界各國相繼投入巨資進行研究，美國從2000年啟動了國家納米計劃，國際納米結構材料會議自1992年以來每兩年召開一次，與納米技術有關的國際期刊也很多。世界各國正在爭搶納米技術領域的制高點，使自己在納米材料領域處于領先地位。

1、納米材料

1．1納米材料的定義

隨著納米材料也來越廣泛的應用，納米材料已經進入人們的生活，納米材料正在被許多人熟知，很多人都逐漸地知道了納米材料，了解它是一種高分子材料，然而卻很少有人知道納米材料的定義，對它的本質不了解。

納米(nm)和米、微米等單位一樣，是一種長度單位，一納米等于十的負九次方米，約比化學鍵長大一個數量級。納米科技是研究由尺寸在0.1至100納米之間的物質組成的體系的運動規律和相互作用以及可能的實際應用中的技術問題的科學技術。

納米材料的定義是指三維空間尺度至少有一維處于納米量級(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子所組成的新一代材料。由于其組成單元的尺度小，界面占用相當大的成分。因此，納米材料具有多種特點，這就導致由納米微粒構成的體系出現了不同于通常的大塊宏觀材料體系的許多特殊性質。納米體系使人們認識自然又進入一個新的層次，它是聯系原子、分子和宏觀體系的中間環節，是人們過去從未探索過的新領域，實際上由納米粒子組成的材料向宏觀體系演變過程中，在結構上有序度的變化，在狀態上的非平衡性質，使體系的性質產生很大的差別，對納米材料的研究將使人們從微觀到宏觀的過渡有更深入的認識。1．2納米材料的分類

（1）按維數或結構來分，納米材料的基本單元可以分為四類：零維納米材料；一維納米材料；二維納米材料；三維納米材料。

（2）按材料物性劃分，納米材料可分為：納米半導體；納米磁性材料；納米非線性光學材料；納米鐵電體；納米熱電材料；納米光電材料；納米超導材料。（3）按應用劃分，納米材料又可分為：納米電子材料；納米光電子材料；納米生物醫藥材料；納米敏感材料；納米儲能材料。

（4）按應用劃分，納米材料又可分為：納米電子材料；納米光電子材料；納米生物醫藥材料；納米敏感材料；儲能材料。

（5）按化學組分劃分，納米材料可劃分為：納米金屬；納米晶體；納米陶瓷；納米玻璃；納米高分子；納米復合材料。

2、納米科技

納米技術是當今世界最有前途的決定性技術。納米技術在世界各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數國家，雖然已經初具基礎，但是尚在研究之中，新理論和技術的出現仍然方興未艾。我國已努力趕上先進國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。

納米科技是20世紀80年代末誕生并正在崛起的新科技，是一門在0.1~ 100 nm尺度空間內，研究電子、原子和分子運動規律和特性的高技術學科。其涵義是人類在納米尺寸（10-9--10-7m）范圍內認識和改造自然，最終目標是通過直接操縱和安排原子、分子而創造特定功能的新物質。納米科技是現代物理學與先進工程技術相結合的基礎上誕生的，是一門基礎研究與應用研究緊密聯系的新興科學技術。其中納米材料是納米科技的重要組成部分。

3、納米材料在制氫中的應用

3.1 納米材料在許多領域正在發揮其特性，例如納米技術在陶瓷領域方面的應用、納米技術在微電子學上的應用、納米技術在生物工程上的應用、納米技術在光電領域的應用、納米技術在化工領域的應用、納米技術在醫學上的應用、納米技術在分子組裝方面的應用，由此可見，納米材料正在各個領域發揮其特性優勢，在改變一些產業結構。同樣，納米材料在制氫中也發揮了它的特點，從而改變了一些傳統的制氫工藝，使制氫產業得到迅猛的發展。

隨著社會的發展，能源消耗越來越多，在不久的將來，我們將面臨著嚴重的能源危機，世界各國都在尋找一種清潔能源，從而來取代現在的能源，并在尋找生產這種能源的最佳方法。氫氣被公認為未來理想的能源，因而如何把生產氫能工業化、產量化便成了各國解決能源危機的途徑，于是各國在積極尋找制氫的最佳方法。目前的主要一些制氫方法是生物制氫、化學制氫、納米材料制氫等，其中使用碳納米材料作催化劑來制氫是目前比較先進和常用的的一種制氫方法。碳納米材料（包括零維、一維、二維碳納米材料以及碳納米孔材料）是一類新型的催化劑或催化劑載體材料，在氧化脫氫、選擇加氫、合成氨、氨分解制氫以及燃料電池等多相催化領域具有廣闊的應用前景。

3.2 下面舉一例進行說明。

半導體光解水制氫是一種新型的具有低成本和環境友好等優點的方法,對未來制氫工業具有重要的意義。半導體TiO_2相對于其它半導體具有穩定、耐腐蝕、環境友好等優點。但以TiO_2為半導體利用太陽能進行光解水制氫時,因TiO_2只能吸收占地表太陽光能量僅4%左右的紫外光,而不能吸收地表太陽光中的主要成分可見光,因此,對太陽能的利用效率非常低。當以自制的納米TiO_2負載Pt并用酞菁染料敏化得到的產物為可見光催化劑,進行了光催化分解水制氫的研究,并成功實現了可見光分解水制氫。采用溶膠凝膠法(S-G)以鈦酸四丁酯作為前驅物,乙醇作為溶劑以及硝酸作為抑制劑制取納米TiO_2。探討了鈦酸四丁酯的濃度和陳化時間等制備工藝條件對TiO_2粒徑的影響。結果表明,在室溫環境下,最佳的制備工藝條件為鈦酸四丁酯:水:硝酸:乙醇的質量比為8: 25: 3: 44,攪拌時間為5小時,陳化時間為3天,所得到納米TiO_2溶膠的平均粒徑約在10nm以下,粒徑分布在5～40nm。對制得的TiO_2粉體進行了X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)表征。結果表明,TiO_2粉體粒徑處在納米級,為單一的銳鈦礦型,其晶胞粒徑為9.9 nm。將自制的銳鈦礦型TiO_2進行Pt負載得到了Pt/TiO_2,用酞菁銅四磺酸四鈉敏化Pt/TiO_2得到光催化劑CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2。對Pt/TiO_2進行XPS表征,結果表明分散于TiO_2表面的Pt晶粒是以Pt0價態存在。對Pt/TiO_2和CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2進行了X射線衍射分析(XRD)和掃描電子顯微鏡分析(SEM),結果表明,TiO_2經負載Pt、焙燒、染料敏化、烘干等過程晶型無變化;TiO_2經負載Pt、焙燒過程后,晶胞粒徑增大,為17.3nm;Pt/TiO_2經染料敏化、烘干過程后,TiO_2的晶胞粒徑幾乎沒變。對TiO_2和CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2粒子進行DRS表征,結果表明TiO_2粒子吸收光的范圍在300～400nm,主要在紫外光區,在可見光區幾乎沒有吸收,而CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2在600～700nm的可見光范圍內存在明顯的吸收,表明酞菁銅四磺酸四納敏化能有效將TiO_2的吸收光譜拓展至可見光區。以CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2為光催化劑,在可見光源下進行了光解水制氫反應性能的研究,探討了光催化劑、Pt負載、染料以及給電子體用量等因素對產氫速率的影響。結果表明,光催化劑中Pt負載質量百分數為0.4%和酞菁銅四磺酸四鈉的質量百分數為0.2%,給電子體KI的濃度為0.2 mol/L,光催化劑用量為0.8g/L時,光解水產氫速率最高,為1.4μmol/h。這是酞菁染料敏化納米TiO_2光解水制氫的研究。

納米材料的特性既不同于原子，又不同于結晶體，可以說它是一種不同于本體材料的新材料，其物理化學性質與塊體材料有明顯差異。主要表現在：納米材料性能表現出強烈的尺寸依賴性 當粒子尺寸減小到納米級的某一尺寸時，則材料的物性會發生突變，與同組分的常規材料的性能完全不同，且同類材料的不同性能有不同的臨界尺寸，對同一性能，不同材料相應的臨界尺寸也有差異，所以當物質的粒子尺寸達到納米數量級時，將會表現出優于同組分的晶態或非晶態的性質。納米材料的量子尺寸效應使納米材料具有：高度光學非線性；特異性催化和光催化性；強氧化性與強還原性。用這一特性可制得光催化劑、強氧化劑與強還原劑。這也決定的納米材料具有催化劑的優勢和特點。

4、納米材料的發展前景

納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學，主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術的時代。納米材料的應用涉及到各個領域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的誕生，將對人類社會產生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環境保護等重大問題。

21世紀初的主要任務是依據納米材料各種新穎的物理和化學特性，設計出各種新型的材料和器件。通過納米材料科學技術對傳統產品的改性，增加其高科技含量以及發展納米結構的新型產品，目前已出現可喜的苗頭，具備了形成21世紀經濟新增長點的基礎。納米材料將成為材料科學領域一個大放異彩的明星展現在新材料、能源、信息等各個領域，發揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術的不斷發展，納米材料在精細化工和醫藥生產等諸多領域會得到日益廣泛的應用。

參考文獻

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Nanomaterials in the application of hydrogen

NIE Sheng 6100509061 Management science and engineering 092 Class

【 Abstract 】 Nanoscience is a goalkeeper of basic science and applied science set in one of the emerging science, mainly including nano-electronics and nano-materials and nano-biology, etc.21 century is the era of nano-technology.Application of nano-materials related to various fields, mechanical, electronic, optical, magnetic, chemical and biological areas has a broad application prospects.The birth of Nano Science and technology, the human society have a profound impact, and potentially solve many of the problems facing humanity, especially energy, human health and the environment protection and other major issues.【 Key Words】 nanomaterials;nanotechnology;nano-materials in the role of hydrogen;application;prospect