第一篇：納米粘土礦物在環境治理領域的應用2

納米粘土礦物在環境治理領域的應用

摘要：粘土礦物是顆粒直徑小于0.1mm的含水層狀結構的硅酸鹽礦物。其結構使其有著催化性，離子交換性，分散性等特殊的性質而引起人們廣泛的關注和研究的對象。本文重點介紹了粘土礦物及其特性，在治理空氣污染、水污染、固體廢物污染、噪聲污染等方面的用途。并闡述了納米粘土礦物未來的發展方向。

關鍵詞：納米材料，粘土礦物, 環境治理, 污染, 硅酸鹽

Environmental Governance by Applications of Nano-clay mimeral material Abstract: Clay mineral is a kind of silicate mineral with moist layered structure whose diameter is less than 0.1mm.It has attracted many attentions and researches because of its specific characteristics such as better catalysis, ions exchange and better dispersion which are determined by its structure.This article mainly focus on the introduction of clay mineral and its features and the applications of governance of air pollution, water pollution, solid waste pollution, noise pollution, etc.The future development of the clay minerals is illustrated.Key words: nano material, clay mineral, environmental governance, pollution, silicate

隨著工業的發展，環境污染日趨嚴重，甚至影響到人們的正常生活。環保問題正逐漸引起我們的重視。由于環境污染物的消除需要消耗大量的能源，這給日益枯竭的能源提出嚴峻的挑戰。尋找一種較為廉價的環境凈化材料，降低污染物的處理成本，提高凈化效率，已成為環境保護中亟待解決的問題。納米粘土礦物的儲量豐富、價格低廉，因其獨特的層狀結構而具有良好的吸附性能和離子交換性能，在廢水、廢氣及土壤修復等眾多環境治理領域表現[1]出廣闊的應用前景。

1.納米材料

納米材料廣義上是三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或者由該尺度范圍的物質為基本結構單元所構成的材料的總稱。由于納米尺寸的物質具有與宏觀物質所迥異的表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應和量子限域效應，因而納米材料具有異于普通材料的光、電、磁、熱、力學、機械等性能。納米材料可應用于工程、催化、精細化工、涂料等方面[2]。

根據物理形態可將納米材料大致分為納米粉末（納米顆粒）、納米纖維（納米管、納米線）、納米膜、納米塊體和納米相分離液體等五類。

根據結構可劃分為，零維納米材料，即三維尺寸均為納米量級的納米粒子或人造原子、一維納米材料（具有纖維結構）、二維納米材料（具有層狀結構）、三維納米材料。

按化學組分可劃分為納米金屬、納米晶體、納米陶瓷、納米玻璃、納米高分子和納米復合材料。

按應用可分為納米電子材料、納米光電子材料、納米生物醫用材料、納米敏感材料、納米儲能材料等。

按材料物性可分為納米半導體、納米磁性材料、納米非線性光學材料、納米鐵電體、納米超導材料、納米熱電材料等。

2.粘土礦物簡介

粘土礦物是顆粒直徑小于0.1mm的含水層狀結構的硅酸鹽礦物，硅、鋁、氧是其中最主要的元素。其結構單元層是由[SiO4]四面體與[AlO6]八面體彼此以3個角頂相連，從而形成二維延展的網層即四面體片。鋁氧八面體共用邊角形成了八面體。這些硅氧四面體片和鋁氧八面體片又共用氧原子，將不同的片結合在一起。形成層狀結構。按其連接方式的不同把粘土礦物分為1:1和2:1兩種結構類型，前者如高嶺石，基本式為Si4Al4O10(OH)8，各單元層間距小，小分子或陽離子很少有機會進入層際空隙中，故層際通常不發生離子交換，而是在粘土的表面和邊、角發生；后者如蒙脫石、伊利石、凹凸棒石及云母類等，其基本式為Si3Al4O20(OH)4?nH2O，由于同晶置換，這兩種類型的粘土礦的離子交換除在層面的邊、角上發生，更多是由于層際間的陽離子交換而形成。粘土礦物結構單元層內部因發生離子的類質同象置換，比如四面體中Si4+被Al3+置換，八面體重Al3+被Fe2+、Mg2+置換，從而使其單元層表面具有電性。此外，粘土礦物顆粒細小，比表面積大，因而，粘土礦物會表現吸附性、離子變換性、膠體性、分散性和催化性，這些特性在環境污染處理中具有十分重要意義。

粘土礦物的基本結構包括五個層次：

（1）Si-O構成的四面體或Al(Mg)-O(HO)構成的八面體；

（2）由第一個層次的四面體和八面體連接成四面和八面體結構片；（3）結構片按比例組成的結構單元層；

（4）結構單元層在c軸方向上按一定間隔壘砌構成不同的粘土礦物并形成層間域，層間域空間中有時是空的，有時填充水分子或同時被陽離子和水分子填充，不同粘土礦物的層間域厚度是不同的，如高嶺石和綠泥石是固定的；蒙脫石的層間域厚度是可變的；

（5）一個結構單元層加一個相鄰的層間域，構成粘土礦物的單位構造層，不同種類的粘土礦物，單元構造層的厚度不同。

3.粘土礦物的特性[3]

3.1分散性和膠體性

粘土顆粒因層間類質同象置換表面具有永久電負性，而其端面斷鍵也會使粘土顆粒具有可變電性。粘土顆粒在水體系中的穩定性主要取決于這些電性所引起的雙電層結構特征，而雙電層結構會因電解質或pH值作用發生的變化。因此，粘土顆粒在水體系中的分散和絮凝可以通過添加電解質或調解pH值來加以控制。利用粘土礦物的這些性質，可以表面吸附、混凝、沉淀污水中的污染物，達到治理污染的目的。

3.2 催化性

粘土礦物因具有很大的表面積，適宜的孔徑及表面酸性，從而表現出良好的催化性。粘土礦物經酸化處理后，能夠大大改善其催化活性。因為，經酸化后，不僅可以引起粘土礦物組分和結構的變化，而且能夠提高其比表面積、改善其孔徑分布、增強其表面吸附性。3.3 離子交換性

粘土礦物層間具有永久電負性，為保持結構單元層電價平衡，在其結構層間會吸附一定量的陽離子，而這些層間陽離子具有可交換的特性。陽離子交換反應式可表示為：

M+-Clay + A+ ? A+-Clay + M+

粘土礦物層間陽離子交換性質主要取決于離子電價、離子半徑大小極離子濃度等。一般而言，離子勢與離子選擇性成正比，離子濃度與離子選擇性也成正比關系。粘土礦物大都具有陽離子交換性，但交換容量有一定差異。蒙脫石、蛭石陽離子交換容量為80~150meq/100g，伊利石和海泡石為10~40meq/100g，高嶺石為3~15 meq/100g。粘土礦物的陰離子交換性為20~30 meq/100g。這一作用主要發生在結構單元層的端面，特別是pH較低的情況下，端面因帶一定正電荷而吸附許多無機或有機陰離子，如PO42-、AsO32-、SeO42-、S2-、CN-、CH3COO-等。

3.4 與有機物的復合性

粘土礦物具有與有機物符合的特殊性質，其復合的吸附力來自于離子交換作用、范德華力、氫鍵力以及離子偶極力作用。粘土礦物復合的有機物大致可劃分為三種類型：中性分子有機物，例如NH3、SO2、醇、酮、胺、尿素等；有機陽離子，例如烷基、羥烷基、烷酰基等；高分子聚合物，例如酶、蛋白質、病毒、腐殖質等，其吸附力有離子交換、范德華力和氫鍵力。粘土礦物除可以直接復合有機物外，還可以通過人工有機復合制備吸附交換性更好的有機粘土，例如有機膨潤土。

4.納米粘土礦物在環境治理中的應用

粘土礦物具有環境修復（如大氣、水污染治理等）、環境凈化（如殺菌、消毒、分離等）和環境替代（如替代環境負荷大的材料）等功能[4]。在環境領域中的應用包括：污水處理方面、土壤凈化、大氣凈化、核廢料處理、清除放射性氣體、阻止有機和無機有害物質遷移等[5]。

目前粘土主要作為粘結劑、吸水劑、吸附劑、催化劑、絮凝劑等廣泛應用于冶金、機械、石油、化工、和環保的各個領域。為了提高其附加值, 使用前往往要對天然粘土進行改性。改性方法、機理、工藝及條件已成為人們關注的焦點[6]。

4.1空氣污染[7]

4.1.1 室內空氣污染

室內空氣污染主要來自裝飾材料中的人工合成高分子材料。物質主要包括甲醛(HCHO)、氨、苯、氡等，對人體危害嚴重，并會引發鼻腔癌、咽喉癌、肺癌和消化系統癌癥。對于上述幾種有害物質, 以沸石、坡縷石、海泡石、膨潤土、累托石等粘土礦物為載體的載銀無機抗菌劑可以起到良好的作用效果。目前開發的以多孔結構粘土礦物為載體的無機抗菌劑已成功應用于室內空氣凈化, 并對病菌及其分泌物毒素均有較強的殺滅和降解作用。

由于坡縷石、海泡石、沸石、膨潤土、累托石等為典型的天然納米粘土礦物材料, 基于其特有的孔道結構、晶體表面生長缺陷的發育和納米級尺寸效應,經充分分散處理后具有大比表面積和超強吸附性。如以纖維狀坡縷石、海泡石、沸石制作的環保型特種多功能紙不僅具有難燃、阻燃效果, 而且能有效地吸附室內空氣中的氮氧化物(NOx)和有害極性氣體, 應用于空氣凈化的超細濾膜紙, 由于海泡石、坡縷石的強防輻射屏蔽性, 其開發的壁紙材料可有效防止建筑墻體氡氣的析出。

4.1.2城市空氣污染

城市空氣污染主要來源于汽車尾氣的排放，其中包括NOx、金屬排放物排放。無鉛汽油的使用使得汽汽車排放的鉛金屬陽離子的危害大為減少，同時三元催化油的使用使得汽油燃燒的NOx排放量顯著減少。

青石可以用來吸收汽車尾氣，其結構為環狀結構含鋁硅酸鹽，其四面體結構存在著[AlO4]對[SiO4]的置換以及配位多面體中金屬陽離子的類質同象置換，活性強，同時具有極好的高溫熱穩定性。國外用粘土礦物制成汽車排氣管、過濾器, 主要是充分利用粘土礦物的吸附性。用粘土礦物代替活性炭可降低卷煙中含有的焦油、自由基、尼古丁等對人體的危害。4.1.3 工業廢氣治理

工業廢氣是我國大氣污染的主要來源，主要包括：CO2、SO2、粉塵等。由于有害氣體多為酸酐, 大部分能溶于水, 因而可用呈堿性的粘土礦物與酸酐發生中和, 從而吸收酸酐, 達到清除廢氣的目的。對于不溶于水的酸酐,可先轉化為溶于水的酸酐, 再用上述方法處理, 此外利用粘土礦物, 如沸石、海泡石、膨潤土、坡縷石、高嶺土、累托石以及其改型后的多孔狀礦物作吸附劑也可排除有害氣體, 凈化環境。

4.1.4 大氣凈化

蒙脫石、海泡石、坡縷石及高嶺石等因比表面積大、吸附性強，作為吸附過濾材料廣泛應用于空氣污染的凈化。這些礦物經簡單的處理之后，即可用于臭氣、毒氣及有害氣體如NOx、SOx、H2S等的吸附過濾。現已成功地用其迅速、有效的去除與腐爛變質物臭氣有關的1，4-丁二胺和1，5-戊二胺以及包含排泄物臭氣中的吲哚、丁烷一類氣體。實驗證明，在含氨為100×106/m3氣體中放置40個海泡石，可使氨的濃度降至18×106/m3。4.2水污染

粘土礦物主要用于生活和化工用水過濾、重金屬離子從Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等的去除，印染廢水（陽離子染色分子）和有機污染物的吸附以及陰離子PO43-、SO42-的去除。

目前, 用于污水處理的主要是膨潤土、凹凸棒石、坡縷石、海泡石、硅藻土等幾種[8]。膨潤土對廢水中有極性結構的非離子型表面活性劑有較強的吸附能力，每克膨潤土可吸附200-300mgCODcr。對于無極性的非離子表面活性劑，用2%的投加量可使CODcr濃度為1000mg/L左右的廢水達到排放標準。將無機鈉鹽與膨潤土按照一定比例制成的HB絮凝劑加入到味精廢水中，能吸附廢水中的有機污染物，使廢水中的COD大大降低。用明礬和膨潤土作為吸附—徐寧劑處理再生紙廢水中的COD和懸浮物，也可使排放出的廢水由堿性變為中性[9]。將膨潤土與CaCl2無機鹽制成混合物，按5g/L的量加入印染廢水中，可以除去九成的燃料和八至九成的表面活性劑。

蒙脫石可以用來吸附Pb2+、Cd2+及Cr(III)，即用蒙脫石—聚合氯化鋁交聯處理廢水中的重金屬，可進一步改善去除效果并提高固—液分離速度，是低濃度廢水中Pb2+等的去除率達到93.1%。經研究發現：經酸化的蒙脫石出去廢水中的重金屬離子效果更佳。

凹凸棒石可以凈化處理印染廢水，投加量為10-12g/L，pH=6-10，反應時間為10min，COD去除率達74%，色度去除率大93%，凈化效果與常用的聚合氯化鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵等相比均有明顯的提高。經活化的凹凸棒石粘土可以處理鈾。采用動態法(交換柱)處理含鈾廢水，效果良好，鈾的去除率在99.95%以上。膨潤土等粘土礦物經過適當的有機改性，可用來處理含有機物廢水。膨潤土、硅石、凹凸棒石、海泡石等粘土礦物可直接利用或經過適當的活化改性處理，也可用來處理含重金屬離子廢水，獲得了較好的效果。經預處理的海泡石、凹凸棒石等以吸附與離子交換法可以降氟除磷，同時有利于降低廢水處理成本，減少污泥產生量，重復利用資源。

4.3固體廢物污染

固體廢物主要指工業廢物、礦業廢物和城市生活廢物等。工業廢棄物可通過二次加工燒成可制成新型建筑材料，如混凝土外加劑用超細礦粉、微晶玻璃等。城市生活固體廢棄物主要是指在城市日常生活中或者為城市日常生活提供服務的活動中產生的固體廢棄物，即城市生活垃圾，主要包括居民生活垃圾、醫院垃圾、商業垃圾、建筑垃圾。礦業廢物指開采和選洗礦石過程中產生的廢石和尾礦。

對于固體廢棄物中含有的放射性元素。可利用沸石、膨潤土、累托石、坡縷石、海泡石等一些高吸附性材料來吸附、過濾放射性氣體和空氣中具有放射性的塵埃。粘土礦物也可作為一種固化劑，“礦物固相法”是放射性固體廢棄物處理的十分重要和行之有效的方法，例如沸石加熱發泡、融化、可固化核廢料。坡縷石、海泡石也是屏蔽輻射的常規密封材料。4.4 噪聲污染

隨著對噪聲危害認識的提高，噪聲已與“三廢”并列為環境“四害”之一。硅藻土、浮石、蛭石、珍珠巖等具有良好的消聲隔音性能，尤其是膨脹蛭石吸引系數可達0.53-0.73，隔音能力為40-50dB，經常用作汽車減音器和隔音泥灰。

4.5 粘土礦物在其他方面的應用

粘土礦物可治理土地荒漠化：荒漠化的顆粒較粗，一般呈細砂、粉砂狀，無粘性，深水性強，而粘土礦物的顆粒極細，有較強的膨脹性、粘性吸水性，兩者混合均拌勻, 即可變成能保水的種植土。而且粘土礦物一般含有許多有利于動、植物生長的成分, 可以為動、植物提供多種營養,從而達到采用粘土礦物治理沙漠的目的[10]。

粘土礦物因其導熱系數低，分散性高，以及特有的微孔結構等，適用于研制開發保溫涂料等多種保溫材料。保溫材料的開發具有重要的“綠色意義”。20世紀80年代以來海泡石復合硅酸鹽保溫材料發展迅速。利用纖維狀海泡石和粘土狀海泡石為主要原料，研制的新型保溫隔熱涂料常溫下導熱系數為0.079W/(m·K)。以坡縷石為主要原料的SM復合硅酸鹽保溫涂料，常溫下導熱系數小于0.05W/(m·K)。

伊利石具有較好的化學惰性、電絕緣性、絕熱性及隨溫度升高體積膨脹的特性，可作為一種新型的傳壓介質材料。其特性在某些方面由于葉臘石，其鈦、鐵雜質可成為合成金剛石的有益添加劑，同時所需和成功率下降，利于節能[9]。

過濾清除放射性氣體及塵埃；坡縷石、海泡石、蒙脫石等用作陽離子交換劑凈化被放射性污染的水體；也可用作危險廢物的鎮定劑，對放射性物質永久性吸附固化；以及機房中軟X射線的吸收等方面。蒙脫石、海泡石、坡縷石等現已廣泛用于油污廢塑料、城市垃圾等處理，阻止無機或郵寄有害物遷移[9]。

粘土礦物對地質作用和地質環境的變化反應敏感，還可用于巖相古地理、古氣候、古環境、地層對比和成巖成礦條件的研究和回復。另外，深海中的粘土礦物和深海軟泥存在于非常獨特的環境，有著獨特的潛在應用價值。從環境角度考慮，深海中的粘土和碳酸鹽的利用有可能要早于其他礦產資源。

由于粘土礦物有著獨特的物理化學性能，作為較理想的載體材料已廣泛受到人們的關注，發展相當迅速，特別是膨潤土、凹凸棒石、海泡石、蛭石等。目前采用離子交換法已經成功地制備了載銀膨潤土、載銀凹凸棒石、載銀海泡石和銅型蛭石等無機抗菌劑，其抗菌效果良好，可制成抗菌制品。

還有一些粘土礦物有抗紫外線能力，比如伊利石，可作為化妝品。伊利石無毒無臭，質軟滑膩，且呈絲絹光澤，分散性好，附著力強，其pH值一般為6~7，化學性能穩定，礦物組分簡單，不含對人體有害的成分[9]。

5.納米粘土礦物的未來及研究發展方向

由于粘土礦物的資源豐富，價格便宜并且有著優越的物理和化學性能，被越來越多的應用于環境保護中。除少數粘土礦物，如石棉外，大多說天然產出的礦物材料基于其不同的性能在不同領域起著環境保護和環境治理的作用，它們皆可認為是環境礦物材料。隨著科學技術的進步，人們對環境條件要求的提高，粘土礦物材料的應用將越來越廣，其作用也越來越重要，如在節能保溫材料方面、在降噪隔聲方面、在無形磁波污染控制方面、在自然災害防治方面、在太陽能材料應用方面、在傳動系統減震方面、在新型抗菌材料方面、在人體健康材料方面等都起著不可缺少、甚至不可替代的作用。

未來粘土礦物的研究方向：研究粘土礦物材料的成分、結構和性能之間的相互關系；研究粘土礦物材料在外界作用力下的成分、結構和物化性能變化及變化規律；研究粘土礦物材料的深加工、處理方法，包括提純和改性；研究粘土礦物材料的自然形成條件及人工合成方法和技術參數；研究設計和制備新的礦物材料和功能復合材料；研究粘土礦物材料的應用技術和應用方法[7]。

參考文獻：

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第二篇：納米粘土礦物材料在環境治理領域中的應用

納米粘土礦物材料在環境治理領域中的應用

摘 要：粘土礦物具有許多優異性能,其中比表面積大、吸附能力強、陽離子交換能力強等特性使粘土礦物作為一種優良的環境材料而成為廣大環保工作者所重視和研究的對象。文章對粘土礦物及納米粘土礦物在污水處理、空氣污染處理、土壤凈化和固體廢棄物處理及其他環境治理方面的應用進行了闡述, 并提出粘土礦物在環境治理研究方面的發展方向。關鍵詞：粘土礦物；納米粘土；環境治理；

Applications of nano Clay Mineral Materials to Environment Treatment

Abstract: The clay minerals,as a kind of fine environmental remediation materials, attracts researchers 'attentions.Because they have many excellent characteristics, such as high specific surface area, strong adsorption capacity and better cation exchange ability.This paper expounds applications of clay minerals and nano clay minerals that are widely used in the waste water，air pollution controlling,soil sanitation and solid waste treatment Moreover the research and development trend of clay minerals are brought forward.Key words：clay mineral;nano clay mineral;environment treatment;

隨著工業文明的迅猛發展，人類對環境的污染和破壞達到了足以威脅自身生存和發展的程度。由于環境污染物的消除需要消耗大量的能源，這給日益枯竭的能源提出嚴峻的挑戰。尋找一種較為廉價的環境凈化材料，降低污染物的處理成本，提高凈化效率，已成為環境保護中亟待解決的問題。層狀粘土礦物的儲量豐富、價格低廉，因其獨特的層狀結構而具有良好的吸附性能和離子交換性能，在廢水、廢氣及土壤凈化等眾多環境治理領域表現出廣闊的應用前景。本文就粘土礦物材料在環境治理領域中的研究和應用情況進行綜述。

1.粘土礦物材料與納米粘土

粘土是一類廣泛存在于土壤中的物質, 由于長期處于特定的環境條件下, 粘土礦物具有許多優越的特性，例如巨大的比表面積，良好的吸附性能，較高的吸附容量和離子交換能力，膨脹性、分散性、凝聚性、稠性、粘性、觸變性和可塑性, 具有環境修復(如大氣、水污染治理等)、環境凈化(如殺菌、消毒、分離等)和環境替代(如替代環境負荷大的材料等)功能[2]。粘土中常見的礦物有：高嶺石、蒙脫石、凹凸棒石、海泡石、伊利石、綠泥石等硅酸鹽類化合物和由硅藻類微生物骨骸緊密堆積而成的硅藻土，以及層狀雙金屬氫氧化物類化合物水滑石等礦物。

粘土礦物是顆粒細小(＜0.1mm)的含水層狀結構硅酸鹽礦物，其結構單元層是由Si-O四面體片Al-O八面體片按不同的規律連結起來而構成，按其連接方式的不同把粘土礦物劃分為1:1和2:1兩種結構類型，前者如高嶺石，后者如蒙脫石、伊利石、凹凸棒石等。粘土礦物結構單元層內部因發生離子的類質同象置換，比如四面體中Si4+被Al3+置換，八面體中

[1]Al3+被Fe2+、Mg2+置換，從而使其單元層表面具有電性。此外，粘土礦物顆粒細小，比表面積大，并且，粘土礦物具有吸附性、離子變換性、膠體性、分散性和催化性，這些特性在環境污染處理中具有十分重要意義[3]。

納米材料按其結構可以分為四類：具有原子蔟和原子束結構的稱為零維納米材料、具有纖維結構的稱為一維納米材料、具有層狀結構的稱為二維納米材料、晶粒尺寸至少三個方向在100nm范圍內的稱為三維納米材料，以及以上各種形式的復合材料。層狀硅酸鹽粘土、金屬氧化釩、二硫化鉬等可以經過相應的工藝處理制成納米復合材料，尤其是層狀粘土與聚合物納米雜化復合材料因性能優越、成本較低具有良好的產業化前景而受到廣泛的關注[4]。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。將純化后的粘土插層為納米粘土后，在聚酯中分散成剝離型的納米粘土。將粘土的層狀特性改性成高比表面積的結構，從而提高了聚酯的力學性能、光學性能、阻隔性能等。目前用于納米復合材料的粘土主要為膨脹型粘土，包括層間可交換陽離子粘土如膨潤土、鋰皂石、凹凸棒土、海泡石和可交換陰離子粘土如水滑石等[4]。礦物材料在環境治理領域的應用

自20世紀90年代初日本學者山本良一首先提出環境材料的概念之后，世界各國掀起了開發環境材料的熱潮。到目為止，環境材料主要指：可循環利用材料、凈化功能材料潔凈能源材料、節能型材料。粘土礦物具有多孔、吸附離子交換等優異的物理化學性能，近幾年，其在環境材料面的研究與應用越來越多，特別是在污水處理、大氣吸附過濾脫色、生態建材(如具有保溫、隔熱、吸音、調光等能)、抗菌消毒劑、農業等方面的應用都有顯著進展

[6-7][5]。

目前，粘土礦物在環境方面的應用主要是利用了粘土礦物的物理性質：較大表面積，吸附性能好。主要應用在空氣污染處理、污水處理、土壤凈化和固體廢棄物處理及其他環境治理方面的應用等方面。

2.1污水處理中的應用

隨著社會經濟的發展，工業廢水和生活污水越來越多，嚴重污染水體，破壞生態環境，威脅人類的健康和生存，為使廢水(污水)達到排放標準，人們已研究出了多種處理方法

2.1.1含重金屬離子廢水處理

SenGupta和Bhattacharyya[8]分別利用聚羥基鋯和四丁基衍生物對高嶺石和蒙脫石進行改性，用于去除水中的Cd。發現溶液的pH對吸附量的影響較大，而蒙脫石去除效果最佳，蒙脫石的吸附容量為高嶺土的3倍以上。沈學優等比較膨潤土、高嶺土和伊利石對重金屬離子Cu、Zn、Cd、Ni。的處理效果。結果表明，膨潤土〉高嶺土〉伊利石。Alvarez-Ayuso和GarciaSanchez[10]利用鈉交換的膨潤土和鈣交換的膨潤土去除溶液中的Cr，吸附容量分別為49.8mg/g和44.4mg/g。吳平霄等

[11]

[9]

研究了高嶺土/胡敏酸形成的有機一無機絡合復合體對Cu、Cd和Cr的吸附。結果表明，胡敏酸對高嶺土改性后能提高上述3種重金屬離子的吸附性能，高嶺土/胡敏酸復合體對3種重金屬離子的吸附量都隨pH值的升高而增加，隨離子強度的增加而減小。選用Cu、Cd和Cr的初始濃度均為64mg/L，pH為5，離子介質為0.05mol/l時，高嶺土/胡敏酸復合體的吸附量分別為Cu為64%，Cd為55%和Cr為80%。

2.1.2無機非金屬廢水

范麗珍等[12]選用鈣基蒙脫石，經鈉化改性后用作氟離子吸附劑，研究表明改性蒙脫石具有很強的吸附氟離子的能力，在pH為5和4時的除氟效果最好。孫承轅等[13]根據凹凸棒粘土的結構特點及較強的吸附能力，對含氟溶液進行了多次除氟實驗，取得了明顯效果，在F10×10的溶液中，其除氟率可達到50%以上，對除氟改水工作具有很大的應用價值。鄭紅等[14]研究了用AlCl3包覆后膨潤土除氟的性能和適宜條件，在實驗條件下，吸附率最高可達96.5%，酸性環境有利于吸附過程進行。馬林轉等[15]利用稀土元素La及Al聚合羥基離子改性膨潤土(La/Al—PILC)，在溫度為30℃，PH 3～5，磷質量濃度為6.54mg/L，吸附劑質量濃度為2.5g/L的條件下對磷的去除率能達99%以上。

2.1.3有機廢水

AichaKheni等[16]研究發現十六烷基甲基溴化銨(CTAB)改性膨潤土對水溶液中2，4一二氯苯酚和具有較好的吸附性能。Hasan Basri Senturk等[17]發現利用CTAB改性膨潤土對水溶液中的苯酚也具有很好的吸附效果。武庭瑄等[18]研究了四環素在膨潤土和高嶺土中的吸附行為，結果表明：膨潤土和高嶺土對四環素的吸附行為均可用Freudli—ch等溫方程描述，但Kf(膨潤土)>>Kf高嶺土，說明膨潤土對四環素吸附能力較高嶺土強。裘祖楠等

[19]-6-

5研究了以活化凹凸棒石作主要組分的吸附劑對陽離子染料生產廢水的處理效果，脫色率和CODCr去除率可分別達到87.5%～99.8%和45.1%～72.3%，且再生處理簡單，非常適用于該類廢水的預處理。彭書傳等[20]將凹凸棒石有機改性后，用于去除水中的苯酚，在PH為8.0，苯酚濃度為100mg/L，投加量為4%時，去除率可達到88.5%，且吸附劑經再生后可反復使用。

2.2礦物材料在治理空氣污染中的應用

大氣污染系指由于人類活動和自然過程引起某種物質進入大氣中，呈現足夠的濃度，達到足夠的時間，并因此而危害了人體健康，舒適感或環境。大氣污染物按其存在狀態可分為氣溶膠污染物和氣態污染物兩大類。其中氣態污染物在一定的條件下可轉化為氣溶膠態污染物，氣態污染物包括了以二氧化硫為主的含硫化合物，以氧化氮和二氧化氮為的含氮化合物、碳的氧化物、碳氫化合物及鹵素化合物。2.2.1工業廢氣治理

工業廢氣是我國大氣污染的主要來源，僅建筑材料的生產每年排出廢氣10.96億立方米；廢水排放量355億噸；其中水泥、與傳統墻體材料等每年排放的CO2量約為6.6億噸，占全國工業排放CO2量的40%左右。據資料介紹，我國目前每生產一噸水泥熟料要排放1噸CO2、0.74公斤SO2、130公斤粉塵；每生產1噸石灰排放1.18噸CO2。

由于有害氣體多為酸酐，大部分能溶于水，因而可用呈堿性的礦物與酸酐發生中和，從而吸收酸酐，達到清除廢氣的目的。石灰石（方解石）、生石灰、方鎂石、水鎂石、坡縷石等均屬此類礦物材料，如日本用方鎂石、水鎂石吸收SO2、SO3廢氣：

MgO+SO2+H2O→MgSO3+H2O Mg(OH)2+SO2+H2O→MgSO3+2H2O Mg(OH)2+SO3+H2O→MgSO3+2H2O 對于不溶于水的酸酐，可先轉化為溶于水的酸酐，再用上述方法處理，此外利用粘土礦物，沸石以及改型后的多孔狀礦物作吸附劑也可排除有害氣體，凈化環境。如斜發沸石、絲光沸石、菱沸石、毛沸石、坡縷石、海泡石、膨潤土、高嶺石、多孔SiO2、活性Al2O3、白云石、泥炭、硅藻土等。2.2.2城市空氣治理

城市空氣污染主要來源于汽車尾氣的排放，其中包括NOx、金屬排放物，如Pb等排放，隨著現代大中城市之無鉛汽油的使用，由汽車排放的鉛金屬陽離子的危害大為減少，同時三元催化油的使用與使得汽油的燃燒NOx排放量的顯著減少。以青石為主體的三元催化劑載體得到了廣泛的應用。青石為環狀結構含鋁硅酸鹽。四面體中存在著[ALO4]對[SiO4]置換以及配位多面體中金屬陽離子的類質同像置換，活性強，同時具有極好的高溫熱穩定性。日本近來利用高溫熱穩定性好，同時吸附能力強的海泡石制作高效汽車尾氣凈化器，由于汽車排放氣體有害萬分主要為NOx，以納米質多孔石或銳鈦石為主要成分的光觸媒凈化涂料得到廣泛應用。2.2.3室內空氣污染

短期的空氣污染主要表現在甲醛、氨、苯等早期釋放強濃度的危害?？諝庵屑兹℉CHO）超標對人體的危害是非常嚴重的，并且這種危害具有長期性、潛伏性、隱敝性，嚴重的會引鼻腔癌、咽喉癌、肺癌和消化系統癌癥。甲醛可經呼吸道吸入，其溶液“福樂馬林”可經消化道吸收。當空氣中含量達到30mg/m3時，可導致人當即死亡。氨是冬季混凝土施工外加劑的釋放物。國家規定居住區的安全氨濃度為小于0.2 mg/m3。氨濃度過高時，除皮膚腐蝕作用外，還可通過三叉神經末梢的反射作用引起心臟停搏和呼吸停止。氨以氣體形式吸入人體肺后，容易通過肺細胞進入血液與血紅蛋白結合，破壞運氧功能。

以銳鈦礦型納米TiO2光觸媒凈化器已有效于應用于室內空氣凈化，其作用機理為在紫外光照射下，TiO2表面生成空穴（h+）同時生成電子（e-）空穴使H2O氧化，（e-）使空氣中的O2還原。

H2O + h+→·OH+H+

O2+ e-→O2-OH基團的氧化能力很強，對有機物以及甲醛、萘、苯酚等進行氧化分解，最終生成CO2和水及NH3·OH。并對病菌及其分泌物毒素均有較強的殺滅和降解作用。以沸石、坡縷石、海泡石多孔結構為載體的載銀無機抗菌劑也產生相似的作用和效果。張國生等[21]利用天然凹凸棒石粘土進行深加工研制出凹凸棒石復合分子篩，并用于凈化室內空氣改善大氣環境，對NH3、SO2、NO2等都有較大的吸附容量。張春霞等

[22]

用改性海泡石研究了對NH3的吸附，結果表明，改性海泡石的吸附量大于未改性的，也遠大于活性炭吸附量。此外，用膨潤土、高嶺石、凹凸棒石等合成的沸石分子篩對NO2、SO2等氣體的吸附也作了許多研究。

2.3土壤凈化 在土壤中粘土礦物的作用主要是粘土礦物對土壤的自凈作用。土壤的主要污染物分有機物與無機物兩大類。無機物包括重金屬和放射性物質，有機物要是有機農藥、有機洗滌劑及工業廢水中的酚等。在一定的污染濃度范圍內，土壤可以通稀釋、擴散揮發，氧化還原反應及絡合作用、離子交換和吸附作用而實現自凈。土壤自凈能力是土壤各種組分及結構綜合作用的體現，粘土礦物在土壤自凈過程中起了很重要的作用，因為粘土礦物是土壤膠體的主體，土壤膠體的自凈作用在某種程度上是粘土礦物性質的體現。

當有毒物質進入土壤后，土壤膠體首先吸附帶相反電荷的離子或絡合物，如金屬離子或化學農藥，使污染物質的活性和擴散性大大減弱。其次粘土礦物層內表面不僅可吸附交換性離子，還可以把一些有毒的陽離子吸持在層間的晶格結構內而成為固定離子，消除了污染物的毒害。

2.4固體廢棄物處理中的應用

隨著工業的發展和城市人口的增長,環境保護已成為世界各國極為關注的主題。目前,在治理“三廢”工程中，由于“三廢”的成分復雜多樣，許多傳統工藝和傳統材料已不適應，治污處理效果差。固體廢物主要指工業廢物、礦業廢物和城市生活廢物等。

目前對于固體廢棄物有三種處理方式：即再生利用、焚燒、填埋。

工業廢渣多數為可利用的二次資源，如粉煤灰、冶金渣、煤矸石、尾礦等。這些固體廢棄物，通過二次加工燒成可制成新型建筑材料如混凝土外加劑用超細礦粉、微晶玻璃等。而另一部分廢棄物則須通過填埋式的處理，特別是含放射性元素的固體廢棄物。

2.4.1生活垃圾填埋

目前技術條件下，我國生活垃圾的處理主要采用填埋法處理，垃圾填埋場的建造，最關鍵要求是防止垃圾物、腐植物、重金屬離子以及有害有機物質滲入地下水中產生二次污水下滲，從而污染地下水水源，為了達到此點，除了采用無污染、無害的防滲透建筑材料外，還要求在其底部及四周鋪墊強吸附層、離子交換性的粘土礦物和隔水性粘土層一層，后者材料主要為膨潤土、土狀海泡石和坡縷石。

2.4.2放射性固體廢棄物的填埋

對于固體廢棄物來說，其中最危險的是固體廢棄物中含有的放射性元素。但對于固體廢棄物中的放射性元素，必須加以屏蔽，而其中的重金屬離子及有毒害的有機物分子也必須加以綜合處理。對于含放射性元素的固體廢棄物可以用礦物材料及改型的礦物材料來處理，如用蘭石棉、玻璃纖維、人造有機纖維、坡縷石、海泡石纖維紙制品等一些高吸附性材料來吸附、過濾放射性氣體和空氣中具有放射性的塵埃；利用沸石、海泡石、坡縷石等礦物凈化被放射性物質污染的水體。“礦物固化法”是放射性固體廢棄物處理的十分重要的行之有效方法，如硼砂、磷灰石、石英混合料在1000℃以上熔化后，可制成耐輻射的穩定玻璃體；沸石加熱發泡、熔化、可固化核廢料。坡縷石、海泡石也是輻射屏蔽的密封材料。

2.5 其他環境治理

改性粘土礦物治理赤潮

[23]的作用在于：它們具有大的比表面積，特殊的表面電性和酸性以及很強的吸附能力。因而除了對赤潮海藻具有很強的絮凝作用外，還可以吸附水體中過剩的營養物質，如N、P、NH4、Fe、Mn等，貧化海水，破壞赤潮生物賴以生存、繁殖的物質基礎；粘土礦物的粒子也可附著于藻體的內外表面，當這些粒子沉積得很多的時候，藻體就難以生存而死亡。

粘土礦物也可以應用于荒漠化的治理中。沙漠化土地在我國30個省區市的851個縣均有分布，總面積達270萬km左右，占陸地國土面積的30%，且仍以每年24~60 km的速度在擴展。這些荒漠化土的顆粒較粗，一般呈細砂、粉砂狀、無粘性、滲水性強，而粘土礦物的顆粒極細，有較強的膨脹性、粘性、吸水性，兩者混合均拌勻，即可變成能保水的種植土。而且粘土礦物一般含有許多有利于動、植物生長的成分，可以為動、植物提供多種營養，從而達到采用粘土礦物治理沙漠的目的。

223 結束語

環境保護是2 1世紀人類所面臨的共同課題，全球性研究、開發環境材料的熱潮方興未艾。人們已經意識到環境治理中最好的切入點是利用自然界本身的自凈化能力。作為一種特殊的納米材料,納米粘土具有特殊的性能和很廣闊的應用前景，隨著科學技術的發展，基于粘土礦物的礦物學、晶體化學等特征研究的不斷深入，其在環境材料開發方面的應用將非常廣闊。

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第三篇：題目 納米材料在環境治理的應用

題目 納米材料在環境治理的應用

摘要 隨著工業的不斷發展，環境污染日益嚴重，傳統廢水、廢氣處理工藝、方法已不能滿足需要。法律制定和新材料的研制刻不容緩。光催化反應的應用研究已在有機物降解、水質處理、環境保護等領域廣泛展開, 利用日光進行光催化反應是光催化反應應用研究的重要課題。光催化技術為徹底解決水污染問題提供了新的手段。納米二氧化鈦是目前最受人們關注的光催化劑之一。本文介紹了納米技術在廢水處理、大氣環境控制和固體廢棄物處理中的應用進展情況,并對其應用前景作了展望。全球性的環境污染及生態破壞, 許多有毒有害的有機污染物被水體和土壤自凈的速度很慢而凈化不徹底, 并且在水體中存在時間長、范圍廣, 對人類潛在影響很大, 如許多有機物或其降解的中間產物具有致癌、致畸、致突變三致性, 這些有機污染物采用傳統的生物處理工藝已難以去除.迫使人們對環境問題給以足夠的關注, 并研究和開發出一系列用于環境污染物治理的新技術和新方法,光催化技術作為其中一種新興的環境凈化技術,其實用化的研究和開發已受到廣泛的重視。[1] 關鍵詞 環境保護 納米技術 二氧化鈦 現狀 展望 大氣污染 水污染 固體廢棄物污染 正文 眾所周知，在整個自然生態系統中，人類僅僅是其中一環。然而，隨著經濟和科技的發展，人類社會的不斷地進步，人類在整個自然生態系統中的影響范圍和程度越來越深遠。在理性主義和人類中心等價值觀和科技進步的雙重影響下，人類活動在征服自然的過程中對資源的使用和對生態環境的破壞也達到空前的程度，引發了一系列環境問題。例如當今威脅人類的十大生態環境問題有：人口膨脹、能源危機、大氣污染、臭氧層的破壞、生物資源急劇減少、全球變暖、森林減少、土地荒漠化與水土流失、水污染與水資源短缺、危險性廢物越境轉移。制定了相關法律法規我國大氣污染防止法律法規有：1956年5月25日國務院公布的《關于防止廠礦企業中矽塵危害的決定》，70年代《工業“三廢”排放試行標準》、《工業企業設計衛生標準》，80年代以來《大氣環境質量標準》、《鍋爐煙塵排放標準》、《汽油車怠速污染物排放標準》、《鋼鐵工業污染物排放標準》、《核電廠環境輻射防護規定》，《汽車排氣污染監督管理辦法1990》、87年頒布《大氣污染防治法》、《大氣污染防治法實施細則》。國務院和地方各級人民政府在大氣污染防治中總的職責：⑴必須將大氣環境保護工作納入國民經濟和社會發展計劃。⑵必須合理規劃工業布局?！邦A防為主”，從源頭治理大氣污染。⑶必須加強大氣污染防治的科學研究。⑷必須采取防治大氣污染的措施，保護和改善大氣環境。如煤炭洗選加工、改進城市燃料結構、推廣高標號無鉛汽油等。⑸采取有利于大氣污染防治及相關的綜合利用活動的經濟、技術政策和措施。⑹各級人民政府應當加強植樹造林、城市綠化工作。水污染防止的法律規定：《生活飲用水衛生標準（試行）》、《漁業水質標準（試行）》、《農田灌溉水質標準（試行）》；

2、1984年《水污染防治法》（1996年修改）；

3、1989年《水污染防治法實施細則》（2000年修改），《污水綜合排放標準》等。防治固體廢物污染環境的法律規定：

1、72年《海洋傾廢公約》；

2、85年《關于開展資源綜合利用若干問題的暫行規定》 ；

3、89年《控制危險廢物越境轉移及其處置的巴塞爾公約》等；

4、91年《防治含多氯聯苯電力裝置及其廢物污染環境的規定》；

5、92年《防治尾礦污染環境管理規定》 ；

6、92年《關于防治鉻化合物生產建設中環境污染的若干規定》；

7、92年《城市市容和環境衛生管理條例》；

8、93年《城市生活垃圾管理辦法》；

9、95年《固體廢物污染環境防治法》；

10、96年《關于進一步開展資源綜合利用的意見》。防止海洋污染損害的法律規定：1974年頒布《防止沿海水域污染暫行規定》 ；1982年頒布《海洋環境保護法》（1999年修改）；為實施該法，國務院先后頒布了；《防止船舶污染海域管理條例》；《海洋石油勘探開發環境保護管理條例》；《海洋傾廢管理條例》；《防止拆船污染環境管理條例》；《防治陸源污染物污染損害海洋環境管理條例》；《防治海岸工程建設項目污染損害海洋環境管理條例》等，1982年以來，還發布了《海水水質標準》、《船舶污染物排放標準》、《海洋石油開發工業含油污水排放標準》、《漁業水質標準》、《景觀娛樂用水水質標準》等海洋環境保護的國家標準，《海洋調查規范》、《海洋監測規范》等海洋環境保護規范。先后加入了《國際防止船舶污染公約》和《聯合國海洋法公約》等國際海洋環境保護公約。環境噪聲污染防止的法律規定：

1、《城市區域環境噪聲標準》（1982）；

2、《中國人民解放軍空軍關于減輕飛機噪聲的影響的通知》；

3、《民用機場管理規定》（86）；

4、《環境噪聲污染防治條例》（89年）

5、《中華人民共和國環境噪聲污染防治法》（96年）等。工業噪聲污染防治的規定：⑴達標排放。⑵環境噪聲排放申報登記制度。⑶偶發性強烈噪聲排放的申請和公告制度。確需排放須事先向當地公安機關提出申請，批準后方可進行。當地公安機關應當向社會公告。

防治有毒化學品污染物的法律規定：1987年國務院頒布《化學危險物品安全管理條例》、1991年國家環保局、能源部發布《防止含多氯聯苯電力裝置及其廢物污染環境的規定》。

7、1992年化工部，國家境保局發布了《關于防治鉻化合物生產建設中環境污染的若干規定》。

8、1993年國務院經濟貿易辦公室、衛生部發布《關于停止生產和銷售萘丸的通知》，9、1994年，國家環保局、海關總署、對外貿易經濟部發布了《化學品首次進口及有毒化學品進出口環境管理規定》。

10、聯合國環境署87年《關于化學品國際貿易資料交流的倫敦準則》(93年參加)。

11、2003年4月1日環?？偩帧缎禄瘜W物質環境管理辦法》；10月15日實施。防止放射性污染的法律規定：74年《放射防護規定》，86年《民用核設施安全監督管理條例》，84年《核電站基本建設環境保護管理辦法》，87年《城市放射性廢物管理辦法》，89年《放射性藥品管理辦法》和《放射性同位素與射線裝置放射防護條例》，90年《放射環境管理辦法》等?！吨腥A人民共和國放射性污染防治法》于2003年6月28日通過，自2003年10月1日起施行。

農藥污染防止的法律規定：55年《關于嚴防農藥中毒的聯合通知》，82年《農藥安全使用規定》和《農藥登記規定》《農藥登記規定實施細則》，84年《農藥安全使用標準》和《農藥合理使用準則》等，96年，農業部、國家環境保護局，國家工商行政管理局等五個部門聯合發出通知，嚴禁在蔬菜生產中使用高毒，高殘留農藥，防止有毒有害蔬菜進入市場，以確保人民食菜安全。97年《農藥管理條例》，1999年4月27日農業部農藥管理條例實施辦法，2002年6月18日 農業部《農藥限制使用管理規定》。

現在環境問題已經威脅到人類的生存和發展，因此，環境保護也應該成為全世界人必須共同關注的話題。為了人類社會的持續進步和人類后代的生存，人類必須要堅持可持續發展，而為了實現可持續發展我們可以利用充分開發清潔能源，節能減排，利用綠色材料，崇尚低碳生活等方法。其中，隨著納米材料的悄然崛起，納米技術在環境保護方面的應用也越來越多，人類利用資源和保護環境的能力也得到拓展。為徹底改善環境和控制新的污染源產生, 納米材料為其提供了技術支持。

關于環境材料 有關環境材料目前國際上還沒有統一的說法，歸納起來可分為以下十類：節約能源、節約資源、可重復使用、可循環再生、結構可靠性材料、化學穩定性、生物安全性、有毒有害替代、舒適性、環境材料的合成與加工工藝等幾個方面。下面簡單對環境工程材料的幾個方面作介紹：

1、環境凈化材料，環境凈化材料包括水污染控制材料，大氣污染控制材料等其他的環境控制材料。（1）、水污染控制材料

常用的廢水處理方法可分為以下3類：①分離處理，即通過各種外力的作用使污染物從廢水中分離出來，通常在分離過程中并不改變污染物的化學性質；②轉化處理，即通過化學或生化的作用，改變污染物的化學性質，使其轉化為無害物或可分離的物質，再經分離處理予以除去；③稀釋處理，即將廢水進行稀釋混合，降低污染物的濃度，減少危害。針對不同的水處理方法，開發了不同用途的環境工程材料。目前，用于廢水分離工藝的主要包括用于過濾、吸附的濾料、吸附劑、膜分離材料等；用于廢水生化處理的主要有用于固定微生物的金屬或陶瓷載體；用于廢水化學處理的主要有高效率并且不產生二次污染的各種催化劑，如二氧化鈦光催化劑等。

利用吸附劑的物理吸附、離子交換、絡合等特點，能夠去除水中的各種金屬離子，主要用于處理含重金屬元素的廢水。此外，物理吸附還能夠吸附水中的顆粒物以及部分有機污染物。吸附劑的開發主要考慮其吸附效率、選擇性、成本等性能。天然沸石由于來源廣泛、處理效果好、不產生二次污染等優點，目前已逐漸替代傳統的活性炭吸附劑成為主要的水處理吸附劑。利用天然沸石作為基體，在分子尺度范圍內可控地破壞孔洞結構，進行造孔，制得了一種新型介孔復合吸附材料。

近年來有很多關于改性多聚糖吸附劑的研究，由淀粉、糊精、殼素等天然生物質中提取多聚糖，制備交聯多聚糖吸附劑的研究。沉淀分離方法也是水處理中經常使用的分離工藝。治理水污染的沉淀分離工藝過程用材料，包括用于絮凝沉淀的絮凝劑和化學沉淀的沉淀劑2種。高鐵酸鹽絮凝劑是水處理中已廣泛使用的絮凝劑，能夠有效降解有機物，去除懸浮顆粒及凝膠，其瓶頸在于產率比較低，前處理工藝對其治理效果有一定的影響。因此，研究主要集中在改善制備工藝、提高產率以及產物的穩定性、尋找替代次氯酸鹽以及氯化物的氧化劑等方面。

市政生活污水通常采用生化處理工藝。固定化微生物技術是使用化學或物理的方法將游離細胞定位于材料的限定空間中，并使其保持生物活性且可反復利用的生物技術。這種水處理方法具有生物濃度易控制、耐毒害能力強、菌種流失少、產物易分離、運行設備小型化等特點，但是固定化材料性能的不足限制了其應用。利用粘土礦為主要原料，添加適當的膨脹劑并用納米材料進行改性，控制適當的燒制工藝，研制出了一種新型的水處理填料———納米改性陶粒，在達到相同處理效率的條件下，水力負荷提高了14.3%，出水水質好，運行穩定（2）、大氣污染控制材料

目前，治理大氣污染通常使用吸附法、吸收法和催化轉化法。相應的大氣污染控制材料包括吸附劑、吸收劑和催化劑，主要應用于工廠、住宅區鍋爐等固定源與機動車等活動源排放的氣體污染物的凈化。稀土汽車尾氣凈化催化劑是近年來發展起來的一類重要的環境工程材料，它能夠在一定條件下催化大氣中的有害氣體成分，如NOx、CO、CH等轉化為N2和CO2。汽車尾氣的凈化催化劑通常采用鉑、鈀、銠等貴金屬作為主要的活性組分。近年來，為了節約貴金屬資源，開始研究利用過渡金屬、稀土元素部分替代或全部替代貴金屬，進行汽車尾氣凈化處理，取得了很好的效果。

目前，這方面的研究熱點主要集中在減少貴金屬用量、提高催化效率以及催化劑穩定性等方面。作為稀土催化劑載體的多孔蜂窩陶瓷近年來也成為研究的熱點。

二氧化鈦光催化劑的研究近年來成為材料科學研究的熱點之一，由于其化學性能穩定、無毒、價廉以及光催化活性高而引起了廣泛的重視。利用Sol-Gel、磁控濺射2種方法分別制備了銳鈦礦相的納米TiO2粉末和固定化的薄膜，研究了微觀結構對光催化性能的影響及催化機理。在此基礎上提出了利用離子注入和納米鑲嵌改變材料的能帶結構，從而達到提高TiO2光催化活性的目的。近年來，TiO2光催化劑的多種類型的產品陸續出現，如自清潔玻璃、衛生潔具等。根據研究，超聲波對二氧化鈦光觸媒可起到催化作用，從而促使二氧化鈦激發液體成分發生變化，釋放出殺菌成分。將大腸桿菌加入納米二氧化鈦水溶液，經超聲波作用75 min，殺滅率可達到100%。

室內環境污染也是大氣污染的一種，污染源主要是外界大氣、房基或家居中的化工涂料、染料等。近年來利用TiO2光催化劑【13】將空氣中的有機物分解為CO2、H2O和相應無機酸，日益成為國內外研究的熱點。載人航天器座艙內的空氣凈化主要采用生物空氣過濾器BAF（Biological Air Filter）【14】。最初，這種過濾器主要采用的基質是土壤，后來用一些質量更輕、孔隙度和比表面積更大的天然有機物質如堆肥、樹皮、泥炭等。這種生物空氣過濾器比起物理/化學的方法，如化學清洗、吸附和催化轉化等的費用要廉價得多，但是只適用于低濃度污染物的室內空氣凈化。

沸石和活性炭纖維良好的吸附性能也可以應用于處理廢氣和凈化空氣。例如，沸石對于大氣中的碳氫化合物、硫氧、氮氧、一氧化碳、硫化氫等具有良好的吸附、凈化功能，可用于汽車尾氣凈化劑。在二氧化硫煙氣凈化方面，開發出了離子交換樹脂吸附型凈化材料以及利用稀土氧化物材料作為催化劑的干法脫硫。離子交換樹脂是以丙烯、苯乙烯為原料，經交聯懸浮共聚，制成多孔柱狀樹脂，再經碳化處理而得到的。稀土氧化物CeO2是非常有應用前景的新型吸收劑，能夠在很寬的范圍內與SO2反應，而且在適當的條件下可再生，可以使吸收劑產生的廢氣轉化為硫。作為潛在的吸收劑CeO2可以同時脫去煙氣中的二氧化硫和氮氧化物，其脫氮和脫硫效率都大于90%，目前此類研究正處于實驗室階段。

2、環境修復材料，環境修復指對已破壞的環境進行生態化治理，恢復被破壞的生態環境。常見的環境修復材料有防止土壤沙漠化的固沙植被材料、二氧化碳固化材料以及臭氧層修復材料等。（1）、固沙制備材料

大力防治土地沙漠化和荒漠化是實現社會和國民經濟可持續發展的一個重要問題。研制、開發新型固沙植被材料，保持水土、減緩沙漠化是生態環境材料工作者義不容辭的責任。目前的固沙植被材料主要有兩大類：一類是高吸水性樹脂，另一類是高分子乳液。目前，這些材料主要用于沙漠與荒漠化地區交通干線沿線的護路以及荒坡固定等。技術已經成型的固沙劑具有固結速度快、強度高、無毒害、易于操作等優點，但通常成本較高。(2)其他環境修復材料

全球氣候變暖、溫室效應加強，是各國政府目前密切關注的環境問題之一。如采取積極的措施，將CO2轉化為其他有用的材料，是控制CO2排放、治理氣候變暖的一個重要途徑。日本研制的用于保護臭氧層的轉化氟利昂的新型催化劑，以及用CO2作原料來生產甲醇的技術是2個典型的例子。前者可大大降低臭氧層的破壞程度，使人們免遭紫外線照射之苦，而后者則可有效地降低CO2所產生的溫室效應。它們都可改善人類居住的環境，同時還可帶來巨大的經濟效益。

隨著全球性生態環境的惡化，環境修復材料在未來將遇到更大的機遇與挑戰。溫室效應、臭氧層空洞、POPs污染等重大環境問題，無一不是依靠材料科學與技術的進步才能夠解決的。開發新型材料是今后發展的主要思路，如從各式各樣的廢棄物中提取有用成分制備可降解的固沙材料，既降低了成本，又可有效地解決廢棄物的處理問題?？傊h境工程材料必將對人類社會進步起到巨大的推動作用。

四、環境材料的發展趨勢

就目前狀況而言，城市建筑不斷增多，人們汽車擁有量不斷加大，環境材料的發展已成必然，合金材料將向著耐熱材料、超低溫結構材料、輕質耐久性材料方向發展；開展更多的綠色化工產業，實現“原子經濟性”采用3R方法，減量化，再生利用和再循環利用等，并將構建綠色制造數據庫形成完整的綠色生態加工體系。

一、納米技術及其特性 納米技術是指1~100nm尺度范圍內的科學技術，研究尺度界于原子、分子與宏觀物體之間的規律和特征，當物質被“粉碎”到納米級細小并制成“納米材料”，納米材料通常以其表面原子數占總原子數比例大，還有顯示量子尺寸效應這兩個重要特點而影響其各種物理和化學性能, 使納米顆粒具有獨特的性質。不僅光、電、熱、磁性發生變化，而且具有輻射、吸收、催化等許多新特性。因而在許多方面有著廣闊的應用前景。由于納米材料具有的特殊性能使得它在水處理和大氣處理中有著廣泛的應用。

光催化氧化法處理、凈化受污染體的方法是一種高級氧化技術, 對許多有毒有害的有機污染物的處理均顯示出其獨特的優勢, 如氧化降解水體中不飽和有機化合物、芳烴、鹵化烴、芳香類化合物、雜環化合物、染料、表面活性劑有機氮磷農藥等.光催化能將難降解有機污染物氧化、分解, 直至H2O、CO2和無機鹽等, 使有機物部分或完全礦物質化(礦化), 從而達到污染物無害化處理的要求.目前,用于光催化降解環境中污染物的催化劑多為N型半導型材料, 如T iO2、ZnO、CdS、WO3、SnO、Fe2O3 等, 其中TiO2 因其活性高、穩定性好, 對人體無害而成為最受重視的一種光催化劑。實驗表明, T iO2 至少可以經歷12 次的反復使用而保持光分解效率基本不變, 連續580 分鐘光照下保持其活性, 因而將其投入實際應用有著廣闊的發展前景。

二、TiO2 光催化凈化機理及優勢

顯著優勢:(1)以太陽光為最終要求的輻射能源，把太陽能轉化為化學能加以利用。太陽光，是取之不盡、用之不竭的，因此大大降低了處理成本，是一種節能技術。

(2)光激發空穴產生的·OH 是強氧化自由基，可在較短時間內成功分解水中難降解有機物在內的大多數有機物，它還能分解水中微量有機物，因此是一種普遍實用的高效處理技術。(3)半導體光催化技術具有穩定性高、耐腐蝕、無毒的特點，并且在處理過程中不產生二次污染，從物質循環的角度看，有機污染物能被徹底無機化，因此是一種潔凈的處理技術。(4)對環境要求低，對pH 值、溫度等沒有特殊要求。

(5)處理負荷沒有限制，即：可以處理高濃度廢水，也可以處理輕微污染水源水。在水污染物治理中的應用 案例：2006長江淡水豚中外聯合考察隊經歷了39天長江航行后遺憾宣布，來回近3400公里考察未發現一頭白鰭豚，這個結果證明白鰭豚種群狀況極度瀕危，可能成為世界上第一個被人類消滅鯨類動物。白鰭豚是僅生存中國長江中下游珍稀水生哺乳動物，屬國家一級保護動物，被列為世界最瀕危12種動物之一。白鰭豚5歲～6歲性成熟，1年懷胎，一年哺乳，一胎一仔，習慣以小家庭形式生活。這一消息讓人感到恐懼，如果再不好好地治理長江，好好地治理水污染，會有更多的物種滅絕。

長江生態惡化，是沿江經濟布局不合理惡果。據統計，全國兩萬多家化工企業，分布長江沿岸就有9000多家，占全國45%。三峽庫區大中型工礦企業3000多家，化工廠有2000多座。這些化工企業污染嚴重，為發生重大污染事件埋下嚴重隱患，一旦發生污染事故，后果不堪設想。

隨著人口的增加和工農業生產的增長，人類的用水量大大增加，排污量也空前猛增，水污染非常嚴重，加劇了水資源危機的程度。當前，全球80多個國家的15億人口面臨淡水不足，其中26個國家的3億人口完全生活在缺水狀態，所以保護水資源,節約用水勢在必行。污水中通常含有有毒有害物質、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細菌病毒等，污水治理就是將這些物質從水中去除。由于傳統的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到很好解決。而納米技術在水污染治理方面也有突出表現。污水中的貴金屬是對人體極其有害的物質，它們從污水中流失，也是資源的浪費。新的一種納米技術可以將污水中的貴金屬完全提煉出來，變害為寶。一種新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10~20倍。所以，納米技術在污水處理的很多領域都起到重要作用。(1)有機廢水的降解處理

TiO2 光催化反應能有效地將染料廢水、農藥廢水、表面活性劑、氯代物、氟里昂、含油廢水等廢水中的有機物降解為H2O、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、鹵素離子等無機小分子, 達到完全無機化的目的。大量研究表明納米TiO2等作為光催化劑，在陽光下催化氧化水中的有機污染物，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物很快完全催化氧化成水和CO等無害物質。例如納米Ru／TiO2作催化劑，對酸性或堿性牛皮紙漂白廢水進行光催化降解，廢水中的有機總碳的去除率可達到99．6％，并使廢水完全脫色。經光催化空氣氧化處理后的工廠廢水對弧菌的毒性的實驗表明，用該方法處理后的工廠漂白廢水完全可以進一步生物降解。此外，用納米TiO2催化降解技術來處理毛織染整廢水，具有省資、高校、節能的優勢，最終能使有機物完全礦化，不存在二次污染等問題，顯示出良好的應用前景(2)無機廢水的處理

許多無機物在TiO2 表面也具有光化學活性。利用T iO2 催化劑的強氧化還原能力, 可以將污水中汞、鉻、鉛以及氧化物等降解為無毒物質。Ser pone 等報道了用T iO2 光催化法從Au(CN)-4 中還原Au, 同時氧化CN-為NH3 和CO2的過程, 該法用于電鍍工業廢水的處理, 不僅能還原鍍液中的貴金屬, 而且還能消除鍍液中氰化物對環境的污染, 是一種有實用價值的處理方法。

二、納米材料在大氣污染治理方面的應用

大氣污染一直都是各國政府需要解決的難題，空氣中超標的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物是影響人類健康的有害氣體。在我國，“大氣污染導致每年有30到70萬人因煙塵污染提前死亡，2500萬兒童患慢性咽炎，400萬到700萬農村婦女兒童受害?！?/p>

納米TiO2作為一種極強的光催化劑,使得利用太陽光這種最清潔的能源來分解環境中的污染性物質成為了可能.因此,在涂料中加入納米TiO2、ZnO、CaCO3、SiO2及碳黑等作為顏填料或助劑,除了可以顯著提高涂膜的機械強度、防腐性能、耐光性和耐候性外,還可利用納米半導體的強光催化活性降解空氣中的污染物.研究表明,納米TiO2對NOx、甲醛、甲苯等污染物的降解效果幾乎可達到100%.其對大氣中的NOx的凈化機理如圖1所示[4]

酸雨是大氣污染的一種重大表現。世界目前已有三大酸雨區，給人類環境帶來了多方面的不良影響，如土壤酸化與貧瘠化，作物減產，余下減少或滅絕等。而納米材料和納米技術的應用為解決這些氣體的污染問題提供了新的方法。二）固體廢物處理

現在，人類生活垃圾的排放量也大得驚人，而，納米技術及納米材料可以應用于城市固體垃圾處理。它的作用主要有兩個方面：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催化技術可以使城市垃圾J決速降解，其速度可達到大顆粒TiO2的10倍以上，從而緩解大量城市垃圾給城市環境帶來的壓力。

結語 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境保護和環境治理的進一步有機結合，許多環保難題將會得到解決?，F在有很多納米技術的成功研究都沒有用到世紀中，我相信，在不久的將來，這些技術都會出現在我們的日常生活中，諸如大氣污染、污水處理、城市垃圾等問題都將會得到解決。我們將充分享受納米技術給人類帶來的潔凈環境。有理由相信，納米科技作為一門新興科學，必將對環境保護產生深遠的影響，利用納米科技解決環境污染問題將成為未來環境保護發展的必然趨勢?？傊?，納米技術正成為各國科技界所關注的焦點，正如錢學森院士所預言的那樣：“納米左右和納米以下的結構將是下一階段科技發展的特點，會是一次技術革命，從而將是21世紀的又一次產業革命?！?/p>

被喻為21世紀前沿科學的納米技術將成為人類解決環境污染難題的有效手段。納米技術在環境污染控制中的應用,可以大大提高難去除雜質的去除率,使復雜的處理過程簡單化,處理成本下降。可以預見,利用納米技術的環保工藝和技術將成為未來環境保護技術發展的趨勢。

參考文獻：

1、楊德紅，綠色化學，黃河水利出版社，2008.1 ２］翁端．環境材料學［Ｍ］．北京：清華大學出版社，２００１：２０７－２３３． 卓成林，伍明華．納米材料在環境保護方面的最新應用進展［Ｊ］．化工時刊，２００４，１８（３）：５－

覃愛苗，廖雷．納米技術及納米材料在環境治理中的應用［Ｊ］．中山大學學報（自然科學版），２００４，４３（增刊）：２２５－２２８．

張立德,牟季美.《納米材料和納米結構》[M].北京:科學出版社,2001.6：59-62.鄧勇航.《納米材料在環境保護領域的應用研究》[J].廣西輕工業(化工與材料)，2008,2(2)韓瑋.《綠色化學、納米材料與環境保護》[J].中國環保產業,2004,(8);46-48.羅明良,蒲春生．《納米技術及材料在環保中的應用與展望》[J]．化工新型材料，2001，29：27-28．

寧艷春，蒲文晶.納米二氧化鈦的制備及其光催化應用進展[J].化工環保,2004，24(增刊)：117-119.

第四篇：納米材料在航空航天領域的應用

納米11

陳美齡

41136025

納米材料在航空航天領域的應用

學 院：姓 名：學 號：班 級：

——《納米材料科學與技術前沿》論文

材料科學與工程學院 陳美齡 41136025 納米11班 2014.7.30 納米11

陳美齡

41136025

一、摘要：

隨著我國社會經濟的快速發展，科技技術更新速度日益加快。納米材料早已滲透到我們人類生活的方方面面，在我們的日常生活中發揮著不可替代的作用。

目前，納米材料材料研究領域，已經由原來如何方便人類生活、如何開發新型材料，逐步向減少環境負擔、材料可循環利用、低能高效的方向發展。同時，隨著航天事業的發展，納米材料材料同樣發揮著不可替代的作用。在未來的研究方面，將會是向低碳環保和科技技術方面發展。

本文主要介紹在航天領域方面的熱門兩種納米材料。

二、無機抗菌納米材料

（1）簡介

細菌、霉菌、酵竹苗、凜類等_仃害微牛物小僅對人類生活作業境造成污染，而且時人體健康和生命造成嚴幣損害。即使在遠離地球的找人航天E行器艙內環境中同樣不能豐免。美國載人航無器E行史中，因細菌感染而導致乘員患感冒、尿路感染、皮炎、I I牌，潰瘍的病例就打多起。如阿波羅7、8 q曾發生呼吸道感染，9、1I、12、14發生中耳炎，其他E行任務中也牲牛過皮疹等皮膚感染性疾病，P號宅川站乘員留軌期問也有因細菌感染患疵，從而不得不提返航的病例。納米11

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（2）機抗菌納米材料材料簡介

無機抗菌納米材料材料就是含有無機抗菌成分并具有抗菌抑菌功能的納米材料材料。無機抗菌劑是一種新的、含有銀、鋅、銅等金屬離子成分和無機載體的接觸型抗菌制劑，其所含金屬離子具有超強抗菌能力。

當細菌、霉菌等微生物接觸到載體中游離態金屬離子后，帶正電荷的金屬離子與帶負電荷的微生物因庫侖引力相互吸附，并在微生物表面聚積，在金屬離子之正電荷達一定量時，就會有效擊穿細菌細胞壁，接觸細胞內部蛋白質和核酸，產生化學反應，使蛋白質變性，從而降低蛋白酶活性。蛋白質失活就會影響細胞的代謝和呼吸功能，使其無法進行分裂繁殖，直到死亡，從而達到滅菌、抑菌目的。

（3）分子材料航天應用現狀

目前我國己試制和生產出硅、鈣、鉀三大系列七大類多種抗菌劑，而且還為各種制劑選配了合適載體，較好的解決了部分抗菌納米材料制品的生產工藝技術難題。如抗菌尼龍絲、聚乙烯板，藥品包裝材料、食品包裝膜、聚丙編織絲料、無紡布、ABS、PS、聚酯泡沫塑料、涂料、空氣清新劑等多種抗菌制品，經過進一步嚴格篩試，均可應用于載人航天技術領域。

為給乘員創建安全可靠工作條件和舒適方便的生活環境，納米材 納米11

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料聚合材料越來越多的運用于載人航天艙內設備。航天服就用到多種經特殊處理的保溫耐壓納米材料材料。又如頭盔及其面窗材料，通信用麥克和耳機材料，飛行程序控制用計算機殼體、操作鍵盤，各種連接導線和電纜，多種非金屬餐飲、復水器具，食品、飲料及藥品包裝材料，廢物和大小便收集存貯裝置，尿液及航天廢水再生處理用過濾、透析膜材料,吸水材料，保溫材料，各種通用工具及設備的操作把手，各種通風排氣復合軟管材料，減震保溫用發泡材料，有時電熱設備的絕緣隔熱層也不得不用納米材料材料制成。納米材料材料為人類創建生活和工作便利的同時，同樣也會遭受有害菌侵蝕，不僅損害材料外觀，而且嚴重損害到材料質量，甚至通過交叉傳播殃及人體健康。據調查，105 f-1電話中46％的機子上有大腸桿菌，僅在塑料聽筒、話筒上就有480余種細菌和2400種病毒。有害微生物的繁衍速度很快，在適宜條件下，一個大腸桿菌經9個小時可達1億個之多。

三、聚磷腈在航空航天中的應用

（1）簡介

在現代材料科學與技術發展歷程中，航空航天材料一直扮演著先導性角色，材料進步不僅推動了航空航天業本身的發展，也帶動了地面交通工具進步，航空航天材料反映了材料發展的前沿，代表一個國家材料的最高水平。航空航天材料主要要求是抗疲勞、耐高溫、耐腐蝕、長壽命等。納米11

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（2）聚磷腈材料在航空航天領域中的應用

1、在織物阻燃中

航空航天領域織物包括降落傘和宇航服裝，要求材料具有高的阻燃和耐熱性能，以滿足特殊條件下的使用。

劉霞等人通過熱重分析(TGA)、差熱分析(DTA)，紅外光譜(IR)等詳細研究了TAP對織物阻燃性能的影響。當添加質量分數為l7％ 時，成率(燃燒分解后剩余質量占原來質量的分數)為39％，氧指數為47。5，手感好，強度損失小，水平點燃有自熄性。國外有人對TAP(日本曹達公司產品)的水合物和鹽酸鹽進行研究。經TAP化合物阻燃整理的棉纖維性能見表1。

由表1可知，經TAP化合物整理后，棉緞具有高的耐洗性和耐久性，阻燃效果明顯，基于增質量率和不同條件下的極限氧指數(iO0最高達到39。TAP化合物與防火整理劑(丙烷一派羅伐特克斯，cp)進一步經熱分析對比，發現CP在受熱過程中發生放熱分解。TAP化合物在受熱過程中，由于放出HCI和NH 而發生吸熱，且TAP在纖維素中發生縮聚反應(如圖3所示)，在酸催化作用下，脫除NH，而發生縮聚，生成不溶于水的聚合物，從而賦予纖維以持久的阻燃性。用TAP化合物進行阻燃整理有如下優點：賦予棉纖維以持久阻燃性；不會游離出甲醛；經整理的布手感柔軟，強度保持率(經向)高達90％；不變色；由于不含鹵素，燃燒時不會產生鹵素氣體和鹵化氫氣體。此 外，TAP對人造纖維、棉針織物、絲綢有防縮整理效果。納米11

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2、在阻燃泡沫橡膠中

美聯邦航空局的Richard等人對高效阻燃聚磷腈泡沫材料進行了測試。聚磷腈材料與其他材料相Ii試數據見表2.前者的熱性能顯示了非常大的優勢，EYPEL—A熱釋放能力比航空用Pu橡膠降低了66．4％，膨脹石墨改性聚磷腈橡膠的 更是降低了80．7％。從反應材料阻燃性的成炭率可看出：EYPEL—A比航空用Pu橡膠的成炭率提高9倍，膨脹石墨改性聚磷腈橡膠更是提高了近20倍。另外聚磷腈材料的燃燒性能更為優越(表3)，與Pu相比，燃燒時聚磷腈材料最大熱釋放速率降低70％，平均有效燃燒熱量降低37．5％，顯著降低燃燒釋放出的熱量，減少燃燒造成的損失，石墨改性的聚磷腈性能則更優。6 納米11

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3、在膠黏劑中

聚磷腈膠黏劑[1 具有突出的耐熱性能，300度以上有較好的耐熱性和黏結一IIii(對金屬粘接剪切強度為200MPa以上)，并且其抗沖擊韌性比無機鹽膠黏劑好得多。聚磷腈膠黏劑主要用于高溫作業下如火箭、導彈、飛機等有關耐高溫部件的金屬、陶瓷和玻璃鋼等工件的粘接。典型的聚磷腈膠黏劑合成見圖4。納米11

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四、結語

納米材料也叫做聚合物材料，通常是指由千萬個小分子有化學鍵連接而成的大分子聚合物。我們生活中應用的納米材料材料就是指合成材料、合成橡膠、合成纖維等合成納米材料材料。然而20世紀60年代，納米材料工業已基本完善，解決了人們的衣著、日用品、和工業材料等需求。因此，在未來的納米材料航空航天應用領域，納米材料材料功能化、納米納米材料材料復合技術以及可降解生物納米材料材料研發將是三個重要的研究領域。

五、參考文獻

（1）許勝國，魏民，趙成堅，謝瓊-中國宇航學會首屆學術年會論文集，無機抗菌納米材料材料在載人航天技術中的應用前景。（2）李愛元，張慧波，陳亞東，王建-《膠體與聚合物》，聚磷腈納米材料材料在航空航天領域中的應用。

第五篇：綜述地理信息系統在環境領域的應用

綜述地理信息系統在環境領域的應用

摘要：地理信息系統在環境規劃、環境管理，水環境質量評價，環境影響評價和環境監測，水環境功能區劃等各個領域的應用。地理信息系統在環境相關領域的廣泛應用。關鍵詞：地理信息系統

環境領域

應用

地理信息系統是在計算機軟件和硬件的支持下,運用系統工程和信息科學的理論,科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據,以提供對規劃、管理、決策和研究所需信息的技術系統。而理信息系統以其強大的空間數據管理系統、形象直觀的應用界面、強大的空間分析能力等特點,能為現實地理空間上的物質和能量運動規律的研究提供方便、準確的管理和空間分析手段。因此,理信息系統與環境科學的結合運用有著巨大的發展潛力。.地理信息系統在環境規劃中的應用

將理信息系統技術與環境規劃技術有機地結合起來,可形成環境規劃專題地理信息系統,大量的污染源數據和專題的環境現狀信息(柵格結構)可直接進入地理信息系統,成為地理信息系統的主要信息源之一,結合地理背景的空間數據(矢量結構)如大氣污染類型、水污染現狀、土地利用、行政區劃。本研究實現了矢量圖形和柵格圖像處理相結合,綜合分析與動態監測相結合,使得地理信息系統與環境規劃技術兩者相輔相成。

地理信息系統用于環境規劃,可以簡單的數據存儲和查詢,對某個單一的環境因子進行評價,以及利用其獨特的圖形表現方式,描述環境現狀或預測。為加強理信息系統在環境分析、評價、預測、規劃方面的應用,模型分析越來成為一個重要內容。

環境規劃專題圖件是領導部門了解環境現狀、制訂城市規劃、采取適當環境治理措施和進行社會效益發展決策的主要依據之一。利用地理信息系統軟件制作污染源分布和環境規劃圖具有以下優點:可以突出污染點源分布范圍的信息,省略其它信息量,避免其它無用信息的干擾。可以在污染點源分布范圍上疊加上多種地理背景信息,以利于污染點源分布范圍的辨認和精確定位。除基礎性的自然地理(地形、地貌、地質、土壤、植被、水系、氣象等)、社會經濟(行政邊界、人口密度、交通運輸、市政管網、名勝古跡等)等圖形制作以外;環境規劃中專題圖件,如污染源分布圖、區域污染現狀圖、區域污染評價圖、環境功能區劃圖、城鎮布局最優設計圖等均可采用理信息系統技術制作。

2.地理信息系統在環境管理中的應用

環境管理理信息系統應用系統是為環境管理服務的信息系統,它采用理信息系統的一套建立、管理、應用方法,力圖使環境管理數據得到良好的應用。環境管理理信息系統將先進的理信息系統空間分析技術與基礎數據和空間圖形庫結合起來,是環境問題決策的過程更加直觀、快速、實時和有效。

電子地圖使環境管理工作變得輕松直觀，由于采用空間數據和數據庫掛接,改變了傳統的信息管理方法,地圖由傳統的靜態紀錄變為信息豐富多樣的動態的電子地圖,實現了數據可視化。它使環境主管部門對各種環境要素的管理變得直觀、簡單和輕松。如通過直接對地圖要素進行查詢,可以獲得環境監測點位、污染源等的空間分布及其與環境敏感區域的空間關系等信息。可以對各種環境數據進行綜合的統計并分析以及采用直觀的豐富多樣的表現方式進行展示,為環境決策提供科學快捷的支持。

危險物運輸管理，借助 GIS 的運行路徑選擇功能,可以對危險物轉移運輸線路進行優化選擇,能避開人口集中居住區、飲用水源地等環境敏感區域制定運輸計劃，并可以通過GPS對危險物的運輸線路進行實時監控。

環境模型模擬分析，環境模型在環境決策中有著重要的作用,如可以通過模型模擬出污染事故發生后各個時間的擴散情況,為決策提供科學的參考依據。

為數字環保提供技術平臺，數字環保是最近提出來的終極環境管理系統,它是繼數字地球概念提出以后,環保領域提出的新概念,它將是未來十年環保領域信息化建設的終極方向,EGIS 作為數字環保的基礎平臺,將能夠為用戶提供實時動態環境信息服務,也能夠為環境管理者提供決策信息,逐步控制污染,改善環境狀況,提高人民生活水平。

3.地理信息系統在環境影響評價中應用

相對而言環境影響評價研究已取得較大進展，多數環境問題、環境過程都能以現有模型準確地描述出來，如大氣擴散模型、三維水質模型，等等。但這些環境模型在空間數據操作特別是結論的直觀顯示方面仍存在較多的困難。相較于此，地理信息系統的空間查詢與分析、圖形與交互顯示兩大功能模塊恰恰能為環境模型提供一整套嚴謹可行的空間操作規范，對于環境模型研究對象的動態變化包括移動、擴散等都能起到直觀的分析管理與顯示輸出作用。同時，理信息系統 的基本研究對象是抽象的空間實體及其屬性，環境影響評價對象是包括水、大氣、噪聲等存在空間分布特征的環境要素。由此可見，地理信息系統（理信息系統）在研究對象上也表現出相似性，二者的有機結合是完全是可行的。

環境質量現狀與影響評價，通過對評價場地或建設項目相關數據以及環境評價模型的集成，理信息系統 能夠對環境信息作出綜合分析、模擬和預測，是環境質量現狀分析以及輔助決策的有力工具。譬如說，在工程項目建設期和營運期中，理信息系統 可通過應用分析模型對工程污染物排放及其對于生態環境諸要素如水、大氣等的影響范圍和影響程度加以量化評價。同時，理信息系統 的三維分析和顯示功能也能對環境質量監測數據進行多元化的單要素或區域綜合評價，以等值線圖的形式輸出污染物的空間分布情況，輔助EIA系統歸納出污染物空間分布的規律性特征。

環境影響后評價，簡單地說，環境影響后評價是指建設規劃或項目實施后的環境影響評價。作為環境影響評價的后續工作，其目的在于檢驗環境影響評價的準確度以及對應舉措的有效性。其中，理信息系統 的功能即表現為強大的空間數據管理及分析能力。就高速道路建設項目的環境影響后評估而言，就可以在理信息系統 空間分析的基礎上，應用圖形疊置、AHP 層次分析的技術路線高速公路作環境影響后評價。

4.理信息系統技術在水環境質量評價中的應用

水文地質環境地質空間信息系統是一個集空間數據管理和資源評價于一體專題性空間信息系統.用集信息科學、計算機科學及空間科學等為一體的理信息系統技術所建立的水環境應用模型,可為理信息系統技術在水資源管理與評價系統的應用研究提供新的思路和方法。地理信息系統對水環境質量評價具有速度快、準確性與自動化程度高、動態性與可重復性強以及可視化等特點,便于及時對地下水系統的變化進行跟蹤分析與計算,實現了在理信息系統平臺上進行信息輸入、查詢、更新、合成、分析與評價,為地下水系統實時動態分析提供了重要途徑。理信息系統在環境監測中的應用污染源理信息系統系統將提供以下功能: 污染源點定位，通過地圖上的監測點查詢該點的各種污染指標檢測數據,例如降塵、硫酸鹽化速率、酸雨等。污染源現狀分布圖，根據已有空間分布的監測點的某項監測數據計算并繪出全區該項指標空間分布的等值線圖。污染狀況動態變化圖，可查詢某監測點的某項指標隨時間變化的情況,并以三維的形式表示。功能區噪聲查詢，根據不同區域的噪聲值在地圖上標出不同的顏色,鼠標指到指定位置。其他，包括固廢堆放點、土壤、農作物等,主要包括點位查詢、信息查詢、動態變化圖等。污染源地理信息系統可以有效整合多年環保業務相關數據,包括污染源分布、環境質量監測點、水質監測斷面等專題空間數據,以及環境統計、排污申報、環境監測、污染源監測等業務數據。并在基礎數據庫的基礎上通過軟件開發,為環保業務相關數據提供結合空間信息的可視化查詢、分析、發布,更加直觀、高效地為環保工作提供輔助決策支持服務。

5.地理信息系統在水環境功能區劃工作中的應用

地理信息系統在水環境功能區劃工作中的應用,能夠起到以下四方面的作用:地理信息系統(GIS)以其強大的空間、屬性信息處理能力,使以往抽象的空間信息得以簡捷直觀的展示,實現了表述的數字化、信息的有序化,內容的層次性和系統的開放性,能夠為職能部門提供準確的空間、屬性信息;對水域空間進行了水域分類區劃,建立了各水環境功能區翔實直觀的信息庫,將我市水環境管理出發點、最終目標以及地表水環境質量標準對應到各個水環境功能區,為不同功能水域分類管理提供依據;建立了水環境功能常規監測斷面、取水點、排污口的點位分布信息庫,并留有與其他水質、污染源數據庫連接的數據接口;構建了水陸并重、新型環境管理的數字管理平臺,在管理的需求對系統進行新的開發和改進。

地理信息系統在環境方面還有眾多的應用，比如：生態現狀分析，環境應急預警預報。將地理信息應用到環境保護工作中去,使環境信息系統更好地為環境管理決策提供支持。為環境工作更加人性化。

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