第一篇：納米孔絕熱材料

納米孔絕熱材料簡介

一、概述

目前超效絕熱材料主要有兩種：一種是真空絕熱材料，另一種是 納米孔絕熱材料。超效絕熱材料已發展成為絕熱材料大家族中的重要成員，特別是近幾年來，國外超效絕熱材料發展明顯加快，已成為有關絕熱技術國際研討會上關注的重點之一，“納米孔絕熱材料”的概念在我國的提出只是近兩年的事情。

二、納米孔絕熱材料應同時具備以下幾個特征：

1、材料內幾乎所有的孔隙都應在100小于100nm以下，我國學者近幾年來對組成納米材料的單元尺寸曾有過熱烈的討論：基本認為大部分納米材料的單元尺寸只有小于100nm才能夠有性能方面的跨越式變化，因此目前一般認為只有組成材料的單元尺寸小于100nm時才能稱其為納米材料。

2、材料內80%以上的氣孔尺寸都應小于50nm，由于空氣中的主要成分氧氣和氮氣的自由程都在70 nm左右，因此只有在大部分氣孔尺寸都小于50nm時材料內部才能基本消除對流，使對流熱大幅度降低。

3、材料應具有很低的體積密度。

4、材料在常溫和設定的使用溫度下都應該有“無對流空氣”更低的導熱系數。

除上述特征之外，對于大多數絕熱材料還要求具有較好的耐高溫性能。

三、納米孔硅質絕熱材料的主要產品及其應用 為了滿足各種應用需求，納米孔硅質絕熱產品形式的多樣化、系列化也是近幾年來納米孔硅質絕熱材料發展的一大特點。按照產品的性能特點，大致可分為5類：

1、標準型

典型的標準型納米孔硅質絕熱產品價格適中，最高使用溫度一般為950℃。

2、高溫型

在原料中加入一些能改善制品加熱線收縮率的添加劑，就可得到由標準型改性而成的高溫型納米孔硅質絕熱產品，其最高使用溫度一般為1025℃。

3、防水型

由于硅質納米孔結構具有親水性，而且水的進入可直接導致納米孔結構的塌陷，因此，在一些可能與水接觸的使用場合就需選用具有防水功能的防水型納米孔硅質絕熱產品。

4、高溫防水型

高溫防水型是通過對高溫型納米孔硅質絕熱材料進行防水改性而獲得的。

5、優化型

優化型納米孔硅質絕熱產品的強度指標及使用溫度均比標準型有所改進，其短時間使用溫度可達1200℃，長期使用溫度1000℃。此外，由粉塵引起的矽肺危害也比其它產品明顯降低。按照產品的外形特點，納米孔硅質絕熱產品又可分為7類：

1、絕熱塊

納米孔硅質絕熱塊的典型容量為每立方米330㎏，標準外形規格有：長×寬×厚（mm）=150×150×3;300×300×10;900×900×25;1500×900×50;1500×900×65.在應用中,絕熱塊可按需要切割成各種形狀的制品。

2、模制哈夫管

模制哈夫管主要用于管道的絕熱。哈夫管的組合接縫一般是企口型,以減少“熱橋”效應。

3、異型模制件

異型模制件一般均是一些特殊性另用途的絕熱制品。大部分是一些電工產品的隔熱制品以及航天、航空用絕熱制品（如、飛機“黑匣子”的絕熱盒等）。

4、貼面的增強板

納米孔硅質絕熱產品采用 貼面主要是增加板材強度，降低產品成本。供選擇的貼面材料有：玻纖布，鋁箔及某些塑料薄膜。產品容重范圍：每立方米200-275 ㎏；厚度范圍：3-50mm。標準外形規格有：長×寬×厚（mm）=300×300×3；600×600×10；1500×1000×25；1500×1000×50。

5、玻纖貼面增強帶

玻纖貼面增強帶除了擁有貼面增強板的特點外，還具有更廣的使用范圍。它在寬度方向上具有良好的折卷性，因此它適用于一些柱面 3 體的絕熱結構。產品容重范圍：每立方米200-275 ㎏；厚度范圍：3-19mm。

6、玻纖縫制半硬板

玻纖縫制半硬板是由低容重的納米孔硅質絕熱材料外覆玻纖縫制面成的制品，它在所有方向上都具有一定的卷曲性，因此具有更廣泛的應用范圍（英國的“美洲報”戰斗機上就使用了該產品）。產品容重范圍：每立方米175-225 ㎏；厚度范圍：3-9mm。

7、玻纖復合繩

該產品外覆玻纖布套作為增強，具有容重輕，成本低的特點。可應用于直徑小于70 mm的管道絕熱。納米孔硅質絕熱產品可以用多種機械的方法進行加工，也可以用激光切割來獲得更為精密的尺寸形狀。在應用中，如果遇到只能用兩塊以上絕熱產品才能覆蓋絕熱面的情況，應盡量采用兩層或兩層以上的絕熱結構，并保證相臨的層內結縫相互錯開。盡量避免“熱橋”的產生。對于應用溫度超過納米孔硅質絕熱產品規定溫度的場合。可采用粘貼、噴涂等施工方法與陶瓷纖維等制品配合使用。

四、納米孔絕熱材料的應用展望

具有優良綜合性能的納米孔絕熱材料一旦問世，在軍工和宇航領域有著迫切的市場。

在民用方面隨著納米孔絕熱材料生產技術的不斷成熟與生產規模的有不斷擴大，其生產成本將有較大的下降。該材料將首先應用于家庭及單位的太陽能熱水器。將納米孔絕熱材料應用于熱水器儲水箱、管道和集熱器，將比現有太陽能熱水器的集熱效力提高一倍以上，而熱損失下降到現有水平的30%以下。太陽能熱水器性能的提高對我國陽光充足、氣候寒冷的西北地區尤為重要，可以大幅度降低對植物型燃料的依賴，對生態環境的保護具有重要意義。

我國目前擁有家庭太陽能熱水器2000萬臺以上，如每臺熱水器使用0.1立方米的納米孔絕熱材料,則全國將有200萬立方米的潛在市場。

另外,納米孔絕熱材料也應用治金、建材、石化，電子、電力等部門。如電力行業應用于熱力電、核電廠的管道及汽輪機保溫等，如鋼鐵廠工人用的煉鋼服。

我國第一部《公共建筑節能設計標準》已于今年7月1日起正式實施。建設部相關負責人認為：建筑使用過程中的能耗主要包括建筑采暖、空調、熱水供應等方面，各部分能耗大體比例為：采暖空調占65％，熱水供應占15％，電氣占14％，炊事占6％。采暖空調節能降耗首當其沖。從今年起，中國將大力推廣綠色建筑，將對新建住宅要求采取隔熱保溫措施

建筑隔熱涂料產品能夠降低冬季采暖能耗，兼顧降低夏季降溫能耗，大幅度降低外墻傳熱系數，節能水平達到國際先進水平，并填補國內墻體保溫材料的空白，使當前新舊建筑物均能達到政府的節能要求。根據建筑隔熱涂料隔熱機理和隔熱方式的不同，可分為阻隔性隔熱涂料、反射隔熱涂料及輻射隔熱涂料三類。

阻隔性隔熱涂料——轉型中

阻隔性隔熱涂料是通過對熱傳遞的顯著阻抗性來實現隔熱的涂料。熱傳遞是通過對流、輻射及分子振動熱傳導3種途徑來實現的。應用最廣泛的阻隔性隔熱涂料是硅酸鹽類復合涂料，這類涂料是20世紀80年代末發展起來的一類新型隔熱材料。我國有上百家研究單位和企業在進行保溫涂料的研究工作，各生產廠對產品的稱呼不盡相同，如“復合硅酸鎂鋁隔熱涂料”、“稀土保溫涂料”、“涂覆型復合硅酸鹽隔熱涂料”等，涂料配方、施工方法各異，性能如快干速硬、防水憎水等也各不相同，但均屬硅酸鹽系涂料。主要由海泡石、蛀石、珍珠巖粉等無機隔熱骨料、無機及有機粘結劑及引氣劑等助劑組成。經過機械打漿、發泡、攪拌等工藝制成膏狀保溫涂料。國家質量技術監督局于1998年5月發布了硅酸鹽復合隔熱涂料國家標準（CB／T17371—1998），為硅酸鹽隔熱涂料的生產和應用提供了一個可供參照的技術標準。受歷史和社會經濟條件等因素的影響，成本較低的阻隔性隔熱涂料在我國的發展已達到世界先進水平，但主要用作工業隔熱涂料，如發動機、鑄造模具、貯油罐等的隔熱涂層等。目前這類涂料正在經歷一場由工業隔熱保溫向建筑隔熱保溫的轉變，但由于存在自身材料結構帶來的缺陷，如干燥周期長，施工受季節和氣候影響大，抗沖擊能力弱，干燥收縮大，吸濕率大，對墻體的粘結強度偏低以及裝飾性有待進一步改善等，故這類隔熱涂料較少用于外墻涂裝。

反射隔熱涂料———節能高

反射隔熱涂料（水性）是在鋁基反光隔熱涂料的基礎上發展而來，通過選擇合適的樹脂、金屬、或金屬氧化物顏、填料及生產工藝，制得高反射率涂層，反射太陽光來達到隔熱目的。

地球每時每刻受到太陽的照射。太陽每秒有1．765×1017（上標）J能量到達地球，巨大的能量給人類的生存和生活提供了必備條件，但太陽的強烈輻射，也給人們的生活帶來一些不便，太陽的高熱輻射會給人類賴以生存的空間帶來許多危害。夏季陽光照在建筑物屋頂上，頂樓房間的室內溫度要比樓下房間高出3－5℃。許多發達國家中，噴淋裝置、空調、冷氣機和電風扇等降溫制冷設備所耗用的能量，占全年總能耗的20％以上。在我國，這些設備消耗的能量則更多。采用太陽熱反射涂料則可克服或緩解這些問題，因此具有廣闊的發展前景，是能為市場所接受的產品。這種產品現已用于建筑業的鋼結構屋頂和玻璃幕墻；石油工業的海上鉆井平臺、油罐、石油管道；運輸業的汽車、火車、飛機表面；造船工業的船殼、甲板；以及坦克、軍艦、火箭、宇宙飛船等，起到阻止熱傳導，降低暴露在太陽熱輻射下裝備的表面溫度和內部環境溫度，改善工作環境，提高安全性等作用。

據美國一家公司測算，使用太陽熱反射涂料可以節約15％－20％的空調費。它的性能特點決定了其目標市場在石油化工領域、糧儲倉庫部門、建筑業及車輛、船舶的制造業等方面，市場范圍相當廣泛。

反射隔熱涂料采用進口固體丙烯酸樹脂作為基料，利用特種材料，如“空心微珠”等組合形成高太陽熱反射漆膜，不僅具有工業、建筑涂料的防腐裝飾功能，同時起到了極佳的降溫隔熱作用。空心微珠填料對近紅外光的反射比遠遠高于普通填料。玻璃微珠與陶瓷微珠的反射比相近，但陶瓷微珠的貯存穩定性差，空心玻璃微珠保溫涂料較穩定。

輻射隔熱涂料———降溫快

輻射隔熱涂料是通過輻射的形式把建筑物吸收的日照光線和熱量以一定的波長發射到空氣中，從而達到良好隔熱降溫效果的涂料。

其中的關鍵技術是制備具有高熱發射率的涂料組分。研究表明，多種金屬氧化物，如Fe2O3、Mn02、C0203、CuO等具有反型尖晶石結構的摻雜型物質具有熱發射率高的特點，因而廣泛用作隔熱節能涂料的填料。人們詳細研究了紅外輻射的原理，并通過在硅酸鹽結晶相中加入Al2O3，Vi02等金屬氧化物細粉作為填料而研制出的紅外輻射涂料在5－15μm波段內輻射紅外線的能力在85％以上。

輻射隔熱涂料不同于玻璃棉、泡沫塑料等多孔性低阻隔性隔熱材料，因這些材料只能減慢但不能阻擋熱能的傳遞。白天太陽能經過屋頂和墻壁不斷傳人室內空間及結構，一旦熱能傳入，就算室外溫度減退，熱能還是困陷其中。而輻射隔熱涂料卻能夠以熱發射的形式將吸收的熱量輻射掉，從而促使室內與室外以同樣的速率降溫。另類新型隔熱涂料

薄層隔熱反射涂料———還防火

選擇耐候性好、韌性好、耐溫較高、成膜性好的基料，加入輕質、孔隙率高、熱絕緣系數大的絕緣填料及反射率高、表面光潔的反射填料，并輔以合適的分散劑、阻燃劑、成膜助劑等，研制成的薄層隔熱反射涂料的熱反射率可達85％以上，可用于成品油罐及低溫容器的隔熱保溫。

真空絕熱保溫涂料———超級薄

真空狀態能使分子振動熱傳導和對流傳導兩種方式完全消失，為此采用真空的填料以制備性能優良的保溫涂料成為當前研究的熱點之一。美國推出利用太空科技的ASTEC陶瓷絕熱涂料在建筑物內使用，施以薄層即可有效地增強隔熱保溫效果，秋天可使室溫提高2.8－4.4℃，夏天可使室內降低同樣的溫度，該涂料也具有較長的使用壽命。如一種由極微小的真空陶瓷微珠和與其相適應的環保乳液組成的水性涂料，它與墻體、金屬、木制品等基體有較強的附著力，直接在基體表面涂抹0．3mm左右即可達到隔熱保溫目的納米孔超級絕熱保溫涂料———研發中

納米孔超級絕熱材料是建立在低密度和超級細孔（小于50nm）結構基礎上，理論上其導熱系數可趨近于零。采用納米孔原料獲得比靜止空氣導熱系數（0．023W／m·K）更小的涂膜是完全可能的。降低生產成本，開發使用溫度高于1050℃的納米孔絕熱材料是今后研發的主要方向。作為最具市場應用潛力的新興納米科學技術，其發展為隔熱涂料的研究提供了前所未有的機遇和可能性。

未來發展方向

（1）現有產品及其技術的改進提高。降低成本、提高性能、擴大品種，以滿足不同用戶的需要。如復合硅酸鹽保溫涂料應向快速固化、憎水、提高粘接強度、降低密度、負溫施工、降低成本和用于建筑節能等方向發展。（2）研制生產復合型多功能保溫涂料。一種保溫效果良好的涂料往往是兩種或多種隔熱機理協同作用的結果，各種保溫涂料各有其優缺點，可充分發揮各自的特點，進行優勢互補，研制出性能優良的復合型保溫涂料。

（3）大力發展建筑保溫涂料及相關技術。在我國能源消耗中，建筑能耗大約占全國能源消耗的1／4，而建筑用保溫材料僅占總量的11％左右，可見建筑節能潛力很大。

（4）積極開發新型保溫涂料及相關技術。如低輻射傳熱涂料、高效薄層隔熱防腐一體化涂料等。含納米或亞納米微孔結構的涂膜及采用納米材料制得的涂膜將是下一階段保溫涂料發展的熱點之一。

（5）注重環保，利用“三廢”開發保溫涂料。環保越來越引起世界各國的重視，保溫涂料的研制應遵循涂料發展的潮流，向水性、環保的方向發展，避免使用環保法規中禁用的有害物質。

此外，在國防和軍事方面，面向未來生物化學戰爭的特殊軍事服裝也在研制和生產中。據來自北京安特普納公司的研究人員黃志永先生介紹，納米二氧化鈦（TiO2）具有光催化性能，在陽光（紫外線）照射下，它能使大多數有機物（包括細菌在內）發生氧化還原反應，生成無污染的CO2和H2O，從而在很短的時間內殺死細菌和病毒，消除空氣中的惡臭和紡織品上的油污等。根據納米二氧化鈦（TiO2）的這種性能，我國的軍備研究機構已成功地完成了對有毒氣體“全氟異丁烯”的徹底無毒降解。將這一成果應用于專用防化服裝對我國應對未來高科技戰爭具有極為特殊的意義。

五、結論

納米孔絕熱材料是隨著世界整體納米技術的發展而形成的新概念、新技術、新產品。其技術的不斷成熟和生產成本的不斷下降將帶來絕熱材料與絕熱工程領域的一場革命。開發具有我國自主知識產權的納米孔絕熱材料是我國絕熱材料工作者的歷史史命。我國絕熱材料的生產企業只有不斷創新，開發與掌握世界最先進的絕熱材料生產技術與理論，才能在未來的全球化經濟競爭中取得主動權。

吉林大學國家大學科技園

第二篇：xx同志在高效納米絕熱孔材料項目開工奠基儀式上的致辭

xx同志

在高效納米絕熱孔材料項目開工奠基

儀式上的致辭

同志們：

今天，我們在這里隆重舉行高效納米絕熱孔項目開工奠基儀式。這是我縣項目建設上的一件大事、喜事，在此我代表中共xx縣委、縣人大、縣政府、縣政協對項目的開工表示熱烈的祝賀！

今年以來，我縣堅持把項目建設作為第一要務，把創優環境作為第一競爭點，按照“突破工業、做優特色”的基本工作思路，全力以赴抓投資、上項目、增后勁、促崛起，爭取項目建設再上新臺階。今天，高效納米絕熱孔項目的開工建設，必將進一步提振全縣大上項目、攻堅突破的信心和決心。高效納米絕熱孔材料項目生產的NPFS高效納米孔絕熱保溫板、保溫毯、保溫氈等產品，主要用于石油化工行業、航空航天行業、節能建筑行業、汽車行業、家用電器行業等領域。該產品科技含量高，市場前景廣闊。項目建成投產將填補我縣高新技術產業空白，為促進我縣經濟社會的快速發展做出貢獻！

為了保證這一重點項目早日建成投產，分包領導要協調解決施工過程中出現的相關問題，做好堅實后盾，確保項目建設無后顧之憂。各相關單位要高度重視，全力支持項目的施工建設。特別是城建、國土、環保、電力、水利、稅務、工商、金融、政法等部門要主動介入，各盡職責，密切配合，全力支持工程建設。

1以一流的服務為工程建設營造一流的環境，保證項目建設順利進行。同時也希望項目業主要高標準、嚴要求，按照“建一流工程，創一流質量、樹一流品牌”的要求，精心組織，科學施工，把握進度，爭取工程早日竣工、早日投產、早見效益。

最后，預祝項目早日建成投產、生意興隆！

謝謝大家！

第三篇：絕熱硝化簡介

硝基苯裝置

絕熱硝化反應的簡史

苯的絕熱硝化的概念是杜邦在大約 50 年前所申請的美國專利文獻中提出來的。當時所述的工藝是一間歇式硝化反應, 即在一個反應罐中, 通過攪拌和使用非常過量的硫酸進行硝化反應, 然后通過一個真空閃蒸濃縮器把剩余未反應的硫酸濃縮。該工藝的特點是其較低的能耗, 因為硝化反應的反應熱被用來濃縮反應后的硫酸溶液, 以及過程本身的安全性。硫酸既是催化劑, 傳熱的載體。隨后苯的連續的絕熱硝化工藝被提出和開發應用。

NORAM 公司獨立完成的工作導致了親電反應器的開發和應用, 并成功地使得5個世界級規模的生產裝置成功地達到了滿負荷的運行, 包括在英國 Wilton 的 ICI 聚胺酯裝置(現名為 Huntsman 聚胺酯裝置), 然后是最近的德國 Uerdingen 的 Bayer 公司。而前者則是目前世界上最大的 MNB 生產裝置。該裝置的反應器系統證明是硝化反應系列最可靠性能的簡化。并大大增加了該工藝本身的安全特征。與傳統的系統相比, 親電子反應器的硝化系統提供一個顯著的和增加的 反應速率, 不僅通過在所選擇的工藝條件下進行協調操作, 可以遏制副產品的生產, 而且該系統中沒有轉動部件, 這樣就極大地減少了裝置在日后運行中的維修工作量和開支。

通過強大的試驗裝置和工業規模裝置的工作, NORAM 還掌握了一些關鍵的, 能夠控制異相系統中硝化速率的工藝參數。這導致了對硝化反應的化學和所涉及的反應動力學過程都有了一個嶄新的和先進的理解。關于親電子反應器系統和在新的工藝條件下的使用, 在美國和歐洲都申請了專利保護。MNB 工藝說明 概述

該裝置包括了 NORAM 的專利設備親電子反應器和工藝系統,以及硫酸閃蒸器(SAFE)和產品凈化系統的專有設計。

親電子反應器的具體設計又加強了工藝過程的內在安全特性。此反應器和其柱塞流特征, 與傳統攪拌式反應器相比, 提供了一個非常快的反應速率。

新近的對反應器設計的改進和該善, 特別是對噴射沖擊部件的安放, 更是進一步增加了反應的動力。相關的收益是大大的增加了原材料的轉化產率。

裝置還包括了先進的能量回收, 揮發和廢液的控制等步驟工段。這些改進的結果是導致了蒸汽消耗的降低。在界面控制和它們對處在反應器的出口處的 MNB/酸分離器的物相分離方面的新的開發和改進, 是作了整體外形的設計。這樣使得粗 MNB 中硫酸的夾帶比例進一步降低(即, 降低了硫酸的損失)。該分離器的操作是在常壓下進行的, 這樣整個系統的安全性非常好。

工藝裝置總體上包含了三個功能區域: 反應區域、酸濃縮區域和產品凈化區域。而產品凈化區域還包括了對工廠廢液和工廠放空氣體的工藝處理和步驟。

最引人注目的是裝置本身的安全性能和其節能性。這將在下面作進一步的討論。反應器系統

在反應合成工段，苯和硝酸被依次與一個體積非常大的循環的硫酸混合，而硫酸同時作為催化劑和傳熱介質，以封閉的形式循環，并吸收硝化過程和稀釋過程中的熱能。在接近與大氣的壓力下，通過重力分離出粗笨，而大量經過反應的硫酸重新通過SAFE回路中打循環。過程中的熱平衡通過原料苯和粗的 MNB 之間的熱交換被快速實現。該系統的操作采用了使苯過量的工藝，這樣保證使得全部的硝酸轉化成產品。現場生產數據表明反應后硝酸的濃度非常地低，在合成工段的末端幾乎監測不出硝酸的存在（即：反應器出口）。

親電子反應系統由兩個并列的單元系列組成，每個系列的正常生產能力是 100.000 噸/小時。

在此生產能力下的親電子反應器系統的設計，是基于一個非常安全的理論基礎之上和結合已經承建的數套滿負荷生產裝置的數據和經驗，而建立一個被證明了的新的反應系統。

另外，工程設計還包括了幾乎可以達到百分之百原材料轉化率和最小的副產品生成產率的專利工藝條件。后者的專利化學條件，已經由 NORAM 的試驗生產裝置，在經過數年的研究后，被徹底優化。總的來說，反應器的設計非常緊湊，大大降低了反應裝置的在線貯料數量。而沒有轉動部件，使得系統的維修費用和成本大大降低。正如一些NORAM客戶的前項目經理在回頭審查工作時所證實的，NORAM 反應工藝是世界市場上所有的絕熱法硝基苯硝化工藝中，副產品產量最低的生產裝置。產品的凈化

粗的MNB從分離器中出來后, 進入一個預洗滌系統, 以除去溶解的和夾帶的硫酸。在SAFE中產生的有機冷凝液（即，從循環酸中汽提出的 MNB）和從廢液汽提塔中回收的 MNB，一起進入預洗滌系統。此三項物流一起形成總的MNB物流。而SAFE的液體冷凝液（即，反應中生成的水和從硝酸中帶入的水）和廢液汽提塔的尾氣在冷凝后被用于預洗滌系統。

在進入廢液洗滌塔之前，從預洗滌系統出來的含水液體流體被送到一個貯槽，減弱了反應和凈化系統的污水處理區域的功能。

然后從預洗滌系統用泵把 MNB 打入到 NORAM 專利設計的堿洗系統。在此使用了水和最佳數量的堿用于洗滌有機酸副產品，主要是把 MNB 中的硝基酚洗滌除去。

堿洗滌器系統根本不需要任何額外的新鮮水補充。在工藝過程中產生的廢水全部備用于該洗滌系統，其目的就是進可能地減少整個裝置的廢液。在裝置開車和進行其它輔助工作時，必須嚴格控制所加入的洗滌水的量。從堿洗系統出來的廢水包含了幾乎全部的有機酸副產品，即硝基酚。該富含硝基酚的廢液物流構成了 NORAM 另外的主要特征。這樣使得下游處理裝置對高濃度的硝基酚污水的處理，不僅設備投資少，而且操作成本低。而后者的優劣又主要取決于所選擇的含硝基酚廢水的處理工藝技術，如：熱裂解、焚燒等技術。但是對于此項目此廢水的處理，由用戶指定選擇了最易于操作的硝基酚熱裂解裝置（即：在下游建設一個設備投資成本最低，而且運行成本最低的硝基酚熱裂解裝置 或 TDZ 裝置）。

NORAM洗滌系統可以按照需要來開發和選定技術路線，以消除影響傳統攪拌式洗滌技術的典型問題（如操作和維修問題）。MNB 的生產商從很早就非常地清楚，產品的洗滌凈化是多么的敏感，當洗滌系統發生問題時，有多少的產品會被影響和需要處理。無論采用那種洗滌技術，影響MNB洗滌的最普遍的問題是乳化現象。如果洗滌的設計有問題，就會很容易發生乳化現象，從而導致操作困難。NORAM 的設計特別可以很好地解決該問題。

首先NORAM 洗滌器的設計不再使用攪拌器。如果設計了攪拌器，物料在某些區域的切向混合不充分（如在靠近攪拌器軸的葉片區域），而在其它區域的切向混合又太充分（如葉片端部區域）。洗滌所需的平均混合強度是綜合通過葉片的混合后獲得的（即從軸的連接處到葉片末端）。操作不穩定時，如果在攪拌器葉片末端的切向混合太高，就很容易加重當時的乳化程度。NORAM 的設計則采用了專有的靜態混合器。此種混合器，在經過了數個工業裝置的使用和證明后，已被 NORAM 最優化定型，可以向流經洗滌器的液相物流提供一個均勻的能量輸入（即，混合強度），從而避免出現物料的不均勻混合區域（或高、或低的混合度）。另外，靜態混合器也沒有轉動部件，因此也不需要維修。

第二個重要特征是 NORAM 洗滌器的尺寸就是分離器的尺寸。洗滌器之分離室的設計必須小心。如果分離室設計太大，自然是按照成本高；反之如果分離室設計得太小，就會使得緩沖量偏小，對未知的工藝過程波動無法克服。當分離室偏小時，如果發生即使很小的生成波動，也會導致操作上的困難和可能的裝置停車。NORAM 分離器尺寸的設計，在經過了工業裝置試用、試驗裝置試驗和對操作經驗的總結和研究后，已被最優化定型。

NORAM 堿洗系統被用戶證明是最科學的洗滌技術。事實上在每種場合，從NORAM 洗滌系統出來的產品質量都超過了用戶的期盼值。這種“純凈的”的 MNB 產品，根據用戶的觀察，使得下游的苯胺工廠所使用的催化劑壽命大大延長和遠遠超過了其預期的壽命。廢液的汽提處理

在廢水廢液汽提塔，所溶解的 MNB 和苯，通過動力蒸汽汽提的方法被回收。廢液在經過中和后被送出界區。頂部的尾氣被冷凝后被打到預洗滌系統用于回收 MNB 和作為洗滌用水的補水。

汽提塔的設計也已經被最優化，通過使用 NORAM 已設計的數個裝置廢液汽提塔現場數據，可以在滿足保證值要求的情況下，明顯地減少蒸汽的消耗。放空氣體處理

工廠尾氣放空被小心地隔離，以盡可能減小或消除放空氣中有機蒸汽與空氣和氧氣的混合。放空管線和設備每段管線的設計和布置都將遵守嚴格和系統的安全釋放和放空規范要求。

放空氣還將通過一個專利技術的NOx回收系統作進一步的處理。在此回收系統中，工廠放空氣中 NOx 的濃度將被降低到規定的數值以下，和得到一個較稀濃度的硝酸，然后循環返回到系統中去。這最后的一個專利步驟，按照原料的消耗指標，使得 NORAM 工藝成為世界上最高效的絕熱法硝化工藝。再加上 NORAM 的專利反應器，生產的MNB中是所有絕熱法苯硝化工藝中副產品含量最低的反應器，這已經有過去客戶的前項目經理在回頭審查工作時所證實。同時 NORAM 工藝與市場上任何相同或相當工藝相比，是生產產品收率最高的技術。產品的汽提

在產品 MNB 凈化工段的最后一步，MNB 被用泵從堿洗系統打入到產品汽提塔中。在此塔中，由于在反應器中加入的過量的苯被汽提出去，與產品 MNB 分離。而苯被循環返回到前面工段繼續硝化。NORAM 通過對現場生產數據的收集和研究，能夠作出最優化的設計，使得所建的工業裝置，在使用最少量的汽提蒸汽條件下，產品中的苯的含量遠低于 10ppm。

產品 MNB 在被送到界區的合格產品倉庫之前，還將通過一個在汽提塔下游的專利設計的脫水裝置作進一步的處理。本征安全特性

有關 NORAM 絕熱法苯硝化工藝的部分安全特點說明如下：

由于參加反應的原料是分散到一個體積巨大的硫酸循環體系中，而硫酸的作用又是硝化反應的傳熱介質，因此工藝本身是非常安全的。硫酸的循環比率是通過手動調節建立的。此處不設自動控制閥，因任何一個到自控閥的信號的故障，都將導致較大的安全事故。而本和硝酸的喂料被控制為一個固定的比例。所設定的最大流量將以循環硫酸的熱容量為基礎。兩個流量都將通過使用特殊的流量元件進行監測，監測信號還將與適當的切斷閥和連鎖相連接。

通過提供一個加速的反應速率，親電子反應器系統允許一個相對的較低的工藝存料量，以加強安全方面的保證。

位于反應器的出口的 MNB －酸分離器的工藝操作壓力是接近于大氣壓力的。這將盡力降低發生達到所給出的二級危險放熱反應溫度范圍的潛在可能性。（即，在大氣壓力下，分離器內的易揮發性物質在一個低于放熱反應開始溫度的溫度下沸騰揮發掉）。

對化學動力學的理解的提高和加上親電子反應器系統的可以預知的性能，使得工廠的操作在最少的取樣處理和分析支持的狀態下完成。前者可以使操作工減少接觸工藝中 的化學品的機會。事實上 NORAM 工藝的可預測性和可靠性是如此的有用，很多 NORAM 的客戶在操作時，只需將最少量廢水和 MNB 產品樣品取樣，就可以滿足后續工段員工的操作要求。

在正常操作情況下，所有盛裝 MNB 和/或苯的容器，都有蒸汽空間, 并有氮氣充填保護。放空氣體被安全隔離，以防止富含有機蒸汽的放空氣與富含氧氣和空氣的氣體接觸和混合而發生危險。從每個設備的每個放空點的工程設計都將遵守嚴格和系統的安全釋放和放空標準規定。

NORAM 絕熱法苯硝化工藝的特點總結

對用戶來說，NORAM 硝化工藝最大的優點總結如下：

專利的反應器設計和化學條件，可以獲得非常快的反應速度，結果是在非常緊湊的反應器中，幾乎可以達到百分百的反應物料轉化率。

NORAM 承建的工業裝置已經證明，所投入苯原料的轉化率超過 99.99%。

當采用了 NORAM 的 NOx 專利回收技術（也是本報價書的一個部分）后，該工藝是任何絕熱法苯硝化工藝中 MNB 產率最高的技術。

反應器的設計不含有任何的轉動部件，使得維修作業和維修成本大大降低。

是國際市場上任何絕熱法苯硝化工藝中副產品產率最低的，這已經由我們客戶的原項目經理在工作總結中證明。副產品產率的降低不僅可以提高產品的收率，更為重要的是可以大大減少下游含有硝基酚廢水處理的設備投資和操作成本。

可以把含硝基酚廢水濃縮成一個較高濃度的副產品物流的技術，結果可以降低下游處理設備的投資和操作成本。后者幾乎就是所選擇的一個獨立的工藝技術，用來處理硝基酚類物質（即熱裂解、焚燒等技術）。對于該相目，將根據用戶的指定要求將采用熱裂解技術對該廢液中的硝基酚類進行熱裂解處理（所提出的使用硝基酚類熱裂解裝置對廢液進行處理將是投資最低和操作費用最低的方案）。

預洗滌系統和堿洗系統的設計，對在沒有使用攪拌器的操作中所發生的工藝波動時的處理非常有利。

整個生產裝置的設計非常緊湊，使得系統中化學物料的存貯量很少。

經證明 NORAM 工藝的開車率超過 98％。

NORAM 工藝還包括了很多特殊的安全特點，部分已經在 3.2.3 中提及。通過對大批量的安全知識和用戶意見的研究，所開發出的安全特性，都是適用于專業的 MNB 生產。NORAM 已將其作為文件，貫穿羅列在多年來的工程設計、研究和開發、和項目工作中。一些安全措施是由 NORAM 的科學家和工程師們第一次增加和專門用于MNB工藝的，從而使得 NORAM 的工藝更具安全特性。

最小的項目風險

－ NORAM 硝化技術已被用于七個不同的現場

－ NORAM 硝化技術已達到了全部項目的的所有保證值 用戶滿意

所有 NORAM 的用戶對于此絕熱法硝化技術的工藝和設計都非常地滿意。結果所有這些用戶又重復采用了 NORAM 技術，并成為 NORAM 的二次客戶。

第四篇：納米論文

聚合物基-納米二氧化硅復合材料的應用研究進展

班級12材料2班學號1232230042姓名王曉婷

摘要本文介紹了近年來國內外納米SiO2聚合物復合材料的制備方法，討論了制備方法的特點，闡述了聚合物納米SiO2復合材料的研究進展, 并展望了聚合物納米SiO2 的應用前景。

關鍵詞納米SiO2復合材料;聚合物;制備;應用 前言

納米SiO2是目前應用最廣泛的納米材料之一,它特有的表面效應、量子尺寸效應和體積效應等,使其與有機聚合物復合而成的納米二氧化硅復合材料, 既能發揮納米SiO2自身的小尺寸效應、表面效應以及粒子的協同效應, 又兼有有機材料本身的優點, 使復合材料具有良好的機械、光、電和磁等功能特性, 引起了國內外研究者的廣泛關注[

1，2]

。本文就納米Si02一聚合物復合材料的制備方法、制備方法的特點和應用進行一次全面的綜述。

2聚合物/ 納米Si O2 復合材料的制備

2．1 共混法

共混法是制備聚合物／無機納米復合材料最直接的方法，適用于各種形態的納米粒子，但是由于納米粒子存在很大的界面自由能，粒子極易自發團聚。要將無機納米粒子直接分散于有機基質中制備聚合物納米復合材料，必須通過化學預分散和物理機械分散打開納米粒子團聚體，消除界面能差，才能實現均勻分散并與基體保持良好的親和性。具體途徑如下。

2．1．1 高分子溶液(或乳液)共混

首先將聚合物基體溶解于適當的溶劑中制成溶液(或乳液)，然后加入無機納米粒子，利用超聲波分散或其他方法將納米粒子均勻分散在溶液(或乳液)中。

姜云鵬等利用PVA與納米Si02表面的羥基形成的氫鍵實現了納米si02對PVA的改性；張志華等用溶膠一凝膠反應制備納米Si02顆粒，然后通過超聲分散機將顆粒分散到聚氨酯樹脂中制備出了聚氨酯／Si02納米復合材料；以上各種方法都使不同材料的各方面性能得到了改善。

2．1．2熔融共混

將納米無機粒子與聚合物基體在密煉機、雙螺桿等混煉機上熔融共混。

郭衛紅等[5]在密煉機上將PMMA和納米Si02粒子熔融共混后，用雙螺桿造粒制得納米復[4][3]合材料。石璞[6]通過熔融共混法將納米si02粒子均勻地分散于PP基體中制得復合材料，由于復合偶聯劑的一端易與離子表面上大量的羥基發生化學反應形成穩定的氫鍵，另一端與聚丙烯相容性較好，使納米粒子基本沒有團聚，實現了增強、增韌的目的。張彥奇等[7]將納米Si02經超聲分散并經偶聯劑處理后與LLDPE等組分預混、擠出、造粒，制備了線性低密度聚乙烯(LU)PE)／納米Si02復合材料，所得薄膜霧度顯著提高。

2.2在位分散聚合法

首先采用超聲波分散、機械共混等方法在單體溶液中分散納米粒子，或采用偶聯劑對納米粒子表面進行處理，然后單體在納米粒子表面進行聚合，形成納米粒子良好分散的納米復合材料(in situ polymerization)。通過這種方法，無機粒子能夠比較均一地分散于聚合物基體中。

歐玉春等[8]利用帶有羥基的丙烯酸酯表面處理劑對Si02進行表面處理，應用本體法聚合制備si02／PMMA納米復合材料，結果顯示納米Si02的加入可以提高聚甲基丙烯酸甲酯材料的機械性能、玻璃化溫度及材料的耐水性。Jose-Luiz Luna—Xavier等[9]采用原位聚合法以陽離子偶氮化合物AIBA為引發劑，液相納米Si02為核，聚甲基丙烯酸甲酯為殼合成了納米Si02一聚甲基丙烯酸甲酯乳液聚合物。由于陽離子偶氮化合物AIBA為引發劑的使用增強了與納米si02的相互作用，使效率大大提高。

2.3溶膠-凝膠法

溶膠一凝膠法(Sol-gel)是制備聚合物／無機納米復合材料的一種重要方法。通過烷氧基金屬有機化合物的水解、縮合，將細微的金屬氧化物顆粒復合到有機聚合物中并得到良好分散，從而在溫和條件下制備出具有特殊性能的聚合物／無機納米復合材料。

2.4硅酸鈉溶膠一凝膠法

溶膠一凝膠法在制備聚合物／納米si02復合材料時顯示出很多優勢。但是，所用的無機組分的前驅物正硅酸烷基酯價格昂貴、有毒，因此為了降低制備成本，改善生產條件和減少環境污染，張啟衛等[10]用硅酸鈉為無機si02組分的前驅物，與PVAC或PMMA的THF溶膠混合，經溶膠一凝膠過程制備出聚合物／Si02雜化材料。結果表明，si02含量在一定范圍時，由于發生了納米級微區效應，有機一無機兩相間相容性好，不產生相分離，材料透光率提高，熱穩定性增強。

3聚合物/ 納米Si O2 復合材料的研究進展

3.1 納米SiO2/環氧樹脂復合材料

Mascia等通過紅外光譜和定性黏度分析得知,納米SiO2 和環氧樹脂隨著環氧樹脂的分子量增加、加入偶聯劑、增加溶劑的極性以及提高反應溫度都會使二者的相容性提高[11]。寧榮昌等用分散混合法研究了納米SiO2有無表面處理及其含量對復合材料性能的影響, 采用透射電鏡和正電子湮沒技術(PALS)對納米SiO2 的分布和自由體積的尺寸及濃度進行了表征[12]。結果表明, SiO2表面處理后, 復合材料性能得到提高, 使環氧樹脂增強和增韌;且納米SiO2含量為3 % 時,自由體積濃度最小, 納米復合材料的性能最佳。劉競超等通過原位分散聚合法制得了納米SiO2/環氧樹脂復合材料[13]。結果表明, 對復合材料力學性能的影響較大的是偶聯劑, 在最優工藝條件下制得的復合材料沖擊強度、拉伸強度比基體分別提高了124% 和30%;復合材料的Tg和耐熱性也有所提高。

3.2 納米SiO2/丙烯酸酯類復合材料

歐玉春等用原位聚合方法制備了分散相粒徑介于130 nm 左右的PMMA/SiO2(聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅)復合材料[14]。結果表明, 經表面處理的SiO2在復合材料基體中分散均勻, 界面粘結好;SiO2粒子的填充使基體的Tg和損耗峰上升, 隨著SiO2含量的增加, 對應試樣的Tg和損耗峰值增大;隨著SiO2含量的增加, 基體的拉伸強度、彈性模量表現為先下降后升高, 而基體的斷裂伸長率表現為先升高后下降。武利民等通過原位聚合、高速剪切法分散共混和球磨法分散共混等3 種方法制備丙烯酸酯/納米SiO2復合乳液, 以相同的方法制備丙烯酸酯/微米SiO2復合乳液[15]。結果表明, 共混法制得的納米復合物的拉伸強度、斷裂伸長率和玻璃化轉變溫度隨納米SiO2含量的增加先上升然后逐漸下降。涂層對紫外光的吸收和透過隨納米SiO2 含量的增加分別呈上升和下降趨勢, 而微米SiO2復合丙烯酸酯乳液, 其涂層對紫外光的吸收和透過基本不受微米SiO2 的影響。

3.3 納米SiO2/硅橡膠復合材料

王世敏等對納米SiO2/二甲基硅氧烷復合材料的光學、力學性能進行了研究[16]。結果表明, 復合材料對波長λ＞390 nm 的可見光基本能透過, 透過率達80%, 硬度隨納米SiO2的增加呈上升趨勢。Mackenzie 等制備的納米SiO2/硅氧烷復合材料在非氧化氣氛中加熱到1 000 ℃以上, 分子發生重排, 形成塊狀微孔體;繼續加熱到1 400 ℃時,有機碳仍不分解, 且熱膨脹系數很小[17]。由于聚硅氧烷的高柔順性, 在溶膠－凝膠過程中不會因干燥而破裂, 該材料可以作為涂層改善基體(如聚合物、金屬)表面的物理化學性質。潘偉等研究SiO2納米粉對硅橡膠復合材料的導電機理、壓阻及阻溫效應的影響[18]。結果表明,隨著SiO2納米粉的增加, 壓阻效應越來越顯著,在一定壓力范圍內, 材料電阻隨壓力呈線性增加;同時, SiO2納米粉的加入使復合材料的電阻隨溫度增加而增加。

3.4 納米SiO2/聚碳酸酯材料

聚碳酸酯具有較好的透明性, 較高的硬度, 以及較強的蠕變性。為了進一步提高其應用價值, 王金平等以聚碳酸酯為基體, 采用溶膠－凝膠法技術在聚碳酸酯表面覆蓋一層納米SiO2無機涂層, 涂層與聚碳酸酯較好的結合, 使材料的耐磨性得到明顯提高[19]。

3.5 納米SiO2/聚酰亞胺復合材料 聚酰亞胺(PI)是一種廣泛應用于航空、航天及微電子領域的功能材料, 它的優點是介電性良好,力學性能優良, 但其吸水性強和熱膨脹性高的缺點限制了他的應用。而采用納米SiO2改性后的PI 在這方面得到了很大改善。楊勇等的研究表明, 采用納米SiO2改性后的PI 其熱穩定性得到加強, 熱膨脹系數得到降低[20]。曹峰等研究PI/SiO2復合材料的力學性能時發現, 隨著SiO2含量的增加, 其楊氏模量、拉伸強度、斷裂強度增加, 加入適量的插層劑, 有利于增加有機分子與無機物分子之間的相容性, 從而可制備強度和韌性更加優異的復合材料[21]。

3.6 納米SiO2/聚烯烴類復合材料

張彥奇等采用熔融共混法制備了線性低密度聚乙烯(LLDPE)/納米SiO2復合材料[22]。結果表明, 納米SiO2使LLDPE 的拉伸彈性模量、沖擊強度、拉伸強度提高, 且均在納米SiO2用量為3 份左右時達到最大值;加入少量的納米SiO2后, LLDPE 薄膜對長波紅外線(7～11 μm)的吸收能力較純LLDPE 膜有顯著提高, 透光率略有下降, 但霧度提高。曲寧等利用納米SiO2、馬來酸酐接枝PE(PE-g-MAH)和PP 通過熔融共混制備了PP/納米SiO2復合材料[23]。結果表明, 經表面處理、用量為4 %的納米SiO2 與4 % 的PE-g-MAH 發生協同作用, 可以使PP/納米SiO2復合材料的沖擊強度提高40 %,拉伸強度提高10%, 耐熱溫度提高22℃。

3.7 納米SiO2/尼龍復合材料

E.Reynaud 等研究了不同粒徑和含量的納米SiO2 與尼龍6 通過原位聚合得到的納米復合材料的特性[24]。形貌分析出粒子的存在不影響復合材料的結晶相;粒子的加入明顯增強了基體的彈性模量,且復合材料的性能受粒子尺寸和分散狀況的影響。

3.8 納米SiO2/聚醚酮類樹脂復合材料

邵鑫等研究了納米SiO2對聚醚砜酮(PPESUK)復合材料摩擦學性能的影響[25]。結果表明, 納米SiO2不但可以提高PPESUK 的耐磨性, 而且還有較好的減摩作用, 其最佳用量為25%。靳奇峰等采用懸浮液共混法制備了納米SiO2填充新型雜萘聯苯聚醚酮(PPEK)復合材料[26]。當納米SiO2用量為1 % 時, 復合材料的綜合力學性能最佳。納米SiO2的加入使得復合材料的摩擦性能比純PPEK 有了明顯提高, 當納米SiO2用量為7 % 時,材料的摩擦磨損性能最好, 并且在大載荷下納米SiO2 更能有效改善復合材料的摩擦磨損性能。

3.9納米SiO2/聚苯硫醚(PPS)復合材料

張文栓等首先將納米SiO2粒子與硅烷偶聯劑KH-550 的乙醇溶液混合, 在40 ℃以下用超聲波振蕩60 min 后脫去溶劑, 烘干后與PPS 在高速攪拌機中混合均勻, 然后用雙螺桿擠出機造粒制得PPS/納米SiO2復合材料[27]。納米SiO2粒子呈顆粒狀均勻分布在PPS 基體中, 尺寸在10～40 nm 范圍內。當納米SiO2用量為3 % 時, PPS/納米SiO2 復合材料的力學性能最佳, 拉伸強度、彎曲彈性模量和缺口沖擊強度分別提高13.4%、7.4% 和27.3%。張而耕等用轉化劑、分散劑和穩定劑制備了PPS/納米SiO2水基涂料[28]。PPS/納米SiO2復合涂層的耐沖蝕磨損性比普通涂層提高了約50 倍, 能夠用于零部件的防沖蝕磨損。

3.10納米SiO2/PMMA 復合材料

張啟衛等利用溶膠-凝膠法制備了PMMA/納米SiO2復合材料[29]。發現PMMA 與納米SiO2兩相間的相容性好, 材料透光率可達80 %, 并且熱穩定性和Tg都比純PMMA 有較大的提高。郭衛紅等將經過表面處理的納米SiO2分散于PMMA 單體中形成膠體, 原位聚合制備了PMMA/納米SiO2復合材料[30]。結果表明, 復合材料的耐紫外線輻射能力提高1 倍以上, 沖擊強度提高80 %。同時由于納米粒子尺寸小于可見光波長, 復合材料具有高的光澤度和良好的透明度。

4總結與展望

聚合物/納米SiO2復合材料具有優良的綜合性能, 展現出誘人的應用前景。盡管近年來對其研究較多, 并取得了較大進展, 但是對它的研究還不夠深入, 還有許多問題亟待研究和解決, 如納米SiO2在聚合物基體中的均勻分散問題, 納米復合材料的相界面結構, 納米SiO2 對聚合物性能影響的機理等。相信隨著制備技術的進一步完善及對材料的結構與性能關系的進一步了解, 人們將能按照需要來設計和生產高性能和多功能的聚合物/納米SiO2復合材料。納米Si02可以改性多種高分子材料，通常對聚合物的機械性能如拉伸強度、彈性模量、斷裂伸長率，以及熱穩定性、動態力學行為、光學行為等都有較大影響。因此人們都在力求解決很多問題，諸如納米Si02在聚合物基體中的均勻分散；納米Si02復合材料中有機相和無機相的相界面結構；Si02粒徑大小、幾何形狀等形態參數及添加量對復合材料性能的影響；納米Si02對聚合物基體材料性能影響的機理等。隨著研究的不斷深入，納米Si02一聚合物體系將在越來越多的領域發揮出它的重要作用。

參考文獻

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第五篇：納米論文

納米技術在醫學上的應用

[摘要]納米醫學是納米技術與醫藥技術結合的產物,納米醫學研究在疾病診斷和治療方面顯示出了巨大的應用潛力。近幾年,納米技術突飛猛進,作為納米技術的重要領域的納米生物工程也取得了輝煌的成就。本文從納米醫學、納米生物技術和納米生物材料三個方面,講述了納米生物工程的重大進展。本文就納米診斷技術、組織修復和再生醫學中的納米材料、納米藥物載體、納米藥物等方面的研究現狀與進展進行綜述,并探討納米醫學的發展前景。

[引言] 納米技術的基本概念是用單個原子、分子制造和操作物質的技術,是現代高科技前沿技術.納米技術應用前景廣闊,幾乎涉及現有科學技術的所有領域,世界各國都把納米技術列為重點發展項目,投入巨資搶占納米技術戰略高地.[關鍵詞]納米醫學;納米生物材料;診斷;治療

1、跨世紀的新學科——納米科技

所謂/納米科技,就是在0.1~100納米的尺度上,研究和利用原子和分子的結構、特征及相互作用的高新科學技術,它是現代科學和先進工程技術結合的產物。1990年7月,第一屆國際納米科技會議的召開,標志著納米科技的正式誕生。時至今日,納米科技涉及到幾乎現有的所有科學技術領域。它的誕生,使人類改造自然的能力直接延伸到分子和原子。它的最終目標,是人類按照自己的意志操縱單個原子,在納米尺度上制造具有特定功能的產品,實現生產方式的飛 躍。目前,納米科技已經取得一系列成果,正處于重大突破的前夜。研究者認為,這一興起于本世紀90年代的納米科技,必將雄踞于21世紀,對人類社會產生重大而深遠的影響。

2、納米醫學的提出

納米醫學的形成除了納米技術之外，其醫學本身也應具有可應用納米技術的客觀基礎和必要條件。客觀基礎是指，像其他物質一樣，醫學研究的主體———人體本身是由分子和原子構成的。實現納米醫學的必要條件是，要在分子水平上對人體有更為全面而詳盡的了解。隨著現代生物學和現代醫學的不斷發展,人類在生物學和醫學等領域的研究內容已開始從細胞、染色體等微米尺度的結構深入到更小的層次,進入到單個分子甚至分子內部的結構。這些極其微細的分子結構的特征:尺度空間在0.1-100 nm,屬于納米技術的尺度范圍。研究這些納米尺度的分子結構和生命現象的學科,就是納米生物學和納米醫學。納米醫學是一門涉及物理學、化學、量子學、材料學、電子學、計算機學、生物學以及醫學等眾多領域的綜合 性交叉學科。Freitas曾給納米醫學下過一個較詳細的定義:他認為,納米醫學是利用人體分子工具和分子知識,預防、診斷、治療疾病和創傷,劫除疼痛,保護和改善人體健康的科學和技術。目前的納米醫學研究水平還處于初級階段,當然,由于各國科學工者的不懈努力,納米醫學研究領域已初露曙光,有部分研究成果已開始接近臨床應用。

從定義來看,納米醫學可以分為兩大類,一是在分子水平上的醫學研究,基因藥物和基因療法等就是典型體現;二是把其他領域的納米研究成果引入醫學領域,如某種納米裝置在醫療和診斷上的應用。納米醫學的奧秘在于,可以從納米量級的尺度來進行原來不可能達到的醫療操作和疾病防治。當生命物質的結構單元小到納米量級的時候,其性質會有意想不到的變化。這種變化既包括物質的原有性能變得更好,還可能有我們所意想不到的性能和效益,從而用來治病防病。

3、納米技術的醫學應用 3.1 診斷疾病

在診斷方面，將應用納米醫學技術手段，在診室內進行全面的基因檢查和特殊細菌涂層標記物的實時全身掃描；檢測腫瘤細胞抗原、礦質沉積物、可疑的毒素、源于遺傳或生活方式的激素失衡，以及其它以亞毫米空間分辨率制成所定目標三維圖譜的特定分子。在納米醫學時代，這些強有力的手段將使醫務人員能夠檢查患者的任何部位，且可詳盡到分子水平，并能以合理的費用，在數分鐘或數秒鐘內獲得所需的結果。許多以往診斷比較困難或無法診斷的疾病,隨著納米技術的介入,將很容易被確診。為判斷胎兒是否具有遺傳缺陷,以往常采用價格昂貴并對人體有損害的羊水診斷技術。如今應用納米技術,可簡便安全地達到目的。孕8周左右血液中開始出現非常少量的胎兒細胞,用納米粒很容易將這些胎兒細胞分離出來進行診斷。目前美國已將此項技術應用于臨床診斷。肝癌患者由于早期沒有明顯癥狀,一旦發現常已到晚期,難以治愈,因而早期診斷極為重要。中國醫科大學第二臨床學院把納米粒應用于醫學研究,經過4年的努力,完成了超順磁性氧化鐵超微顆粒脂質體的研究。動物實驗證明,運用這項研究成果,可以發現直徑3mm以下的肝腫瘤。這對肝癌的早期診斷、早期治療有著十分重要的意義。3.2 納米藥物和納米藥物載體

這是納米醫學中的一個非常活躍的領域,適時準確地釋放藥物是它的基本功能之一。科學家正在為糖尿病人研制超小型的,模仿健康人體內的葡萄糖檢測系統。它能夠被植入皮下,監測血糖水平,在必要的時候釋放出胰島素,使病人體內的血糖和胰島素含量總是處于正常狀態。美國密西根大學的博士正在設計一種納米/智能炸彈,它可以識別出癌細胞的化學特征。這種智能炸彈很小,僅有20nm左右,能夠進入并摧毀單個的癌細胞。

德國醫生嘗試借助磁性納米微粒治療癌癥,并在動物實驗中取得了較好療效。將一些極其細小的氧化鐵納米微粒注入患者的腫瘤里,然后將患者置于可變的磁場中,氧化鐵納米微粒升溫到45~ 47度,這一溫度可慢慢熱死癌細胞。由于腫瘤附近的機體組織中不存在磁性微粒,因此這些健康組織的溫度不會升高,也不會受到傷害。科學家指出,將磁性納米顆粒與藥物結合,注入到人體內,在外磁場作用下,藥物向病變部位集中,從而達到定向治療的目的,將大大提高腫瘤的藥物治療效果。

納米藥物與傳統的分子藥物的根本區別在于它是顆粒藥物。廣義的納米藥物可分為兩類:一類是納米藥物載體,即指溶解或分散有分子藥物的各種納米顆粒,如納米球、納米囊、納米脂質體等。二是納米藥物,即指直接將原料藥物加工成的納米顆粒,或利用嶄新的納米結構或納米特性,發現基于新型納米顆粒的高效低毒的治療或診斷藥物。前者是對傳統藥物的改良,而后者強調的是把納米材料本身作為藥物。

3.2.1 納米藥物

直接以納米顆粒作為藥物的應用之一是抗菌藥物。納米抗菌藥物具有廣譜、親水、環保、遇水后殺菌力更強、不會誘導細菌耐藥性等多種性能。以這種抗菌顆粒為原料,成功地開發出了創傷貼、潰瘍貼等納米醫藥類產品。例如,納米二氧化鈦樹脂基托材料具有一定的抗變形鏈球菌和抗白色念珠菌的效果,當樹脂基托中抗菌劑的濃度達到3%時,即可達到滿意的抗菌效果。

無機納米顆粒作為新型的抗癌藥物為腫瘤治療提供了新的思路。研究人員用Gd@C82(OH)22處理得肝癌的小鼠,在10.7mol/kg的注射劑量下能有效地抑制腫瘤生長,同時對機體不產生任何毒性。其抑瘤效應不是通過納米顆粒對腫瘤的直接殺傷起作用,而是可能通過激活機體免疫來實現對腫瘤的抑制作用。納米羥基磷灰石在體外對惡性腫瘤細胞產生明顯的抑制作用,而對正常細胞作用甚微,可望通過進一步的研究獲得一種區別于傳統的化療藥物的納米無機抗癌藥物。此外,有的物質納米化后出現新的治療作用,如二氧化鈦納米粒子可抑制癌細胞增殖;二氧化鈰納米顆粒可以清除眼中的電抗性分子并防治一些由于視網膜老化而帶來的疾病。

3.2.2 納米藥物載體

實現細胞和亞細胞層次上藥物的靶向傳遞和智能控制釋放,是降低藥物毒副作用、提高治療效果的共性問題。納米粒子介導的藥物輸送是納米醫學領域的一個關鍵技術,在藥物輸送方面具有許多優越性。目前,用作藥物載體的材料有金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒及生物活性納米顆粒等。理想的納米藥物載體應具備以下性質:毒性較低或沒有毒性;具有適宜的制備及提純方法;具有合適的粒徑與形狀;具有較高的載藥量;具有較高的包封率;對藥物具有良好的釋放特性;具有良好的生物相容性,可生物降解或可被機體排出;具有較長的體內循環時間,并能在療效相 關部位持久存。3.3 納米生物技術

納米生物技術是納米技術和生物技術相結合的產物,它即可以用于生物醫學,也可以服務于其它社會需求。所包含的內容非常豐富,并以極快的速度增加和發展,難以概述。

3.3.1生物芯片技術

生物芯片是在很小幾何尺度的表面積上,裝配一種或集成多種生物活性,僅用微量生理或生物采樣,即可以同時檢測和研究不同的生物細胞、生物分子和DNA的特性,以及它們之間的相互作用,獲得生命微觀活動的規律。生物芯片可以粗略地分為細胞芯片、蛋白質芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等幾類,都有集成、并行和快速檢測的優點,已成為21世紀生物醫學工程的前沿科技。

近2年,已經通過微制作(MEMS)技術,制成了微米量級的機械手,能夠在細胞溶液中捕捉到單個細胞,進行細胞結構、功能和通訊等特性研究。美國哈佛大學的教授領導的研究人員,發展了微電子工業普遍使用的光刻技術在生物學領域的應用,并研制出效果更好的軟光刻方法。以此,制出了可以捕捉和固定單個細胞的生物芯片,通過調節細胞間距等,研究細胞分泌和胞間通訊。此類細胞芯片還可以作細胞分類和純化等。它的功能原理非常簡單,僅利用芯片表面微單元的幾何尺寸和表面特性,即可達到選擇和固定細胞及細胞面密度控制。

美國圣地亞國家實驗室的發現實現了納米愛好者的預言。正像所預想的那樣,納米技術可以在血流中進行巡航探測,即時發現諸如病毒和細菌類型的外來入侵者,并予以殲滅,從而消除傳染性疾病。

研究人員做了一個雛形裝置,發揮芯片實驗室的功能,它可以沿血流流動并跟蹤像鐮狀細胞血癥和感染了愛滋病的細胞。血液細胞被導入一個發射激光的腔體表面,從而改變激光的形成。癌細胞會產生一種明亮的閃光;而健康細胞只發射一種標準波長的光,以此鑒別癌變。3.3.2納米探針

一種探測單個活細胞的納米傳感器,探頭尺寸僅為納米量級,當它插入活細胞時,可探知會導致腫瘤的早期DNA損傷。

3.4組織修復和再生醫學中的納米材料

將納米技術與組織工程技術相結合,構建具有納米拓撲結構的細胞生長支架正在形成一個嶄新的研究方向。相對于微米尺度,納米尺度的拓撲結構與機體內細胞生長的自然環境更為相似。納米拓撲結構的構建有可能從分子和細胞水平上控制生物材料與細胞間的相互作用,引發特異性細胞反應,對于組織再生與修復具有潛在的應用前景和重要意義。將納米纖維水凝膠作為神經組織的支架,在其中生長的鼠神經前體細胞的生長速度明顯快于對照材料。向高分子材料中加入碳納米管可以顯著改善原有聚合物的傳導性、強度、彈性、韌性和耐久性,同時還可以改進基體材料的生物相容性。研究發現,隨著復合物中碳納米管含量的增加,神經元細胞和成骨細胞在復合材料上的黏附與生長也越來越活躍,而星形細胞和成纖維細胞的活性則呈現同等程度的下降。研究人員設計的人造紅細胞輸送氧的能力是同等體積天然紅細胞的236倍,可應用于貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運動需要的額外耗氧等。研究人員成功合成了模擬骨骼亞結構的納米物質,該物質可取代目前骨科常用的合金材料,其物理特性符合理想的骨骼替代物的模數匹配,不易骨折,且與正常骨組織連接緊密,顯示出明顯的正畸應用優勢。

納米自組裝短肽材料RADA16-I與細胞外基質具有很高相似性,RADA16-I納米支架可以作為一種臨時性的細胞培養人工支架,它能很好地支持功能型細胞在受損位置附近生長、遷移和分化,因而有利于細胞抵達傷口縫隙,使組織得以再生。有研究人員利用RADA16-I納米支架修復了倉鼠腦部的急性創傷,并且恢復了倉鼠的視覺功能。RADA16-I形成的水凝膠可用作新型的簡易止血劑,用于多種組織和多種不同類型傷口的止血。

4、我國發展納米生物學和納米醫學的現狀和發展策略

目前,我國在納米生物和醫學領域內的研究基礎還比較薄弱,通過采取各種激勵措施和各種研究計劃的實施,特別是國家自然科學基金委的納米技術重大研究計劃對納米生物和納米醫學項目的支持,我國在納米生物和納米醫學方面的研究狀況有了很大的改善,生物、醫學界的許多院、所相繼建立了有關納米技術的研究室,如中國醫學科學院基礎醫學研究所、軍事醫學科學院毒物藥物研究所和生物物理研究所等都設立了納米研究室,初步形成了一只較強的研究隊伍。近年來,來自化學、物理、信息、藥物、生物和醫學等領域的科學家通過幾次研討會進一步明確了納米生物和納米醫學領域的研究方向和內容,并建立了較密切的合作。我國在納米生物和納米醫學的研究領域也涌現了一批極具特色的研究成果,如在生物傳感器、生物芯片、新型藥物載體和靶向藥物、新型納米藥物劑型、新造影劑、重大疾病的機制、納米材料的應用和生物安全性及重大疾病預防和早期診斷與治療技術等方面。但是,這些研究的水準與國際先進水平還有相當的差距,離國家、社會的需求也有相當遠的距離。

納米醫學工程的建立不僅是因為有其迫切的需要,而且也因為有了實現的可能。如今,納米科技在國際上已嶄露頭角,世界各發達國家紛紛開展納米科技的研究。在我國,科技界對納米科技的重要性有了共識,納米科技研究已取得引人注目的成果。學科發展和社會需要是推動社會發展的巨大動力,學科發展可以創造新的需求,社會需求可以促進學科向深度和廣度發展。納米生物醫學工程正在出現,我們無力將它阻擋。雖然它的廣泛應用尚有待時日,并潛在危險,但若沒有它,我們現在面臨的許多生物醫學工程問題就不可能得到滿意的解決。

人類正在被歷史及自身推向一個嶄新的陌生世界,倘若人類能直接利用原子、分子進行生產活動,這將是一個質的飛躍,將改變人類的生產方式,并空前地提高生產能力,有可能從根本上解決人類面臨的諸多困難和危機。我們有必要把納米科技和生物醫學工程概念進行拓展,把納米科技的理論與方法引入生物醫學工程的相關研究領域,創立新的邊緣學科——納米生物醫學工程。可以相信,納米醫學工程將會成為納米科技的重要分支,并開創生物醫學工程新紀元。科學家認為,納米科技在生物醫學方面,甚至有可能超過信息技術和基因工程,成為決勝未來的關鍵性技術。[參 考 文 獻] [1]劉吉平,郝向陽.納米科學與技術[M].北京:科學出版社,2002:2,227-229,234-238,239-242,230-234.[2]李道萍.21世紀嶄新的學科——納米醫學[J]1世界新醫學信息文摘,2003,1(3):208-210.[3]李會東.納米技術在生物學與醫學領域中的應用[J].湘潭師范學院學報(自然科學版),2005,27(2):49-51.[4]皮洪瓊,吳俊,袁直等.注射用生物可降解胰島素納米微球的制備[J]1應用化學,2001,18(5):365-369.[5]常津.阿毒素免疫磁性毫微粒的體內磁靶向定位研究[J].中國生物醫學工程學報,1996,15(4):216-221.[6]張共清,梁屹.納米技術在生物醫學的應用[J]1中國醫學科學院學報,2002,24(2):197-201.〔7〕中國社會科學院語言研究所詞典編輯室編.現代漢語詞典.北京:商務印書館2002年版:1711〔8〕奇云.21世紀的納米醫學.健康報,2001(4):12〔9〕紀小龍.納米醫學怎樣診治疾病.健康報,2001,7,19[9]奇 云.納米醫學——21世紀的科技新領域[N].中國醫藥報,1995年6月8日~1995年7月18日,第1160期-1178期,第7版.[10]奇 云.納米材料——21世紀的新材料[J].科技導報,1992(10):28-31.[11]奇 云.納米電子學研究進展[J].現代物理知識,1994,6(5):24-25.[12]奇 云.納米生物學的誘人前景[N].光明日報,1993年5月7日,第15864號第3版.[13]奇 云.納米化學研究進展[J].自然雜志,1993,16（9、10):2-5.[14]奇 云.納米化學研究進展[J].現代化工,1993,13(8):38-39.[15] 華中一.納米科學與技術[J].科學,2000,52(5):6-10..