1、PAGE 11 -環境工程概論論文：納米技術與環境保護納米技術( Naanottechhnollogyy )是是指在納納米（00.11000 nmm）尺度度范圍內內研究物物質的特特性及其其相互作作用和運運動的規規律，并并利用這這些特性性為人類類服務的的技術，包包括納米米材料和和納米結結構兩個個方面。目目前發展展較為成成熟的應應用技術術主要有有：納米米材料、納納米藥物物、納米米機械、納納米微電電子器件件等。被被稱之為為21世世紀前沿沿科學的的納米材材料和納納米技術術將對環環境保護護產生深深遠的影影響，有有著廣泛泛的應用用前景，甚甚至會改改變人們們的傳統統環保觀觀念利利利用納米米材料和和納米技技術

2、解決決污染問問題將成成為未來來環境保保護發展展的必然然趨勢。一、噪聲污污染控制制飛機、車輛輛、船舶舶等發動動機工作作的噪聲聲可達到到上百分分貝，容容易對人人造成危危害，但但當機器器設備等等被納米米技術微微型化以以后，其其互相撞撞擊、磨磨擦產生生的交變變機械作作用力將將大為減減小，噪噪聲污染染可得到到有效控控制。運運用納米米技術開開發的潤潤滑劑，既既能在物物體表面面形成永永久性的的固態膜膜，產生生極好的的潤滑作作用，可可以大大大降低機機器設備備運轉時時的噪聲聲，又能能延長它它的使用用壽命。納米粒子的的抗摩減減摩機理理主要通通過以下下3條途途徑實現現：1類似“微微軸承”作作用，減減少摩擦擦阻力，降

3、降低摩擦擦系數；2在摩擦擦條件下下，納米米微粒在在摩擦副副表面形形成了一一個光滑滑保護層層；3填充摩摩擦副表表面的微微坑和損損傷部位位，起修修復作用用。 納米微微粒添加加劑的作作用機理理不同于于傳統添添加劑，與與其本身身所具有有的納米米效應有有在摩擦擦過程中中，因摩摩擦表面面局部溫溫度高，尤尤其在高高負荷下下，納米米微粒極極有可能能處于熔熔化、半半熔化或或燒結狀狀態，從從而形成成一層納納米膜。另另外納米米微粒具具有極高高的擴散散力和自自擴散能能力(比體相相材料高高十幾個個數量級級)，容易易在金屬屬表面形形成具有有極佳抗抗摩性能能的滲透透層或擴擴散層，表表現出“原位摩摩擦化學學原理”(In-si

4、ttu ttribbochhemiicall trreammentt)。這這種機理理認為，納納米添加加劑，尤尤其在高高負荷條條件下它它們的潤潤滑作用用不再取取決于添添加劑小小的元素素是否對對于基體體是化學學活性的的，而很很大程度度上決定定于它們們是否與與基體組組分形成成擴散層層或滲透透層和固固溶體。納納米添加加劑的這這一性能能，解決決了潤滑滑油和燃燃油添加加劑設計計上長期期依賴SS、P、Cl等活活性元素素的狀況況，同時時解決了了S、P、Cl對基基體金屬屬造成的的腐蝕和和帶來的的環境問問題。二、固體廢廢棄物處處理納米技術及及材料應應用于固固體廢棄棄物處理理，其優優越性主主要體現現在以下下兩個方方

5、面：首先，納米米級處理理劑降解解固體廢廢棄物的的速度快快。例如如，納米米TiOO2降解解固體廢廢棄物的的速度為為常規TTiO22的100倍。納納米TiiO2具具有很強強的散射射和吸收收紫外線線的能力力，尤其其是對人人體有害害的中長長波紫外外線UVVA、UUVB(3200-4000nmm，2990-3320nnm)的的吸收能能力很強強，效果果比有機機紫外吸吸收劑強強得多，并并且可透透過可見見光，因因其無毒毒無味、無無刺激性性而廣泛泛用于化化妝品。在在對日本本銷售的的37種種防曬化化妝品的的分析中中，發現現其中大大多數均均含有納納米TiiO2。英英國Tiioxiide公公司將超超微細的的TiOO2

6、粉末末制成漿漿狀產品品以供化化妝品廠廠家使用用，美國國也開發發出了66種商品品化的無無機防曬曬劑。將將納米TTiO22應用于于涂料中中可制成成特殊的的防紫外外線產品品，如汽汽車、輪輪船面漆漆的防老老化劑，防防紫外線線傘等。其次，利用用納米技技術可以以將橡膠膠塑料制制品、廢廢舊印刷刷電路板板制成超超細粉末末，除去去其中的的雜質，將將其作為為再生原原料回收收。在日日本將廢廢橡膠輪輪胎制成成粉末用用于鋪設設運動場場、道路路以及新新干線的的路基等等。因此，納米米技術可可在很大大程度上上緩解固固體廢棄棄物給環環境帶來來的巨大大的壓力力也可以以減輕填填埋等傳傳統方式式所帶來來的二次次污染。 三、污廢水水處

7、理方方面納米過濾技技術納米過濾（NNanoo Fiiltrratiion，NNF）是是一種由由壓力驅驅動的新新型膜分分離過程程，介于于反滲透透與超濾濾之間。納納濾膜的的孔徑范范圍在納納米級，其其相對分分子質量量截留范范圍為數數百。納納濾的特特點：一一是在過過濾分離離過程中中，它能能載留小小分子的的有機物物并可同同時透析析出鹽，即即集濃縮縮與透析析為一體體；二是是操作壓壓力低，因因為無機機鹽能通通過納濾濾膜而透透析，使使得納濾濾的滲透透壓遠比比反滲透透低。納納濾在工工業生產產過程中中資源的的回收或或工業廢廢水的處處理和循循環中有有著重要要的作用用。自清潔涂料料 最近發發現，TTiO22在紫外外光

8、照射射條件下下，表面面結構發發生變化化而具有有超親水水性，停停止紫外外光照射射，數小小時或77d后又又回到疏疏水性狀狀態，再再用紫外外光照射射，又表表現出超超親水性性。采用用間隙紫紫外光照照射，可可使表面面始終保保持超親親水性狀狀態。此此特性可可用于表表面防霧霧及自清清潔等方方面。鍍鍍有TiiO2的的表面因因為其超超親水性性，使油油污不易易附著，即即使有所所附著，也也是和外外層水膜膜結合，在在外部風風力、水水淋沖及及自重作作用下能能自動從從涂層表表面剝離離，從而而達到防防污和自自清潔的的目的。將將TiOO2的光光催化性性能和超超親水性性結合應應用于玻玻璃、陶陶瓷等建建筑材料料，在醫醫院、賓賓館

9、和家家庭中具具有廣闊闊的應用用前景。四、納米光光催化技技術 光催化降解解是一項項新興的的頗有發發展前途途的廢水水處理技技術，它它是指污污染物在在光照下下，通過過催化劑劑實現分分解。常常用的光光催化劑劑有TiiO2，ZZnO，CCdS，SSnO22，Fee2O33等。納納米顆粒粒由于具具有常規規顆粒所所不具備備的納米米效應而而具有更更高的催催化活性性。光催化消毒毒劑 納米米TiOO2經光光催化產產生的空空穴和形形成于表表面的活活性氧類類能與細細菌細胞胞或細胞胞內的組組成成分分進行生生化反應應，使細細菌頭單單元失活活而導致致細胞死死亡，并并且使細細菌死亡亡后產生生的內毒毒素分解解。實驗驗結果表表明

10、，將將TiOO2涂覆覆在玻璃璃、陶瓷瓷表面，經經室內熒熒光燈照照射1hh后可將將其表面面99%的大腸腸桿菌、綠綠膿桿菌菌、金色色葡萄球球菌殺死死。這種種瓷磚若若用于醫醫院，則則覆著于于墻面上上的細菌菌數和空空氣中的的浮游菌菌數明顯顯下降；若用于于衛生間間，則可可明顯降降低氨氣氣濃度。日日本最近近開發出出用于TTiO22覆被的的抗菌陶陶瓷，在在光照下下可完全全殺死其其表面的的細菌。最最近福州州大學也也研制出出堅固的的摻雜TTiO22膜的陶陶瓷材料料，對大大腸桿菌菌和空氣氣中的浮浮游菌具具有穩定定的殺滅滅作用和和抑制細細菌生長長的能力力。近年年來不斷斷研究開開發出含含有超細細TiOO2，ZZnO等

11、等微粉的的抗菌除除臭纖維維，不僅僅用于醫醫療，而而且還可可制成抑抑菌防臭臭的高級級紡織品品、衣服服、圍裙裙及鞋襪襪等。自自19776年CCaryy J.H.等等人報道道了在紫紫外光照照射下，納納米TiiO2可可使難降降解的有有機化合合物多氯氯聯苯脫脫氯的光光催化水水處理技技術后，引引起了各各國眾多多研究者者的普遍遍重視。迄迄今為止止，已經經發現有有30000多種種難降解解的有機機化合物物可以在在紫外線線的照射射下通過過納米TTiO22或ZnnO而迅迅速降解解，特別別是當水水中有機機污染物物濃度很很高或用用其他方方法很難難降解時時，這種種技術有有著明顯顯的優勢勢。美國國、日本本、英國國等已有有將

12、納米米TiOO2光催催化技術術實際應應用于水水處理的的報道。五、納米吸吸附材料料由于納米材材料所具具有的表表面效應應，使納納米材料料具有高高表面活活性、高高表面能能和高比比表面積積，所以以納米材材料在制制備高性性能吸附附材料方方面表現現出巨大大的潛力力。一種種新型的的納米級級凈水劑劑具有很很強的吸吸附能力力。它的的吸附能能力和絮絮凝能力力是普通通凈水劑劑三氯化化鋁的110220倍。因因此，它它能將污污水中懸懸浮物完完全吸附附并沉淀淀下來，先先使水中中不含懸懸浮物，然然后采用用納米磁磁性物質質、纖維維和活性性炭凈化化裝置，能能有效地地除去水水中的鐵鐵銹、泥泥沙及異異味等。經前兩道凈化工序后，水體

13、清澈，沒有異味，口感也較好。再經過帶有納米孔徑的特殊水處理膜和帶有不同納米孔徑的陶瓷小球組裝的處理裝置后，可以100%除去水中的細菌、病毒，得到高質量的純凈水，完全可以飲用。據李明等報道，某公司采用納米材料用于污水處理凈化劑、絮凝劑和殺菌消毒劑中，這些納米材料形成的多元復合新型超高效水處理劑，不僅治污效果好，而且縮短了工藝流程、降低了藥劑費用。（一）納米米材料在在空氣凈凈化中的的應用納米材料在在處理空空氣污染染方面有有廣闊的的應用前前景，因因其具有有較小的的顆粒尺尺寸，而而且納米米微粒表表面形態態隨著粒粒徑的減減小，表表面光滑滑程度變變差，形形成了凹凹凸不平平的原子子臺階，從從而起到到以下三三

14、個方面面的作用用：1）提提高反應應速度，增增加反應應率；22）決定定反應路路徑，良良好的選選擇性；3）降降低反應應溫度。1二氧化化碳排放放的控制制二氧化碳減減排方面面目前有有5種技技術選擇擇：選擇擇新的能能源、提提高能源源效率、二二氧化碳碳固定、二二氧化碳碳分離以以及二氧氧化碳利利用。而而在技術術層面，主主要是采采用新的的生產工工藝和新新型的催催化劑，以以提高反反應效率率。例如如，用燃燃煤發電電產生的的二氧化化碳合成成液體車車用燃料料降低二二氧化碳碳排放的的Carrnoll工藝，就就是采用用了納米米結構的的甲醇合合成催化化劑，取取得了很很好的效效果。2空氣中中硫氧化化物的凈凈化納米技術的的催化

15、效效率極高高。經它它催化的的石油中中硫的含含量小于于0.001%。在在燃料燃燃燒的同同時加入入納米級級催化劑劑不僅可可以使煤煤充分燃燃燒, 不產生生一氧化化硫氣體體, 提提高能源源利用率率, 而而且會使使硫轉化化成固體體的硫化化物。 3汽車尾尾氣凈化化納米級催化化劑用于于汽車尾尾氣催化化，有極極強的氧氧化還原原性能，使使汽油燃燃燒時不不再產生生一氧化化硫和氮氮氧化物物，根本本無需進進行尾氣氣凈化處處理。而而用納米米復合材材料制備備與組裝裝的汽車車尾氣傳傳感器, 通過過汽車尾尾氣排放放的監控控, 可可及時對對超標排排放進行行報警, 并通通過調整整合適的的空燃比比, 減減少富油油燃燒，達達到降低低

16、有害氣氣體排放放和燃油油消耗的的目的。納納米稀土土鈦礦型型復合氧氧化物對對汽車尾尾氣所排排放的NNO，CCO 等等具有良良好的催催化轉化化作用, 可以以替代昂昂貴的重重金屬催催化劑用用作汽車車尾氣催催化劑。將將合成的的納米介介孔結構構的碳分分子篩應應用于催催化柴油油的吸附附改質，也也具有非非常優越越的性能能。3.1汽車車尾氣凈凈化催化化劑最新研究成成果表明明，復合合稀土化化合物的的納米級級粉體有有極強的的氧化還還原性能能，這是是其他任任何汽車車尾氣凈凈化催化化劑東歐歐不能比比擬的。它它的應用用可以徹徹底解決決汽車尾尾氣中一一氧化碳碳（COO）和氮氮氧化物物（NOOx）的的污染問問題。以以活性炭

17、炭作為載載體，納納米Zrr0.55Ce00.5OO2粉體體為催化化活性體體的 汽汽車尾氣氣凈化催催化劑 ，由于于其表面面存在ZZr4+/Zrr3+及及Ce44+/CCe3+電子可可以在其其3價和和4價之之間傳遞遞，因此此具有極極強的電電子得失失能力和和氧化還還原性，在在加上納納米材料料比表面面大，空空間懸鍵鍵多，吸吸附能力力強，因因此它在在氧化一一氧化碳碳的同時時還還原原氮氧化化物，使使它們轉轉化為對對人體和和環境無無害的氣氣體二氧化化碳和氮氮氣。科科學工作作者研制制的更新新一代的的納米催催化劑，將將在汽車車發動機機汽缸發發揮催化化作用，是是汽油在在燃燒時時就不產產生COO和NOOx，從從而我

18、、無無需進行行尾氣凈凈化處理理。3.2石油油脫硫催催化劑工業用及車車用燃料料油是最最大的二二氧化碳碳污染源源，燃料料油中的的含硫化化合物在在燃燒后后會產生生SO22，所以以石油煉煉制工業業有脫硫硫工藝以以降低汽汽柴油的的硫含量量。采用用半徑為為55-70nnm的鈦鈦酸鈷（CCoTii3）作作為催化化活體，以以多孔硅硅膠或AAl2OO3陶瓷瓷作為載載體的催催化劑進進行脫硫硫，其催催化效率率極高。采采用沉淀淀溶出法法制備的的粒徑約約30-60nnm的白白色球狀狀鈦酸鋅鋅粉體，該該粉體比比表面積積大，化化學性高高，用它它作吸附附脫硫劑劑，較固固相燒結結法制備備的鈦酸酸粉提效效果明顯顯提高。經經催化的

19、的石油中中硫的含含量小于于0.001%，達達到國際際標準。3.3納米米燃油添添加劑納米技術為為添加劑劑市場開開辟了新新的市場場機遇。北北京大學學博雅公公司利用用納米技技術研制制開發出出NANNO牌納納米燃油油添加劑劑，采用用液相納納米技術術生產的的燃油添添加劑。以以納米級級的微爆爆使燃油油二次霧霧化，與與空氣混混合均勻勻、充分分，使燃燃燒進行行更徹底底，可廣廣泛應用用于工業業和商業業用汽油油、柴油油和重油油等。納米燃油添添加劑還還可以大大幅增加加動力，降降低燃油油消耗，提提高發動動機性能能并延長長其壽命命，減少少尾氣中中有害物物質的排排放，保保護環境境。該添添加劑采采用創新新的納米米微乳化化技

20、術生生產的新新一代多多用途燃燃油添加加劑，可可以全面面解決辛辛烷值強強化劑、清清潔劑和和皆有添添加劑所所單獨解解決的問問題，還還可以整整體改善善發動機機的性能能，是一一種全新新概念的的具有綜綜合性能能的第四四代環保保型燃油油添加劑劑。納米米燃油添添加劑可可降低發發動機對對辛烷值值的要求求、提高高動力性性能、節節約燃油油、降低低排污、改改善車輛輛性能。3.4煤炭炭用助燃燃催化劑劑工業用煤燃燃燒后也也會產生生SO22氣體，在在燃料燃燃燒時，加加入一種種納米級級催化劑劑，不僅僅可以使使煤充分分燃燒，提提高能源源利用率率，而且且會使硫硫轉化成成固體的的硫化物物，不產產生二氧氧化硫氣氣體，從從而杜絕絕有害氣氣體的產產生。室內空氣凈凈化納米TiOO2 經經光催化化產生的的空穴和和形成于于表面的的活性氧氧化膜能能與細菌菌細胞或或細胞內內組成成成分進行行生化反反應, 使細菌菌頭單元元失活而而導致細細胞死亡亡, 并并且使細細菌死亡亡后產生生的內毒毒素分解解，即利利用納米米TiOO2 的的光催化化性能不不僅能殺殺死環境境中的細細菌, 而且能能同時降降解由細細菌釋放放出的有有毒復合合物。 4環境污