纳米复合材料课程论文

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纳米复合材料及其环保应用

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纳米复合材料及其环保应用

摘要:

本文主要对纳米材料的定义以及纳米材料的发展史，展望等内容。然后再从各个方面阐述纳米复合材料在环净保护方面的应用，按照一定的顺序分模块介绍各个不同方面，机构较为清晰。

关键字: 纳米复合材料 发展 环境保护

首次接触纳米这个词还是初中的物理课上，那时候老师问我们什么度量单位最小，我还为自己说出微米这个词而沾沾自喜，殊不知还有更精确的度量单位——纳米。

提起“纳米”这个词，可能很多人都听说过，但什么是纳米，什么是纳米材料，可能很多人并不一定清楚，今天我就用仅有的知识说说对纳米材料的理解以及它在环保方面的应用。 一：纳米材料及纳米材料的概述

纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。广义的纳米材料是指在三维空间中，至少有一维达到纳米尺度范围，或以其为基本单位所构成的材料[1]。 二：发展史

1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。到了20世纪60年代人们开始对分立的纳米粒子进行研究。1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制的了金属纳米微粒，并对其进行了电镜和电子衍射研究。1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡实验室的Siegal相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒子直径为6nm的铁粒子原位加压成形，烧结得到了纳米微晶体块，从而使得纳米材料的研究进入了一个新阶段。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段：

第一阶段：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。

第二阶段：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

第三阶段：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。【15】

三：展望

纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术将带动纳米产业的发展。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。自中科院合肥物质科学研究院(固体物理所)的“安徽纳米材料及应用产业技术创新战略联盟”成立以来，在开展纳米材料及其应用产品产业化共性关键技术研究，推进联盟组织化、制度化、规范化运行，探索新型产学研结合机制，培育产业集群等方面开展了卓有成效的工作。前瞻产业研究院资料显示，联盟成立至今的一年多时间内，共联合在研开发项目6项，投入研究开发经费2493万元，申请发明专利12项，发表学术论文14篇，2项成果通过安徽省科技成果鉴定。联盟成员单

位已达到23家。《2013-2017年中国纳米材料行业发展前景与投资预测分析报告》数据显示“纳米复合聚氨酯合成革材料的功能化”和“纳米材料在真空绝热板材中的应用”2项合作项目取得较大进展。联盟将重点研究开发阻燃型高效真空绝热板及其在建筑外墙保温领域的应用研发和产业化，该技术的开发将进一步促进我国建筑节能环保技术水平的提升，带动安徽纳米材料产业进入高速发展期。

四：纳米材料在环保方面的应用

纳米技术具有极大的理论和应用价值，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。

1.净化作用

（1）空气中硫氧化物的净化

二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，如果在燃料燃烧的同时加入纳米级催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物。

（2）汽车尾气净化

汽车尾气排放直接污染人们的生活空间及呼吸层，对人体健康影响极大。开发替代燃料或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料，对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制备与组装的汽车尾气传感器[4]，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。

（3）室内空气净化

新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，纳米TiO2的降解效果最佳。纳米TiO2经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧膜化能与细菌细胞或细胞内组成成分进行生化反应，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解，即利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物[5]。在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米TiO2光催化剂可具有杀菌、除臭作用。

2.在水污染治理方面的应用

（1）处理无机污染废水

污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力[6]。如纳米TiO2能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。

（2）处理有机污染废水

大量研究表明纳米TiO2等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物，使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO2能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质图。

（3）自来水的净化处理

新型纳米级净水剂的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂Al2O3的10~20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100%除去水中的细菌、病毒，得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。

3.在其它环保领域的应用

（1）噪声控制

飞机、车辆等发动机工作的噪声容易对环境造成噪声污染。当机器设备等被纳米技术微

型化以后，其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便可得到有效控制。

（2）固体废物处理

纳米技术及纳米材料应用于城市固体垃圾处理，主要有两个方面：一是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是利用纳米TiO2催化技术可以使城市垃圾快速降解，其速度可达到大颗粒TiO2的10倍以上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。【14】

（3）防止电磁辐射

在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，通过在墙内加入纳米材料层或涂上纳米涂料，能大大提高遮挡电磁波辐射性能。

4.在照明工程方面的应用

火力发电排放的CO2、SO2、烟尘悬浮物等会引起温室效应、酸雨和环境污染，通过照明节电可以带来巨大的社会、经济和生态效益。在照明工程中，最理想的节电措施是充分利用太阳光来照明，利用一些纳米材料的光致发光特性是可行的办法，白昼吸收自然光并贮存起来，晚上再直接把光射到需要的地方。

5：结语

随着纳米科技和纳米材料的研究深入，特别是纳米科技与环境保护和环境治理的进一步有机结合，许多环保难题将会得到解决。有理由相信，纳米科技作为一门新兴科学，必将对环境保护产生深远的影响，利用纳米科技解决环境污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。因此，学习纳米知识非常重要，同时做到学以致用。

参考文献

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