纳米材料在保护环境方面的应用

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纳米材料作为21世纪最具前景的材料之一，在环境保护领域展现出了巨大的应用潜力。从水处理到空气净化，从垃圾降解到污染监测，纳米材料以其独特的物理化学性质，为解决环境问题提供了新的思路和方法。本文将为您详细介绍纳米材料在环境保护中的具体应用及其未来发展方向。

随着纳米技术的飞速发展，纳米材料的合成和使用正日益增加，并且在电子、纺织、医药、化妆品、建筑、环保等行业，纳米材料都得到了广泛的应用。

根据美国试验与材料协会(the American Society for Testing and Materials)和英国标准学会(the British Standards Institution)的定义，纳米材料是指任一维尺寸小于100nm的材料[1]。

在水环境保护方面，纳米材料及技术可以应用于以下几个方面：

减少水资源消耗：用纳米TiO2处理后的化学纤维制作的衣服、窗帘和帐篷等能起到自洁作用，不需使用化学洗涤剂清洗，从而降低了污水的排放量，同时减少了水资源的消耗。
水的净化处理：使用纳米材料的光催化方法，可使许多难降解的污染物转化为H2O和CO2 等无污染的小分子物质。
用于有机物废水处理：利用TiO2、ZnO等半导体对有机污染物进行光催化降解，最终生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物，正逐渐成为工业化技术，这为环境污染的消除开辟了广阔的前景。
用作纳米净水剂：一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10～20倍。
抑制蓝藻生长：研究表明，改性纳米TiO2具有较强的氧化能力，对滇池蓝藻的微囊藻胶群体、叶绿素以及超氧化物歧化酶活性等可产生明显的破坏性影响，从而可显著抑制蓝藻生长［2］。

用作煤炭助燃催化剂：工业用煤燃烧后也会产生SO2气体，如加入纳米级助燃催化剂则不仅可使煤充分燃烧，不产生CO气体，提高能源利用率，而且会使硫转化为固体硫化物，而不产生SO2气体，从而消除有害气体的产生［3］。
用作石油脱硫催化剂：纳米钛酸钴(CoTiO3)是一种非常好的石油脱硫催化剂，以半径为55～70nm的钛酸钴合成的催化活体多孔硅胶或以Al2O3陶瓷作为载体的催化剂,其催化效率极高。
用作汽车尾气净化催化剂：复合稀土化合物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能,这是其它任何汽车尾气净化催化剂都不能比拟的，它的应用可以彻底解决汽车尾气中CO和NOx的污染问题。
用作纳米燃油添加剂：纳米燃油添加剂可以大幅增加动力，降低燃油消耗，提高发动机性能并延长其寿命，减少尾气中有害物质的排放，保护环境。
治理大气污染：利用纳米TiO2的光催化作用可将这些气体氧化成硝酸和硫酸,在降雨过程中除去,从而达到降低大气污染的目的。［5］［4］。

减少废物的产生：纳米材料的可回收、可生物降解等特性，可以提高食品包装的重复利用度、减轻环境污染［6］。
处理城市垃圾：纳米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解,其降解速度是大颗粒TiO2的10倍以上,从而可解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力,避免了因焚烧处理而带来的二次环境污染问题。

控制污染源：污染的预防是指有效地使用原材料、能源、水及其他资源以减少或消除废物的产生，从而从源头上遏制污染的发生。
监测环境污染：利用纳米技术研制的碳纳米管可以用于监测NOx,可在室温下工作，造价低廉，而且体积小［7］。
紫外线屏蔽：纳米TiO2具有很强的散射和吸收紫外线的能力，尤其是对人体有害的中长波紫外UVA、UVB(320～400nm,290～320nm)的吸收能力很强，效果比有机紫外吸收剂强很多，并且可透过可见光。
噪声控制：运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，得以大降低机器设备运转时的噪声，又能延长它的使用寿命［8］。

近年来纳米材料在环境污染治理中的应用成为环境污染治理研究的新热点，并且取得了一些重要成果［9］。在今后的研究中，需要进一步加强：

不同纳米尺度修复剂在土壤、水体中的存在状态、传输、转化和与其它物质相互作用的规律研究。
土壤、水体中不同纳米尺度物质的探测和表征方法，建立纳米尺度有毒化学物质的数据库，进一步明确划分纳米尺度有毒化学物质的范围，以利于重点防范这些物质在生产和应用过程中对环境安全造成的危害。
需探索有效的纳米材料安全评价方法，建立统一的纳米材料毒理学实验方法、技术及安全标准，为纳米材料的生物毒性机制研究提供保障。

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