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1、納米材料在環(huán)境保護方面的最新應(yīng)用進展(一)納米材料在環(huán)境保護方面的最新應(yīng)用進展1噪聲污染控制??飛機、車輛、船舶等發(fā)動機工作的噪聲可達到上百分貝，容易對人造成危害，但當(dāng)機器設(shè)備等被納米技術(shù)微型化以后，其互相撞擊、磨擦產(chǎn)生的交變機械作用力將大為減小，噪聲污染可得到有效控制。運用納米技術(shù)開發(fā)的潤滑劑，既能在物體表面形成永久性的固態(tài)膜，產(chǎn)生極好的潤滑作用，得以大大降低機器設(shè)備運轉(zhuǎn)時的噪聲，又能延長它的使用壽命。??納米粒子的抗摩減摩機理主要通過以下3條途徑實現(xiàn)：①類似“微軸承”作用，減少摩擦阻力，降低摩擦系數(shù)；②在摩擦條
2、件下，納米微粒在摩擦副表面形成了一個光滑保護層；③填充摩擦副表面的微坑和損傷部位，起修復(fù)作用。??納米微粒添加劑的作用機理不同于傳統(tǒng)添加劑，與其本身所具有的納米效應(yīng)有關(guān)，在摩擦過程中，因摩擦表面局部溫度高，尤其在高負荷下，納米微粒極有可能處于熔化、半熔化或燒結(jié)狀態(tài)，從而形成一層納米膜。另外納米微粒具有極高的擴散力和自擴散能力(比體相材料高十幾個數(shù)量級)，容易在金屬表面形成具有極佳抗摩性能的滲透層或擴散層，表現(xiàn)出“原位摩擦化學(xué)原理”(In-situtribochemicaltreament)。這種機理認為，納米添加劑
3、，尤其在高負荷條件下它們的潤滑作用不再取決于添加劑小的元素是否對于基體是化學(xué)活性的，而很大程度上決定于它們是否與基體組分形成擴散層或滲透層和固溶體。納米添加劑的這一性能，解決了潤滑油和燃油添加劑設(shè)計上長期依賴S、P、Cl等活性元素的狀況，同時解決了S、P、Cl對基體金屬造成的腐蝕和帶來的環(huán)境問題。??2固體廢棄物處理??納米技術(shù)及材料應(yīng)用于固體廢棄物處理，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下兩個方面：首先，納米級處理劑降解固體廢棄物的速度快。例如，納米TiO2降解固體廢棄物的速度為常規(guī)TiO2的10倍。其次，利用納米技術(shù)可以將橡
4、膠塑料制品、廢舊印刷電路板制成超細粉末，除去其中的雜質(zhì)，將其作為再生原料回收。在日本將廢橡膠輪胎制成粉末用于鋪設(shè)運動場、道路以及新干線的路基等。因此，納米技術(shù)可在很大程度上緩解固體廢棄物給環(huán)境帶來的巨大的壓力也可以減輕填埋等傳統(tǒng)方式所帶來的二次污染。??3自清潔涂料??最近發(fā)現(xiàn)，TiO2在紫外光照射條件下，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而具有超親水性，停止紫外光照射，數(shù)小時或7d后又回到疏水性狀態(tài)，再用紫外光照射，又表現(xiàn)出超親水性。采用間隙紫外光照射，可使表面始終保持超親水性狀態(tài)。此特性可用于表面防霧及自清潔等方面。鍍有TiO2
5、的表面因為其超親水性，使油污不易附著，即使有所附著，也是和外層水膜結(jié)合，在外部風(fēng)力、水淋沖及自重作用下能自動從涂層表面剝離，從而達到防污和自清潔的目的。將TiO2的光催化性能和超親水性結(jié)合應(yīng)用于玻璃、陶瓷等建筑材料，在醫(yī)院、賓館和家庭中具有廣闊的應(yīng)用前景。??4光催化消毒劑??納米TiO2經(jīng)光催化產(chǎn)生的空穴和形成于表面的活性氧類能與細菌細胞或細胞內(nèi)的組成成分進行生化反應(yīng)，使細菌頭單元失活而導(dǎo)致細胞死亡，并且使細菌死亡后產(chǎn)生的內(nèi)毒素分解。實驗結(jié)果表明，將TiO2涂覆在玻璃、陶瓷表面，經(jīng)室內(nèi)熒光燈照射1h后可將其表面9
6、9%的大腸桿菌、綠膿桿菌、金色葡萄球菌殺死。這種瓷磚若用于醫(yī)院，則覆著于墻面上的細菌數(shù)和空氣中的浮游菌數(shù)明顯下降；若用于衛(wèi)生間，則可明顯降低氨氣濃度。日本最近開發(fā)出用于TiO2覆被的抗菌陶瓷，在光照下可完全殺死其表面的細菌。最近福州大學(xué)也研制出堅固的摻雜TiO2膜的陶瓷材料，對大腸桿菌和空氣中的浮游菌具有穩(wěn)定的殺滅作用和抑制細菌生長的能力。近年來不斷研究開發(fā)出含有超細TiO2，ZnO等微粉的抗菌除臭纖維，不僅用于醫(yī)療，而且還可制成抑菌防臭的高級紡織品、衣服、圍裙及鞋襪等。??5監(jiān)測環(huán)境污染??有毒的氮氧化物(NOx
7、)和氨氣(NH3)可導(dǎo)致酸雨和溫室效應(yīng)，因此其在大氣中的含量必須適時監(jiān)測?，F(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)成本高，不便移動作業(yè)，所需溫度高。碳納米管可以用于探測有毒的二氧化氮和氨氣，利用納米技術(shù)研制的探測器是由兩端連接金屬導(dǎo)線的納米碳管組成。該探測器可以在室溫下用于監(jiān)測氮氧化物(NOx)和氨氣(NH3)濃度，造價低廉，并且體積微小，只有3μm長，仿佛是用微芯片進行化學(xué)分析的“芯片實驗室”。該技術(shù)對二氧化氮、氨氣等進行監(jiān)測很有價值。??6防止電磁輻射??納米TiO2具有很強的散射和吸收紫外線的能力，尤其是對人體有害的中長波紫外線UVA、
8、UVB(320-400nm，290-320nm)的吸收能力很強，效果比有機紫外吸收劑強得多，并且可透過可見光，因其無毒無味、無刺激性而廣泛用于化妝品。在對日本銷售的37種防曬化妝品的分析中，發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)均含有納米TiO2。英國Tioxide公司將超微細的TiO2粉末制成漿狀產(chǎn)品以供化妝品廠家使用，美國也開發(fā)出了6種商品化的無機防曬劑。將納米TiO2應(yīng)用于涂
