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1、納米技術(shù)在水處理中的應(yīng)用80197[關(guān)鍵詞]納米技術(shù)水處理tio2光催化氧化納米膜技術(shù)63495236一、納米技術(shù)及其效應(yīng)納米技術(shù)是指在1—100尺度上研究和應(yīng)用原子、分子現(xiàn)象，由此發(fā)展起來的多學(xué)科、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究緊密聯(lián)系的新的科學(xué)技術(shù)。它是現(xiàn)代物理(介觀物理、量子力學(xué)、混沌物理和分子生物學(xué)等)和先進工程技術(shù)(計算機、微電子和掃描隧道顯微鏡等技術(shù))結(jié)合的產(chǎn)物。納米技術(shù)包括納米結(jié)構(gòu)和納米材料。納米結(jié)構(gòu)是指在納米尺寸上構(gòu)架功能性結(jié)構(gòu)。納米材料指的是構(gòu)成材料的結(jié)構(gòu)單元尺寸是納米尺寸，并且用的材料性質(zhì)是這個尺度上物質(zhì)特有的非常規(guī)性質(zhì)。納米
2、顆粒由于具有極小的尺寸，產(chǎn)生了常規(guī)顆粒的大塊材料所不具備的新效應(yīng)。1.小尺寸效應(yīng)(又稱體積效應(yīng))。當(dāng)超細微粒的尺寸與光波的波長、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長或超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時，其周期性的邊界條件將破壞，光、聲、電、磁、熱力學(xué)等特性會表現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)。2．量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)粒子的尺寸小到某一值時，金屬的費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變成離散，對于納米半導(dǎo)體材料存在的不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)分子軌道的能級和能隙變寬，此現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。3．宏觀量子隧道效應(yīng)。微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為
3、隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等也具有貫穿宏觀系統(tǒng)勢壘而產(chǎn)生變化的隧道效應(yīng)——宏觀量子隧道效應(yīng)。4．表面效應(yīng)。表面效應(yīng)是納米粒子及固體材料中重要的效應(yīng)之一，是指表面原子數(shù)隨納米結(jié)構(gòu)尺寸減小而急劇增大后引起的性質(zhì)上的變化。表1是顆粒粒徑、原子數(shù)及表面原子數(shù)之間的關(guān)系。表面原子數(shù)的增加、原子配位的不足，必然導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)存在許多表面缺陷，使表面具有很高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合。納米顆粒的粒徑極小，具有巨大的比表面積的表面自由能。二、納米tio2氧化技術(shù)研究情況納米ti
4、o2氧化作用原理是，在紫外光照射下，納米tio2表面會產(chǎn)生氧化能力極強的羥基自由基(·oh)，使水中的有機污染物氧化降解為無害的co2和水。納米tio2光催化氧化技術(shù)的優(yōu)點是：降解速度快，一般只需幾十分鐘到幾小時即可取得良好的廢水處理效果；降解無選擇性，尤其適合于氯代有機物、多環(huán)芳烴等；氧化反應(yīng)條件溫和，投資少，能耗低，用紫外光照射或暴露在陽光下即可發(fā)生光催化氧化反應(yīng)：無二次污染，有機物徹底被氧化降解為co2和ho；應(yīng)用范圍廣，幾乎所有的污水都可以采用。現(xiàn)有國內(nèi)外的幾種試驗研究情況如下：1．有機磷農(nóng)藥廢水處理。有機磷農(nóng)藥占我國農(nóng)藥產(chǎn)量
5、的80％以上，其生產(chǎn)過程中有大量的有毒廢水產(chǎn)生。據(jù)報道，采用納米tio2·sio2負載型復(fù)合光催化劑，利用其光催化活性及高效吸附性，能使有機磷農(nóng)藥在其表面迅速富集，隨光照時間的延長，有機磷農(nóng)藥的光解率逐漸升高，光照80min，試驗用敵百蟲已完全降解。2．毛紡染廢水處理。把表面涂覆有納米tio2膜的玻璃填料填充于玻璃反應(yīng)器內(nèi)，通過潛水泵使廢水在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)進行光催化氧化處理。由于納米tio2具有巨大的比表面積，與廢水中的有機物接觸更為充分，可將它們最大限度地吸附在其表面，并迅速將有機物分解成co2和h2o，處理效果優(yōu)于生物處理和懸浮光催
6、化氧化處理，cod去除率和脫色率均較高。3．氯代有機物廢水處理。在模擬廢水處理的試驗中，以16mg／l3-氯一酚的水溶液為模擬廢水，分別采用納米tio2光催化劑與臭氧聯(lián)合、單獨用光催化劑納米tio2和單獨用納米琴價鐵三種方法對其進行處理。用內(nèi)表面涂覆納米tio2光催化劑的陶瓷圓管處理5．5mg／l苯酚和三氯乙烯水溶液的試驗表明，苯酚在1．5h后完全分解，三氯乙烯也在2h內(nèi)完全分解。4．含油廢水處理。含油廢水中所含的脂肪烴、多環(huán)芳烴、有機酸類、酚類等有機物很難降解，使用納米tio2，利用其光催化降解功能，可以迅速地降解這些有機物。上述研
7、究情況表明，納米tio2光催化氧化技術(shù)在徹底降解水中的有機污染物和可以利用太陽能等方面有著突出的優(yōu)點，特別是當(dāng)水中的有機污染物濃度很高或用其他方法難以處理時，具有更明顯的優(yōu)勢，是其他傳統(tǒng)方法無法比擬的。目前，世界有關(guān)國家已嘗試把納米tio2光催化氧化技術(shù)用于水處理的實驗室研究，如何盡快實現(xiàn)工程化，有待各相關(guān)領(lǐng)域的研究人員進一步努力。三、納米膜技術(shù)及其試驗應(yīng)用納米膜技術(shù)是一種膜分離技術(shù)。膜孔徑處于納米級，適宜于分離分子量在200-1000，分子尺寸約為1的溶解組分的膜工藝被稱為納濾(nf)。nf膜分離需要的跨膜壓差一般為0．5-2．0m
8、pa，比用反滲透膜達到同樣的滲透能量所必需施加的壓差低0．5-3mpa。nf分離是一種綠色水處理技術(shù)，特點是：能截留分子量大于10o的有機物以及多價離子，允許小分子有機物和單價離子透過：可在高溫、酸、堿等苛刻條件下運行，
