納米技術(shù)在水處理中的應(yīng)用80169

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1、納米技術(shù)在水處理中的應(yīng)用80169提要]本文介紹納米技術(shù)在水處理中的作用，介紹納米tio光催化氧化在污水處理方面的研究進(jìn)展，說明納米膜技術(shù)在處理廢水中的重要意義，指出納米技術(shù)對水處理研究的推動(dòng)及其發(fā)展前景。[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(jìn)工程技術(shù)(計(jì)算機(jī)、微電子和掃描隧道顯微鏡等技術(shù))結(jié)合的產(chǎn)物。納

2、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(gè)尺度上物質(zhì)特有的非常規(guī)性質(zhì)。納米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(xì)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(shí)，其周期性的邊界條件將破壞，光、聲、電、磁、熱力學(xué)等特性會(huì)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(shí)，金屬的費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變成

3、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(jí)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(qiáng)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

4、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tio2氧化作用原理是，在紫外光照射下，納米tio2表面會(huì)產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基(·oh)，使水中的有機(jī)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(diǎn)是：降解速度快，一般只需幾十分鐘到幾小時(shí)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(jī)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

5、應(yīng)：無二次污染，有機(jī)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?，F(xiàn)有國內(nèi)外的幾種試驗(yàn)研究情況如下：1．有機(jī)磷農(nóng)藥廢水處理。有機(jī)磷農(nóng)藥占我國農(nóng)藥產(chǎn)量的80％以上，其生產(chǎn)過程中有大量的有毒廢水產(chǎn)生。據(jù)報(bào)道，采用納米tio2·sio2負(fù)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(jī)磷農(nóng)藥在其表面迅速富集，隨光照時(shí)間的延長，有機(jī)磷農(nóng)藥的光解率逐漸升高，光照80min，試驗(yàn)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(jìn)行光催化氧

6、化處理。由于納米tio2具有巨大的比表面積，與廢水中的有機(jī)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(jī)物分解成co2和h2o，處理效果優(yōu)于生物處理和懸浮光催化氧化處理，cod去除率和脫色率均較高。3．氯代有機(jī)物廢水處理。在模擬廢水處理的試驗(yàn)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(dú)用光催化劑納米tio2和單獨(dú)用納米琴價(jià)鐵三種方法對其進(jìn)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(yàn)表明，苯酚在1．5h后完全分解，三氯乙烯也在

7、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(jī)酸類、酚類等有機(jī)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(jī)物。上述研究情況表明，納米tio2光催化氧化技術(shù)在徹底降解水中的有機(jī)污染物和可以利用太陽能等方面有著突出的優(yōu)點(diǎn)，特別是當(dāng)水中的有機(jī)污染物濃度很高或用其他方法難以處理時(shí)，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(shí)驗(yàn)室研究，如何盡快實(shí)現(xiàn)工程化，有待各相關(guān)領(lǐng)域的研究人員進(jìn)一步努力。三、納米膜技術(shù)及其試驗(yàn)應(yīng)用納米膜技

8、術(shù)是一種膜分離技術(shù)。膜孔徑處于納米級(jí)，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0．5-2．0mpa，比用反滲透膜達(dá)到同樣的滲透能量所必需施加的