納米技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用.doc

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1、納米技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用摘要：隨著人們對(duì)環(huán)境的日益重視以及對(duì)水質(zhì)要求的提高，以及納米技術(shù)研究的不斷深入，納米技術(shù)及材料在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域尤其是水處理方面的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。納米光催化技術(shù)、納濾膜技術(shù)、納米還原性技術(shù)及納米吸附性技術(shù)在水處理領(lǐng)域都取得了一定的成就，不過(guò)也存在一些不足，需要我們繼續(xù)深入的開(kāi)展研究。關(guān)鍵詞：納米技術(shù)水處理納米催化劑納米過(guò)濾膜納米吸附劑引言：隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，“水質(zhì)型缺水”嚴(yán)重、水體污染加劇、水環(huán)境生態(tài)惡化已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，這些都嚴(yán)重制約著我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)，并形成了“瓶頸”效應(yīng)。而傳統(tǒng)的水處理技術(shù)存在許多缺點(diǎn)，如很難有效去除水體中復(fù)雜的

2、污染物、易受水體水質(zhì)變化影響、處理效果不穩(wěn)定、能耗高、操作管理復(fù)雜、處理設(shè)施占地面積大等，亟待改進(jìn)。近些年來(lái)崛起的新技術(shù)——納米技術(shù)，在資源持續(xù)利用、汽車尾氣凈化、水處理及噪聲控制等方面的應(yīng)用正取得突破性的進(jìn)展，有望解決傳統(tǒng)水處理技術(shù)存在的問(wèn)題。一、納米技術(shù)概述所謂納米技術(shù)，是指在1-100納米的尺度范圍里，研究電子、原子、分子和分子內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的一項(xiàng)嶄新技術(shù)。納米量級(jí)的材料因其物質(zhì)顆粒接近原子大小，其物質(zhì)的性能發(fā)生突變，產(chǎn)生了常規(guī)顆粒所不具備的效應(yīng)：表面與界面效應(yīng)、體積(小尺寸)效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)，從而在機(jī)械性能、磁、光、電、熱等方面與傳統(tǒng)材

3、料有很大的不同，具有輻射、吸收、催化、吸附及二元協(xié)同性等許多新特性，使得它在材料、醫(yī)學(xué)、生物工程及環(huán)境保護(hù)等方面有著廣闊的應(yīng)用。二、納米技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用。目前納米技術(shù)在水處理方面主要應(yīng)用于納米催化劑、納米過(guò)濾膜、納米吸附劑、納米傳感器等。（1）納米催化劑納米光催化降解是一項(xiàng)新興的非常具有發(fā)展前景的水處理技術(shù)，納米顆粒由于具有常規(guī)顆粒所不具備的納米效應(yīng)，因此具有更高的催化活性，能將污染物在特定光照下催化降解，常用的光催化劑有TiO2、ZnO2、CdS、SnO2、Fe2O3等。研究發(fā)現(xiàn)，納米TiO2材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一般的半導(dǎo)體催化效率高。原因在于：①量子尺寸效應(yīng)致使材料的

4、導(dǎo)帶和價(jià)帶能級(jí)變成分立能級(jí)，使其能隙變寬。導(dǎo)帶電位變得更負(fù)，價(jià)帶電位變得更正，由此，納米TiO2粒子的氧化和還原能力變得更強(qiáng)。②納米TiO2粒子具有較小的粒徑，與粗粒子相比，更容易從粒子內(nèi)擴(kuò)散遷移到粒子表面，得失電子更簡(jiǎn)單，進(jìn)而更有利于氧化和還原反應(yīng)的進(jìn)行。納米TiO2的催化活性遠(yuǎn)高于普通TiO2粉末，既可作為還原催化劑也可作為氧化劑。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種有機(jī)污染物可通過(guò)納米TiO2的光催化氧化降解為無(wú)害的CO2和H2O。該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，降解污染物速度快，降解有機(jī)污染物的范圍廣，氧化條件溫和而且無(wú)二次污染、能長(zhǎng)期有益于生態(tài)自然環(huán)境、是最具有開(kāi)發(fā)前景的綠色

5、環(huán)保技術(shù)之一。（2）納米過(guò)濾技術(shù)納米過(guò)濾（NF）是由壓力驅(qū)動(dòng)，介于反滲透(RO)和超濾(UF)之間，有時(shí)也被稱作疏松反滲透。NF膜的孔徑在納米級(jí)范圍內(nèi)，其一般為l～5nm，其中存在真正的微孔，通常分離的溶解組分，其相對(duì)分子量范圍為100～1000，分子尺寸約為1。即截留分子量大于100的有機(jī)物，允許小分子的有機(jī)物通過(guò)；同時(shí)NF膜對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的截留效果明顯好于對(duì)單價(jià)離子的截留效果，以致它能有效去除二價(jià)及多價(jià)離子，但無(wú)法有效去除單價(jià)離子。由于NF膜允許小分子有機(jī)物及大部分單價(jià)離子通過(guò)，使得NF膜所需的操作壓力較低，通常為0．5～1．5MPa；且具有高的膜通量。同時(shí)，N

6、F膜技術(shù)，可運(yùn)行在高溫、酸、堿等苛刻條件下，具有耐污染、低能耗、低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，甚至可進(jìn)一步降低費(fèi)用。通過(guò)結(jié)合其他污水處理過(guò)程，也可進(jìn)一步提高處理效果，在一些方面可很好地替代傳統(tǒng)的水處理技術(shù)，是一種綠色環(huán)保的水處理技術(shù)。（1）納米吸附劑對(duì)于納米粒子的吸附機(jī)理，目前普遍認(rèn)為，納米粒子的吸附作用主要是由于粒子表面羥基的作用。納米粒子表面的羥基能夠和某些陽(yáng)離子鍵合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子和有機(jī)物的吸附，另外納米粒子的大比表面積也是其具有吸附作用的重要原因。利用納米材料的吸附性能，可吸附消除水中的多種有害污染物從而達(dá)到凈化水的目的。目前應(yīng)用于水處理方面的納米吸附性材料主要有

7、碳納米管、納米SiO2等。另外還有一種納米復(fù)合吸附劑。酵母菌對(duì)水體中的重金屬離子有較強(qiáng)的吸附能力，納米TiO2也具有優(yōu)越的吸附能力，兩者通過(guò)生物包埋劑制成復(fù)合吸附劑。納米TiO2復(fù)合吸附劑對(duì)重金屬離子的吸附更強(qiáng)，是兩者在共同吸附過(guò)程中產(chǎn)生了協(xié)調(diào)作用。不過(guò)，由于納米TiO2一酵母復(fù)合吸附劑是生物類的吸附劑，它的吸附率受廢水的pH、吸附溫度的影響。（2）納米傳感器納米傳感器是結(jié)合了微加工和納米加工，從而制造出小型、可攜帶且精確度高的傳感器，用于探測(cè)水中單個(gè)細(xì)胞的化學(xué)和生物化學(xué)物質(zhì)。幾個(gè)研究共同體正對(duì)這類裝置進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，而且一些裝置有望很快商品化。例如，