淺談納米材料在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用

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1、微納米技術(shù)與精細(xì)化工前言目前納米材料在我國(guó)化工業(yè)的應(yīng)用尚處于起步階段，但應(yīng)用前景誘人。隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，納米材料無(wú)疑將會(huì)成為21世紀(jì)極具發(fā)展前途的材料，并將在今后的化工業(yè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的研究，揭示出納米材料在催化、涂料、醫(yī)藥等領(lǐng)域中的重要作用。納米材料(又稱超細(xì)微粒、超細(xì)粉末)是處在原子簇和宏觀物體交界過(guò)渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料，也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等，擁有一系列新穎的物理和化學(xué)特性，在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面

2、具有非常重大的應(yīng)用價(jià)值。納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征，引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。20世紀(jì)90年代初“納米材料科學(xué)”被列入國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家教委分別組織了8項(xiàng)重大、重點(diǎn)項(xiàng)目，組織相關(guān)的科技人員分別在納米材料各個(gè)分支領(lǐng)域開展工作，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)還資助了約30多項(xiàng)課題。近年來(lái)納米材料成為社會(huì)熱點(diǎn)，納米材料的應(yīng)用研究蓬勃發(fā)展，如火如荼，一些地方政府和部分企業(yè)家也紛紛介入，使我國(guó)納米材料的研究進(jìn)入了以基礎(chǔ)研究帶動(dòng)應(yīng)用研究的新局面。{1}1在催化方面的應(yīng)用催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著

3、舉足輕重的作用。它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低。而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)。使經(jīng)濟(jì)效益難以提高。而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多。為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑?？纱蟠筇岣叻磻?yīng)效率?？刂品磻?yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10-15倍，納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑。特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒，可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池，用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散

4、系時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下，電子與空穴分離。分別遷移到粒子表面的不同位最，與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。催化劑的微納米化對(duì)其影響：1.改善催化劑的孔結(jié)構(gòu)，影響其活性、選擇性、穩(wěn)定性等。2.催化劑的微納米化對(duì)催化劑表面特性的影響：顆粒尺寸減小、比表面積增大、孔徑尺寸及分布得到控制，引起表面原子無(wú)規(guī)則分布，將產(chǎn)生一些特殊性質(zhì)。產(chǎn)生.表面（界面）效應(yīng)，微納米化的催化劑具有很高的表面能、表面結(jié)合能和化學(xué)活性。吸附效應(yīng)。選擇性效應(yīng)。體積效應(yīng)。.量子尺寸效應(yīng)。3.催化劑的微納米化對(duì)催化性能的影響：結(jié)構(gòu)的改變，催化活性中心增

5、多。催化劑的選擇性產(chǎn)生改變。對(duì)催化劑使用壽命產(chǎn)生影響。影響其機(jī)械強(qiáng)度。光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類型，如醇與烴的氧化，無(wú)機(jī)離子氧化還原。有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應(yīng)。水凈化處理。水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對(duì)光穩(wěn)定，無(wú)毒，是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道，選用硅膠為基質(zhì)，制得了催化活性較高的TiO2／SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu—Zn化合物的納米顆粒。對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑

6、或鈕催化劑，用納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從6OO℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究。是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。{2}2在涂料方面的應(yīng)用納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性。具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇。使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍。使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)

7、涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層。耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層。導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。[3]一般的復(fù)合涂料必須至少滿足兩個(gè)條件才能稱納米材料。一是至少含有一維尺寸在1—100nm之間；二是由納米相的存在而使涂料性能的到顯著提高或有新功能，二者缺一不可。1.涂料微納米化對(duì)涂層附著力的影響：黏度降低，潤(rùn)濕更多，表面粗超度提高，改變內(nèi)應(yīng)力。2

8、.涂料微納米化對(duì)涂層流平性有影響。3.涂料微納米化對(duì)涂層耐候性有影響。4.提高其硬度。5.提高其抗老化能力。