水处理中的纳米技术.doc

水处理中的纳米技术摘要: 本文简要介绍了纳米技术和纳米材料以及在环境保护领域的应用,着重介绍了纳米材料及纳米技术在污水处理方面的应用进展情况。关键词:纳米材料;纳米技术;应用;环境保护;污水处理 1 前言纳米是一长度单位,符号 nm(1nm=10 -9m)。纳米科技研究尺寸在 1?—100n m 之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用,以及实际应用中的技术问题,是通过操纵原子、分子、原子团或分子团,改变物质结构,从而改变物质的物理、化学性能的技术。目前,纳米科技主要包括纳米体系物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学、纳米材料及原子、分子操纵和表征等领域[1]。用纳米科技改造的材料就是纳米材料,纳米材料以其独特的性能和巨大的发展空间引起了各国材料界、物理界、化学界、生物界的极大兴趣和广泛关注,很快形成了席卷全球的纳米热潮[1]。纳米材料正广泛地应用于现实生产,特别是在环保领域,随着工农业生产的迅速发展,大量的工业废水排入自然界,各种有机农药的使用使地下水受污染,汽车排放的大量尾气(含CO、NO X等)及燃料燃烧产生的 SO 2等气体、烟尘悬浮物直接污染大气,人类的生存环境正受到威胁,正面临着严重的环境污染问题,运用纳米材料的相关作用降解水中的有机污染物、将毒性高的高价离子还原为低毒甚至无毒的低价离子、将汽车尾气转化为无污染的气体,从而达到零排放或零污染[2- 4] 。在这些方面国内外已做了大量研究, 并取得一定的成就,现将对纳米材料及纳米技术在污水处理中的应用作一阐述。 2 纳米材料在污水处理方面的应用在人类面临的众多环境问题中,毒性大、生物难降解的有机污染物以及难还原的高价金属离子的处理是一个难题,但这个问题并非难以解决。目前,使用较广的是光催化方法,它是指有机物的水溶液在催化剂的作用下辅以光照使得有机物得以快速降解氧化为 H 2O、 CO 2等小分子,光催化反应条件温和、设备简单、二次污染小、易于控制、可用阳光为反应光源, 被称为高级氧化工艺或绿色环保技术[ 4- 6]。其中, 光催化降解利用的最多的是纳米 TiO 2的光催化反应降解,价带理论认为 TiO 2 纳米粒子的能带结构由填满电子的低能价带( VB) 和空的低能导带(CB) 构成,价带和导带之间存在禁带。当用能量大于禁带宽度(带隙 E b)的光尤其是紫外线的照射下,其价带上的电子被激发跃迁至导带,在价带上产生相应的空穴, 并在电场作用下分离, 移至粒子表面的不同位置,分布在表面的光生空穴有很强的氧化性,可夺取被吸附在颗粒表面的 OH -和H 2O 中的电子,使其氧化成为氧化、分解能力很强的羟基自由基. OH , . OH 具有 402 .8 MJ/mol 反应能,高于有机化合物中各类化学键能,如 C— C(83) 、C— H(99) 、C— N(73) 、C— O(84) 、H— O(111) 、N— H(93) ,因此. OH 可将上述化学键破坏,能使大多数有机污染物包括细菌及部分无机污染物最终分解为 CO 2、H 2O和无机物等无害物质(比如酯类的降解过程为:酯醇醛酸 CO 2),而表面的高活性 e -具有很强的还原能力,可以还原去除水中的金属离子。当颗粒尺寸减小时( 1~10 nm ), 出现量子尺寸效应,禁带明显变宽, 使电子空穴对具有更强的氧化还原能力;