龚垄,邹静,龙杨俊,曹晓和
一、纳米技术简介 纳米技术是以扫描探针显微镜等技术为手段,在纳米尺度(0.1nm~1OOnm)上研究利用原子、分子结构的特性及其相互作用原理,并按人类的需要,在纳米尺度上直接操纵物质表面的分子、原子、乃至电子来制造特定产品或创造纳米级加工工艺的一门新兴学科技术。 纳米技术包括纳米结构和纳米材料两部分。纳米结构指的是在纳米尺度上构架功能性结构,比如单电子开关,纳米元器件等;纳米材料指的是构成材料的结构单元的尺度是纳米尺度,并且用到的材料性质是这个尺度上物质特有的非常规性质。纳米尺度的物质颗粒比宏观尺度(微米)小,比微观尺度(0.1纳米)原子大,此时量子效应开始影响到物质的性能和结构。由纳米结构单元构成的纳米材料,在机械性能、光、电、磁、热等方面与普通材料有很大不同,具有辐射、吸收、催化、吸附以及二元协同性等新特性。从某种意义上说,纳米材料的出现极有可能改变能源消费与环境保护之问长期存在的矛盾。 纳米材料的化学活性和大比表面决定了它超强的吸附能力。我们知道,纺织工业的污水中通常含有有毒有害物质,包括有机物和重金属等,污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低,成本高、存在二次污染等问题,污水治理一直得不到很好解决。纳米催化技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。 纳米材料在节能方面同样有着巨大的应用前景。对于我国而言,煤、石油、天然气在一个相当长的时间内仍是主要的燃料能源,纳米材料的引入能够有效地提高能量利用率,减少有害气体的排放。
二、纳米材料在纺织领域节能环保方面的具体应用1.纳米催化剂 纳米材料的比表面积大,表面活性中心多,为其做催化剂提供了必要条件,国际上已把纳米材料作为第四代催化剂进行了研究与开发。纳米催化剂具有独特的晶体结构及表面特性,如表面键态与内部不同、表面原子配位不全等,因而,其催化活性和选择性都大大优于常规催化剂,
图一、纳米二氧化钛(Ti02)催化活性示意图 纳米材料的催化剂在纺织工业中有诸多应用实例。例如,纳米氧化锌、纳米二氧化钛对于水中的卤代脂肪烃、染料,硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环芳烃化合物,烃类,酚类、表面活性剂,农药等都能有效的进行光催化反应,通过除毒、脱色、矿化,最终分解为二氧化碳和水,从而消除有机物对环境的污染。不仅如此,纳米二氧化钛对水中的重金属离子有很强的还原能力,通过光催化可使85%的六价铬被还原,这在实际应用中对处理含铬废水有着重要意义。
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