纳米技术在污水处理中的应用
纳米技术在污水处理中的应用
摘　要: 纳米技术是一种把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物质中间领域的新技术, 很可能成为21 世纪的主导技术之一。纳米技术应用于环境污染治理中具有处理效率高、投资省、运行成本低、不产生二次污染等优点, 已成功地运用于固体废物, 废水和废气的治理, 并引起全世界广泛关注。本文概述了纳米技术及材料在废水、城市垃圾及噪声控制中的应用现状。
关键字：纳米技术 环境保护
引言：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～100nm ) 范围内, 研究电子、原子和分子内在规律和特征, 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科学技术。纳米技术兴起于20世纪80年代, 它所研究的对象是既非宏观又非微观的中间领域, 也有人称之为介观研究领域。纳米量级的材料因其特殊的结构, 使其产生出小尺度效应、量子效应和表面效应, 从而在机械性能、磁、光、电、热等方面与传统材料有很大不同, 具有辐射、吸收、催化、吸附等特性。因此, 在21 世纪纳米技术将对信息、生物技术、能源、环境、先进制造和国防的
发展产生深远的影响。近年来, 纳米技术所取得成就及其对各个领域的影响和渗透一直非常引人注目, 特别是其在环境治理方面的应用, 已经呈现出欣欣向荣的景象。
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一、纳米技术在污水处理方面的应用
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好的解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。
1、纳米材料吸附能力的利用。纳米材料的基本构成决定了它超强(10倍以上) 的吸附能力。污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌、病毒等。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的解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一问题。
污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失, 也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来, 变废为宝。有一种新型的纳米级净水剂, 其吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化钴的10～20倍。它能将污水中悬浮物吸附并沉淀下来, 然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭等净化装置, 有效地驱除水中
的铁锈、泥沙以及污染物。经前述两道工序后, 水体清澈, 没有异味。再经过具有纳米孔径的特殊水处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷水球组装的处理装置后, 可以将水中的细菌、病毒100%去除, 得到高质量的纯净水, 完全可以饮用。该技术在医学领域血透中已开始应用。
2、纳米材料催化能力的利用。光催化降解是一项新兴的颇有发展前途的废水处理技术,它是指污染物在光照下,通过催化剂实现分解。常用的光催化剂有TiO2 、ZnO、CdS、SnO2、Fe2O3茅台飞天真假对比鉴别 等。纳米颗粒由于具有常规颗粒所不具备的纳米效应,而具有更高的催化活性。
至今已知纳米TiO2能处理80 余种有毒化合物, 可以将水中的烃类、卤代烃、酸、表面活性剂、燃料、含氮有机物、有机磷杀虫剂、木材防腐剂和燃料油等很快地完全氧化为CO2、H2O等无害物质。
谭欣等采用非整比纳米TiO2膜光催化降解水中低浓度卤代烃, 在臭氧氧化条件下采用纳米TiO2膜光催化降解水中低浓度卤代烃, 降解率可达到99.9% , 完全满足对饮用水深度净化处理的要求。Ku Yong 等在不同的pH值、光强、TiO2类型条件下, 采用紫外TiO2氧化方法分解水溶液中的2-氯酚。
L i X Z 等研究了用敏化TiO2光氧化方法处理染料废水的颜去除情况和废水中形成产物的生物降解性能。在波长为350nm 的近紫外光照射废水样品4～6h 情人节朋友圈走心文案范文后, 废水中大约95% 的度被去除。
陈士夫等对TiO2光催化降解有机磷农药废水的研究表明, 该法可使有机磷完全降解为PO43-,COD去除率达70%～90%。
N. Hagesw ara Rao 等以中压汞灯为光源, 表面活性剂DBS初始COD=290mg爱一个人真的好难/L时, 光照18h 后COD可去除96%；DBS初始COD=658mg/L时, 光照18h后COD可去除85%。
3、纳米材料过滤技术。纳米过滤(nanofiltration ,NF) ,是一种由压力驱动的新型膜分离过程,介于反渗透与超滤之间。纳滤膜的孔径范围在纳米级,其相对分子质量截留范围为数百左右。
纳滤的特点是:（1）在过滤分离过程中,它能载留小分子的有机物并可同时透析出盐,即集浓缩与透析为一体。（2）操作压力低,因为无机盐能通过纳滤膜而透析,《北京的春节》课文使得纳滤的渗透压远比反渗透为低。纳滤在工业生产过程中资源的回收或工业废水的处理和循环中有着重要的作用。
二、纳米技术在城市生活垃圾处理中的应用
近年来城市生活垃圾是当前城市污染的一大问题。将纳米技术及材料应用于城市固体垃圾处理, 主要表现在两个方面：一方面是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收。在日本还将废橡胶轮胎制成粉末用于铺设运动场、道路以及新干线的路基等；另一方面，可以应用纳米TiO2加速城市垃圾的降解，其降解速度是大颗粒TiO2的10倍以上，从而可以缓解大量生活垃圾给城市环境带采的压力。
从垃圾堆放场流出的渗滤液，可渗透到地下，对地下水引起严重污染, 所以对垃圾堆放场渗滤液的污染处理是环境治理的一个重要方面。有人对光催化氧化技术用于垃圾填埋场渗滤液的深度处理的可行性及其影响因素，进行了实验室规模的研究。
三、纳米技术在噪声控制中的应用
经检测，飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达到上百分贝，容易对人造成干扰和危害。但当机器设备等被纳米技术微型化以后，其相互撞击、摩擦产生的交变机械作用力将
大为减小, 噪声污染便被得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，得以大大降低了机械设备运转时的噪声, 又能延长它的使用寿命。
近年来, 国内外的科研工作者对微机电系统(M EM S) 纳米摩擦学的研究也开展了多方面的工作。武汉博大科技集团技术中心开发的纳米铜润滑剂，对发动机无腐蚀性且对环境友好，具有优异的抗磨减摩和节能环保功效。采用爆炸法合成的纳米金刚石颗粒，若将其分散于普通发动机润滑油中，也具有抗磨减摩作用。
四、结语
尽管纳米技术的研究取得很大进展, 但仍有许多问题有待进一步探索和解决、如纳米材料的微观结构特征还需深入细致地研究与确证；纳米材料制备过程中的结构控制及其性能稳定性方面也有工作要做、 这些都是纳米技术实现工业化应用的基础。我们相信，被称之为21 世纪前沿科学的纳米技术对环境保护产生深远的影响, 具有广泛的应用前景。随着纳米技术研究的进一步深入和实用化进程的发展，特别是纳米技术与环境治理的有机结合，许多环保难题诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等将会得到很好的解决。
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