淺談納米材料在化工生產(chǎn)中的應用

1、淺談納米材料在化工生產(chǎn)中的應用    摘要： 納米材料（又稱超細微粒、超細粉未）是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng). 其結構既不同于體塊材料. 也不同于單個的原子。其特殊的結構層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等. 擁有一系列新穎的物理和化學特性. 在眾多領域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價值。 納米材料在結構、光電和化學性質(zhì)等方面的誘人特征. 引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后. 世界各國對這種材料給予極大關注。它所具有的獨特的物理和化學性質(zhì). 使人們意識到

2、它的發(fā)展可能給物理、化學、材料、生物、醫(yī)藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來. 它在化工生產(chǎn)領域也得到了一定的應用. 并顯示出它的獨特魅力。 1. 在催化方面的應用 催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用. 它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。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)驗進行. 不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費. 使經(jīng)濟效益難以提高. 而且對環(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. 可大大提高反應效率. 控制反應速度. 甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化

3、劑比一般催化劑的反應速度提高1015倍。納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑. 特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒. 可近似地看成是一個短路的微型電池. 用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時. 半導體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子空穴對。在電場作用下. 電子與空穴分離. 分別遷移到粒子表面的不同位置. 與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。光催化反應涉及到許多反應類型. 如醇與烴的氧化. 無機離子氧化還原. 有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成. 固氮反應. 水凈化處理. 水煤氣變換等. 其中有些是多相催化難以實現(xiàn)的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納

4、米TiO2. 既有較高的光催化活性. 又能耐酸堿. 對光穩(wěn)定. 無毒. 便宜易得. 是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道. 選用硅膠為基質(zhì). 制得了催化活性較高的TiOSiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒. 對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑. 可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優(yōu)化反應路徑、提高反應速度方面的研究. 是未來催化科學不可忽視的非常重要研究課題. 很可能給催化在工業(yè)上的應用帶來革命性的變革。 2. 在涂料方面的應用 納米材料由于其表面和結構的特殊性.

5、 具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能. 顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇. 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. 添加納米材料. 可獲得納米復合體系涂層. 實現(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構涂層和功能涂層。結構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)涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、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、光選擇吸收的光學涂層. 導電、絕緣、半導體特性的電學涂層. 氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層

6、等。在涂料中加入納米材料. 可進一步提高其防護能力. 實現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等. 在衛(wèi)生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層. 可利用其光學特性. 達到儲存太陽能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料. 可以達到減少光的透射和熱傳遞效果. 產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料. 所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子. 在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導電特性. 因而能起到靜電屏蔽作用. 而且氧化物納米微粒的顏色不同. 這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色.

7、克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變. 還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中. 將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中. 能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果. 從而使傳統(tǒng)汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2. 可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景. 將為涂層技術帶來一場新的技術革命. 也將推動復合材料的研究開發(fā)與應用。3. 在其它精細化工方面的應用精細化工是一個巨大的工業(yè)領域. 產(chǎn)品數(shù)量繁多. 用途廣泛. 并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無疑也會給精細化工帶

8、來福音. 并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域. 納米材料都能發(fā)揮非常重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2. 可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3. 和SiO2. 加入到普通橡膠中. 可以提高橡膠的耐磨性和介電特性. 而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料. 可以提高塑料的強度和韌性. 而且致密性和防水性也相應提高。國外已將納米SiO2. 作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中. 使其密封性和粘合性都大為提高。此外. 納米材料在纖維改性、有機玻璃制造方面也都有很好的應用。在有機玻璃中加入經(jīng)過表面修飾處理的SiO2. 可使有機玻璃抗紫外線輻射

9、而達到抗老化的目的；而加入A12O3. 不僅不影響玻璃的透明度. 而且還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能. 而且質(zhì)地細膩. 無毒無臭. 添加在化妝品中. 可使化妝品的性能得到提高。超細TiO2的應用還可擴展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開發(fā)了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米TiO2. 能夠強烈吸收太陽光中的紫外線. 產(chǎn)生很強的光化學活性. 可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機污染物. 具有除凈度高. 無二次污染. 適用性廣泛等優(yōu)點. 在環(huán)保水處理中有著很好的應用前景。在環(huán)境科學領域. 除了利用納米材料作為催化劑來處理工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢料外. 還將出現(xiàn)功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學和生物制劑造成的污染. 并能對這些制劑進行過濾. 從而消除污染。 4. 在醫(yī)藥方面的應用 21世紀的健康科學. 將以出入意料的速度向前發(fā)展. 人們對藥物的需求越來越高?？刂扑幬镝尫拧p少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療. 已提到研究日程上來。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進入人體. 可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織；使用納米技術的新型診斷儀器. 只需檢測少量血液就能通過其中的蛋白