纳米材料可持续性发展研究现状

纳米材料可持续性发展研究现状1、纳米技术的内涵及作用所谓纳米技术(Nanotechnology)，是指在纳米尺度(1-100nm)下对物质进行制备、研究和工业化，以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性技术体系。纳米材料是指由特征维度尺寸在1-100nm范围内的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界以及晶粒内缺陷中心的原子,纳米材料在物化性能上表现出与微米多晶材料巨大的差异,具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等诸方面的性能，目前已受到世界各国科学家的高度重视。与传统常规材料相比纳米材料具有尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应等特异性。因而，其具有辐射、吸收、催化、吸附以及二元协同性，这些特点使纳米技术成为物理学、化学和材料科学研究的热点。目前，纳米技术已在医药、食品、军事、材料、化妆品、燃料、能源、环保方面得以应用。纳米技术经常被誉为未来的通用技术，就像发达国家日常生活中必不可少的电力和通讯技术一样，影响着社会生活。2、纳米可持续性发展原因随着研究的不断深入，科学家开始关注纳米材料可能带来的负面影响，目前纳米技术负面效应方面的研究成果主要表现在以下几方面：(1)对食品、化妆品领域的影响。在防晒霜、面霜或活化皮肤的膏体中的纳米材料可能会通过皮肤被人体吸收排泄到环境中并且进入食物链。(2)对人体健康的影响。游离态的纳米粒子难以聚集，它容易漂离于空气中，能被人吸收，进入肺部，就会出现肺部发炎几率高、即其毒性较高的现象。(3)对环境的负面影响。众所周知，电池对环境的污染性很大。目前，研发人员正在着力开发纳米电池，但其原料配方仍沿用传统工艺，将其转为纳米级后，毒性、活性也大大增强。废弃后对环境的破坏力也更大。暴露在外的新开发的微粒，材料和设备就可能存在的危险。(4)纳米技术对军事方面的影响。将纳米技术应用于情报组织，则会对商业、国家秘密造成潜在威胁。这将引发诸多政治和社会问题。去年，科学家就纳米安全问题展开了讨论，现在，科学家们又开始研究起了纳米废物的污染问题。这项研究的启动将使正要起飞的纳米材料工业可以走上可持续发展的道路。3、纳米可持续性方法研究现状（1）纳米材料可回收性：美国乔治亚理工学院和赖斯大学生物与环境纳米技术中心（CBEN）的研究人员正在调查纳米废物对环境潜在影响。科学家希望弄清楚纳米材料废物在自然界中如何流动和它的最终去向，此外科学家还要评估纳米材料是否会像普通污染物一样对环境造成影响。在这些研究基础之上，科学家试图找出一种纳米材料的处理方法，以使它对自然界的影响降到最低。研究人员选择了富勒烯（C60）作为研究碳类纳米材料的模型。这种由60个碳原子构成的分子表面由12个五边形和20个六边形组成，由于其稳定性可采用巴克明斯特•富勒发明的短程线圆顶结构予以解释，它也因此被命名为巴克明斯特•富勒烯，简称富勒烯或巴基球，由于其外形酷似足球，因而也称之为足球烯。研究人员利用核磁共振成像技术发现，所形成的纳米－C60颗粒的直径是20－500纳米，属性与C60分子相同。这个发现意义重大，因为C60是可回收的，所以富勒烯的生产加工也有望成为可持续发展产业。此外，电子与粉末衍射试验显示，纳米－C60有特殊的晶状结构，这些发现对过去的研究做出了补充。（2）纳米TiO2的可持续性制备方法：ＳＦＮ法ＳＦＮ法可制取ＢＡ０１－０３型二氧化钛，该方法技术比较成熟操作易掌握，设备简单、无需复杂的控制系统、生产能力提高２．５倍。ＳＦＮ法由酸溶解法、产品提纯新技术、金红石型晶型制取新工艺和新的环保处理法组成。ＳＦＮ法不但能提高对低品位含钛原料的酸解速度和能力、更重要的是可以酸解或溶解高品位的含钛原料。水解废稀酸的全部回收利用、可减少废品物的６０～７０％，可降低成本５０～６０％。用反萃界面沉淀法制备二氧化钛超细粉体用反萃界面沉淀法,以氨水为反萃剂,通过优化煅烧温度和反萃条件制备出超细TiO2光催化剂．结果表明,采用反萃沉淀法制备超细TiO2光催化剂,改变煅烧温度和水油相加入的方式、降低氨水的浓度、制备温度和陈化时间等因素均有显著的影响．用氨水反萃制备纳米TiO2其最佳煅烧温度为350℃,氨水的浓度和陈化温度存在最佳值．氨水浓度(体积比)为1:5,陈化温度为17．5℃有利于生成小颗粒;陈化时间较短和将水相加入油相有利于生成小颗粒．冷压法冷压法是低温制备DSC用TiO2薄膜技术中备受推崇的一种方法。它是将纳米Ti02粉体(通常是商业用的P25TiOa粉体)加入有机溶剂中制成悬浮液，然后将其刮涂到导电基片上。待有机溶剂挥发之后，将基片放到两块钢压板之间施以压力，如果基片是玻璃，则获得有效DSC光电极的压力一般为1000kg/cm2；如果基片是塑料，则采用滚动挤压的方式，压力一般为400kN/m。冷压法制备DSC光电极可以大大提高光电极的生产效率。此外，低温制备DSC光电极可以在柔性衬底(如塑料)上沉积Ti薄膜，这对于降低DSC的生成成本，提高其外观可塑性等方面具有非常重要的意义。冷压法是实现DSC商业化的一种非常有前途的制备方法，不过，薄膜是在有机溶剂蒸发后呈粉末状态时通过机械力压制在基片上的，因而薄膜与基片界面间的连接并不牢固，容易随外界环境条件如温度、湿度、机械作用等因素而发生Ti层与基片的剥离。（3）纳米TiO2的过滤回收技术通过分析国内外自清洗过滤器,根据流体力学原理,利用水力驱动理论合工业污水性质和钛白粉的特性,研究了一种纳米TiO2的回收技术。全自动反冲洗过滤器主要由过滤器本体、PLC可编程控制器,压差控制器组成.过滤器本体的结构如图1所示.该过滤系统采用滤布加助滤剂进行过滤.选用合适密度的滤布,通过预过滤以钛白粉为助滤剂,在滤布外层助滤剂逐渐形成一定厚度的过滤层.开始过滤,经助滤剂过滤拦截杂质后,滤出液进入清液罐.随着过滤进行,杂质滤饼不断增厚,过滤阻力增大,使过滤元件两侧的压力差达到设定值时,压差控制器提供信号给PLC,需对过滤元件进行反洗.关闭进液、出液口,过滤器罐体内通入压缩气体,将过滤器罐体内液体压滤完.反洗过滤柱时,在过滤器滤后液出口通入压缩气体吹胀滤布,使助滤剂滤层、拦截的杂质滤饼及滤布缝隙中的杂质脱落,由下部排放口排出,喷淋清洗罐体.重复以上操作,达到过滤回收钛白粉的效果。