应用化工技术张庭德

西南科技大学网络教育毕业设计（论文）题目：纳米技术在化工生产中的应用年级：2013春季层次：□本科专科学生学号：137273170005指导老师：程慧琼学生姓名：张庭德技术职称：学生专业：应用化工技术学习中心名称：上虞学习中心毕业设计（论文）任务书题目名称纳米技术在化工生产中的应用题目性质真实题目□虚拟题目学生学号137273170005指导教师程慧琼学生姓名张庭德专业名称应用化工技术技术职称学生层次高起专学习中心名称上虞学习中心2015年3月15日毕业设计（论文）内容与要求：毕业设计领导小组负责人：（签字）年月日毕业设计（论文）成绩考核表过程评分评阅成绩答辩成绩总成绩百分制等级制1、指导教师评语建议成绩指导教师签字：年月日2、论文评阅教师评语建议成绩评阅教师签字：年月日3、毕业答辨专家组评语建议成绩答辨组长签字：年月日4、毕业设计领导小组推优评语组长签字：年月日I摘要据商务通讯公司预测，全球对纳米材料需求的年均增长率比生物技术和信息科学市场快2倍。从发展趋势看，纳米材料现已渗透到石油化工三大合成材料和化学加工领域。本文主要是从纳米材料的应用范围来论述其应用领域及发展趋势。关键词：纳米技术发展纳米塑料纳米纤维IIABSTRACTAccordingtoBusinessCommunicationsCompanypredictsthatglobaldemandfornanomaterials,theaverageannualgrowthrateofbiotechnologyandinformationsciencesmarkets2timesfaster.Fromthedevelopmenttrend,nanomaterialshavebeeninfiltratedintothepetrochemicalandchemicalprocessingofthethreemajorareasofsyntheticmaterials.Thisarticleisfromthescopeofapplicationofnanomaterialstodescribetheirapplicationsanddevelopmenttrend.Keywords:Nanotechnologynano-compositeplasticnano-fiberIII目录引言······························································1一、纳米技术在化工中的应用········································11碳纳米管的研发和应用·············································22纳米催化剂······················································33纳米复合材料····················································43．1纳米塑料·····················································43．2纳米聚合物轮胎纳米聚合物在轮胎中应用能收到节能成效···········63．3纳米功能性纤维················································64.纳米技术应用于石油工业技术发展的可能性··························45.纳米材料在石油工业的应用展望···································85．1纳米材料在油田开发方面的应用·································85．2纳米材料在石油化工方面的应用·································86.纳米润滑材料···················································8二、纳米材料的研究现状及问题······································97存在的问题与发展方向············································97．1功能型纳米材料的低成本、以工业化制备使一个最为关键的问题······97．2作为催化剂的纳米材料··········································97．3提高纳米光催化剂的光催化率····································97．4作为润滑油添加剂的纳米离子····································9结论······························································11参考文献··························································12致谢·······························································131引言纳米技术的研究主要向两个方向进行：一是通过新技术减少目前使用的材料，如金属氧化物的用量；二是进行新材料的开发，如纳米管和巴基球。纳米技术在SiO2、钛白粉和粘土方面也会有一些应用，并将会出现较大的增长，此外，碳纳米管正逐渐被用在特种复合材料和含氟聚合物上。据预测，在2010年后的几年里，美国纳米材料市场中聚合物和化学品的占有率会大大提高，将从2009年的25％提高到2012年的31％[1]，纳米粘土、纳米氧化硅和纳米TiO2将是最常规的纳米产品。纳米材料市场可分为纳米粘土、纳米氧化物和材料、碳纳米管市场。德固萨公司于2004-2008年内在纳米材料研究领域投资了2500万美元，该公司是领先的纳米氧化锌、氧化铈、氧化铟的生产商。目前比较前沿的巴斯夫公司与密歇根大学合作开发纳米立方体，这种纳米立方体为氧化锌分子与含苯和苯基团有机体相组合的多孔结构，它可在中压下吸附氢气，释压时又可放出氢气。从事聚合物纳米材料研究的公司已有多家，并已推出了许多商业化产品，如阿托菲纳公司开发了C8H8、和CH3C（CH2）COOCH3纳米结构嵌段共聚物，它可用作抗冲改性剂。2纳米技术在化工生产中的应用张庭德应用化工技术高起专2013春季137273170005一、纳米材料在化工中的应用1碳纳米管的研发和应用碳纳米管可制成高强度碳Z-T-维材料，用碳纳米管作为增强填料可以形成各种复合材料，用碳纳米管还可制成贮氢材料，而且碳纳米管储气能力极强，多壁碳纳米管储氢量可达4．2％，可作为储氢材料用于燃料电池等领域。日本丰桥(Toyohashi)技术科学大学与Tokai碳素公司和Futaba公司联合开发的新方法，因在大气气氛中制取，可大大节减费用，新方法用电弧喷射法合成碳纳米管，采用200-300A的20V直流电在两个石墨电极间产生电弧[2]，阳极不断消耗并在4000-10000K下快速蒸发，引起电弧喷射，将电弧喷射快速急冷至室温，将它吹到冷却板上，便得到了纳米碳颗粒，约70％的产物由碳颗粒(长50-150nm)凝聚体组成，约30％为长3-10nm、直径1-5nm的纳米管[3]。日本三井化学公司建成了世界上最大规模的碳纳米管生产装置，生产能力为120t／d，碳纳米管价格稍低于90美元／kg，该产品己用于生产高性能塑料的增强材料、蓄电池、电子元件及燃料电池电极材料。Hyperion催化国际公司也是世界上吨位级碳纳米管生产商，最近引入新的导电纳米管增强氟聚合物，扩展了其纳米管增强的塑料家族，其中包括乙烯一四氟乙烯(ETFE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)，将它们应用于汽车、电子和材料处理各个领域，可控制静电、提高抗化学品性能、增强内在润滑性。大陆菲利浦斯与美国西南纳米技术公司(SWeNT)组建技术联盟，也加快了低成本碳纳米管的商业化步伐，应用于塑料掺混物是其目标市场之一。现有碳纳米管的生产成本一般高达500美元／kg，SweNT期望使用其技术可使成本降低30％-50％。该公司与常用的电弧法和莱塞法合成碳纳米管技术不同，推出新的流化床反应器工艺，组合了DanielResasco公司开发的催化剂。美国zeyo公司首次向市场投放了两种基于碳纳米管的添加剂产品，即多壁碳纳米管和单壁碳纳米管添加剂产品。这两种3产品可用于改性聚氨酯，大大提高材料的导电和力学性能，其中导电性能可以提高10个数量级。目前我国清华南风纳米粉体技术产业化工程中心开发的15kg／hr碳纳米管批量生产技术已创下国际新高，按每年8000小时计，产能将达120t／d[4]，表明我国碳纳米管产业化技术已走在世界前列。2纳米催化剂据商务通讯公司报道，2004年全球纳米催化剂市场将达到37亿美元，2009年将达到50亿美元，在炼油和石化行业，纳米催化剂将有更多应用，2003年占纳米催化剂市场的38％以上，化学和医药领域占19．6％，食品加工和环保领域占42．4％。随着纳米微粒粒径的减小，表面积逐渐增大，吸附能力和催化性能也随之增强，这些独特效应使纳米催化剂不仅可以控制反应速度，大大提高反应效率，甚至可以使原来不能进行的反应进行。以粒径小于0．3nm的Ni和CU-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物加氢的效率比传统镍催化剂提高10倍，纳米Pt粉、WC(碳化钨粉)也是高效的加氢催化剂，超细Ag粉则可以作为乙烯氧化的催化剂。目前，已报道的纳米金属氧化物催化剂有Fe3O、TiO和CeO等。以氧化物为载体的负载型纳米金属催化剂具有许多优异性能，其载体种类很多，有氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、沸石及分子筛等。一些纳米材料可用作加氢催化剂，粒径小于0．3nm的镍和铜．锌合金的纳米颗粒的催化效率比常规镍催化剂高出10倍，超细铂粉、碳化钨粉是高效的加氢催化剂，纳米材料稀土氧化物，氧化锌可作为二氧化碳选择性氧化乙烷制乙烯的催化剂。它以氧化锌为载体担载稀土氧化物作为活性组分[5]，载体氧化锌是平均粒度为5-80nm的超细纳米颗粒，所用稀土氧化物为镧、铈、钐等稀土元素中的一种或几种混合氧化物，含量为10％-80％。用这种纳米催化剂，乙烷与二氧化碳反应可高选择性地转化为乙烯，乙烷转化率可达60％，乙烯选择性可达90％。瑞士技术研究院开发了一种低费用、高效的纳米颗粒二氧化钛-二氧化硅催化剂，可应用于环氧化反应。环氧化物是生产许多聚合物、表面活性剂和医药的关键中间体，与传统的环氧化催化剂相比，这种催化剂可大大提高转化率，它们基于相同的材料，但产生副产物很少，同时更高效和更稳定。传统的环氧化催化剂选择性为65％-80％，而二氧化钛-二氧化硅纳米新催化剂的选择性约为90％，这种催化剂按连续气相过程生产，比制备常规环36I葡髓曩产业氧化催化剂要价廉。一种利用4纳米技术高效催化CO合成的可降解塑料，由中科院广州化学研究所研制成功。用CO和环氧丙烷聚合而成的这种可降解塑料，是采用CO和环氧丙烷在纳米负载催化剂的作用下进行共聚。在一定的温度和压强下，生产出全降解塑料，聚碳酸酯，目前该项目己获得重大突破，实验室中每克催化剂能够催化120-140gCO，每吨新塑料中CO含量达到42％，使废气中提取的CO气体得到综合利用，可形成科学合理的产业链。纳米簇新催化剂开拓了处理有机卤化物的绿色路线，破坏有机卤化物通常采用的热氧化法需要高温，并会产生二嚼英、光气和其他毒物；采用氢气使其还原的方法属较清洁型方案，但它需要高压氢气和大量贵金属催化剂。但是日本大阪大学工程科学学院研究小组开发的新催化剂可克服上述缺陷[6]，该催化剂为负载于羟基磷灰石上的纳米簇(约3nm)，其活性比常规负载于活性炭、氧化铝和二氧化钛上的Pd催化剂要高出10-200倍。在60℃和0．1MPa氢压下，该催化剂可达到97％的转化率，反