光催化劑納米二氧化鈦對(duì)環(huán)境污染的凈化功能
由于納米TiO2除了具有納米材料的特點(diǎn)外,還具有光催化性能,使得它在環(huán)境污染治理方面將扮演極其重要的角色.
1.1、降解空氣中的有害有機(jī)物.近年來,隨著室內(nèi)裝潢涂料油漆用量的增加,室內(nèi)空氣污染越來越受到人們的重視.調(diào)查表明,新裝修的房間內(nèi)空氣中有機(jī)物濃度高于室外,甚至高于工業(yè)區(qū).目前已從空氣中鑒定出幾百種有機(jī)物質(zhì),其中有許多物質(zhì)對(duì)人體有害,有些是致癌物.對(duì)室內(nèi)主要的氣體污染物甲醛、甲笨等的研究結(jié)果表明,光催化劑可以很好地降解這些物質(zhì),其中納米TiO2的降解效率最好,將近達(dá)到100％.其降解機(jī)理是在光照條件下將這些有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和有機(jī)酸.納米TiO2的光催化劑也可用于石油、化工等產(chǎn)業(yè)的工業(yè)廢氣處理,改善廠區(qū)周圍空氣質(zhì)量.
1.2、它可以降解有機(jī)磷農(nóng)物.這種70年代發(fā)展起來的農(nóng)藥品種占我國農(nóng)藥產(chǎn)量的80％,它的生產(chǎn)和使用會(huì)造成大量有毒廢水.這一環(huán)保難題,使用納米TiO2來催化降解可以得到根本解決.
1.3、用納米TiO2催化降解技術(shù)來處理毛紡染整廢水,具有省資、高效、節(jié)能,最終能使有機(jī)物完全礦化、不存在二次污染等特點(diǎn),顯示出良好的應(yīng)用前景.
1.4、在石油開采運(yùn)輸和使用過程中,有相當(dāng)數(shù)量的石油類物質(zhì)廢棄在地面、江湖和海洋水面,用納米TiO2可以降解石油,解決海洋的石油污染問題.
1.5、用納米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解,其速度是大顆粒TiO2的10倍以上,從而解決大量生活垃圾給城市環(huán)境帶來的壓力.
1.6、一般常用的殺菌劑Ag、Cu等能使細(xì)胞失去活性,但細(xì)菌被殺死后,可釋放出致熱和有毒的組分如內(nèi)毒素.內(nèi)毒素是致命物質(zhì),可引起傷寒、霍亂等疾病.利用納米TiO2的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的細(xì)菌,而且能同時(shí)降解由細(xì)菌釋放出的有毒復(fù)合物.在醫(yī)院的病房、手術(shù)室及生活空間細(xì)菌密集場所安放納米TiO2光催化劑還具有除臭作用.
1.7、納米TiO2由于其表面具有超親水性和超親油性,因此其表面具有自清潔效應(yīng),即其表面具有防污、防霧、易洗、易干等特點(diǎn).如將TiO2玻璃鍍膜置于水蒸氣中,玻璃表面會(huì)附著水霧,紫外線光照射后,表面水霧消失,玻璃重又變得透明.在汽車擋風(fēng)玻璃、后視鏡表面鍍上TiO2薄膜,可防止鏡面結(jié)霧.實(shí)驗(yàn)表明,鍍有納米TiO2薄膜的表面與未鍍TiO2薄膜的表面相比,前者顯示出高度的自清潔效應(yīng).一旦這些表面被油污等污染,因其表面具有超親水性,污染不易在表面附著,附著的少量污物在外部風(fēng)力、水淋沖力、自重等作用下,也會(huì)自動(dòng)從TiO2表面剝離下來,陽光中的紫外線足以維持TiO2的薄膜表面的親水特性,從而使其表面具有長期的自潔去污效應(yīng).這一特性的開發(fā)利用將改變?nèi)藗儗?duì)涂層功能的認(rèn)識(shí),從而給涂層材料帶來-次新的革命.今后將廣泛應(yīng)用于汽車表面涂層、建筑物玻璃外墻等.由于納米TiO2光催化劑具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗磨損性能好、成本低、制備的薄膜透明等優(yōu)點(diǎn),已成為目前最引人注目的環(huán)境凈化材料,更重要的是能直接利用太陽光、太陽能、普通光源來凈化環(huán)境.總之,隨著納米材料和納米技術(shù)基礎(chǔ)研究的深入和實(shí)用化進(jìn)程的發(fā)展,特別是納米技術(shù)與環(huán)境保護(hù)和環(huán)境治理進(jìn)一步有機(jī)結(jié)合,許多環(huán)保難題諸如大氣污染、污水處理、城市垃圾等將會(huì)得到解決.我們將充分享受納米技術(shù)給人類帶來的潔凈環(huán)境.
�\x17�\x08o\x10a\x02\x08P�\x11���\x11-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'>,超過同類非納米復(fù)合Al2O3-SiC-C澆注料12t的水平,目前正在國內(nèi)其他鐵廠高爐溝上推廣應(yīng)用.
3,ZrO2/ZrO2復(fù)合及Cr2O3/MgO-Cr2O3復(fù)合耐火材料
ZrO2質(zhì)定徑口擴(kuò)徑快速率決定著小方坯連鑄的壽命.分析表明,擴(kuò)徑的主要原因是制品強(qiáng)度低,氣孔大,因此采用納米技術(shù)降低ZrO2質(zhì)定徑水口的氣孔,有望能提高其使用性能.
納米二氧化鋯（VK-R30Y3）復(fù)合后的ZrO2定徑水口坯體,經(jīng)1500℃×6h燒成后與納米復(fù)合前的ZrO2定徑水口經(jīng)1800℃×6h燒成后的體積密度和顯氣孔率相同,且納米復(fù)合后試樣經(jīng)800℃×6h燒成后,其中的顯氣孔率從19%降到11%.其孔徑和孔容均變小,多數(shù)集中在10nm.可見,納米氧化鋯（VK-R30Y3）主要充填于氣孔中起著充填作用并促成燒結(jié).
MgO-Cr2O3質(zhì)耐火材料的燒結(jié)機(jī)理為蒸發(fā)-凝結(jié)過程,由于Cr2O3在高溫?zé)Y(jié)條件下存在著易蒸發(fā)性及高的蒸發(fā)速率,因此一般的鎂鉻質(zhì)耐火材料均存在顯氣孔率高、孔徑大、體積密度低等缺點(diǎn),從而影響著其抗熔渣的侵蝕性能.納米技術(shù)對(duì)降低鎂鉻質(zhì)耐火材料的顯氣孔率、提高其體積密度有利（見圖9）,從而有望能提高處理后的鎂鉻磚的抗渣性能.從顯微結(jié)構(gòu)上看,不管經(jīng)多少溫度處理,用MgO-Cr2O3溶膠處理后的孔周圍均形成了一層致密的MgO-Cr2O3質(zhì)沉積層.
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4,包覆納米氧化物薄膜石墨
碳具有不易被鋼水和熔渣所濕潤以及高的導(dǎo)熱性能等特征,加入到以氧化物為主的澆注料中能使其性能得到大大的改善,因此,目前含碳澆注料的研究和開發(fā)已成為耐火材料行業(yè)中的一個(gè)熱點(diǎn).由于水對(duì)石墨表面的不濕潤性,使石墨在澆注料中難于分解,影響澆注料的流動(dòng)性,這已成為妨礙含碳澆注料進(jìn)一步發(fā)展及應(yīng)用的首要問題.
為對(duì)石墨表面進(jìn)行改性處理,通過各種無機(jī)鹽的水解,在天然鱗片石墨表面包覆納米氧化物薄膜.
各種氧化物納米薄膜包覆的石墨經(jīng)500℃處理后,其表面包覆的氧化物均以無定形的方式存在,包覆于石墨表面的氧化物與石墨形成了C-O-M(M代表金屬)鍵,具有化學(xué)吸附的特征.石墨經(jīng)納米氧化物包覆后顆粒形狀發(fā)生了變化,其平均粒度增加,表面分?jǐn)?shù)維數(shù)增加.圖11（a）為未包覆的石墨,圖11（b）為三氧化二鋁包覆石墨,圖11（c）為三氧化二鉻包覆石墨,圖11（d）為二氧化鈦包覆石墨,圖11（e）為二氧化鋯包覆石墨.
納米氧化物包覆石墨與水的濕潤角相對(duì)于未處理石墨都大大地降低,包覆三氧化二鋁的石墨表現(xiàn)出更為良好的親水型,分散穩(wěn)定性能高.
另外,包覆納米三氧化二鋁（VK-L30）的石墨的氧化反應(yīng)表觀活性能提高,抗氧化能力增強(qiáng).石墨表面包覆二氧化鈦對(duì)抗氧化性無大的改善,包覆納米二氧化鋯和三氧化二鉻的石墨的抗氧化能力降低,這是二氧化鋯和三氧化二鉻對(duì)碳-氧反應(yīng)的催化作用造成的.
采用納米技術(shù)能制備性能更優(yōu)的耐火材料.納米粉體確實(shí)對(duì)耐火材料的性能有明顯的提升作用.