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1、北京石油化工学院学报第12卷第1期Vol.12No.1JournalofBeijingInstituteof2004年3月Mar.2004Petro-chemicalTechnology纳米空气净化材料于建香师奇松张淑敏顾凯刘太奇(北京石油化工学院化学工程系,北京102617)摘要概述了纳米材料在空气净化方面的应用与研究,按照是否发生了化学反应,将空气净化的过程分为化学过程和物理过程;介绍了包括纳米二氧化钛等一些新型纳米材料,它们以化学催化为主要手段进行空气净化,并且介绍了基于电纺丝等新技术发展起来的无纺纳米
2、丝,及在普通过滤材料上的附着与层压得到的复合材料在空气净化中应用的进展。关键词纳米材料;应用;进展;电纺丝中图法分类号X506世纪之交,世界先进国家美国、日本等都从未了从微米、亚微米、纳米到团簇尺寸的范围。纳来发展战略的高度,重新布局纳米材料研究,对纳米是一种几何尺寸的量度单位,长度仅为十亿分[1]米技术的投资逐年增加。同时我国关于纳米材料之一米,略等于4～5个原子排列起来的长度。和技术的研究,也取得重要的进展,到目前为止,由于这个微尺度空间恰好能体现分子间强的相我国已经建立纳米材料和技术的生产线10多条,互
3、作用,因此具有这一尺度的物质粒子的许多性包括纳米复合塑料、橡胶和纤维的改性,纳米功能质均与常规物质有差异,甚至发生质变,导致纳[2]涂层材料的设计和应用,纳米材料在能源和环保米材料表现出独特性能,主要有4种基本效等方面的应用开发已经在我国兴起。应:表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。其中前两种效应是纳米材料在1纳米材料与技术空气净化方面应用的主要依据。自从Gleiter等首次制得纳米块体材料并对纳米材料进行空气净化可分为化学过程和其各种物性进行系统的研究以来,纳米材料已经物理过程,所谓的化学
4、过程是由于纳米材料的引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。广表面效应,使表面光生载流子的浓度加大,增大义上讲,纳米材料是指微观结构至少在一维方向了光催化的效率;所谓的物理过程则指纳米材上受纳米尺度调制的各种固体材料。纳米材料料的小尺寸效应而使材料的比表面积变大产生可划分为纳米微粒和纳米固体(包括薄膜)两个的高效的阻隔和吸附作用,例如纳米超净过滤层次,它包括零维的原子团束和纳米颗粒,一维丝的净化原理。调制的纳米多层膜;二维调制的纳米颗粒膜(涂2通过化学过程净化空气的纳米层);以及三维调制的纳米相材料。随纳米材料
5、材料发展而发展起来的纳米技术是20世纪80年代末诞生并崛起的高科技,它的基本涵义是指在纳纳米钛酸钴(CoTiO3)是非常好的石油脱硫米尺寸范围内研究物质的组成,通过直接操纵和催化剂,经它催化的石油中硫的含量小于安排原子、分子而创造新物质。人类对物质的认0.01%,达到国际标准。据报道以55～70nm半识除了宏观领域和微观领域以外,还存在着不同径的钛酸钴作为催化活体,多孔硅胶或Al2O3陶于这两个领域的所谓“介观领域”,这个领域包括瓷作为载体的催化剂,催化效率极高,可以解决汽油、柴油等燃烧产生的大气污染问题;同
6、样,煤收稿日期:2003-10-30燃烧也会产生SO2气体,如果在燃烧的同时加入32北京石油化工学院学报2004年第12卷纳米级助烧催化剂就可以使煤燃烧充分,杜绝二外,还有一些空气净化材料通过物理吸附的方[3]氧化硫气体的产生,提高能源利用率。式对空气中的杂质进行过滤清除,例如国内现1996年5月以来,美国的福特汽车公司正在有10个左右生产空气滤布的工厂,产品应用与中国有关部门联合开展贵金属和稀土材料复在除尘器、空调和其他的需要空气过滤的装置合的汽车催化剂材料的研究。最新的研究成果中。这些过滤材料只能净化10
7、μm左右及大[4]表明,复合稀土化物的纳米级粉体有极强的于10μm的颗粒。但是,直径小于10μm,特别氧化还原性能,这是其它任何汽车尾气净化催是1～2μm的颗粒对人体的危害最大,例如,化剂所不能比拟的;另外以活性碳作为载体、纳二英这种致癌物往往吸附在这些小颗粒上。米Zr0.5Ce0.5O2粉体为催化剂的汽车尾气净化另外,在超净水、超净油的制备方面也存在相同催化剂也有较好的应用。据报道,更新一代的的问题。如果用静电纺丝技术将水溶性高分子纳米催化剂将在汽车发动机汽缸里发挥催化作制备成纳米纤维,再用适当的负载技术使
8、之牢用,使汽油在燃烧时就不产生CO和NOX,无需固负载于普通的过滤材料上(见图1),制作超进行尾气净化处理。净纳米丝的过滤材料就可以解决这一问题。有毒的NOX可导致酸雨和温室效应,因此其在大气中的含量必须被适时监测,目前监测技术成本高,不便移动作业,所需温度高。与现有监测仪器不同的是,利用纳米技术研制的碳纳米管可以用于监测NOX,可在室温下工作,造价低廉,而且体积小,只有3μm长。纳米TiO2是实用
