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浅谈纳米技术在化工领域的应用

一引言

纳米技术，是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。纳米材料的小尺寸效应，表面效应，，量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得纳米材料呈现出特殊的光学电学磁学以及化学方面的性质。纳米技术的应用前景非常广阔，有人曾经预测，纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”。近年来，纳米技术在化工生产领域也得到了一定的应用，并且显示出了其独特的魅力。

二纳米技术在化工领域中的应用实例

1.在催化剂方面的应用

我们都知道，催化剂在化学生产工业中起着举足轻重的作用，它可以有效控制反应时间，极大地提高反应速率，提高经济效益。大多数传统催化剂的催化效率较低，而纳米材料由于其特殊的结构尺寸，表面的活性中心多。用纳米材料作催化剂时，其催化效率将会大大提高。

纳米材料作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂。这种催化剂的催化机理是，在光的照射下，分散在溶液的半导体纳米粒子吸收光产生了一些电子—空穴对，在电场的作用下，电子与空穴会分离，然后分别迁移到纳米粒子表面的不同位置，与溶液中相应的组分发生氧化还原反应。

目前已有文章报道，工业上利用纳米 TiO2-Fe2O3作为光催化剂，用于废水处理（含亚硫酸根离子或重铬酸根离子的体系），已经取得了很好的效果。除此之外，还有研究发现，Ni或者Cu-Zn的纳米颗粒，对于某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂，这样可大大节约成本。

用纳米颗粒作催化剂提高反应速率，是未来催化科学不可忽视的研究课题，纳米催化剂很可能给未来工业生产带来革命性的变革。

2.在改良化工产品性能方面的应用

精细化工，是生产精细化学品工业的通称。作为当今化学工业中最具有活力的领域之一，精细化工产品数量众多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米技术的快速发展无疑也会给精细化工带来福音。

在橡胶塑料等精细化工生产领域中，纳米材料发挥了重要作用。例如，在橡胶中加入纳米二氧化硅之后，可以显著提高橡胶抗紫外线辐射的能力，从而提高了橡胶的耐用性。纳米Al2O3加入到普通橡胶中可以显著提高橡胶的耐磨性和介电特性，弹性也明显优于用炭黑作填料的橡胶。纳米级碳酸钙经过适当的表面处理，填充PP（聚丙烯）能够起到增强韧性的作用。

最近有研究显示，将纳米TiO2按一定比例加入到化妆品中，可以有效遮蔽紫外线。目前，日本等国已经有部分含纳米TiO2的化妆品问世。用添加0.1％--0.5％的纳米TiO2制成的透明塑料包装食品，既可以防止紫外线对食品的破坏作用，还可以使食物保持新鲜。

3.在过滤和分离方面的应用

在制药工业，食品工业，染料工业中，兴起了一种新的过滤分离技术——纳米膜过滤技术，这是一种介于反渗透与超滤之间的以压力为驱动力的新型膜分离技术。

纳米膜的孔径范围在几个纳米左右，能够截留有机小分子而使大部分无机盐通过，分离时所需渗透压较低，具有节约动力的优点。此外，纳滤分离过程中不发生任何化学反应，不用加热，也没有相转变，不破坏生物活性，对于低分子量的有机物分离中有独到之处。

目前，纳米膜过滤技术已经应用于抗生素的回收与精制，脱盐乳清的提取还有造纸废水的处理之中。

4.特殊的纳米材料---碳纳米管的应用

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，有着广阔的应用前景。

最近的研究显示，可以利用碳纳米管独特的孔状结构，大的比表面积，较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。在纳米反应器中，反应物在分子水平上有一定的取向和有序排列，但同时限制了反应物分子和反应中间体的运动。这种取向、排列和限制作用将影响和决定反应的方向和速度。科学家们研究发现，利用纳米尺度的分子筛作反应器，在烯烃的光敏氧化作用中，将底物分子置于反应器的孔腔中，敏化剂在溶液中，这样就只生成单重态的氧化产物。用金属醇化合物和羧酸反应，可合成具有一定孔径的大环化合物。

碳纳米管的储气能力极强，多壁碳纳米管的储氢量可达4.2％，可制成储氢材料用于燃料电池等领域，此外，用碳纳米管作为增强填料可形成各种复合材料。例如用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境造成影响。

三结束语

纳米技术与众多学科密切相关，它是一个体现多学科交叉性质的前沿领域。早在1959年，著名的理论物理学家，诺贝尔奖获得者Feyneman就曾预言：“当我们的得以对细微的事物加以操纵时，将大大扩充我们可能获得物性的范围”，这