化工开发技术论文.docx

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1、纳米材料在化工行业中的应用摘要，纳米材料是处在原子旗和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，纳米材料具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的探讨带来新的机遇。它在化工生产领域也得到了肯定的应用，并显示出它的独特魅力。纳米材料的应用前景特别广袤。关键词：纳米材料化工领域应用纳米材料（乂称超微小粒、超细粉未）是处在原子就和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新奇的物理和化学特性，

2、在众多领域特殊是在光、电、磁、催化等方面具有特别重大的应用价值。纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的迷人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的深厚爱好。80年头初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料赐予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的探讨带来新的机遇。纳米材料的应用前景特别广袤。近年来，它在化工生产领域也得到了肯定的应用，并显示出它的独特魅力。1 .在催化方面的应用催化剂在很多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以限制反应时间、提高反应速率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭阅历进行，

3、不仅造成生产原料的巨大奢侈，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂供应了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，限制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10-15倍。纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特殊是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照耀半导体分散系时，半导体纳米粒子汲取光产生电子空穴对。在电场作用下，电子与空穴分别，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相像的组分进行氧化和还原反应。例如纳米TiO2,既有

4、较高的光催化活性，乂能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的探讨，是将来催化科学不行忽视的重要探讨课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。光催化反应涉及到很多反应类型，如醇与燃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、双基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO:,既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催

5、化活性较高的TjO/SiO:负载型光催化剂。N；或Cu-Zn化合物的纳米颖粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铀或钮催化剂。纳米铝黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600OC降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的探讨，是将来催化科学不行忽视的重要探讨课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。2 .纳米材料在涂料方面的应用纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层供应了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添

6、加纳米材料，可获得纳米红合体系涂层，实现功能的K跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是蜴予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择汲取的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护实力，实现防紫外线照耀、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上运用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目

7、的。在建材产品如玻璃、涂料中加入相宜的纳米材料，可以达到削减光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合限制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO:添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神奇的色调效果,从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米S

8、iO:是种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO:,可使涂料的抗老化性能、光滑度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动第合材料的探讨开发与应用。3 .在其它精细化工方面的应用精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、那料,、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Si02,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射实力。纳米A1.Oo,和SIO:,加入到一般橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于

9、用白炭黑作填料的橡胶。粉料中添加肯定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO:,作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SjO:,可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的：而加入A1.：Oo,不仅不影响玻璃的透亮度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。肯定粒度的锐钛矿型TiO:具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。超细TiO:的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了

10、用于食品包装的TiO:及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米T；O:,能够剧烈汲取太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前生。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消退污染。4 .纳米材料在医药方面的应用21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。限制药物释放、削减副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到探讨日程上来。纳米粒

11、子将使药物在人体内的传输更为便利。用数层纳米粒子包袱的智能药物进入人体，可主动搜寻并攻击癌细胞或修补损伤组织：运用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中臼由流淌，因此可以用来检杏和治疗身体各部位的病变。微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期

12、短、易被生物的降解的药物的给药。纳米生物学用来探讨在纳米尺度上的生物过程，从而依据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为520nm的聚合物后，可以固定大量做白质特殊是酶，从而限制生化反应。这在生化技术、植工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，探讨分子生物器件，利用纳米传感器，可以获得细胞内的生物信息，从而了解机体状态，深化人们对生理及病理的说明。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的探讨工作。据人民日报报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得胜利。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料一一长效广谱抗菌棉。这种抗茵棉的生产原理是通过纳米技术将

13、银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防渍烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生改变，杀菌实力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。结语纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。2I世纪将是纳米技术的时代，为此，国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的很多问题，

14、特殊是能源、人类健康和环境爱护等重大问题。21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新奇的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星呈现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到口益广泛的应用。年全国石油总产量的29%,净进口量的35%。每增加100o万km3能源植物的种植与加工，相当于增加4500万石油的年生产实力，可见潜力之

15、大。依据我国农业生态区资源特点，可建设以甜商粱和林区废弃物为主体的东北绿色油田、以早生灌草和甜高梁为主体的西北绿色油田、以甜高梁为主体的华北绿色油田、以麻疯树和甜高粱为主体的西南绿色油田，以及以多种木木和草木能源植物为主体的东南绿色油田。较之进口，绿色油田平安稳定，战备性强，可以持续，以及立足国内和不受制于人和付出外交代价。生物质产业的工艺、设备和产业化方面，我国与发达国检间有较大的差距，但在资源和某些技术探讨上市有优势和令人鼓舞的，特殊是“三农”、能源和环境三股强劲需求的巨大拉力，使几乎在同一起跑线上的这项国际竞赛，中国有可能跑在最前面。当前最急需的是制定和实施一项推动我国生物质产业的国家重大专项安排，登高一呼，推动全局。参考文献：【1】张立德，牟季美.纳米材料和纳米结构【M.北京科学出版社，2001.2严东生，冯端.材料新星纳米材料科学【M.长沙：湖南科学技术出版社，1998.【3】【德】HCIeiier.纳米材料【M】.崔平，方永，葛庭燧，译.北京：原子能出版社，1994.4DyerPE,Far1.eyRJ,Gied1.R.eta1.Excimer1.aserab1.ationofpo1.ymersand-assesforgratingfabrication.App1.iedSurfaceScience,1996.