納米新材料在化工領(lǐng)域的應(yīng)用研究

趙 剛

（青島黃海學(xué)院，山東青島 266427）

納米新材料在化工領(lǐng)域的應(yīng)用研究

趙 剛

（青島黃海學(xué)院，山東青島 266427）

納米材料作為一種新型的小分子材料，其結(jié)構(gòu)不同于體塊材料和單個(gè)原子，具有其他材料所不能代替的特性和功能，應(yīng)用前景較為樂觀。從納米材料的理化特性入手，重點(diǎn)闡述了納米材料在化工領(lǐng)域中的各種應(yīng)用。

納米材料；化工領(lǐng)域；特性

1990年，在美國(guó)巴爾的摩召開了第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議，確立了納米科技的研究地位。同時(shí)，《納米技術(shù)》和《納米生物學(xué)》兩種國(guó)際性納米專業(yè)期刊也相繼問世，表明了科技領(lǐng)域已開啟納米科技的廣泛研究，并逐漸從基礎(chǔ)研究過渡到應(yīng)用研究，從單個(gè)學(xué)科研究到學(xué)科交叉和技術(shù)集成研究等。

1 納米材料概念及發(fā)展階段

納米材料通常是指在三維空間中至少有一維處于1～100nm之間或者由該尺度范圍的物質(zhì)為基本結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的超精細(xì)顆粒材料的總稱。納米材料是處于宏觀物體和原子簇交界過渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng)，它具有特殊的理化特性和結(jié)構(gòu)層次。從宏觀上，納米材料的發(fā)展分為三個(gè)階段：第一階段，在實(shí)驗(yàn)室制備各種材料的納米顆粒粉體或合成塊體，研究對(duì)象局限于單一材料或單相材料，稱為納米晶或納米相材料；第二階段，研究納米復(fù)合材料；第三階段，研究具有納米結(jié)構(gòu)的體系［1］。

2 納米材料的分類和特性

納米材料可以按材質(zhì)、形態(tài)、功能進(jìn)行分類，劃分為不同材質(zhì)、不同形態(tài)和不同功能的材料。納米材料的特性主要包括：（1）表面效應(yīng)，指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)的比值隨著粒子直徑的減小，表面原子個(gè)數(shù)急劇增加后所引起的性質(zhì)變化，因表面原子周圍缺少相鄰原子，呈現(xiàn)不飽和狀態(tài)，使納米材料的化學(xué)活性增強(qiáng)，在催化、吸附和作為添加劑等方面的優(yōu)勢(shì)明顯。（2）小尺寸效應(yīng)，指納米粒子的粒徑小于或等于超導(dǎo)態(tài)的相干波長(zhǎng)時(shí)，將會(huì)破壞周期性的邊界條件，使納米材料的催化、光吸收、化學(xué)活性和電磁等性質(zhì)發(fā)生變化。（3）宏觀量子隧道效應(yīng)，指納米粒子穿越宏觀系統(tǒng)勢(shì)壘后產(chǎn)生變化的特性。（4）量子尺寸效應(yīng)。

3 納米新材料在化工領(lǐng)域的應(yīng)用研究

3.1 催化劑方面的應(yīng)用

在化工領(lǐng)域，通過使用催化劑可以有效控制反應(yīng)時(shí)間，提高反應(yīng)速度和反應(yīng)效率。傳統(tǒng)的催化劑催化效率低，造成了生產(chǎn)原料的浪費(fèi)和環(huán)境污染。納米微粒催化劑反應(yīng)速度是普通催化劑的10～15倍，多應(yīng)用于半導(dǎo)體光催化劑，尤其是在有機(jī)物制備方面。例如，納米TiO2是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇，不僅具有較高的光催化活性，對(duì)酸堿具有耐受性，而且無毒、對(duì)光穩(wěn)定、成本低廉［2］。

3.2 涂料方面的應(yīng)用

納米復(fù)合體系涂層是在傳統(tǒng)涂層技術(shù)的基礎(chǔ)上添加納米材料，以納米材料作為表面涂層，用來防止大氣腐蝕和紫外線照射，也可以抗降解、變色，提高了防護(hù)功能。將其應(yīng)用于衛(wèi)生用品方面，也可起到殺菌保潔的作用。

3.3 精細(xì)化工方面的應(yīng)用

納米新材料在精細(xì)化工領(lǐng)域用途廣泛，產(chǎn)品繁多。在橡膠中加入納米SiO2，可提高橡膠的紅外反射能力和抗紫外輻射能力。普通橡膠中加入納米Al2O3和SiO2，橡膠的耐磨性和介電特性都會(huì)增強(qiáng)，而且彈性、強(qiáng)度、韌性、致密性和防水性也會(huì)相應(yīng)提高。在密封膠和粘合劑中添加納米SiO2，其密封性和粘合性都會(huì)大幅提升。在塑料中添加納米材料，可提高塑料的強(qiáng)度、韌性、致密性和防水性。

3.4 醫(yī)藥方面的應(yīng)用

隨著生命科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)利用納米技術(shù)提高藥效、控制藥物釋放、減少不良副作用、發(fā)展藥物定向治療成為醫(yī)藥界關(guān)注重點(diǎn)。納米生物醫(yī)學(xué)傳承中醫(yī)學(xué)思想，從動(dòng)植物中提取必要的物質(zhì)并在納米尺度組合，充分地發(fā)揮藥效。例如，利用納米粒子在人體內(nèi)方便傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，將納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，也就是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面來攜帶藥物，隨之將其注射到血管中，以磁場(chǎng)導(dǎo)航輸送的方式將藥物送達(dá)病變部位并釋放藥物，提高藥物定向治療的效果。

3.5 環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

環(huán)境污染是當(dāng)前社會(huì)不可回避的現(xiàn)實(shí)問題，納米材料具有空氣凈化和污水處理的作用。納米材料基于其擁有細(xì)微的顆粒尺寸，粒徑減少使表面更加粗糙，出現(xiàn)凹凸不平的原子臺(tái)階，對(duì)有毒有害氣體起到過濾作用，可以用在汽車尾氣超標(biāo)報(bào)警器、凈化設(shè)備、石油提煉過程中的脫硫環(huán)節(jié)等。在污水處理過程中，需要將污水中的有害物質(zhì)、污染物質(zhì)、細(xì)菌病毒等物質(zhì)去除掉，使用納米材料與技術(shù)可將污水中的金屬提煉出來，以備循環(huán)利用。對(duì)于水體中的無機(jī)、有機(jī)污染物一律可以利用納米微粒光催化作用將其轉(zhuǎn)化為礦化物。

綜上所述，納米科技的發(fā)展使納米材料在新型化工行業(yè)中發(fā)揮了舉足輕重的作用，有著廣泛的應(yīng)用前景。21世紀(jì)是納米技術(shù)的時(shí)代，基于各種納米材料新穎的理化性質(zhì)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)出各種新的材料和設(shè)備是科技工作者的責(zé)任和義務(wù)。

［1］ 陳文瑋.淺析納米材料在化上產(chǎn)業(yè)中的廣泛應(yīng)用［［J］.中國(guó)科技博覽，2010，（4）.

［2］ 葛林慧.淺談納米材料在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用［［J］.化工設(shè)計(jì)通訊，2016，（1）.

Application of Nano Materials in the Field of Chemical Engineering

Zhao Gang

As a new type of small molecular materials，nano materials have different properties and functions，which are different from bulk materials and single atoms.The nano materials can not be replaced by other materials.Based on the physical and chemical properties of nano materials，this paper focuses on the application of nano materials in the fi eld of chemical engineering.

nano materials；chemical industry；characteristics

TB383

A

1003-6490（2016）07-0069-01

2016-07-16

趙剛（1980—），男，山東青島人，講師，主要研究方向?yàn)槲锢砘瘜W(xué)。