纳米材料在水处理中的应用.pdf

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1、2011年8月材料开发与应用·65·文章编号:1003-1545(2011)04-0065-05综述纳米材料在水处理中的应用孙伟民，张广成，李俨，李东东，李佩佩，刘柏辰，张叠(西北工业大学理学院应用化学系，陕西西安710072)摘要:本文综述了光催化纳米材料二氧化钛、纳滤膜、碳纳米管、纳米零价铁和膨润土这五种常见的纳米材料的特点及其在微污染水源给水处理、污水处理、海水淡化、海洋环境污染治理等领域中的应用，对纳米材料在水处理中的发展前景做出了展望。关键词:水处理;纳米材料;环境保护中图分类号:X703．1文献标识码:A近年来，随着现代工业的高速发展，大量未

2、等，而在水处理技术方面，纳米材料的研究与应用经处理或处理未达标的污水直接排放，对水环境则起步相对较晚。但发展很快，相信在纳米和水造成剧烈的破坏，导致水质恶化，水质型缺水问处理科技工作者的共同努力下，纳米材料在水处题日益突出。据调查显示，中国城市污水处理率理技术中的应用，必然给水处理技术带来巨大只有36%，大量未经处理的污水直接排放，成为变革。城市环境的二次污染源，致使82%的江河、湖泊、45%城市地下水遭受到不同程度的污染，全国七1纳米光催化材料———纳米TiO2大水系和47000多公里的河段均受不同程度的污染。在这种危急的形势下，水处理技术急迫需纳米光催化材料大多是金属氧化物或硫化物

3、要快速的发展。然而，传统的水处理工艺如吸附等半导体材料，它们具有特殊的电子结构，它们在法、活性污泥法等随着时间的推移，显示出了各光激发下所产生的电子和空穴，将反应物还原或自的弊端，如能耗高、处理效率低、产生二次污染氧化，从而使污染物得到降解，并最终完全矿化为物等等。而近些年，随着科学技术的进步，水处CO2、H2O和毒性小的有机物和无机离子等，因此［2］理技术的革新已不单纯的是传统处理工艺技术在能源、绿色化学方面显示出其独特的功效。［3］方面的发展，很多新材料在水处理中的应用，更纳米光催化材料有以下的特点:降解没有使得水处理技术迅速发展。而众多水处理应用选择性，能使有害物质完全分解，不会

4、产生二次的材料中，纳米材料作为尖端材料的代表，以其污染可以在常压下操作，反应条件温和，降低操优越的性能，广阔的发展空间，尤其引人注目。作难度，不需要大量消耗除光以外的其他物质，纳米材料在微污染水源给水处理、污水处理、海可以降低能量、原材料的消耗而达到除毒、脱色、水淡化和海洋环境工程治理中愈来愈显示其独去臭的目的。光催化剂具有廉价、无毒、稳定以特的优势，受到了大家的青睐。及可以重复利用等特点。我们国家的纳米材料研究开始于上世纪80因此很多专家预测纳米光催化材料将是未年代，应用的主要领域是陶瓷、催化、生物、医药来水处理技中的主力军，常见的纳米光催化材料收稿日期:2011－03－01作者简介

5、:孙伟民，男，1972年生，河南洛阳人，讲师，博士生，研究方向为水处理功能高分子材料及污水处理与资源化利用，E－mail:outcast191@163．com。·66·材料开发与应用2011年8月有:TiO2、ZnO、BiVO4、Al2O3等。其中纳米TiO2体表面产生缺陷，增加表面活性中心的数量，从［5］活性高，热稳定性好，成本低，安全无毒，是现在而提高催化活性。研究最广，最被看好的材料。在紫外光照射下，纳米TiO2表面会产生氧化2纳滤(NF)膜能力极强的羟基自由基(·OH)，使水中的有机污染物氧化降解为无害的CO2和水。目前纳米TiO2纳滤(Nanofitration，简称NF)是

6、20世纪80主要的应用领域有化工废水、染料废水、农药废年代中期发展起来的一种介于反渗透与超滤之水、含油废水、造纸废水等有机废水的处理。例间的新型膜分离过程。NF膜孔径在1nm以上，如:赵文宽等以煤灰中的漂珠为载体、钛酸丁酯为一般在1-2nm;对溶质的截留性能介于反渗透原料，制备了一种载有纳米TiO2粉体的漂浮型光(RO)与超滤(UF)膜之间;RO膜几乎对所有的催化剂，在紫外光或太阳光直接照射下，能有效降溶质都有很高的脱除率，但NF膜只对特定的溶解水面石油污染物。同济大学李田等将纳米TiO2质具有高脱除率。相比于反渗透(RO)，NF具有固定于玻璃纤维网上形成催化膜，用于深度净化设备投资低

7、，能耗低的优点。［3］饮用水。经处理的自来水中有机物总量去除率2.1纳滤膜的性能特点达60%以上，19种优先污染物中有5种被完全去对无机离子的去除:NF膜对电荷高的离子除，其他有机物的浓度也基本降至检测限以下，同去除率高于电荷低的离子，对同价态无机离子、时细菌总量明显减少，处理水质达到了安全饮用阴离子的去除率略高于阳离子的去除率，这与的要求。另外，在无机物的处理方面，纳米TiO2可NF膜带负电有一定的关系，而在一定适当的压以吸附高氧化态汞、银、