多晶鑽石粉

奈米技術在化工領域的應用

奈米粒子作為光催化劑,有著許多優點。首先是粒徑小,比表面積大,光催化效率高。另外,奈米粒子生成的電子、空穴在到達表面之前,大部分不會重新結合。因此,電子、空穴能夠到達表面的數量多,則化學反應活性高。其次,奈米粒子分散在介質中往往具有透明性,容易運用光學手段和方法來觀察界面間的電荷轉移、質子轉移、半導體能級結構與表面態密度的影響。目前,工業上利用奈米二氧化鈦-三氧化二鐵作光催化劑,用於廢水處理(含SO32-或 Cr2O72-體系),已經取得了很好的效果。

  用沈澱溶出法制備出的粒徑約30~60nm的白色球狀鈦酸鋅粉體,比表面積大,化學活性高,用它作吸附脫硫劑,較固相燒結法制備的鈦酸鋅粉體效果明顯提高。

  奈米靜電屏蔽材料,是奈米技術的另一重要應用。以往的靜電屏蔽材料一般都是由樹脂摻加碳黑噴塗而成,但性能並不是特別理想。為了改善靜電屏蔽材料的性能,日本松下公司研制出具有良好靜電屏蔽的奈米塗料。利用具有半導體特性的奈米氧化物粒子如Fe2O3、TiO2、ZnO等做成塗料,由於具有較高的導電特性,因而能起到靜電屏蔽作用。另外,氧化物奈米微粒的顏色各種各樣,因而可以通過覆合控制靜電屏蔽塗料的顏色,這種奈米靜電屏蔽塗料不但有很好的靜電屏蔽特性,而且也克服了碳黑靜電屏蔽塗料只有單一顏色的單調性。

  另外,如將奈米TiO2粉體按一定比例加入到化妝品中,則可以有效地遮蔽紫外線。一般認為,其體系中只需含奈米二氧化鈦0.5~1%,即可充分屏蔽紫外線。目前,日本等國已有部分奈米二氧化鈦的化妝品問世。紫外線不僅能使肉類食品自動氧化而變色,而且還會破壞食品中的維生素和芳香化合物,從而降低食品的營養價值。如用添加0.1~0.5%的奈米二氧化鈦制成的透明塑料包裝材料包裝食品,既可以防止紫外線對食品的破壞作用,還可以使食品保持新鮮。將金屬奈米粒子摻雜到化纖制或紙張中,可以大大降低靜電作用。利用奈米微粒構成的海綿體狀的輕燒結體,可用於氣體同位素、混合稀有氣體及有機化合物等的分離和濃縮,用於電池電極、化學成分探測器及作為高效率的熱交換隔板材料等。奈米微粒還可用作導電塗料,用作印刷油墨,制作固體潤滑劑等。

  用化學共沈澱法得到ZnCO3包覆Ti(OH)4粒子,在一定溫度下預焙解後,溶去絕大部分包覆的ZnO粉體,利用體系中少量的ZnTiO3(ZnTiO3與TiO2(R)的晶體結構類似)促進了TiO2從銳鈦型向金紅石型的轉化,制得粒徑約20~60nm的金紅石型二氧化鈦粉體。用紫外分光光度計進行了光學性能測試,結果发現此粉體對240~400nm的紫外線有較強的吸收,吸收率高達92%以上,其吸收性能遠遠高於普通TiO2粉體。另外,由於奈米粉體的量子尺寸效應和體積效應,導致奈米粒子的光譜特性出現“蘭移”或“紅移”現象。在制備超細鋁酸鹽基長余輝发光材料時,用軟化學法合成出的超細发光粉體的发射光譜的主峰位置,較固相機械混合燒結法制備的发光粉體蘭移了12nm。余輝衰減曲線表明,該法合成出的发光粉體,其余輝衰減速度相對固相法合成出的发光粉體要快得多,這些都是由於粉體粒子大幅度減小所致。

  研究人員還发現,可以利用奈米碳管其獨特的孔狀結構,大的比表面(每克奈米碳管的表面積高達幾百平方米)、較高的機械強度做成奈米反應器,該反應器能夠使化學反應局限於一個很小的範圍內進行。在奈米反應器中,反應物在分子水平上有一定的取向和有序排列,但同時限制了反應物分子和反應中間體的運動。這種取向、排列和限制作用將影響和決定反應的方向和速度。科學家們利用奈米尺度的分子篩作反應器,在烯烴的光敏氧化作用中,將底物分子置於反應器的孔腔中,敏化劑在溶液中,這樣就只生成單重態的氧化產物。用金屬醇化合物和羧酸反應,可合成具有一定孔徑的大環化合物。利用嵌段和接技共聚物會形成微相分離,可形成不同的“奈米結構”作為奈米反應器。

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