文/墨茶

编辑/墨茶

绿色化学指的是利用现代科技的原理和方法，在化学品的设计、生产和应用中，降低或消除危险物质的使用和产生，使所研究开发的化学产品和工艺变得更加对环境友好。

为此，要对现行的反应流程进行改造，使其达到洁净的生产,洁净的合成，降低废弃物的排放量，达到“零排放”,开发新的、安全的、环保的化工产品；二是充分利用可再生资源，增加原料与能量的利用,生物技术与生物能源利用。

新的分离技术，方法与手段，评估对环境的影响；用“绿色化工”改造人类生命，绿色化工与环境处理的区别是：绿色化工是从源头上防止污染的产生，也就是防治；而环境处理就是对已经受到污染的地区采取终端处理的方式。

为此，建立“原材料—工业化生产—产品利用—废物循环利用”的理念，改变传统的“先污染后治理”的管理方式。

以从“源头治理”和“全程治理”的洁净流程代替“终端治理”的消极环境，从而达到化工产业“绿色化”的目的，是“资源—环境—经济—社会”的和谐发展。

绿色化学以及它所引发的工业革命正在全球范围内快速兴起，这给化学和化工科技工作者们带来了严重的挑战，但也给他们提供了极大的发展机会。

而纳米技术则是一门全新的综合性科技，它可以在0.1-100纳米的尺度上，对电子、原子和分子的本质规律和特性进行研究，并将其应用于制作不同的材料，在被磨成纳米大小的粒子后，不仅是光，电，热，磁力会改变。

它还具有辐射、吸附和吸收等多种新功能，可以使现有工业格局发生根本性的变化。近几年来，随着世界各国对纳米技术的发展，对其发展趋势的关注越来越多，并对其发展趋势提出了更高的要求。

根据“绿色化学”的内涵及特征，要实现这一目的，必须采用现代化的科学技术，尤其是纳米技术。

同时，还扩大了人们在使用资源和保护环境方面的能力，这为全面地提高了环境质量，并从根源上控制新污染源的出现提供了有利的条件：

第一，纳米技术可以让材料制造业的状况发生翻天覆地的变化，从而生产出高纯度的材料。

第二，纳米材料还可以神奇地对微量元素进行回收和提取，还可以对污水中的有害物质进行净化探花在线观看。此外，利用纳米科技，可以制作出一种超灵敏的气味装置，用于侦测毒品、爆炸物、工厂泄漏物等。

目前，随着全球人口的迅速增长，许多国家都在加速实现着工业化与发展。

随着我国资源与能源的日益短缺与接近耗尽，工业废水及生活垃圾的大量释放，导致了人类赖以生存的生态系统快速退化，世界范围内的环境污染问题日益严峻。下文将阐述在环保领域中广泛应用的纳米科技。

3.1纳米材料光催化作用的机理

在环保领域，目前已报道的光催化材料主要是氮型硅等，但最受到重视的是具有高活性、高稳定性、对人类无害、持续作用时间长、反应次数多、能在连续光照下维持活性等特点的纳米是一种新型的光催化材料。

近年来，一种新型可用于处理水体中，有机污染物的新型光催化法正在蓬勃发展。有人曾经对水中30多种有机污染物的光催化分解展开了系统的研究。

结果显示，光催化法可将烃类、卤化物、羟酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机农药等，较快地完全氧化成二氧化碳和水等无害物质。

因而，以二氧化钛作为代表的纳米材料，特别是以二氧化钛为代表的新型光催化剂，在环保领域具有非常突出的应用价值。

首先，我们要对二氧化钛的光催化剂机制有一个初步的了解。光催化的含义是在有光的情况下，在光催化剂与其表面吸附物（如H,0、02及被分解物等）之间的一种光化学反应和氧化一还原过程。

由于该类材料有着独特的能级结构，其能级分布是全价带、全空导电性等特征。

空气导航器提供了特性，当一个具有hY能量的光子或者一个具有超出该半导体能级Eg的光子进入二氧化钛时，一个电子被从价带VB激发到导带CB，就会留下一个空穴。

该体系中载流子之间的相互作用可以使其发生再复合，从而有效地吸收外界的热量和热量。也可以说，电子是被二氧化钛所吸收的，或被吸收到带电的，围绕着带电颗粒的两层带电层中。

利用合适的空穴能量或者表面缺陷态能量，可以阻止这种现象的发生。价带中的孔洞具有较强的氧化作用，导带中的电子具有较强的还原作用。

目前大多数的有机物光催化过程都是通过直接或间接的方式来实现，但同时需要一种能够与电子发生化学反应的可还原性材料来实现，从而避免电子-空穴的再复合。

3.2纳米材料在环境保护与环境治理方面的应用

(1)在空气净化中的应用

在目前的环保中，大气污染是一个很大的问题。作为一个以煤炭为主的大国，煤炭生产总量在十亿吨以上，但是煤炭的综合利用效率低下，不但产生大量的废物，还产生了大量的二氧化硫等污染。

随着社会经济的发展，车辆数量的急剧增加，大气中CO、NOx等污染物的浓度越来越高，对人体健康造成了极大的威胁。

目前，由于使用大量的涂料和油漆，导致了房间内的环境质量问题日益突出，其中甲醛和甲苯等多种致癌物占了很大比例。

所以，要从根本上解决人类生活中的问题，就必须倡导“绿色化学”。有数据显示，利用纳米粒子可以制造出很好的催化剂，并且具有很高的催化效果。

以55-70nm的钛酸钴为催化剂，以多孔硅或氧化铝-铝基陶瓷为支撑物，制备出的原油中的硫浓度低于0.01%。

煤炭在燃烧过程中会生成含二氧化硫的气体，若在煤炭中添加此种助燃催化剂，则既能保证煤炭完全燃烧，又能将含硫的硫转变成无二氧化硫的固体硫化物。

此外，最近的研究结果显示，复合稀土化合物的纳米颗粒不仅有很强的氧化还原能力，而且还有很大的比表面和很强的吸附能力，所以可以在催化CO的时候将N0x还原，从而将机动车废气转换为对人类和环境没有危害的气体。

而最新一代的纳米催化剂，则是将其应用到了汽车的引擎中，让汽油在不需要任何气体的情况下，就可以直接使用。

近日，哈尔滨市推出了一款清洁环保的汽油，其中添加了一种新型的汽油添加剂，该汽油添加剂既能降低引擎排放的有毒气体，又能节省燃料，还能清理掉燃料中的积炭，从而增加汽车的续航能力。

利用二氧化钛对甲醛和甲苯等污染物的光催化降解作用，可以将其应用到石油和化工行业的尾气治理中，从而提高大气环境的质量。

在北京，2008奥运主会场，已安装了7个新型的空气净化装置，能够对大气中的有毒气体进行催化净化，并将其转化成对人体健康没有危害的有毒气体探花视频。

众所周知，氢是一种无穷无尽的洁净能源，然而，目前发现的稀土元素因其较低的储氢容量而使其在氢能源中的应用受限。

而目前已经开发出来的碳纳米管、丝等材料，由于其在较低温度下仍具有较高的吸放氢能力，每个单元就像一块微型“海绵”，因此可以将氢气进行贮藏、浓缩。

经研究，这种金属的储氢量可以超过5%，比普通金属要高出一倍，而且还可以用来作为动力，从而减少空气中的废气。

因而，将其应用于污染物的源头防治与环境净化，是实现绿色化工与可持续发展目标的必然需求。探花视频

(2)在污水处理方面的应用

由于废水中普遍存在有毒有害物质、臭气污染物、细菌病毒等，现有方法效率低、成本高、二次污染严重，而纳米技术的开发与应用有望从根本上解决该问题。

据文献报导，目前已发现一种具有较好吸附量和絮凝量的新型纳米级净水剂，其吸附量和絮凝量均比常用的三氯化铝高出1~20倍。

可对污水中的悬浮物进行吸收和沉降，再利用纳米磁性物质、纤维和活性炭等的净化设备，对水中的铁锈、泥沙和气味等进行高效的去除。

经过前两个步骤的处理，水质清澈，无味。在此基础上，通过特定的纳米孔尺寸的水处理薄膜以及由各种纳米孔尺寸的陶瓷颗粒组成的水处理设备，最终达到彻底去除水中细菌、病毒的目的，从而获得可供饮用的优质纯水。

此外，纳米：催化降解技术还能被用来催化分解有机磷农药生产和使用过程中产生的有害污水，也能被用来处理印刷印染污水，还能被用来处理在江湖和海洋水面的石油类物质。

湖南已开发出一项废水处理工艺，称为“Z氏法”，该工艺的关键技术是将常规废水的净化剂、絮凝剂、灭菌消毒剂等进行了功能化修饰，制备出一种多功能的高性能废水处理药剂，并已展现出其特有的处理效能与发展潜力。

(3)在固体垃圾处理方面的应用

将纳米技术与纳米材料运用到城镇固废的治理上，将橡胶制品、塑料制品等加工成超细粉，将里面的杂质剔除，变成可循环利用的原材料，日本已经将废弃橡胶轮胎加工成细粉，用来铺设运动场、公路与新干线的地基。

同时，利用二氧化钛：对固体废弃物进行快速处理，使其在固体废弃物中的生物降解速率达到固体废弃物的近1倍，进而减轻固体废弃物对生态系统造成的污染。

(4)在绿色照明工程的应用

在西方，“绿色照明”是以节约能源和减少对环境的影响为准则的，而在西方，绿色照明项目的目标就是节能、环保。

当前，超过半数的电能来自于燃煤电厂，但其所产生的烟气、碳灰、悬浮物质等造成了温室效应、酸雨等对生态系统造成了极大的影响。太阳能作为一种巨大的、安全的、无污染的、洁净的新能源被广泛应用于各种领域。

一种有效的解决方案是，通过使用尺寸只有数个纳米大小的纳米物质，白天可以将自然光线吸收和贮存，夜晚则可以将光线发射至所需之处。根据多孔硅的荧光特性，可以将其制作为一种新型的无需电能的照明方式。

德国的科学家M·S·布兰特相信，在温度较低的情况下，多孔硅还能发出数个钟头的光芒。可以预期，一种新型的无需电能的非电能的新型广告灯光源将会在不远的未来出现。

(5)噪声控制方面的应用

噪音是另外一类较少受到关注的环境污染，研究表明，噪音达到某种水平时，会对人体产生不良影响，而噪音则会造成人员伤亡。

飞机、汽车、船舶等设备在运行过程中产生的噪音可高达百多分贝数，对人类健康有很大影响。

如果使用了纳米技术，使机器设备等进行了小型化，那么它们之间的碰撞和摩擦所产生的交互的机械力就会大大降低，这样就可以很好地抑制噪音的污染。

利用纳米技术研制出的润滑剂，不仅可以在机械的表面生成一层固体薄膜，而且还可以提高机械的工作效率，减少机械的噪音，提高机械的使用寿命。

此外，将纳米技术与常规吸声材料相结合，还能大幅减噪，北京体育场是2008奥运主会场，其顶棚所使用的吸声面板就是目前国际上最先进的吸声面板，并在其外层镀上了一层纳米涂料，使其在室内环境中具有更好的降噪效果。

(6)防止电磁辐射方面的应用

最近几年，人们已经知道了EMF对人类的危害，对于EMF的防护已经不再需要担心。

如果在强辐射区工作，有必要进行电磁防护时，通过在墙体中添加或喷涂一种新型的纳米涂层，可以极大地改善对电磁波的屏蔽效果。

我们都知道，紫外光对人类造成了极大的伤害，但是一些纳米材料能够吸附紫外光对人类造成伤害的部位，因此，在抗紫外光方面，也有着广阔的发展空间。

近年来，我国科学院物理所的科研工作者采用了一种新型的、具有高清晰度的移动电话电磁防护材料。

这种新一代移动电话的电磁防护材料能够有效地减少移动电话的电磁防护性能，并且能够极大地减少移动电话对移动电话的影响。这种技术也可以应用在电脑、电视、军工等电子产品上，以降低电磁波的辐射。

总之，被认为是本世纪最尖端的科技，其对环保的作用是巨大的，其运用范围是非常广阔的，是今后环保发展的必然方向。

因此，我们从目前开始就应该对其进行重视，并加大对纳米环保项目的研发力度，为未来的可持续发展提供高技术含量的环境保证。

参考文献

1. “21世纪中国有机化学发展战略”研讨会纪要．化学进展
2. 绿色化学：挑战与机遇．绿色化学
3. 纳米技术与纳米材料．北京：国防工业出版社
4. 纳米材料在绿色照明工程中的应用前景．照明工程学报
5. 废水光催化脱色水环境研究