納米新材料在化工領域的應用研究

趙 剛

（青島黃海學院，山東青島 266427）

納米新材料在化工領域的應用研究

趙 剛

（青島黃海學院，山東青島 266427）

納米材料作為一種新型的小分子材料，其結構不同于體塊材料和單個原子，具有其他材料所不能代替的特性和功能，應用前景較為樂觀。從納米材料的理化特性入手，重點闡述了納米材料在化工領域中的各種應用。

納米材料；化工領域；特性

1990年，在美國巴爾的摩召開了第一屆國際納米科學技術會議，確立了納米科技的研究地位。同時，《納米技術》和《納米生物學》兩種國際性納米專業期刊也相繼問世，表明了科技領域已開啟納米科技的廣泛研究，并逐漸從基礎研究過渡到應用研究，從單個學科研究到學科交叉和技術集成研究等。

1 納米材料概念及發展階段

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為基本結構單元所構成的超精細顆粒材料的總稱。納米材料是處于宏觀物體和原子簇交界過渡區域的一種典型系統，它具有特殊的理化特性和結構層次。從宏觀上，納米材料的發展分為三個階段：第一階段，在實驗室制備各種材料的納米顆粒粉體或合成塊體，研究對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，研究納米復合材料；第三階段，研究具有納米結構的體系［1］。

2 納米材料的分類和特性

納米材料可以按材質、形態、功能進行分類，劃分為不同材質、不同形態和不同功能的材料。納米材料的特性主要包括：（1）表面效應，指納米粒子表面原子數與總原子數的比值隨著粒子直徑的減小，表面原子個數急劇增加后所引起的性質變化，因表面原子周圍缺少相鄰原子，呈現不飽和狀態，使納米材料的化學活性增強，在催化、吸附和作為添加劑等方面的優勢明顯。（2）小尺寸效應，指納米粒子的粒徑小于或等于超導態的相干波長時，將會破壞周期性的邊界條件，使納米材料的催化、光吸收、化學活性和電磁等性質發生變化。（3）宏觀量子隧道效應，指納米粒子穿越宏觀系統勢壘后產生變化的特性。（4）量子尺寸效應。

3 納米新材料在化工領域的應用研究

3.1 催化劑方面的應用

在化工領域，通過使用催化劑可以有效控制反應時間，提高反應速度和反應效率。傳統的催化劑催化效率低，造成了生產原料的浪費和環境污染。納米微粒催化劑反應速度是普通催化劑的10～15倍，多應用于半導體光催化劑，尤其是在有機物制備方面。例如，納米TiO2是制備負載型光催化劑的最佳選擇，不僅具有較高的光催化活性，對酸堿具有耐受性，而且無毒、對光穩定、成本低廉［2］。

3.2 涂料方面的應用

納米復合體系涂層是在傳統涂層技術的基礎上添加納米材料，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，提高了防護功能。將其應用于衛生用品方面，也可起到殺菌保潔的作用。

3.3 精細化工方面的應用

納米新材料在精細化工領域用途廣泛，產品繁多。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增強，而且彈性、強度、韌性、致密性和防水性也會相應提高。在密封膠和粘合劑中添加納米SiO2，其密封性和粘合性都會大幅提升。在塑料中添加納米材料，可提高塑料的強度、韌性、致密性和防水性。

3.4 醫藥方面的應用

隨著生命科學的發展，科學利用納米技術提高藥效、控制藥物釋放、減少不良副作用、發展藥物定向治療成為醫藥界關注重點。納米生物醫學傳承中醫學思想，從動植物中提取必要的物質并在納米尺度組合，充分地發揮藥效。例如，利用納米粒子在人體內方便傳輸的特點，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表面來攜帶藥物，隨之將其注射到血管中，以磁場導航輸送的方式將藥物送達病變部位并釋放藥物，提高藥物定向治療的效果。

3.5 環保領域的應用

環境污染是當前社會不可回避的現實問題，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微的顆粒尺寸，粒徑減少使表面更加粗糙，出現凹凸不平的原子臺階，對有毒有害氣體起到過濾作用，可以用在汽車尾氣超標報警器、凈化設備、石油提煉過程中的脫硫環節等。在污水處理過程中，需要將污水中的有害物質、污染物質、細菌病毒等物質去除掉，使用納米材料與技術可將污水中的金屬提煉出來，以備循環利用。對于水體中的無機、有機污染物一律可以利用納米微粒光催化作用將其轉化為礦化物。

綜上所述，納米科技的發展使納米材料在新型化工行業中發揮了舉足輕重的作用，有著廣泛的應用前景。21世紀是納米技術的時代，基于各種納米材料新穎的理化性質，進一步設計出各種新的材料和設備是科技工作者的責任和義務。

［1］ 陳文瑋.淺析納米材料在化上產業中的廣泛應用［［J］.中國科技博覽，2010，（4）.

［2］ 葛林慧.淺談納米材料在化工生產中的應用［［J］.化工設計通訊，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，主要研究方向為物理化學。