探析納米材料應用在水處理中的研究進展

李旋

摘 要 隨著社會科技的不斷發展，環境保護問題成為時下備受關注的重點問題，納米技術在日常生活和工業生產過程中的應用越來越多。本文討論了碳納米材料及其衍生物在水處理中的應用，以及納米材料的研究方向和納米技術的應用領域的未來發展。

關鍵詞 納米材料;水處理;應用;發展前景

引言

納米技術在水資源領域的應用范圍廣泛，具有一定的發展空間。吸附、水質凈化和光催化降解污染物的應用比常規水處理技術效果更好，納米材料的制備，性能和應用研究取得了豐碩的成果，納米技術必將成為21世紀一場新的技術革命。

1納米材料的特性

（1）表面效應。納米材料的表面效應能夠同構納米粒子的粒徑縮短，媳婦在上面的原子數和總原子數的比例發生變化，產生的性能變化，可以應用在水處理中，增加水資源利用率。球形顆粒的表面與其直徑的平方成正比，體積與直徑的立方成正比，表面積（表面/體積）與直徑成反比。

（2）體積效應。納米材料之所以可以應用在各個領域的原因是，它們的體積遠遠小于其他材料，因此與之相比，納米顆粒中包含的原子數要少地多。因此，它還確定了其理化性質不同與其他材料，常用的水處理材料的粒徑很重要，因此其吸附、催化等效果與納米材料完全不同。因此，納米材料在上述方面的性能不能夠用傳統材料的性能來衡量，這些特殊現象以其獨特的體積效應得以體現。

（3）尺寸效應。超細顆粒的尺寸等于或小于超導狀態的特征物理尺寸，例如光波長，透射深度長時，將破壞晶界的邊界條件。顆粒表面層附近的原子數量少，導致出現特殊的光學性能;特殊的熱性能;特殊的磁性能;特殊的機械性能。超細顆粒的微小影響還表現在超導性，介電性能、聲學性能和化學性能。

（4）量子尺寸效應。當顆粒的尺寸下降到一定值時，金屬納米附近的電子能級會從聚集變分散，這一過程就是量子尺寸效應。電子在納米材料中離散的量子能級中的波動可以使納米材料產生特定的性能，例如特定的催化作用，強的氧化性和還原性，光子能和超導體等。有些特性與原本的納米性能有很大不同。

（5）量子隧道效應。納米粒子的磁化過程會產生量子隧道，這種效應不受宏觀系統的影響，并產生一定的性能變化，即所謂的納米粒子的宏觀量子隧道效應。量子尺寸效應和隧道效應可以在電子器件中進行廣泛應用，或者它們將為現有微電子器件的未來小型化建立極限的促進作用。

2碳納米材料

（1）碳納米管。碳納米管通常是由石墨片制成的管，該石墨片根據一定程度的螺旋纏繞在中心軸上。管壁上的碳原子組成序列為六邊形，每個碳原子周圍相鄰三個碳原子，C—C通過雜化鍵sp2和sp3相連。碳納米管通過不同的特性產生不同的吸附效果。例如：①碳納米管的總表面積較大，因此具有較高的吸收能力;②表面電荷是可重塑的，可以在水中對不同的污染物特點進行化學反應[1]。

（2）碳納米纖維。碳納米纖維用于吸水的處理時需要進行活化處理，以獲得改進的碳納米纖維。當它們以原始狀態交叉時，適合吸附更重要的有機污染物。相反，在表面處理之后，可以獲得具有微孔（1～2nm）的碳納米纖維，其適合于吸附小的無機污染物。碳納米管還可以強烈吸附脂族烴，胺，酚，酮和其他有機物質，碳納米材料還大大提高了對有機污染物的吸附親和力。用硝酸，檸檬酸和高錳酸鉀處理的碳納米管比處理前的碳納米管具有更強的吸附能力。

（3）石墨烯族。研究表明，石墨烯系列吸附劑可有效處理水中的有機，無機和生物污染物。石墨烯是由六元碳環組成的二維結構[2]。石墨烯光催化技術是一種綠色、生態和可持續發展的技術，無須添加化學試劑或生物菌株，無須任何供應裝置，無能源消耗，無污染且維護成本低。將光催化石墨烯網放置在污水表面，可以在陽光下分解水體中的有毒有機物并逐步改善水環境。

3納米材料在水處理中的應用

（1）納米材料在無機廢水處理中的應用。廢水中含有許多有害物質，尤其是重金屬。一方面，這些污染物可能會傷害人的身體機能。另一方面，它們也是重要的資源，如果丟失將導致資源損失。利用無機物質在納米粒子表面的光化學活性，通過光催化激發納米材料產生化學作用，從而減少了有毒的無機物質。納米金屬氧化物具有良好的生物相容性，可以用作固定微生物的載體[3]。吸附和富集水中的污染物，提高了生物吸附劑的穩定性和機械阻力，從而減少了水中的污染物的毒性。

（2）納米材料在有機廢水處理中的應用。BNNS具有很好的抗氧化性和疏水性，當用于有機污染物處理時，可以通過簡單地處理方法（例如燃燒）將其回收和再利用。此外，MoS2納米片不僅可以用作吸附劑，還可以將其用于光催化降解水中的有機污染物。研究人員將越來越多地研究這種環保且具有低成本高效益的水處理技術。在進行有機廢水中氧化性納米溶解的基礎下，通過二氧化鈦的催化作用，水中的部分雜質在光催化下降解。

（3）納米材料在自來水凈化中的應用。納米二氧化鈦除具有降解功能外，還可以進行自來水殺菌，因此可用于凈化自來水。納米銀也具有很好的殺菌效果，在進行水處理時，對自來水中的細菌進行分解消滅，例如金黃色葡萄球菌和大腸桿菌，并且不會產生副作用。在進行自來水凈化過程中，可以顯著減少水中有機物的總量，可以消除某些雜質，并且可以顯著降低某些物質的濃度，從而可以得到相對純凈的自來水。在凈化過程中，還可以將自來水中的毒素殺死，從而確保水質符合引用標準。

4結束語

納米材料具有許多傳統技術所沒有的技術優勢，在水處理中的應用和發展中還有很大的空間。納米技術的發展前景廣闊，納米材料制備的水處理技術滿足了防止水污染和水資源循環利用的需求，更加關注納米材料的實用性。納米材料的大規模工業生產不是一件容易的事，需要在技術研究中付出更多的努力。

參考文獻

[1] 黃蓓，劉秀偉，袁琳，等.磁性納米材料在水處理中的應用研究進展[J].河南化工，2020，37（3）：1-5.

[2] 杜淼，張馨.二維納米材料在水處理中的應用研究進展[J].無機鹽工業，2020，52（1）：17-21.

[3] 郭倩，邱伊琴.納米銀在水處理方面的應用研究進展[J].合成材料老化與應用，2019，48（4）：125-129.