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內蒙古水凈化

納米二氧化鈦如何應用到飲用水處理上?

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納米二氧化鈦如何應用到飲用水處理上?

發布日期:2018-10-29 11:32 來源:http://www.ntezmuvg.cn 點擊:

納米二氧化鈦如何應用到飲用水處理上?深圳晶材化工納米技術提供了實現新一代水處理系統跨越式發展的機會.在發達國家,納米技術在水處理的短期應用包括解決當前水處理出現的問題,改造現有的水供應系統;通過對當前現有設備較小的改動來實現增加水處理容量,并提高效率.借助納米技術也可以實現廢水的回收利用.基于凈水系統的納米技術能夠改進自來水,通過降低次級污染物,使其成為飲用水和其它高端水質應用(圖2). 同樣在發展中國家,納米技術將使凈水系統更便于操作、維修和更新替換,使用更小的電能和化學方法來實現一些特殊的水處理需求.隨著科學研究的深入和對未知領域的探索,不久的將來,納米技術將扮演非常重要的角色,在重塑水處理系統更加持久和作用.如果用勻膠機旋涂,一個不銹鋼容器肯定做不了;如果用燒制法,鋼早就變形了。建議用無機非金屬材料做容器,然后納米二氧化鈦其實可以不用全部涂滿,可以弄一小塊啊。最后說一下,做飲用水的話,安全方面論證需要特別嚴謹,但可以做污水凈化之類的。光源的方面,如果硬是把二氧化鈦做到容器里的話,不嫌麻煩就在里面裝一個汞燈。


隨著新污染源的出現,水質檢驗面臨許多新的挑戰,比如污染物的低濃度、高復雜性等.如何開發低成本、快速的檢測方法,是當下水質檢測研究的熱點.而對于診斷消毒、生物膜控制,微生物快速檢測是一個主要的研究熱點,而這一切都需要開發先進傳感器來提供高效、及時響應和靶向治療.納米材料和識別試劑的有效集成(抗體、適配子、碳水化合物和抗菌蛋白等)能夠對微生物檢測具有快速、靈敏和高選擇性.納米材料利用它們獨特的電化學、光學和磁學性質,能夠提高傳感響應的靈敏性和響應速度,實現多通道靶向檢測.磁性納米粒子和碳納米管可用來做樣品濃縮和純化,提高檢測響應速度.量子點( Quantum dots,QDs)、染料摻雜的納米粒子、貴金屬納米粒子和磁性納米粒子已經被廣泛應用于傳感研究.量子點有寬的吸收譜和穩定的、窄的熒光發射譜,這種發射譜隨著納米粒子的大小和化學組成而發生改變.在同一個激發光源下,可以利用多通道實現目標分子的檢測.對于染料摻雜硅和聚合物納米粒子,由于大量染料分子被限制到單個納米粒子上,所以表現出較高的熒光強度.貴金屬納米粒子(納米金、納米銀等)利用共振表面等離子基元借助光響應可以檢測出病原體.這主要是利用納米粒子團聚的變化或折射因子的改變.貴金屬納米粒子還能夠增強表面拉曼光譜.增強因子能夠達到1014,所以常常能用于單分子檢測.碳納米管是另一種優良的電極材料和場效應晶體管.將碳納米管包裹在普通電極上(任意、垂直)或形成納米陣列電極,這樣就提高了分析物與檢測器的相互作用、縮短電子轉移距離,從而提高檢測性能.傳統的消毒劑(氯氣、臭氧等)很大程度上會造成對水質的二次污染,從而危害公眾的飲水健康.因此需要通過技術創新來形成沒有副作用、或副作用較小的消毒劑.納米銀、納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米氧化鈰、碳納米管和富勒烯等納米材料具有較強的抗菌性.所以這些納米粒子或通過釋放自身有毒的金屬離子(納米銀、納米氧化鋅),或直接接觸細胞膜(碳納米管、碳60、納米氧化鈰),或形成反應活性氧(納米二氧化鈦、富勒醇、氨代富勒烯),實現對微生物生長的鈍化.在此過程中會形成極少量有毒的副產品.納米銀經常作為一種point-of-use( POU)的水處理材料.因為它表現出強的、寬譜和低毒的抗菌活性.納米銀的這種抗菌活性主要通過Ag +的釋放,釋放出的Ag +能夠與蛋白中的巰基(- SH)和DNA 中的磷具有很好的鍵合作用,從而起到抑制微生物生長的作用.碳納米管的纖維結構、抗菌活性和導電性能夠應用到抗菌膜中.碳納米管和其他碳納米材料的抗菌作用主要涉及到細胞膜的紊亂和電子結構的氧化扭曲.短、分散和小直徑的金屬化碳納米管毒性更大.碳納米管過濾膜也借助電化學過程,在小伏間歇性電壓的作用下,通過氧化可以機械捕獲病毒.在電泳過程中,致使病毒朝碳納米管移動.另一種納米材料水處理方法是利用太陽光,通過光催化來降解有機污染物和失活病毒.目前研究的焦點主要集中在增強納米材料的量子產率、光催化循環次數和設計優化光反應中心.然而,目前研究結果做到通過靶向吸附來高選擇性催化.提高其催化的選擇性,主要依賴于表面化學裁剪光催化設計.


本世紀全球面臨最大的挑戰之一就是確保實用的潔凈水質.隨著世界人口的增加,水污染變得更加復雜,難以移除,在許多地區,氣候變暖致使水資源缺乏,因此,廢水的回收利用就顯得尤為重要,甚至成為可飲用水.然而,現有的水處理系統不能夠滿足這一要求.納米技術的出現可以提供機會來發展新一代的水處理系統.本文綜述了納米技術和納米材料在水處理和廢水利用方面的研究進展.水是生命之源.水資源安全和處理與地球健康、能源產品和經濟發展有千絲萬縷的關系.20世紀以來,在提供公眾飲水健康,農業發展等方面,水供應系統和廢水處理技術取得了長足進步.但是從全球的水資源供應來看,依舊面臨諸多問題和挑戰.全世界每年有8.84千萬人缺乏足夠的飲用水,180萬孩子死于腹瀉,研究表明其主要原因就是由于水資源受到污染.因此急需在沒有水處理系統的發展中國家提供基礎的、可負擔得起的水處理系統.同樣在發達國家,水供應系統也面臨諸多挑戰,一方面當前的水處理系統已經不能滿足人們對水質標準的嚴格要求;另一方面,新污染源的出現,比如:藥品、個人護理品和病毒等.無論是集中水處理系統和分銷處理系統都不能適應對水質更高標準的要求.過去的水處理設施耗費能源、對水造成損失,并且會造成水的二次污染.與此同時,世界人口的過度增長也造成全球水資源的缺乏,因此廢水的回收利用在缺水地區是一個必然的選擇.但是當前的廢水處理系統并不能滿足這一要求.無論是分離的、集中水處理系統還是廢水系統都不能解決可持續的城市水供應.因此需要一種新技術來提供高效、多功能和便捷的水處理過程.納米技術是近年來出現的一門高新技術.這種技術可以提供超越常規的水處理技術.研究表明,基于個別納米技術水處理的性能優于通常慣用的普通處理技術.納米技術不僅可以改進、增加當前水處理技術的性能,并且可以發展為一門新的水處理技術.在水處理應用方面,納米材料具有的高比表面積可以用于吸附、高光催化活性和抗菌性,粒子分離的超順磁性以及其他一些新穎的光電性質能可以提高水處理的質量.目前納米技術及納米材料在水處理和廢水回收應用主要表現在以下方面.納米吸附劑有許多優于普通吸附劑的性能和好處.比如:獨特的高表面積,粒子之間作用的距離短,可調控的孔徑和表面化學性質.高比表面積具有高吸附容量.而且,在納米尺度上高比表面積能和大小依賴于粒子的表面結構,可以產生高活性的吸附位點.從而具有較高比表面積的吸附容量.許多納米材料可以作為特殊材料的靶向分子,具有高選擇性,多孔納米材料具有可調制的孔徑大小和結構來控制吸附動力學.納米吸附劑很容易被集成到當前的水處理系統中,例如:懸浮液反應器、過濾膜和負載多孔顆粒吸附劑.納米二氧化鈦.對重金屬和放射性核素有很好的吸附作用,是一種可用的起、性能優良的吸附劑.這些粒子的表面通過修飾操縱可以最大限度來活化吸附點.例如:材料角落、邊界、空隙和高能量的晶面.另外,磁性納米粒子擁有獨特的順磁性,很容易在弱磁場下分離水中的污染物.近年來出現的一種新型核-殼結構的磁性納米材料,磁核可以起到分離粒子的作用,核殼化學修飾后具有功能化的吸附層,從而形成快速、選擇性吸附和可降解的反應中心.


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