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纳米技术在水处理方面的应用

[摘要]纳米技术包括纳米结构和纳米材料。通过简要阐述纳米科技的理念，介绍了纳米科

技在水处理方面的应用，指出了在当今时代水资源缺乏的情况下，纳米科技必将为水处理工

艺的发展带来巨大的影响。

[关键词]纳米材料；纳米TiO2,纳滤膜，水处理

[正文]

1、引言

纳米技术是指在1—100尺度上研究和应用院子、分子现象，由此发展气啦的多学科、

基础研究与应用研究紧密联系的新的科学技术。它是现代物理和先进工程技术结合的产物。

而当今世界面临着人口、资源与环境三大问题，水资源是各种资源中不可替代的一种重要资

源。水资源与环境密切相关，也与人口简介有关，据预测，到2015年，全球将有2/3的人

口生活在严重缺乏安全饮用水、工业用水或农业用水的地区。为了缓解这一状况，早在上个

世纪70年代，全球就开始了对水质净化方法的研究，研究发现，纳米技术在水处理方面有

特别的应用。

2、几种纳米技术在水处理方面的研究情况。

一、纳米TiO2氧化技术

纳米TiO2氧化作用原理是，在紫外光照射下，纳米TiO2表面会产生氧化能力极强的羟

基自由基(·OH)，使水中的有机污染物氧化降解为无害的CO2和水。纳米TiO2光催化氧化

技术的优点是：降解速度快，一般只需几十分钟到几小时即可取得良好的废水处理效果；降

解无选择性，尤其适合于氯代有机物、多环芳烃等；氧化反应条件温和，投资少，能耗低，

用紫外光照射或暴露在阳光下即可发生光催化氧化反应：无二次污染，有机物彻底被氧化降

解为CO2和H2O；应用范围广，几乎所有的污水都可以采用。现有国内外的几种试验研究情

况如下：

1．有机磷农药废水处理。有机磷农药占我国农药产量的80％以上，其生产过程中有大

量的有毒废水产生。据报道，采用纳米TiO2·SiO2负载型复合光催化剂，利用其光催化活

性及高效吸附性，能使有机磷农药在其表面迅速富集，随光照时间的延长，有机磷农药的光

解率逐渐升高，光照80min，试验用敌百虫已完全降解。

2．毛纺染废水处理。把表面涂覆有纳米TiO2膜的玻璃填料填充于玻璃反应器内，通过

潜水泵使废水在反应器内循环进行光催化氧化处理。由于纳米TiO2具有巨大的比表面积，

与废水中的有机物接触更为充分，可将它们最大限度地吸附在其表面，并迅速将有机物分解

成CO2和H2O，处理效果优于生物处理和悬浮光催化氧化处理，cod去除率和脱色率均较高。

3．氯代有机物废水处理。在模拟废水处理的试验中，以16mg／l3-氯一酚的水溶液为

模拟废水，分别采用纳米TiO2光催化剂与臭氧联合、单独用光催化剂纳米TiO2和单独用纳

米琴价铁三种方法对其进行处理。用内表面涂覆纳米TiO2光催化剂的陶瓷圆管处理5．5mg

／l苯酚和三氯乙烯水溶液的试验表明，苯酚在1．5h后完全分解，三氯乙烯也在2h内

完全分解。引自《苯酚的tioz薄膜光电催化降解及反应产物的分布》

4．含油废水处理。含油废水中所含的脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物很

难降解，使用纳米TiO2，利用其光催化降解功能，可以迅速地降解这些有机物。

上述研究情况表明，纳米TiO2光催化氧化技术在彻底降解水中的有机污染物和可以利

用太阳能等方面有着突出的优点，特别是当水中的有机污染物浓度很高或用其他方法难以处

理时，具有更明显的优势，是其他传统方法无`法比拟的。

二、纳米膜分离技术

膜分离技术是近年来发展迅速，应用广泛的高新技术。与传统的分离技术相比，具有分

离效率高、无相变、无化学反应、体积小、能耗低和操作方便等优点。纳滤作为膜分离技术

中的一种，是介于超滤和反渗透之间的孔径接近于1nm的新型压力驱动膜技术。它既能截

留透过超滤膜的小分子有机物和多价盐离子，又能透析被反渗透所截留的无机盐。

1造纸废水

造纸废水主要来之造纸过程中纸浆的大量冲洗，采用纳滤膜替代传统的吸收和电化学处

理法能更有效地去除深色木质素和纸浆漂白过程中产生的氯化木质素。Nuortila-Jokinen

等在实验室，用平板纳滤膜NF45处理经浮选和过滤预处理后的造纸废水。Manttarri等

开发了造纸厂水循环系统