纳米材料在化工生产中的应用

Ｖａｌｕｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　・２４５・　纳米材料在化工生产中的应用　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎａｎｏ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　严海Ｙａｎ　Ｈａｉ　（哈尔滨金晟实业有限公司，哈尔滨１５００００）　（Ｈａｒｂｉｎ　Ｊｉｎｃｈｅｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｒｂｉｎ　１５００００，Ｃｈｉｎａ　摘要：充满生机的二十一世纪，以知识经济为主旋律和推动力正引发一场新的工业革命，节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场工　业革命的核心，纳米技术在生产方式和工作方式的变革中正发挥重要作用，它对化工行业产生的影响是无法估量的。这里主要介绍纳米材料在　化工领域中的几种应用。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｖｉｂｒａｎｔ　ｔｗｅｎｔｙ—ｆｉｒｓｔ　ｃｅｎｔｕｒｙ，ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｈｅｍｅ　ａｎｄ　ｄｒｉｖｅ　ｏｆ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ—ｂａｓｅｄ　ｉｓ　ｉｎｉｔｉａｔｉｎｇ　ａ　ｎｅｗ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．Ｓａｖｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｒａｔｉｏｎａｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ，ｃｌｅａｎ　ｌｉｖｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，ｎａｎｏｔｅｅｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｐｌａｙｉｎｇ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｃｈａｎｇｅｓ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｄｕｓｔｙ　ｉｒｓ　ｉｍｍｅａｓｕｒａｂｌｅ．Ｈｅｒｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｎｏ　ｍａｔｅｒｉｌｓ　ｉａｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｄｕｓｔｙ　ｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　关键词：纳米材料；化工领域；应用　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏ—ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　中图分类号：ＴＱ０４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４３１１（２０１０）１２—０２４５一Ｏｌ　１纳米材料的特殊性质　予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。在涂料中　１．１力学性质高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主　加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大　题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很　气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。　低，位错滑移和增殖符合Ｆｒａｎｋ—Ｒｅｅｄ模型，其临界位错圈的直径比　在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、　纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所　节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，　以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。　可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本　１．２磁学性质当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过　松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微　１．５５Ｇｂ／ｃｍ　，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁　粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧　头的磁致电阻效应为３％，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨　化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起　磁电阻效应高达５０％，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有　到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通　相当高的灵敏度和低噪音。　过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一　１．３电学性质由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的　颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色　电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变　效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米ＴｉＯ　添加在汽车、轿车的金　（ＳＩＭＩＴ）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳　属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统　米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不　汽车面漆旧貌换新颜。纳米ＳｉＯ　是一种抗紫外线辐射材料。在涂料　久的将来全面取代目前的常规半导体器件。　中加入纳米ＳｉＯ　，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增　１．４热学性质纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶　加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技　材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密　术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。　度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材　２．３在精细化工方面的应用精细化工是一个巨大的工业领　料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。　域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳　２纳米材料在化工行业中的应用　米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦　２．１在催化方面的应用催化剂在许多化学化工领域中起着举　力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作　足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大　用。如在橡胶中加入纳米ＳｉＯ　，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外　多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不　反射能力。纳米Ａ１：０　，和ＳｉＯ：，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的　仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也　耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。　造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条　塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致　件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至　密性和防水性也相应提高。　使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂　纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，　的反应速度提高１Ｏ一１５倍。　主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。２１世纪将是纳　纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在　米技术的时代，为此，国家科委、中科院将纳米技术定位为“２１世纪　有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看　最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、　成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体　电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科　分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作　学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上　用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中　解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重　相似的组分进行氧化和还原反应。　大问题。　２＿２在涂料方面的应用纳米材料由于其表面和结构的特殊　参考文献：　【ｌ】张立德，牟季美．纳米材料和纳米结构（Ｍ］．北京：科学出版社，２００１．　性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面　［２］严东生，冯端．材料新星纳米材料科学『ＭＪ．长沙：湖南科学技术出版　涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良　　好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层　社，１９９８．【３】【德】Ｈ．Ｇｌｅｉｔｅｒ．纳米材料【Ｍ】．崔平，方永，葛庭燧，译．北京：原子能出版　技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，　社，１９９４．　使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂　［４］Ｄｙｅｒ　Ｐ　Ｅ，Ｆａｒｌｅｙ　Ｒ　Ｊ，Ｇｉｅｄｌ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．．Ｅｘｃｉｍｅｒ　ｌａｓｅｒ　ａｂｌ￣ｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ　层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋　ａｎｄ　ｇｌａｓｓｅｓ　ｆｏｒ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９６．