上海大学彭子飞于霞飞
随着纳米材料和纳米技术在环保方面的应用更深入的研究，将会给我国乃至全世界在治理环境污染方面带来新的机会。
纳米技术在治理有害气体方面的应用
大气污染一直是各国政府需要解决的难题，空气中超标的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物（NOC）是影响人类健康的有害气体，纳米材料和纳米技术的应用能够最终解决产生这些气体的污染源问题。工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等，由于含有硫的化合物在燃烧时会产生S02气体，这是S02的最大污染源。所以石油提炼工业中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。纳米钛酸钴(CoTi03)是一种非常好的石油脱硫催化剂。以5570nm的钛酸钴半径作为催化^***多孔硅胶或A1203陶瓷作为载体的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01％，达到国际标准。工业生产中使用的煤燃烧也会产生S02气体，如果在燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物，而不产生二氧化硫气体，从而杜绝有害气体的产生。最新研究成果表明，复合稀土化物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能，这是其它任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可以彻底解决汽车尾气中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的污染问题。以活性碳作为载体、纳米Zr0.5Ce0.5O2，粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂，由于其表面存在Zr4+／Zr3+及Ce4+／Cr3+，电子可以在其三价和四价离子之间传递，因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性，再加上纳米材料比表面大、空间悬键多、吸附能力强，因此它在氧化一氧化碳的同时还原氮氧化物，使它们转化为对人体和环境无害的气体二氧化碳和氮气。而更新一代的纳米催化剂，将在汽车发动机汽缸里发挥催化作用，使汽油在燃烧时就不产生CO和NOx，无需进行尾气净化处理。
纳米技术在污水处理方面的应用
污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等完全提炼出来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。因此它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来，先使水中不含悬浮物，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭的净化装置，能有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物。经前二道净化工序后，水体清澈，没有异味，口感也较好。再经过带有纳米孔径的特殊水处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以将水中的细菌、病毒100％去除，得到高质量的纯净水，完全可以饮用。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，就会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。该技术在医学领域血透中已开始应用，有“体外肾脏”之称。肝、肾功能衰竭者饮用这种水后，会大大减轻肝、肾脏的负担。
纳米TiO2与环境保护
由于纳米TiO2除了具有纳米材料的特点外，还具有光催化性能，使得它在环境污染治理方面将扮演极其重要的角色。
1．降解空气中的有害有机物。近年来，随着室内装潢涂料油漆用量的增加，室内空气污染越来越受到人们的重视。调查表明，新装修的房间内空气中有机物浓度高于室外，甚至高于工业区。目前已从空气中鉴定出几百种有机物质，其中有许多物质对人体有害，有些是致癌物。对室内主要的气体污染物甲醛、甲笨等的研究结果表明，光催化剂可以很好地降解这些物质，其中纳米TiO2的降解效率最好，将近达到100％。其降解机理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。纳米TiO2的光催化剂也可用于石油、化工等产业的工业废气处理，改善厂区周围空气质量。
2．它可以降解有机磷农物。这种70年代发展起来的农药品种占我国农药产量的80％，它的生产和使用会造成大量有毒废水。这一环保难题，使用纳米TiO2来催化降解可以得到根本解决。
3．用纳米TiO2催化降解技术来处理毛纺染整废水，具有省资、高效、节能，最终能使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点，显示出良好的应用前景。
4．在石油开采运输和使用过程中，有相当数量的石油类物质废弃在地面、江湖和海洋水面，用纳米TiO2可以降解石油，解决海洋的石油污染问题。
5．用纳米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大颗粒TiO2的10倍以上，从而解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力。
6．一般常用的杀菌剂Ag、Cu等能使细胞失去活性，但细菌被杀死后，可释放出致热和有毒的组分如内毒素。内毒素是致命物质，可引起伤寒、霍乱等疾病。利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。在医院的病房、手术室及生活空间细菌密集场所安放纳米TiO2光催化剂还具有除^***用。
7．纳米TiO2由于其表面具有超亲水性和超亲油性，因此其表面具有自清洁效应，即其表面具有防污、防雾、易洗、易干等特点。如将TiO2玻璃镀膜置于水蒸气中，玻璃表面会附着水雾，紫外线光照射后，表面水雾消失，玻璃重又变得透明。在汽车挡风玻璃、后视镜表面镀上TiO2薄膜，可防止镜面结雾。实验表明，镀有纳米TiO2薄膜的表面与未镀TiO2薄膜的表面相比，前者显示出高度的自清洁效应。一旦这些表面被油污等污染，因其表面具有超亲水性，污染不易在表面附着，附着的少量污物在外部风力、水淋冲力、自重等作用下，也会自动从TiO2表面剥离下来，阳光中的紫外线足以维持TiO2的薄膜表面的亲水特性，从而使其表面具有长期的自洁去污效应。这一特性的开发利用将改变人们对涂层功能的认识，从而给涂层材料带来次新的革命。今后将广泛应用于汽车表面涂层、建筑物玻璃外墙等。由于纳米TiO2光催化剂具有良好的化学稳定性、抗磨损性能好、成本低、制备的薄膜透明等优点，已成为目前最引人注目的环境净化材料，更重要的是能直接利用太阳光、太阳能、普通光源来净化环境。
总之，随着纳米材料和纳米技术基础研究的深入和实用化进程的发展，特别是纳米技术与环境保护和环境治理进一步有机结合，许多环保难题诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等将会得到解决。我们将充分享受纳米技术给人类带来的洁净环境。