纳米新材料在化工领域的应用研究

赵 刚

（青岛黄海学院，山东青岛 266427）

纳米新材料在化工领域的应用研究

赵 刚

（青岛黄海学院，山东青岛 266427）

纳米材料作为一种新型的小分子材料，其结构不同于体块材料和单个原子，具有其他材料所不能代替的特性和功能，应用前景较为乐观。从纳米材料的理化特性入手，重点阐述了纳米材料在化工领域中的各种应用。

纳米材料；化工领域；特性

1990年，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术会议，确立了纳米科技的研究地位。同时，《纳米技术》和《纳米生物学》两种国际性纳米专业期刊也相继问世，表明了科技领域已开启纳米科技的广泛研究，并逐渐从基础研究过渡到应用研究，从单个学科研究到学科交叉和技术集成研究等。

1 纳米材料概念及发展阶段

纳米材料通常是指在三维空间中至少有一维处于1～100nm之间或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的超精细颗粒材料的总称。纳米材料是处于宏观物体和原子簇交界过渡区域的一种典型系统，它具有特殊的理化特性和结构层次。从宏观上，纳米材料的发展分为三个阶段：第一阶段，在实验室制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究对象局限于单一材料或单相材料，称为纳米晶或纳米相材料；第二阶段，研究纳米复合材料；第三阶段，研究具有纳米结构的体系［1］。

2 纳米材料的分类和特性

纳米材料可以按材质、形态、功能进行分类，划分为不同材质、不同形态和不同功能的材料。纳米材料的特性主要包括：（1）表面效应，指纳米粒子表面原子数与总原子数的比值随着粒子直径的减小，表面原子个数急剧增加后所引起的性质变化，因表面原子周围缺少相邻原子，呈现不饱和状态，使纳米材料的化学活性增强，在催化、吸附和作为添加剂等方面的优势明显。（2）小尺寸效应，指纳米粒子的粒径小于或等于超导态的相干波长时，将会破坏周期性的边界条件，使纳米材料的催化、光吸收、化学活性和电磁等性质发生变化。（3）宏观量子隧道效应，指纳米粒子穿越宏观系统势垒后产生变化的特性。（4）量子尺寸效应。

3 纳米新材料在化工领域的应用研究

3.1 催化剂方面的应用

在化工领域，通过使用催化剂可以有效控制反应时间，提高反应速度和反应效率。传统的催化剂催化效率低，造成了生产原料的浪费和环境污染。纳米微粒催化剂反应速度是普通催化剂的10～15倍，多应用于半导体光催化剂，尤其是在有机物制备方面。例如，纳米TiO2是制备负载型光催化剂的最佳选择，不仅具有较高的光催化活性，对酸碱具有耐受性，而且无毒、对光稳定、成本低廉［2］。

3.2 涂料方面的应用

纳米复合体系涂层是在传统涂层技术的基础上添加纳米材料，以纳米材料作为表面涂层，用来防止大气腐蚀和紫外线照射，也可以抗降解、变色，提高了防护功能。将其应用于卫生用品方面，也可起到杀菌保洁的作用。

3.3 精细化工方面的应用

纳米新材料在精细化工领域用途广泛，产品繁多。在橡胶中加入纳米SiO2，可提高橡胶的红外反射能力和抗紫外辐射能力。普通橡胶中加入纳米Al2O3和SiO2，橡胶的耐磨性和介电特性都会增强，而且弹性、强度、韧性、致密性和防水性也会相应提高。在密封胶和粘合剂中添加纳米SiO2，其密封性和粘合性都会大幅提升。在塑料中添加纳米材料，可提高塑料的强度、韧性、致密性和防水性。

3.4 医药方面的应用

随着生命科学的发展，科学利用纳米技术提高药效、控制药物释放、减少不良副作用、发展药物定向治疗成为医药界关注重点。纳米生物医学传承中医学思想，从动植物中提取必要的物质并在纳米尺度组合，充分地发挥药效。例如，利用纳米粒子在人体内方便传输的特点，将纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，也就是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面来携带药物，随之将其注射到血管中，以磁场导航输送的方式将药物送达病变部位并释放药物，提高药物定向治疗的效果。

3.5 环保领域的应用

环境污染是当前社会不可回避的现实问题，纳米材料具有空气净化和污水处理的作用。纳米材料基于其拥有细微的颗粒尺寸，粒径减少使表面更加粗糙，出现凹凸不平的原子台阶，对有毒有害气体起到过滤作用，可以用在汽车尾气超标报警器、净化设备、石油提炼过程中的脱硫环节等。在污水处理过程中，需要将污水中的有害物质、污染物质、细菌病毒等物质去除掉，使用纳米材料与技术可将污水中的金属提炼出来，以备循环利用。对于水体中的无机、有机污染物一律可以利用纳米微粒光催化作用将其转化为矿化物。

综上所述，纳米科技的发展使纳米材料在新型化工行业中发挥了举足轻重的作用，有着广泛的应用前景。21世纪是纳米技术的时代，基于各种纳米材料新颖的理化性质，进一步设计出各种新的材料和设备是科技工作者的责任和义务。

［1］ 陈文玮.浅析纳米材料在化上产业中的广泛应用［［J］.中国科技博览，2010，（4）.

［2］ 葛林慧.浅谈纳米材料在化工生产中的应用［［J］.化工设计通讯，2016，（1）.

Application of Nano Materials in the Field of Chemical Engineering

Zhao Gang

As a new type of small molecular materials，nano materials have different properties and functions，which are different from bulk materials and single atoms.The nano materials can not be replaced by other materials.Based on the physical and chemical properties of nano materials，this paper focuses on the application of nano materials in the fi eld of chemical engineering.

nano materials；chemical industry；characteristics

TB383

A

1003-6490（2016）07-0069-01

2016-07-16

赵刚（1980—），男，山东青岛人，讲师，主要研究方向为物理化学。