（中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)/文龍）環(huán)境凈化材料根據(jù)使用對(duì)象的不同，可分為水污染控制材料和大氣污染控制材料。比如，治理大氣污染的吸附、吸收和催化轉(zhuǎn)化材料，治理水污染的過(guò)濾、吸附、氧化還原材料，減少有害固態(tài)廢棄物污染的固體隔離材料，噪聲控制材料、電磁防護(hù)材料等，這些都屬于環(huán)境凈化材料。本文主要綜述了近幾年，環(huán)境凈化材料在這些領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展。
1. 水污染控制材料及相關(guān)技術(shù)
常用的廢水處理方法可分為以下3類：①分離處理，即通過(guò)各種外力的作用使污染物從廢水中分離出來(lái)，通常在分離過(guò)程中并不改變污染物的化學(xué)性質(zhì)；② 轉(zhuǎn)化處理，即通過(guò)化學(xué)或生化的作用，改變污染物的化學(xué)性質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物或可分離的物質(zhì)，再經(jīng)分離處理予以除去；③稀釋處理，即將廢水進(jìn)行稀釋混合，降低污染物的濃度，減少危害。
1.1 吸附劑
針對(duì)不同的水處理方法，開發(fā)了不同用途的環(huán)境凈化材料。目前，用于廢水分離工藝技術(shù)中，最為重要的一類就是吸附劑。表1中列出了目前水處理吸附工藝中常用的吸附劑及其特點(diǎn)。
表1 幾種常用吸附劑的比較
利用吸附劑的物理吸附、離子交換、絡(luò)合等特點(diǎn)，能夠去除水中的各種金屬離子，主要用于處理含重金屬元素的廢水。天然粘土能吸收重金屬、多環(huán)芳烴、碳?xì)浠衔锖捅椒拥?，可用于石油化工廠的污水凈化。此外，物理吸附還能夠吸附水中的顆粒物以及部分有機(jī)污染物。吸附劑的開發(fā)主要考慮其吸附效率、選擇性、成本等性能。
1.2 天然沸石
天然沸石由于來(lái)源廣泛、處理效果好、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，目前已逐漸替代傳統(tǒng)的活性炭吸附劑成為主要的水處理吸附劑。目前對(duì)于天然沸石的研究主要集中在通過(guò)物理化學(xué)方法對(duì)材料的表面性質(zhì)進(jìn)行改性，制備介孔復(fù)合體材料，降低其制備成本以及進(jìn)一步提高吸附效率?？茖W(xué)家利用天然沸石作為基體，在分子尺度范圍內(nèi)可控地破壞孔洞結(jié)構(gòu)，進(jìn)行造孔，制得了一種新型介孔復(fù)合吸附材料。表2為該法制備的介孔復(fù)合吸附材料與優(yōu)質(zhì)顆?；钚蕴繉?duì)于同種污水中有機(jī)污染物和極性含磷無(wú)機(jī)污染物的去除率的對(duì)比。
表2 某沸石基介孔復(fù)合吸附材料與優(yōu)質(zhì)顆?；钚蕴康男阅軐?duì)比
1.3 沉淀分離技術(shù)
沉淀分離方法也是水處理中經(jīng)常使用的分離工藝。治理水污染的沉淀分離工藝過(guò)程用材料，包括用于絮凝沉淀的絮凝劑和化學(xué)沉淀的沉淀劑2種。高鐵酸鹽絮凝劑是水處理中已廣泛使用的絮凝劑，能夠有效降解有機(jī)物，去除懸浮顆粒及凝膠，其瓶頸在于產(chǎn)率比較低，前處理工藝對(duì)其治理效果有一定的影響。因此，研究主要集中在改善制備工藝、提高產(chǎn)率以及產(chǎn)物的穩(wěn)定性、尋找替代次氯酸鹽以及氯化物的氧化劑等方面。
1.4 固定微生物技術(shù)
生活污水通常采用生化處理工藝。固定化微生物技術(shù)是使用化學(xué)或物理的方法將游離細(xì)胞定位于材料的限定空間中，并使其保持生物活性且可反復(fù)利用的生物技術(shù)。這種水處理方法具有生物濃度易控制、耐毒害能力強(qiáng)、菌種流失少、產(chǎn)物易分離、運(yùn)行設(shè)備小型化等特點(diǎn)，但是固定化材料性能的不足限制了其應(yīng)用。使用高嶺土、長(zhǎng)石、石灰石、石英等制備了符合要求的固定化微生物的多孔陶瓷，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定了最佳的制備參數(shù)，達(dá)到了較好的水處理效果。
1.5 氧化還原技術(shù)
氧化還原也屬于一種污水化學(xué)轉(zhuǎn)換處理工藝。用于氧化還原處理的材料主要是各種化學(xué)試劑，包括氧化劑、還原劑以及催化劑等。常用的氧化還原材料有活潑非金屬材料和含氧酸鹽；常用的還原材料有活潑金屬原子或離子；常用的催化劑有活性炭、粘土、金屬氧化物及高能射線等。
2. 大氣污染控制材料及相關(guān)技術(shù)
目前，治理大氣污染通常使用吸附法、吸收法和催化轉(zhuǎn)化法。從材料科學(xué)與工程的角度看，無(wú)論是吸附法、吸收法還是催化轉(zhuǎn)化法，都要借助于一定的材料介質(zhì)才能實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的大氣污染控制材料包括吸附劑、吸收劑和催化劑，主要應(yīng)用于工廠、住宅區(qū)鍋爐等固定源與機(jī)動(dòng)車等活動(dòng)源排放的氣體污染物的凈化。
2.1 稀土凈化催化劑
稀土尾氣凈化催化劑是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類重要的環(huán)境凈化材料，它能夠在一定條件下催化大氣中的有害氣體成分，如NOx、CO、CH 等轉(zhuǎn)化為N2和CO2。汽車尾氣的凈化催化劑通常采用鉑、鈀、銠等貴金屬作為主要的活性組分。近年來(lái)，為了節(jié)約貴金屬資源，開始研究利用過(guò)渡金屬、稀土元素部分替代或全部替代貴金屬，進(jìn)行汽車尾氣凈化處理，取得了很好的效果（表3）。
表3 2種用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化的稀土催化材料
2.2 二氧化鈦光催化劑
二氧化鈦光催化劑的研究近年來(lái)成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，由于其化學(xué)性能穩(wěn)定、無(wú)毒、價(jià)廉以及光催化活性高而引起了廣泛的重視。研究人員利用溶膠-凝膠法、磁控濺射2種方法分別制備了銳鈦礦相的納米TiO2粉末和固定化的薄膜，研究了微觀結(jié)構(gòu)對(duì)光催化性能的影響及催化機(jī)理。在此基礎(chǔ)上提出了利用離子注入和納米鑲嵌改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高TiO2光催化活性的目的。離子注入Sn及納米鑲嵌Au和Ag都獲得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于TiO2光催化劑在空氣凈化、殺菌、消毒、防霧、防塵等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因此，國(guó)內(nèi)外在應(yīng)用開發(fā)方面都投入了大量的人力物力。近年來(lái)，TiO2光催化劑的多種類型的產(chǎn)品陸續(xù)出現(xiàn)，如自清潔玻璃、衛(wèi)生潔具等。
2.3 沸石和活性碳纖維
沸石和活性炭纖維良好的吸附性能也可以應(yīng)用于處理廢氣和凈化空氣。例如，沸石對(duì)于大氣中的碳?xì)浠衔铩⒘蜓?、氮氧、一氧化碳、硫化氫等具有良好的吸附、凈化功能，可用于汽車尾氣凈化劑。美?guó)聯(lián)合碳化物公司用人工合成沸石回收SO2，體積數(shù)由3500μl/L下降至15~25μl/L，回收率達(dá)98%~99%；美國(guó)諾頓公司用沸石分子篩處理硝酸廠尾氣中的NOx，體積分?jǐn)?shù)由2500μl/L下降到10μl/L；我國(guó)杭州大學(xué)催化劑研究室將絲光沸石改型后載上微量貴金屬和某些過(guò)渡性金屬氧化物，制備出處理有機(jī)廢氣的高活性NZP系列有機(jī)廢氣催化劑，使有害氣體凈化率達(dá)到了95%以上。
2.4 離子交換樹脂吸附型凈化材料
在二氧化硫煙氣凈化方面，開發(fā)出了離子交換樹脂吸附型凈化材料以及利用稀土氧化物材料作為催化劑的干法脫硫。離子交換樹脂是以丙烯、苯乙烯為原料，經(jīng)交聯(lián)懸浮共聚，制成多孔柱狀樹脂，再經(jīng)碳化處理而得到的。稀土氧化物CeO2是非常有應(yīng)用前景的新型吸收劑，能夠在很寬的范圍內(nèi)與SO2反應(yīng)，而且在適當(dāng)?shù)臈l件下可再生，可以使吸收劑產(chǎn)生的廢氣轉(zhuǎn)化為硫。作為潛在的吸收劑CeO2可以同時(shí)脫去煙氣中的二氧化硫和氮氧化物，其脫氮和脫硫效率都大于90%，但目前此類研究正處于實(shí)驗(yàn)室階段。
3. 結(jié)語(yǔ)
環(huán)境凈化材料是人類保護(hù)環(huán)境、走可持續(xù)發(fā)展道路的意識(shí)在材料科學(xué)中的具體體現(xiàn)和實(shí)踐，因此無(wú)論是在理論研究，還是設(shè)計(jì)、應(yīng)用與開發(fā)方面，環(huán)境材料都將隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的日益重視而取得更大的進(jìn)展。
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