浅谈纳米技术在化工领域的应用
一 引言
纳米技术，是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的
性质和应用的一种技术。纳米材料的小尺寸效应，表面效应，，量子
尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得纳米材料呈现出特殊的光学电
学磁学以及化学方面的性质。纳米技术的应用前景非常广阔，有人曾
经预测，纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”。
近年来，纳米技术在化工生产领域也得到了一定的应用，并且显示出
了其独特的魅力。
二 纳米技术在化工领域中的应用实例
1.在催化剂方面的应用
我们都知道，催化剂在化学生产工业中起着举足轻重的作用，
它可以有效控制反应时间，极大地提高反应速率，提高经济效益。
大多数传统催化剂的催化效率较低，而纳米材料由于其特殊的结
构尺寸，表面的活性中心多。用纳米材料作催化剂时，其催化效
率将会大大提高。
纳米材料作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂。这种催
化剂的催化机理是，在光的照射下，分散在溶液的半导体纳米粒
子吸收光产生了一些电子—空穴对，在电场的作用下，电子与空
穴会分离，然后分别迁移到纳米粒子表面的不同位置，与溶液中
相应的组分发生氧化还原反应。
目前已有文章报道，工业上利用纳米 TiO2-Fe2O3作为光催化
剂，用于废水处理（含亚硫酸根离子或重铬酸根离子的体系），已
经取得了很好的效果。除此之外，还有研究发现，Ni或者Cu-Zn
的纳米颗粒，对于某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可代
替昂贵的铂，这样可大大节约成本。
用纳米颗粒作催化剂提高反应速率，是未来催化科学不可忽
视的研究课题，纳米催化剂很可能给未来工业生产带来革命性的
变革。
2.
在改良化工产品性能方面的应用
精细化工，是生产精细化学品工业的通称。作为当今化学工业
中最具有活力的领域之一，精细化工产品数量众多，用途广泛，
并且影响到人类生活的方方面面。纳米技术的快速发展无疑也会
给精细化工带来福音。
在橡胶塑料等精细化工生产领域中，纳米材料发挥了重要作
用。例如，在橡胶中加入纳米二氧化硅之后，可以显著提高橡胶
抗紫外线辐射的能力，从而提高了橡胶的耐用性。纳米Al2O3加
入到普通橡胶中可以显著提高橡胶的耐磨性和介电特性，弹性也
明显优于用炭黑作填料的橡胶。纳米级碳酸钙经过适当的表面处
理，填充PP（聚丙烯）能够起到增强韧性的作用。
最近有研究显示，将纳米TiO2按一定比例加入到化妆品中，
可以有效遮蔽紫外线。目前，日本等国已经有部分含纳米TiO2的
化妆品问世。用添加0.1％--0.5％的纳米TiO2制成的透明塑料
包装食品，既可以防止紫外线对食品的破坏作用，还可以使食物
保持新鲜。
3.
在过滤和分离方面的应用
在制药工业，食品工业，染料工业中，兴起了一种新的过滤分
离技术——纳米膜过滤技术，这是一种介于反渗透与超滤之间的
以压力为驱动力的新型膜分离技术。
纳米膜的孔径范围在几个纳米左右，能够截留有机小分子而
使大部分无机盐通过，分离时所需渗透压较低，具有节约动力的
优点。此外，纳滤分离过程中不发生任何化学反应，不用加热，
也没有相转变，不破坏生物活性，对于低分子量的有机物分离中
有独到之处。
目前，纳米膜过滤技术已经应用于抗生素的回收与精制，脱
盐乳清的提取还有造纸废水的处理之中。
4.特殊的纳米材料---
碳纳米管的应用
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，
具有许多异常的力学、电学和化学性能，有着广阔的应用前景。
最近的研究显示，可以利用碳纳米管独特的孔状结构，大的
比表面积，较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化
学反应局限于一个很小的范围内进行。在纳米反应器中，反应物
在分子水平上有一定的取向和有序排列，但同时限制了反应物分
子和反应中间体的运动。这种取向、排列和限制作用将影响和决
定反应的方向和速度。科学家们研究发现，利用纳米尺度的分子
筛作反应器，在烯烃的光敏氧化作用中，将底物分子置于反应器
的孔腔中，敏化剂在溶液中，这样就只生成单重态的氧化产物。
用金属醇化合物和羧酸反应，可合成具有一定孔径的大环化合物。
碳纳米管的储气能力极强，多壁碳纳米管的储氢量可达
4.2％，可制成储氢材料用于燃料电池等领域，此外，用碳纳米管
作为增强填料可形成各种复合材料。例如用碳纳米管材料增强的
塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。使用水
泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳
定性高，不易对环境造成影响。
三 结束语
纳米技术与众多学科密切相关，它是一个体现多学科交叉性质
的前沿领域。早在1959年，著名的理论物理学家，诺贝尔奖获得
者Feyneman就曾预言：“当我们的得以对细微的事物加以操纵时，
将大大扩充我们可能获得物性的范围”，这个预言十分精辟地指出
了纳米技术的地位与作用。纳米技术的应用不会仅仅局限在化工领
域，而将在机械，电学，光学 ，生物学等领域有着广阔的应用前
景，对人类社会产生深远而广泛的影响。21世纪将会是纳米技术
的时代。