外部性理论在环境保护中的应用 纳米技术在环境保护中的应用 101221202汪丹 摘要。现在全世界的环境问题已经严重影响到人们的日常生活和身体健康，以及地球上其他的生物。温室效应使南北极冰川融化，海平面升高；森林被破坏使得大量动植物灭绝，水土流失；工业乱排导致大气污染、水污染；环境被严重破坏导致气候异常，灾难多发等等这些都是人类在以自我为中心的价值观下发展工业造成的。人类如果继续这样不顾环境的发展工业和科技，那么我想，电影1012中的情景很快就会出现。为了我们的子孙，为了地球上的其他生物，我们必须开发清洁能源，利用绿色材料，利用技术来坚持可持续发展，而纳米技术和纳米材料就是其中一个不错的选着。近几年随着纳米技术的崛起，那纳米技术和纳米材料被越来越多的用于防止大气污染、水污染、噪音污染等，本文就介绍了纳米技术以及它在环境保护各方面的运用。纳米技术不仅可以克服很多传统环保措施不足，我相信，随着此技术的不断发展，他会给环境保护工程做出更多的贡献。 关键字：环境保护 纳米技术 纳米材料 大气污染 水污染 众所周知，在整个自然生态系统中，人类仅仅是其中一环。然而，随着经济和科技的发展，人类社会的不断地进步，人类在整个自然生态系统中的影响范围和程度越来越深远。在理性主义和人类中心等价值观和科技进步的双重影响下，人类活动在征服自然的过程中对资源的使用和对生态环境的破坏也达到空前的程度，引发了一系列环境问题。例如当今威胁人类的十大生态环境问题有：人口膨胀、能源危机、大气污染、臭氧层的破坏、生物资源急剧减少、全球变暖、森林减少、土地荒漠化与水土流失、水污染与水资源短缺、危险性废物越境转移。1 现在环境问题已经威胁到人类的生存和发展，因此，环境保护也应该成为全世界人必须共同关注的话题。为了人类社会的持续进步和人类后代的生存，人类必须要坚持可持续发展，而为了实现可持续发展我们可以利用充分开发清洁能源，节能减排，利用绿色材料，崇尚低碳生活等方法。其中，随着纳米材料的悄然崛起，纳米技术在环境保护方面的应用也越来越多，人类利用资源和保护环境的能力也得到拓展。为彻底改善环境和控制新的污染源产生，纳米材料为其提供了技术支持。 一、纳米技术及其特性 纳米技术就是在1100nm尺度范围内，研究电子、原子和分子内在规律和特征，并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术；纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。2纳米材料通常以其表面原子数占总原子数比例大，还有显示量子尺寸效应这两个重要特点而影响其各种物理和化学性能，使纳米颗粒具有独特的性质。纳米材料具有小尺寸效应（又称体积效应）、表面效应等独特性质，这使得纳米材料具有辐射、吸收、催化、吸附等奇特的性能，因而在许多方面有着广阔的应用前景。由于纳米材料具有的特殊性能使得它在水处理和大气处理中有着广泛的应用。3 二、纳米材料在大气污染治理方面的应用 大气污染一直都是各国政府需要解决的难题，空气中超标的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物是影响人类健康的有害气体。在我国，“大气污染导致每年有30到70万人因烟尘污染提前死亡，2500万儿童患慢性咽炎，400万到700万农村妇女儿童受害。”4酸雨是大气污染的一种重大表现。世界目前已有三大酸雨区，给人类环境带来了多方面的不良影响，如土壤酸化与贫瘠化，作物减产，余下减少或灭绝等。而纳米材料和纳米技术的应用为解决这些气体的污染问题提供了新的方法。案例：作为一家长期致力于燃油处理技术开发和应用，并经政府主管部门认定的高新技术企业，中国北京远通有限责任公司携具有国际先进水平的eps纳米燃油装置亮相2021中国（北京）国际城市交通、地铁轨道交通及市政设施展览会。 该项技术经中国科学院渗流流体力学研究所、中国原子能研究院核物理研究所中子实验室、美国国家标准技术研究院中子研究中心反复检测对比研究确认：经过eps纳米燃油装置处理后，燃油的成分均为纳米级，全部小于3纳米。这个结论权威地证实了，经eps纳米燃油装置处理后的燃油全部成为纳米燃油，其物理性能发生了巨大变化，这是到目前为止世界上唯一产生纳米燃油的技术。5 经纳米燃油技术处理过的燃油可以称为“改性纳米燃油”，其燃烧过程与未处理过的燃油有显著不同，通过对车辆发动机的最佳优化匹配调整，达到显著的节油和环保效果。普通汽车加装该装置：可以节省燃油10%至30%，净化尾气50%至90%，增加动力10%至30%，并能降低发动机噪音，抑制积碳生成，延长发动机寿命。6 此案例充分说明纳米技术在节能减排方面的巨大贡献，利用eps纳米燃油装置，燃油可以得到充分的燃烧，不仅减少了燃油量，而且还减少了燃油燃烧不充分带来的大量co、no、so2的排放，对大气污染的防治起到重要作用。其实，除此之外，纳米技术还通过其他途径治理大气污染。 （一）空气中硫氧化物的净化 二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，而这些有害气体一般都是燃料不充分燃烧产生的。如果在燃料燃烧的同时加入纳米级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，防止产生二氧化硫进入空气中。经纳米材料催化的燃料中硫的含量小于0.01，不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且使废气等有害物质再利用成为可能。 （二）汽车尾气净化 随着经济的发展，人们的生活水平提高了，越来越多的人买汽车。然而，汽车尾气的排放会直接污染人们的生活空间及呼吸层，对人体健康影响极大。开发替代燃料或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料，对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制备与组装的汽车尾气传感器，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。7纳米稀土钛矿型复合氧化物对汽车尾气所排放的no、co等具有良好的催化转化作用，可以替代昂贵的重金属催化剂用作汽车尾气催化剂。 （三）室内空气净化现在，装修材料中往往加入大量的有害化学物质。所以，新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，纳米tio2的降解效果最佳。纳米tio2经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧化膜能与细菌细胞或细胞内组成成分进行生化反应，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解。即利用纳米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。8而且，在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米tio2光催化剂可具有杀菌、除臭作用。 三、纳米技术在水污染治理方面的应用 案例。2021长江淡水豚中外联合考察队经历了39天长江航行后遗憾宣布，来回近3400公里考察未发现一头白鳍豚，这个结果证明白鳍豚种群状况极度濒危，可能成为世界上第一个被人类消灭鲸类动物。白鳍豚是仅生存中国长江中下游珍稀水生哺乳动物，属国家一级保护动物，被列为世界最濒危12种动物之一。白鳍豚5岁6岁性成熟，1年怀胎，一年哺乳，一胎一仔，习惯以小家庭形式生活。这一消息让人感到恐惧，如果再不好好地治理长江，好好地治理水污染，会有更多的物种灭绝。 长江生态恶化，是沿江经济布局不合理恶果。据统计，全国两万多家化工企业，分布长江沿岸就有9000多家，占全国45%。三峡库区大中型工矿企业3000多家，化工厂有2021多座。这些化工企业污染严重，为发生重大污染事件埋下严重隐患，一旦发生污染事故，后果不堪设想。9随着人口的增加和工农业生产的增长，人类的用水量大大增加，排污量也空前猛增，水污染非常严重，加剧了水资源危机的程度。当前，全球80多个国家的15亿人口面临淡水不足，其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态，所以保护水资源，节约用水势在必行。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。而，纳米技术在水污染治理方面也有突出表现，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，它们从污水中流失，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1020倍。所以，纳米技术在污水处理的很多领域都起到重要作用。 （一）处理无机污染废水 污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力。10如纳米tio2能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。 （二）处理有机污染废水11 案例。中科院采用纳米tio2粉末，利用太阳光进行光催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液，在多云和阴天的条件下光照12h，浓度为0.5mmol/l的苯酚已降解为零，浓度为1mmol/l的十二烷基苯磺酸钠基本降解完全且无二次污染12大量研究表明纳米tio2等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物，使其迅速降解。至今为止己知纳米tio2能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和co等无害物质。例如纳米rutio2作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳的去除率可达到99.6，并使废水完全脱色。经光催化空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。此外，用纳米tio2催化降解技术来处理毛织染整废水，具有省资、高校、节能的优势，最终能使有机物完全矿化，不存在二次污染等问题，显示出良好的应用前景。13 （三）自来水的净化处理 新型纳米净水剂的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂ai203的1020倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的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100除去水中的细菌、病毒。得到高质量的纯净水。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，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。14 四、纳米技术在其它环保领域的应用 （一）噪声控制 飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达上百分贝，容易对环境造成噪声污染。当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便可得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长设备的使用寿命册。15 （二）固体废物处理 现在，人类生活垃圾的排放量也大得惊人，而，纳米技术及纳米材料可以应用于城市固体垃圾处理。它的作用主要有两个方面：一是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是利用纳米tio2催化技术可以使城市垃圾j决速降解，其速度可达到大颗粒tio2的10倍以上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。16 （三）防止电磁辐射 近年来电磁场对人体健康的影响问题已经成为一个新的研究热点。在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，通过在墙内加入纳米材料层或涂上纳米涂料，能大