納米技術與環境

    納米技術產品、工藝和應用有望通過節約原材料、能源和水以及減少溫室氣體和危險廢物,為環境和氣候保護作出重大貢獻。因此,使用納米材料有望帶來一定的環境效益和可持續性影響。
    然而,請注意,無論是在研究還是在實際應用中,納米技術目前在環境保護中發揮著相當次要的作用。環境工程公司本身對納米技術在各自領域的重視程度有限。

    潛在的環境效益

    原材料和能源價格的上漲,加上消費者日益增強的環保意識,導致市場上出現了大量承諾在保護環境和氣候方麵具有一定優勢的產品。納米材料具有特殊的物理和化學性質,這使它們成為新穎的、環保的產品。
    例如,提高材料抗機械應力或風化的耐久性,有助於增加產品的使用壽命;納米技術為基礎的防汙防水塗料,減少清潔工作;新型保溫材料提高建築能源效率;向材料中添加納米顆粒以減輕重量並在運輸過程中節約能源。
    在化學工業部門,納米材料基於其特殊的催化性能被應用,以提高能源和資源效率,在某些應用領域,納米材料可以取代環境問題化學品。
    人們對用於能源生產和儲存的納米技術優化產品和工藝寄予厚望;這些技術目前正處於開發階段,預計將對氣候保護和解決未來的能源問題做出重大貢獻。納米技術在能源”)。
    在大多數商業化的“納米消費品”中,環境保護並不是主要目標。無論是用納米銀消除汗臭的紡織品,還是用碳納米管特別穩定的高爾夫球杆,都無助於保護環境。製造商經常承諾這些優勢,通常不提供相關證據。例子包括具有斑點保護功能的自清潔表麵塗料或紡織品,廣告上說它們可以減少清潔工作,從而節約能源、水和清洗劑。

    的可持續發展潛力常常被強調納米技術將把我們帶向何方.盡管如此,這通常反映了未經證實的期望。確定一種產品對環境的實際影響-無論是積極的還是消極的-需要檢查從原材料的生產到生命周期結束時的處置的整個生命周期。
    通常,對環境效益的描述沒有考慮到生產產品所消耗的資源和能源的數量(更多信息請閱讀:納米技術與環境-潛在利益和可持續性影響).

    納米技術應用對環境有益的具體例子

    納米技術可以使電池回收在經濟上具有吸引力
    許多電池仍然含有汞、鉛、鎘和鎳等重金屬,如果電池處理不當,這些重金屬會汙染環境,對人類健康構成潛在威脅。垃圾填埋場裏數以億計的電池不僅造成了環境問題,而且完全浪費了一種潛在的廉價原材料。
    從廢舊鋰離子電池中回收和再生使用的陰極粒子
    用過的鋰離子電池中的陰極粒子被回收和再生,以像新的一樣工作。(圖片來源:David Baillot/加州大學聖地亞哥分校雅各布斯工程學院)
    研究人員已經設法回收純氧化鋅納米顆粒從廢Zn-MnO2電池堿性電池。
    用於清理水中放射性廢物的納米材料
    科學家們正在研究納米技術解決方案用於放射性廢物的清理,特別是使用鈦酸鹽納米纖維作為吸收劑用於去除水中的放射性離子。研究人員還報道了鈦酸鹽納米管和納米纖維獨特的結構特性去除放射性銫和碘離子的優良材料在水裏。
    基於納米技術的石油泄漏解決方案
    傳統的清理技術不足以解決大規模石油泄漏的問題。近年來,納米技術已成為解決世界上許多突出問題的新方法的潛在來源。雖然納米技術在石油泄漏清理中的應用仍處於初級階段,但它為未來提供了巨大的希望。在過去的幾年裏,全世界對尋找合適的解決辦法的興趣特別大通過使用納米材料清理漏油
    水的應用
    納米技術在水應用方麵的潛在影響領域被分為三類:處理和修複、傳感和檢測以及汙染預防。“納米技術與水處理”),而改善海水淡化技術是其中一個關鍵領域。
    以納米技術為基礎的水淨化裝置有潛力改變海水淡化領域,例如通過使用離子濃度極化現象(見:納米技術使便攜式海水淡化裝置成為可能).
    從廢舊鋰離子電池中回收和再生使用的陰極粒子
    一個可伸縮的石墨烯用於生產潔淨水的基膜。(圖片:亞倫Morelos-Gomez)
    另一種相對較新的淨化半鹹水的方法是電容去離子作用(CDI)技術。CDI的優點是無二次汙染,具有成本效益和能源效率。納米技術研究人員開發了一種CDI應用程序它使用石墨烯類納米薄片作為電極電容去離子作用。他們發現,石墨烯電極比傳統使用的活性炭材料具有更好的CDI性能。
    二氧化碳捕獲
    之前公司2可儲存於二氧化碳捕獲與儲存(CCS)計劃,它必須與燃燒或工業過程產生的其他廢氣分離。目前大多數用於這類過濾的方法都很昂貴,而且需要使用化學物質。納米技術製造納米級薄膜可能導致新膜技術這可能會改變這一點。
    從陽光中產生氫氣-人工光合作用
    開發氫動力技術的公司喜歡將自己包裹在環保技術的綠光中,這將拯救地球。雖然氫燃料確實是一種清潔的能源載體,但氫的來源往往非常肮髒。問題是,你不能挖井來開采氫,但必須生產氫,這可以利用各種資源來實現。
    最髒的方法——至少在高效的碳捕獲和封存技術開發出來之前——是煤的氣化(閱讀更多:“納米技術可以揭開氫動力汽車肮髒的小秘密”).到目前為止,最清潔的方法是可再生能源電解:利用可再生能源技術,如風能、太陽能、地熱和熱液發電,將水分解為氫和氧。
    人工光合作用利用太陽能分解水,產生氫和氧,可以提供一種清潔和便攜的能源供應,就像陽光一樣持久。將一個水分子分解成帶負電的電子和帶正電的質子需要2.5伏的電壓。正是從水分子中提取和分離這些帶相反電荷的電子和質子提供了電能。
    在納米尺度上,研究人員已經證明了一種便宜且對環境無害的無機光收集納米晶體陣列可與含有豐富元素的低成本電催化劑相結合,製造出一種便宜而穩定的光電電化學製氫係統。
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