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第七章 纳米技术在水处理中应用 第七章 纳米技术在水处理中应用 第七章 纳米技术在水处理中应用 第一节概述 第二节纳米微粒基本理论及其物理化学效应 第三节半导体纳米颗粒的光催化技术 第四节纳米材料的磁吸附技术 第五节纳米材料的吸附和强化凝聚 1 第一节 概述 纳米技术是指在1~100nm尺度研究和应用原子、分子现象， 由此发展起来的多学科的、基础研究与应用研究紧密联系的 新的科学技术。 现代物理 （介观物理、量子力学、浑沌物理和分子生物学） 先进工程技术 （计算机、微电子和扫描隧道电镜等技术） 纳米颗粒的新效应： 小尺寸效应（又称体积效应） 周期性的边界条件将被破坏， 光、声、电、磁、热力学 量子尺寸效应 不连续最高被占据最低未被占据分子轨道的能级 和能隙变宽。 宏观量子隧道效应 贯穿宏观系统势垒而产生的隧道效应 表面效应 表面原子数随纳米结构尺寸减小而急剧增大后引起的性 质上的变化。 2 表面原子数的增加、原子配位的不足，必然导致纳米结构存 在许多表面缺陷，使表面具有很高的活性，极不稳定，很容 易与其他原子结合。纳米颗粒的粒径极小，具有巨大的比表 面积和表面自由能。 3 第七章 第七章 第七章 纳米技术在水 纳米技术在水 纳米技术在水 处理中应用 一、纳米粒子的基本物理效应 处理中应用 处理中应用 二、纳米粒子的物理特性 三、纳米粒子的化学特性 第二节 第二节 第二节 第二节 纳米微粒基本理论及 纳米微粒基本理论及 纳米微粒基本理论及 纳米微粒基本理论及 其物理化学效应 其物理化学效应 其物理化学效应 其物理化学效应 4 一、纳米粒子的基本物理效应 20世纪80年代 纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的 诱人的性质。 纳米粒子的研究主要集中在化学键和电子离域性强的物质体 系，在那里微粒粒径将影响其固态特性的变化。 影响其特性的最主要的两个参数：尺寸和化学组成 应用领域：化学催化剂和电催化剂 功能材料 （气敏材料、 湿敏材料、红外敏感材料、磁性材料、光纤材料、导电材料） 纳米粒子 （Nano Particles ）又称超微粒子（Ultrafine Particles ）、 超小粒子、团簇、量子等，其尺寸介于原子、分子与宏观体 相之间，是一种过渡态，由有限原子和分子组成，能保持物 质原有化学性质，处于热力学上不稳定的亚稳定的原子或分 子群，是一种新的物理状态，与等离子体供称为物质的“第四 态”。 纳米粉末 （Nanometer Powders ）超微粉末 （Ultrafine Powders ） 5 比表面积SW 随颗粒尺寸减小，粒子的比表面积迅速增加。 6 二、纳米微粒的物理特性 量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应 催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料 1960年物理学家久保金属纳米粒子的“Kubo效应” 1.久保理论 1986年Halperin 对这一理论进行较全面归纳。 久保理论：针对金属纳米粒子费米面附近电子能级分布。 两点假设： 简并费米液体假设 泊松分布 纳米粒子电中性假设 7 2.尺寸效应 当超细微粒尺寸与光波波长、传导电子德布罗意波长以及超 导态的相干长度或透射深度等尺寸相当或更小时，周期性的 边界条件将被破坏，光、