纳米技术优缺点范文

导语：如何才能写好一篇纳米技术优缺点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词 纳米技术；水处理；TiO2光催化剂

中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0163-01

纳米技术是20世纪90年代出现的一门新技术，介于纳米材料能够吸收水体中某些特殊的有机物，研究学者将纳米科技引入到现代水处理中，表现出良好的应用前景。

1 传统的污水处理技术

工业生产、生活废水中常常含有大量的有机物、泥沙、细菌等物质，甚至有些物质有巨大的毒性，为了除去这些有害物质，我国常用的传统方法有物理法、化学法和生物法。

1）物理法。物理法，顾名思义就是利用物理沉降、过滤等手段将污水中的悬浮污染物、泥沙等杂质除去，常用的物理法有沉淀法、过滤法、离心法、气浮法、蒸汽冷凝法等。

2）化学法。化学法就是在污水中加入某种化学试剂，利用化学反应来分离或者转化污水中的杂质及有毒物质，常用的化学法有中和法、吸附法、混凝法、化学沉淀法、化学氧化法、离子交换法等。

3）生物法。生物法就是利用某种微生物分解废水中的某种特定有机污染物，根据微生物的类别，生物法可以分为好氧生物处理和厌氧生物处理。

上述污水处理方法是我国常用的污水处理技术，这类污水处理方法的效果差、成本高，有些处理手段可能出现二次污染等问题，降低了污水处理的效果。而纳米技术的出现，以及其在水处理中的研究发展，可以提高污水处理技术水平。

2 纳米技术和纳米材料在世界的发展情况

纳米材料和纳米技术的出现，给未来高新技术的发展提供了一个很好的研究手段，各个国家都非常重视纳米技术的研究。美国国家基金委员会（NSF）在1998年对纳米功能材料进行了大量研究，并对其加工和合成作为重要的基础研究项目；日本在近7年以来制定了大量的纳米科技研究项目，如Oglala计划、量子功能器件的原理研究等；德国科研技术委员会也制定了发展纳米科技的计划。这都说明国外对纳米材料的研究都非常重视，在今后一段时间内都是国际研究热点和方向。

我国从“八五”期间以来，对纳米材料的研究取得了非常丰富的成果：如：①大面积定向碳管阵列合成；②超长纳米碳管；③硅衬底上纳米管阵列等，但是我国纳米科技水平与国外还是有一些差距的，尤其是欧美国家，但是由于我国科研队伍梯队完善，基础研究在国际上也具有一定地位，为我国纳米材料研究奠定的基础。

3 纳米催化剂在水处理中的应用

1）纳米材料作催化剂的优点及光催化原理。纳米材料的尺寸非常小，1 nm=10-9 m，这么小的颗粒比表面积非常大，并且颗粒表面的键态与电子态与颗粒内部有很大区别，表面原子配位不全会导致表面的活性位置增加，表现出催化特性。对纳米材料表面特性进行研究发现，随着粒径的减少，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶，提高了水处理中化学反应的接触面。研究学者对超微粒进行研究发现，其作为催化剂能够提高化学反应的效果。光催化材料具有无污染，使用方便、节约能源等优点，其中半导体的光催化效应是指：在光的照射下，价带电子跃迁到导带，价带的孔穴会将周围环境的羟基电子吸引过来，使得羟基变为自由基，成为强氧化剂，将酯类最终变成CO2，保证有机物能够完全降解，但是采用这种光催化剂在催化过程中半导体的能隙不能太宽也不能太窄，否者光催化效应的效果不好。

2）TiO2光催化剂的优缺点和纳米TiO2的优势。TiO2具有良好的光催化效果，是水处理常用的光催化剂，其主要特点为：催化条件简单，只需要太阳光即可，光催化剂吸收太阳光中的紫外线，表现出较强的氧化性；在酸碱性变化较大的污水中也能保证稳定性；污水处理中不产生有毒物质和有毒气体。

但是由于TiO2的禁带宽度为3.2 eV，只能吸收太阳光中波长＜387 nm的紫外线，光利用率低，另外TiO2的光量子效率也很低，有待进一步提高。研究学者发现纳米TiO2材料比一般的半导体材料的催化效果好，主要是因为：①由于量子尺寸效应使得导电和价带能级变成了分立级能，能隙变宽，导电电位变得更低，但是价带电位变得更高，使得纳米材料表现出更强的氧化效果和还原能力；②由于纳米半导体粒子的粒径非常小，能够通过扩展效应从粒子内迁移到表面，有利于得到或失去电子，保证氧化反应的正常进行。

3）纳米TiO2在水处理中的应用。纳米科技的发展为人类治理环境开辟了一条行之有效的新途径。

①有机污染物的处理。在太阳光的照射下，纳米TiO2通过产生的电子和空穴，表现出强还原性和氧化性，提高有机物降解的速度，氧化的产物为CO2、H2O等一些简单的无机物。目前纳米TiO2能够氧化一些脂肪酸、芳香酸和酚类等有机物，也能降解燃料、除草剂、杀虫剂和表面活性剂等一类物质。在利用纳米材料进行光催化过程中，纳米TiO2作为空心小球，当有机物通过这些小球时就会附着在上面，利用太阳光中的紫外线完成降解过程。

②无机污染物的处理。除有机物外，许多无机物在纳米表面也具有光化学活性，例如对Cr2O72-离子水溶液的处理，利用TiO2悬浮粉末经光照将Cr2O72-还原为Cr3+对含氰废水的处理，以TiO2光催化剂将CN-氧化为OCN-，再进一步反应生成CO2、N和NO3-；用Ti02光催化法可从Au(CN)4中还原Au，同时氧化CN-为NH3和CO2，该法可用于电镀工业废水的处理。不仅能还原镀液中的贵金属，而且还能消除镀液中氰化物对环境的污染，是一种有实用价值的处理方法。大量试验结果表明，纳米TiO2光催化反应对于工业废水具有很强的处理能力。但值得一提的是，由于光催化反应是基于体系对光能量的吸收，因此要求被处理体系具有良好的透光性。对于高浓度的工业废水，若杂质多、浊度高、透光性差。反应则难以进行。因此该方法在实际废水处理中，适用于后期的深度处理。

③微生物的灭杀。纳米TiO2微粒本身对微生物无毒性，当他们聚集在一起形成一定规模后才会对微生物造成一定危害。纳米TiO2光催化可以通过直接或间接方式消灭微生物，直接方式主要是利用太阳光激发TiO2，使得纳米材料出现光生电子和光生空穴，直接导致细胞壁、细胞膜破损，细胞因为功能性单元失活而出现细胞坏死。在悬浮液体中，TiO2颗粒可以吸附在微生物的表面，或者被生物体细胞吞噬，这些纳米TiO2颗粒利用产生的光生空穴和活性氧化直接与细胞内的组分发生化学反应，使得细胞失活。由于太阳光激发TiO2颗粒产生空穴具有非常强的氧化效果，并且生成的活性物质具有很强的反应活性。因此，不论是在悬浮液中还是在光阳极表面，太阳光激发TiO2颗粒均能够杀死乳酸杆菌、面包酵母菌、大肠杆菌以及海拉细胞、T24细胞等。

纳米技术作为21世纪前沿科学能够在环境保护中表现出极大的应用前景，可以预见，随着纳米技术研究的不断深入和实用化进程的加快，纳米水处理技术将在本世纪得到充分的发展，在污水处理中取得令人振奋的成果。

参考文献

[1]乔仁桂,崔德明,纳米技术的发展及纳米催化剂在水处理中的应用[J].能源与环境,2007.

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关键词 纳米材料 课程设计 教学方法 评价机制

中图分类号：G424 文献标识码：A

"Nano-materials" Course Design and Teaching Exploration

LI Hongping， CHEN Beibei

（School of Material Science & Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013）

Abstract Nano-material is an emerging interdisciplinary， involving a number of areas materials， physics， chemistry， biology and so on. Emerge and flourish nanotechnology nano-technology and new materials， and on the "nano-materials" teaching activities proposed new requirements. In this paper， the characteristics of the course， with its own teaching experience， mainly from three aspects determine the arrangement of teaching content， select teaching methods and evaluation mechanisms conducted to explore the system in order to achieve good teaching， students of the scientific spirit and ability to innovate.

Key words nano-materials; course design; teaching methods; evaluation mechanism

1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届纳米科学技术学术会议，正式把纳米材料作为材料科学的一个新分支公布于世，从而纳米材料科学作为一个相对比较独立的学科诞生。①本文结合纳米材料课程的特点、重要性以及教学经验，拟从课程教学内容的安排、教学方法的选取以及评价机制的确定三个方面对高等院校材料类专业本科生进行纳米材料课程教学改革进行探讨。

1 课程特点概述

相比于其它发展相对成熟的课程，纳米材料是一门前瞻性、创新性、专业性和实践性很强的课程，涉及物理、化学、材料、生物、能源等领域，具有涵盖范围广、知识点复杂、概念抽象以及知识更新快的特点。②传统的课堂教学模式不能满足课程的教学要求，传统的教学方法和教学手段也不能很好地满足纳米材料课程的教学要求。比如在教材选择方面，由于纳米材料是一门交叉学科，涵盖的领域众多，再加上知识更新速度快，教材的更新速度跟不上知识点内容的更新速度，所以采用单一的教材、沿袭传统的教学方法讲授纳米材料这门课程很难达到课程教学目标。因此，根据该课程特点，合理地安排教学内容，恰当地选择教学模式和评价机制，对于完成纳米材料课程教学目标具有重要意义。

2 教学内容的安排

纳米材料课程涵盖了纳米科技的整个领域，它的内容多、范围广、更新快等特点，且需要在规定的课时内将整个纳米材料领域讲授给学生，这就需要教学内容条理清晰，重点突出，逻辑性强，同时要结合纳米材料最新研究进展，以点带面，合理优化课堂教学结构。因此，笔者从广度和深度的统一、基础与前沿的兼顾、新旧内容的衔接等方面考虑，合理安排教学内容。具体如下：（1）纳米材料的概念：从纳米材料的新奇特性开始，引入纳米材料的基本概念、发展史、分类方法，在内容编排上注重引入最新研究成果，激发学生的学习兴趣。（2）纳米材料的结构和基本效应：该部分内容是理解纳米材料特殊性质的基础，也是该课程的重点、难点。在讲述过程中，结合纳米材料应用实例（如：纳米二氧化钛光催化特性的原因及相关应用等），加深学生对纳米材料特性的理解和掌握。（3）纳米材料的制备方法及表征手段：纳米材料的制备方法主要有：气相法、液相法和固相法。气相法中重点讲述物理气相法和化学气相法的原理及特点。液相法中重点讲述共沉淀法、水热法、溶胶―凝胶法的原理及应用条件等。在固相法中重点讲述机械粉碎法和固相反应法的特点。纳米材料的主要分析测试手段包括：扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、激光粒度仪等，重点讲述测试仪器的原理、优缺点及使用范围，让学生掌握纳米材料的分析表征的主要方法。（4）纳米材料的理化特性及应用领域：回忆前面纳米材料结构和基本效应的学习，引出纳米材料的理化特性，以微观结构―特殊效应―特殊功能―应用领域为思路，使学生认识纳米材料的重要性，同时启发学生深入思考，进而深入掌握纳米材料的理化特性。（5）纳米材料最新研究进展：根据纳米材料的最新研究动态，让学生了解国际最新研究热点。

3 教学方法的选取

（1）多种教学方法和手段相结合，激发学生兴趣。“学起于思，思起于疑”，通过巧妙设疑，激发学生的学习主动性和积极性。如在讲述纳米材料基本理论知识时，可以从生活中一些常见现象启发学生思考：出淤泥而不染的荷叶为什么具有自清洁功能？美丽的紫铜在尺寸小到一定程度为什么会变为黑色？通过这种情景设置启发学生思考，寻求答案，对于其中的难点再予以解释。另外，针对纳米材料课程内容多，涉及范围广的特点，利用多媒体集图、文、声、像等于一体的优点，将大量的课程内容以丰富多彩的形式呈现给学生，激发他们学习的兴趣。（2）加强师生交流，建立以“学生为主体”的教学模式。结合课程内容，将学生分为多个小组。学生根据课程要求以及兴趣，自主查阅文献资料，通过PPT形式与大家进行课堂交流。在此基础上，针对学生遇到的疑点、难点，加以详细讲解。这种充分发挥学生主体的教学模式可以有效地提高学生自主学习及探索能力。（3）科研工作与教学内容紧密结合，提高学生综合能力。科研工作与教学内容紧密结合，使学生参与一定科研项目，是一个双赢举措。对于学生来讲，不仅可以加深课堂上对于纳米材料理论知识的学习，同时可以锻炼学生的动手能力，培养他们发现问题、解决问题的能力，激发学生的创新思维能力等。③笔者把自己科研工作中纳米二氧化钛纳米球、纳米管等的扫描电子显微镜图片通过多媒体形式与学生分享。通过带领学生进入实验室，参与纳米二氧化钛的制备、表征以及光催化性能研究，让学生了解影响二氧化钛形貌的因素、光催化特性的原理以及扫描电子显微镜的原理和方法，熟悉电镜样品的制样过程和方法，为学生今后从事纳米材料方面的学习奠定基础。

4 评价机制的确定

本课程的考核方式和成绩评定具体如下：（1）考核方式：让学生查阅资料、做PPT，介绍纳米材料制备、性能及相关应用，在PPT汇报的同时，撰写综述。（2）成绩评定：平时成绩（出勤情况及上课表现）占20%，学生做PPT及演讲情况占40%，综述占40%。这种灵活的考核评价模式可以充分调动学生的积极性，以不同于闭卷考试的形式检验学生对纳米材料相关知识的掌握情况，同时使学生了解纳米科技前沿，培养学生的综合能力。

5 结束语

纳米科学技术作为科学技术的重要分支，它的发展必然推动社会的进步。而纳米材料是纳米科学技术的基础，对纳米材料的学习，是适应未来社会对材料专业人才的需要。本文结合纳米材料课程的特点，从教学内容的安排，到教学方法的选取和评价体制的确定三方面对高等院校材料类本科专业进行纳米材料课程教学改革进行了探讨。实践证明，这些方法和模式有助于加强师生交流，发挥学生的学习主体作用，使学生不仅掌握纳米材料相关知识，并能运用相关知识分析、解决问题，提高学生的综合能力。

注释

① 陈敬中.纳米材料科学导论[M].高等教育出版社，2006.

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关键词：高分子 材料阻燃技术 应用 发展

中图分类号：TQ31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（b）-0198-02

高分子可燃材料具有优良的性能，其应用的范围也越来越广，特别是在建筑、交通、家具、电子电器等行业领域被大量使用，美化和方便了人们的环境和生活，获得了显著的经济效和社会效益，已逐渐代替传统材料。然而大多数该分子材料都易燃、可燃材料，在燃烧时热释放速率快、火焰传播速度快、发热量高、不易熄灭，还产生大量浓烟和有毒气体。随着高分子材料的广泛应用，其潜在的火灾危险性大大增加，因而如何提高高分子材料的阻燃性能，成为当前消防工作急需解决的一个问题。

1 高分子阻燃技术应用

1.1 高分子阻燃材料分类

关于阻燃高分子材料目前尚无明确分类，通常可按照获取阻燃性能的方式划分，可将其分为本质阻燃高分子材料和非本质阻燃材料两种。一种是材料本身具有阻燃性；另一种是通过加入添加阻燃剂获得阻燃性能。非本质阻燃材料可根据阻燃剂添加方式分为添加型阻燃高分子材料和反应型高分子材料。所谓添加型阻燃高分子材料，即在高聚物加工过程中，将阻燃剂以物理方式分散于基材中而赋予材料的阻燃性；反应型阻燃高分子材料的阻燃剂是在高聚物的合成中加入的，它作为一种单体参与反应，并结合到高聚物的主链或支链上，使高聚物含有阻燃成分[1]。

1.2 高分子阻燃技术

阻燃剂是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂。在现代化社会中，阻燃剂具有着诸多的类型，旨在能够为了切实满足不同环境下的防火需求，就其所包含的类型来看，主要可以分为以下3种。

第一种，是有机阻燃剂，主要用于针对有机物的燃烧预防，比如包括磷酸酯、卤系和纺织物等等，具有着耐久性的特点。

第二种为无机盐类阻燃剂，包括的产品主要有氯化铵、氢氧化铝等等材料，这种类型的阻燃剂具有着无烟、无毒与无害的优势，因此成为了目前应用领域最为广泛的一种阻燃剂。

第三种为有机和无机混合类型的阻燃剂，这种类型的阻燃剂通常被科学界认为是无机阻燃剂的升级版，拥有着和无机阻燃剂同等的优势，但相对来说具有着较高的成本，因此并未普及应用。而从不同阻燃剂的阻燃元素上看，又可以划分为几种，包括卤系阻燃剂、磷系阻燃剂和硅系阻燃剂等，其各自有着相应的优势和缺点，但依然凭借着不同的特点被广泛应用于不同的防火领域当中[2]。

受到近些年科学技术飞速发展的影响，高分子材料的阻燃技术水平也获得了突破性的发展，包括阻燃剂微胶囊技术、交联与接枝改性等等，无论是何种新技术的应用，其作用原理都大体相一致，区别主要在于对人工合成技术的依赖程度有所不同，最明显的技术优势更是在于对传统材料阻燃之后所产生的有毒有害气体的转化，最具代表性的便是现代阻燃技术领域的纳米技术应用，不仅能够有效降低阻燃过程中各类反应对环境的污染，同时更凭借较高的技术水平全面提高了阻燃技术的安全性。

1.3 高分子材料燃烧及阻燃技术应用机理

高分子材料在空气中受热时，会分解生成挥发性可燃物，当可燃物浓度和体系温度足够高时，即可燃烧。所以高分子材料的燃烧可分为热氧降解和燃烧两个过程，涉及传热、高分子材料在凝聚相的热氧降解、分解产物在固相及气相中的扩散、与空气混合形成氧化反应场及气相中的链式燃烧反应等一系列环节。当高分子材料受热的热源热量能够使高分子材料分解，且分解产生的可燃物达到一定浓度，同时体系被加热到点燃温度后，燃烧才能发生。而己被点燃的高分子材料在点燃源稳定后能否继续燃烧则取决于燃烧过程的热量平衡。当供给燃烧产生的热量等于或大于燃烧过程各阶段所需的总热量时，高分子材料燃烧才能继续，否则将中止或熄灭。从高分子材料的燃烧机理可看出，阻燃作用的本质是通过减缓或阻止其中一个或几个要素实现的。其中包括6个方面：提高材料热稳定性、捕捉游离基、形成非可燃性保护膜、吸收热量、形成重质气体隔离层、稀释氧气和可燃性气体。目前常采用的阻燃剂行为主要是通过冷却、稀释、形成隔离膜的物理途径和终止自由基的化学途径来实现。燃烧和阻燃都是十分复杂的过程，涉及很多影响和制约因素，将一种阻燃体系的阻燃机理严格划分为某一种是很难的，一种阻燃体系往往是几种阻燃机理同时起作用[3]。

2 高分子材料阻燃技术的研发动向分析

2.1 高分子材料阻燃技术的现代化发展体现

在现代工业领域当中，阻燃材料凭借着自身所具有的阻燃优势，已经获得了越来越广泛的发展前景。传统的添加阻燃剂，在热量不断加升的同时，其有毒气体也将被释放出来，产生有毒气体将会严重危害心肺功能，因此，在传统阻燃剂中，也相应增加了磷酸酯等化学物质，以便于通过磷酸酯来提升材质的气体吸附能力，相比较来讲磷氮化合物拥有更加高等的吸附能力，正是由于添加型阻燃剂中存在以上不同的化学物质，因此，阻燃剂安全系数也将被提升。由此也就确定了磷系阻燃剂的地位。伴随着现代技术的发展各类阻燃产品均获得了良好的发展应用空间，各类阻燃产品的优势也开始越来越突出，由于阻燃材质中的阻燃性能受到影响，才最终达到阻燃的实际效果。相对来讲，阻燃技术也通过阻燃剂的化学功能，改变其传统的分子结构，以至于实现阻燃价值。因此，阻燃技术应具备一定的高分子材料脱水碳化功能，并在此基础上，吸收相关的有毒气体，当值在材料燃烧中，产生有毒气体，威胁相关人员的生命健康。对此应当进一步加大对现有阻燃剂的研发力度，并在科学技术的支撑作用下对现有的阻燃剂进行改善与功能领域的创新，使现有的阻燃剂能够具备传统的阻燃性能优势，还同时具有更多的现代化功能比如耐热、抗辐射等等[4]。

2.2 高分子阻燃材料的绿色发展趋势

高分子阻燃材料的绿色发展方向已经开始被充分重视，其是社会的现代化发展需要，阻燃剂在各个行业领域当中的应用量有着明显的增加，所有新材料与新产品的更新换代频率都在不断加速。而与此同时，人们的环保意识也在不断提升，因此，阻燃剂的技术发展方向也开始逐渐趋向于绿色化发展。尤其是近些年社会开始重点关注对可持续发展的建设，由此直接决定了阻燃剂的发展需要契合生态的关系。目前，国际当中已有一部分发达国家开始致力于从环保角度出发来限制对污染环境阻燃剂的生产与使用，该文认为，这样的现状本质上也是对人们生命财产安全负责的另一种形式。不可否认，中国作为生产制造大国，高分子产业的发展具有着显赫的地位，在国际阻燃材料飞速发展的大势所趋之下，消防部门同时出台了新的规定，旨在为阻燃材料的科学化更新提供明确的方向指引。在当前市场竞争激烈的形式下，阻燃技术的开发在外界的推动下有了技术上的提高。尤其是低毒低烟、无卤高效的环保阻燃剂更是起到了不可估量的作用。综上，不管是卤系阻燃剂还是无卤阻燃剂，其必然趋势都是向环保型无卤阻燃剂发展，发展方向都以低毒化、环保化、高效化、多功能化为主[5]。

3 高分子材料阻燃技术的优化改革动向

当前，对于阻燃技术的研究，我国还有待加强，在相关技术研发力度，以及自主研发等环节，相对于国外先机技术仍然存在较大的进步空间。但根据我国当前研发技术来讲，已经较传统技术提升了许多。近些年国家积极进行科研技术支持，在研究经费中，研究技术中，积极给予帮助，使得各项技术研发工作中逐渐扩大，研发力度也逐渐加深，在国家技术支持上，当前各项技术研发应用皆取得了良好的成绩，阻燃技术便是其中一项，在国家的扶持帮助下，阻燃技术应用价值逐渐得到挖掘，阻燃技术研发也渐渐深入到人们的视野之中。

由从传统阻燃技术当前的阻燃技术研发，期间经历中众多变迁，最早阻燃技术是由物理作用的帮助喜爱，实现对氧气的阻隔，最终达到阻燃的效果，当前新型阻燃技术的研发，使得性质阻燃上升至化学反应界面中，通过对材质化学分子的改变，使得可燃性材质逐渐具备阻燃技术，从融合阻燃逐渐转变成为无机阻燃，并在阻燃技术研发的过程中，更加注重了对有害有毒物质的处理，通过添加可吸附分子，将有毒有害物质进行吸附，在实现了阻燃技能的基础上，实现了无污染的目标。这种科技研发的成果符合了绿色发展以及可持续发展理念的要求。当前在阻燃技术研发中，微胶囊技术、纳米技术等其他技术的影响，使得可燃材料的阻燃效果大大得到提升，阻燃性能也随着阻燃效果不断变化。在阻燃技术应用中，复合型材料的应用也为阻燃技术提供了发展方向。

该文认为，在今后的发展中，随着阻燃技术的提升，阻燃性能的变化，必将使阻燃形态以及其他性能达到提高，并在科研技术的研发过程中，随着可持续发展理念的贯彻，坚信可燃材料阻燃技能将会更加环保。

4 结论

综上所述，通过对阻燃技术的研究可知，阻燃技术经历了从物理阻燃向化学阻燃技能的转变，在化学阻燃中高分子材料阻燃功能得到了有效的提升。随着阻燃技术研发的不断加深，我们坚信，阻燃材料的发展也会与之相适应，产品结构也会相应调整，我们必然会找到解决的办法，开发出符合人们需求的高分子阻燃材料。

参考文献

[1] 郭永吉.高分子材料阻燃技术的应用及发展探究[J].江西化工，2014（4）：208-209.

[2] 郭晓林，李娟，李莹.挤塑聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃技术现状与发展趋势[J].中国塑料，2014（12）：6-11.

[3] 高建卫.我国建筑保温技术进展及存在问题分析[J].材料导报，2013（S1）：276-280，284.

篇4

一、污水处理厂恶臭气体污染概述

污水处理厂承载着对高浓度不能达标排放的污染废水人工强化处理，最大限度的对环境污染破坏的作用，由于污水处理厂是高浓度污染物的汇集地，污染物种类复杂，性质各异，在污水处理过程中，一部分污染物会以气体形式或是直接挥发或是转化为其他气体物质散出，尤其是散出的一些恶臭气体，不仅在感官上令人不愉快，同时对人体造成严重的危害，给厂区工作人员和周边居民都带来严重的不良影响。

在污水处理厂的运行过程中，污水本身溶解有恶臭气体；个别工艺要求对构筑物内的污水进行曝气和搅动，会使水中溶解的一些恶臭气体挥发出来，从而产生了恶臭气味；在污水处理的末端污泥处理过程中也会散发出浓度极高的恶臭污染气体。散发的恶臭气体污染物往往不是单一稳定的物质，尤其是化工、炼油等污水处理厂，常常是多种复杂恶臭物质共同作用，而且由于部分恶臭嗅成分复杂，阈值极低，扩散迅速，使得治理难度极大。

二、恶臭物质的来源

1.自然发生源

植物蛋白质分解会产生腐败的恶臭，污水和沼泽产生鱼臭和青草臭，火山喷发产生硫磺恶臭。还有很多有机质在厌氧条件下都会散发出各种恶臭；世界上每年自然发生的硫化氢陆地约为6×107～8×107t，海面约为3×107t。

2.人工发生源

主要分为生活和生产两种。生活包括垃圾，污水厂，排泄物等。

恶臭气体主要产生在污水处理过程中的排污泵站、进水格栅、嚗气沉沙池、初沉池等处，污泥处理过程中的污泥浓缩、脱水干化、转运等处；垃圾处理过程中的堆肥处理、填埋、焚烧、转运等处， 生产包括石油天然气炼制，制药，造纸食品加工，饲料加工等等行业。

例如硫化氢主要来源于炼油，炼焦，天然气，粪便处理，污水处理厂等；硫醇主要来源于农药、煤气、合成橡胶，牛皮纸浆等；胺类主要产生于水产加工、皮革、骨胶、油脂化工及饲料等行业。

三、污水处理厂恶臭气体的组分、危害及种类

污水厂无组织恶臭气体主要包括H2S，NH3，VOCs挥发性有机化合物；恶臭气体对人体产生各种危害，长期在含有恶臭气体的环境中工作生活的职工患有呼吸系统疾病的概率远远高于其他岗位的职工。对污水处理厂恶臭废气的处理，不仅仅是企业内部的要求，更重要的是使公众满意，使经济效益、环境效益和社会效益协调统一，实现经济和环境的和谐发展。

恶臭物质的种类有很多，迄今人类能感觉到的恶臭物质有4000多种，大致有芳香性臭气，植物性臭味，土臭及霉臭，鱼臭，药品及试剂型臭气，金属型臭味，腐败性臭气等等。

四、恶臭污染特点

1.以混合物的形式存在，很多物质都能产生恶臭；例如香烟烟气中一测定出上千种成分。

2.属于感觉性公害，是心理上的反应，有很强的主观因素；

3.人的感官是很敏感的，大大低于仪器的检测限度；例如三甲胺的嗅阈值0.03*10-9 ；

4.恶臭的各成分会有叠加或削减的作用，混合后也许更强，也可能降低了恶臭浓度；

5.有害气体对人体的影响与浓度成正比，但恶臭却不同。恶臭的感觉量与人的嗅阈刺激量的对数成正比，可用韦伯-费希纳公式和史蒂文斯公式表征；

6.个别恶臭物质的气味性质与浓度有关；例如吲哚在高浓度下是粪便味，浓度低时却表现出花香味；

五、恶臭对人类的影响

世界卫生组织（WTO）规定，根据有毒有害气体的强度和浓度可对人体造成几种程度的影响：

1.直接影响和间接影响；产生呼吸系统、消化系统、神经系统等疾病；对植物构成危害，给动物和人类造成间接影响。

2.引起人体生理机能的障碍和病变，缩短生命。

3.使受污染的人群发生急性病并引起死亡。

六、恶臭对社会和经济的影响

对社会的影响是造成居住环境恶化，上访事件频发导致社会不和谐；辽宁省某城市由于污水厂散发的恶臭气体导致周边新开发的小区无人居住，售价直线下降，经过市环保局的协调，污水厂所属企业委托北京沃太斯做了恶臭治理一年后后，楼价回升，入住率达90以上，无上访事件；辽宁省某化工企业的污水处理厂散发的恶臭气体一直影响周边居民的正常生活和工作，多次到所属企业集体上访，并要求上千万元的赔偿；2010年企业投资2700多万元进行了彻底的恶臭气体处理，完全解决了周边民事纠纷，为当地的百姓做了一件大好事，也给企业带来了好的声誉。此外恶臭污染使排污企业的防护距离增加，周边的土地利用率降低，造成不必要的浪费；严重的恶臭污染会破坏当地的生态环境。

对经济的影响表现在旅游区的环境受到影响后，收入直接下降；商业区的购买力会受到恶臭的影响；区域环境空气不好回影响外来投资等等。

七、恶臭污染处理技术

国外早在20世纪50年代末便开始了恶臭气体污染治理的研究，并积累了丰富的理论知识和实践经验。我国20世纪80年代才开展恶臭气体污染的调查、测试和标准方面的研究，而对脱臭技术的研究则是从20世纪90年代才开始进行。目前，国内外几种常见的处理工艺有：吸收（附）法、热氧化（氧化反应、燃烧、催化燃烧）法、低温等离子法、UV紫外线（光量子、纳米技术协同光量子技术）法和固定化生物载体法等，每种除臭方法各有不同的特点、适用范围及局限性。

恶臭气体处理方法各有优缺点，纵观几种治理技术，生物法因能高效分解有机臭气，经济且无二次污染，因此是除臭技术的主要发展方向。

通过多年来的生物法处理有害气体的工程实践，生物处理技术具有：处理容量大、抗负荷冲击性强、气流分布均匀、核心系统操作维护简单、设备故障率低、处理效果稳定等特点，尤其是在市政污水厂这种大风量、低浓度、气体湿度较大、成分相对复杂的污染气体的工况下得到大量应用。

篇5

电子鼻迄今为止已应用于食品工业、环境检测、医疗卫生、药品工业、安全保障、公安与军事等领域[6]。在食品工业中，它主要用在果蔬成熟度及新鲜度检测（含货架期评价）、肉品鲜度（可进行生产在线监控）及发酵肉制品成熟度检测、酒类鉴别（分类、分级）、饮料识别、茶叶审核、烟草原料选控及工序质监、香精识别、乳制品检测、谷物贮藏害虫检测等方面[7-10]。由于这一快速检测方法还便于实现谷物粮食安全的实时监测，能有效保障我国的储粮质量，电子鼻在谷物检测中的应用正受到全社会广泛关注。对此，本文将从电子鼻起源、构成原理及其在谷物检测分析中的应用展开介绍，为今后的相关研究提供参考。

电子鼻的简介

电子鼻也称气味扫描仪，其概念最早是由英国Warwick大学的Persand和Dodd教授在1982年模仿哺乳动物嗅觉系统结构和机理，并对几种有机挥发性气体进行类别分析时提出。从1990年第一届国际电子鼻学术会议成功举办至今，电子鼻的相关研究已成为全球热点课题之一。目前较著名的商品化电子鼻系统有英国Neotronicssystem和AromaScansystem、德国Airsense系统、法国AlphaMOS系统、美国Cyranose、日本Frgaro及台湾Smdll和KeenWeen等[5]。

电子鼻通常由气敏传感器阵列、信号处理系统和模式识别系统三大部分组成[11]。多个具有不同选择性的传感器组成作为电子鼻心脏的传感器阵列，不同气味分子将在其表面作用并将信息转化为方便计算且与时间相关的可测物理信号组，以实现混合气体的总体分析[12-14]。其组成应至少满足以下两个要求：一是气敏传感器应具有很高的灵敏度，以响应很小的气味成分；二是气敏传感器的选择性不应很高，以使其响应信号可综合描述多种样品，但又因其选择性差异，能使不同传感器有不同的响应值。按照气敏传感器敏感材料和阵列结构的不同，主要可分为金属氧化物型传感器、导电聚合物气敏传感器、质量传感器及其阵列和L-B膜气敏传感器几类，各优缺点如表1所示[11,13]：常用电子鼻的检测示意图如图1所示[15]，图中S1、S2至Sn为电子鼻内部的传感器阵列。电子鼻检测过程可描述为：(1)传感器阵列与气味分子反应后，经一系列物理化学变化产生电信号；(2)电信号经电子线路放大后转换成数字信号，输入计算机中进行数据处理；(3)处理后的信号通过模式识别系统，最后定性或定量地输出对气体成分的检测结果[16]。越来越多研究证明，运用电子鼻技术进行气味分析，有客观、准确、快捷、重复性好等特点，是人和动物鼻子实现不了的。

信号预处理方法应根据实际应用的气敏传感器类型、模式识别方法和最终识别任务适当选取。主要有差分法、相对差分法、分式差动法、对数法、传感器归一化法及阵列归一化法等[11]。

模式识别包括适合传感器阵列响应信号的特征提取方法和模式识别方法两方面，常用的模式识别方法有统计模式识别方法，包括主成分分析（PCA）、判别函数分析（DFA）、多元线性回归（MLR）、偏最小二乘法（PLS）、聚类算法等（CA）、人工神经网络(ANN，包括BP网络、Kohonen网络等)及进化神经网络（ENN）技术等的方法[11,17-20]。

电子鼻在谷物中的应用现状

作为人类主要粮食来源的谷物（包括稻米、小麦、玉米等），因其自身易在贮存中受到霉菌污染而霉烂变质，造成大量损失，甚至产生毒素，威胁人畜健康。目前，各国都在积极寻找快捷、高效的方法来开展各项有关谷物安全的研究，主要应用于以下几个方面。

1997年瑞典Jonsson等用电子鼻（MOSFET传感器阵列）检测燕麦、黑麦、大麦和含有不同麦角固醇含量、真菌及细菌菌落的小麦加热后的气味，并用人工神经网络（ANN）进行模式识别分析，从而简便、快速和安全地区分粮食质量等级[21]。英国Evans等（2002）用导电聚合物传感器阵列电子鼻进行的类似小麦污染物气味研究表明，该电子鼻分级准确度可达92.3%[11,22]。此后，加拿大Abramson等（2003）用电子鼻检测不同湿度（16%和20%）小麦挥发性物质的变化，表明所用电子鼻的12个传感器中有9个能区别出两种湿度的挥发性物质且与赭曲霉毒素A（OA）有相关性（r=0.84~0.87）[11,23]。美国Balasubramanian等人（2007）用Cyranose-320型电子鼻分析三种大麦样品（干净、自然污染镰刀菌及人工接种镰刀菌的对照样品），并用线性判别（LDA）和二次判别法（QDA）分析，结果显示刀切法交叉确认的2组大麦样品（以麦角固醇含量3.0μg/g为界分组）总分类精度达86.8%，此法便于识别储藏谷物的霉变损害[24]。此外，Olsson等（2002）和Paolesse等（2006）都将电子鼻结合气质联用仪（GC-MS）用于定量检测或评价目标染菌样品，前者研究发现电子鼻可区分出OA含量大于和小于5μg/kg（瑞典官方OA极值）的大麦，偏最小二乘法（PLS）可估计脱氧核糖核酸酶(DON)含量；GC-MS分析OA浓度比电子鼻更准确，OA浓度与谷物香气间不存在相关性[11,25]。后者得出电子鼻可成为检测谷物籽粒样品中真菌污染率有效工具的结论[26]。我国邹小波等（2004）研制出一套主要由一组厚膜金属氧化锡气体传感器阵列和神经网络（RBF）组成，能快速检测谷物是否霉变的电子鼻装置，并用其检测小麦、水稻、玉米3种谷物。最终，RBF对霉变小麦、水稻识别的正确率达100%，对霉变玉米的识别正确率也达90%以上[11,27]。相似研究也见于张红梅等（2007），其系统对稻谷霉变程度检测有较高分析精度，PCA、LDA对菌落总数有较高预测精度[28]。此后，惠国华等（2011）研制出一套快速检测粮食霉变的电子鼻系统，并连续7天检测荞麦、大麦和燕麦等的霉变程度，用随机共振方法处理实验数据，信噪比谱特征信息量化粮食霉变程度，以消除传感器在高温、长时间工作后引起的基线漂移，量化粮食霉变程度，提高检测精度[29]。

美国Lan与我国Zheng等（2009），用Cyranose-320型电子鼻区分4种长粒大米样品气味，并探究电子鼻的最佳参数设置。其研究发现，传感器数量的减少可缩短数据处理时间，建立一个特殊的应用程序利于降低仪器成本[30]。于慧春等（2012）用自行开发的电子鼻系统结合PCA分析、Fisher判别分析和BP神经网络方法对4种同产地水稻进行区分后发现，BP神经网络分类效果最好，测试正确率均达100%，PCA分析效果最差[31]。赵丹等（2012）也做了类似研究，并发现经PCA分析区分面包用小麦和馒头面条用小麦的总贡献率为85.6%，远高于LDA的31.7%[32]。宋伟等（2012）用Fox4000型电子鼻检测不同储藏条件下的2010年粳稻，用PCA分析区分连续储藏5个月的5份同种粳稻样品，总贡献率达99.284%，样品建立的DFA判别因子分析数据模型可用于粳稻归属判别分析，识别正确率可达93%；PLS对样品霉变程度的预测正确率可达100%[33]。胡桂仙等（2011）用PEN2电子鼻分析测定5种稻米（均分别制备成稻谷、糙米、精米和米饭4种样品状态）的质量、顶空空间、静置时间等匹配试验参数，分析后得出，仪器能较好地区分样品，识别稻米的综合挥发性物质状态；10g样品以200mL顶空空间、60min静置时间测定时的电子鼻响应值相对较稳定；PCA和LDA法均对谷物状态和精米状态区分效果较佳，对米饭状态区分欠佳[34]。

张红梅等（2007）用PEN2型电子鼻对15种不同虫害程度的同种小麦及5种不同储藏年份的同种正常小麦进行检测，并优化传感器阵列，研究响应值与一些理化指标间的相关性。研究发现，电子鼻可成功区分不同储存年份的小麦样品；PCA分析适于传感器阵列的优化，用于区分5种不同存储时间的小麦时数据有很强的收敛性；优化后的传感器阵列较优化前有更高的识别率[35,36]。王俊等（2010、2011）利用电子鼻与计算机组成的水稻虫害快速检测系统及气质联用仪（GC-MS）检测接种有不同褐飞虱成虫的水稻样品，其研究表明电子鼻和GC-MS能检测农作物的虫害情况；培训后的数据识别率高于92.5%，逐步判别分析（SDA）的识别率为70%，三层反向传播神经网络（BPNN）的模型预测值与真实值间线性相关系数超过0.78[37,38]。周博等（2011）还用同一电子鼻判别不同损伤类型的水稻植株，最终矢量量化网络（LVQ）和BPNN模型识别正确率可达100%[39]。

庞林江（2005）利用PEN2型电子鼻检测不同陈化程度的小麦品质，在优化传感器阵列后，PCA法可成功辨别不同年份的小麦样品，而LDA法则不太理想；用PLS模型预测有关指标的相关性系数可达0.8613；电子鼻检测信号对小麦脂肪酸值、湿面筋含量、稳定时间、弱化度、弹性和拉力比数较为灵敏，对气味综合信息贡献率较大[11]。伟利国等（2009）用自制电子鼻评价系统检测5种不同活性的小麦，并用概率神经网络进行模式识别处理后发现，该系统能快速、准确地评判小麦活性情况，识别率可达91%[40]。2.5评价谷物的蒸煮时间意大利Sinelli等（2006）用瑞典AppliedSensor公司3320型电子鼻及傅立叶近红外光谱仪（NIRspectroscopy）评价3种米饭（碾磨米、半熟米、快煮米）的糊化时间，以提出建议蒸煮时间。其实验结果表明，电子鼻能测出大米样品在蒸煮过程中的最大芳香变化率（主要由米的品种决定），而NIR能准确测出样品米最佳蒸煮时间；电子鼻、NIR测定大米的方法快速、简便、客观且可替代传统感官分析和糊化时间的测定方法[41]。综上所述，国内外在谷物上的研究主要集中在小麦、水稻、玉米中，且大多应用于新鲜度、储藏过程虫害监测、霉变或污染程度检测及分级识别等方面。据相关研究的实验对象，可统计得表2中显示的研究状况[11,21-41]。

展望