納米技術優缺點范文

導語：如何才能寫好一篇納米技術優缺點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞 納米技術；水處理；TiO2光催化劑

中圖分類號 X703 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)021-0163-01

納米技術是20世紀90年代出現的一門新技術，介于納米材料能夠吸收水體中某些特殊的有機物，研究學者將納米科技引入到現代水處理中，表現出良好的應用前景。

1 傳統的污水處理技術

工業生產、生活廢水中常常含有大量的有機物、泥沙、細菌等物質，甚至有些物質有巨大的毒性，為了除去這些有害物質，我國常用的傳統方法有物理法、化學法和生物法。

1）物理法。物理法，顧名思義就是利用物理沉降、過濾等手段將污水中的懸浮污染物、泥沙等雜質除去，常用的物理法有沉淀法、過濾法、離心法、氣浮法、蒸汽冷凝法等。

2）化學法。化學法就是在污水中加入某種化學試劑，利用化學反應來分離或者轉化污水中的雜質及有毒物質，常用的化學法有中和法、吸附法、混凝法、化學沉淀法、化學氧化法、離子交換法等。

3）生物法。生物法就是利用某種微生物分解廢水中的某種特定有機污染物，根據微生物的類別，生物法可以分為好氧生物處理和厭氧生物處理。

上述污水處理方法是我國常用的污水處理技術，這類污水處理方法的效果差、成本高，有些處理手段可能出現二次污染等問題，降低了污水處理的效果。而納米技術的出現，以及其在水處理中的研究發展，可以提高污水處理技術水平。

2 納米技術和納米材料在世界的發展情況

納米材料和納米技術的出現，給未來高新技術的發展提供了一個很好的研究手段，各個國家都非常重視納米技術的研究。美國國家基金委員會（NSF）在1998年對納米功能材料進行了大量研究，并對其加工和合成作為重要的基礎研究項目；日本在近7年以來制定了大量的納米科技研究項目，如Oglala計劃、量子功能器件的原理研究等；德國科研技術委員會也制定了發展納米科技的計劃。這都說明國外對納米材料的研究都非常重視，在今后一段時間內都是國際研究熱點和方向。

我國從“八五”期間以來，對納米材料的研究取得了非常豐富的成果：如：①大面積定向碳管陣列合成；②超長納米碳管；③硅襯底上納米管陣列等，但是我國納米科技水平與國外還是有一些差距的，尤其是歐美國家，但是由于我國科研隊伍梯隊完善，基礎研究在國際上也具有一定地位，為我國納米材料研究奠定的基礎。

3 納米催化劑在水處理中的應用

1）納米材料作催化劑的優點及光催化原理。納米材料的尺寸非常小，1 nm=10-9 m，這么小的顆粒比表面積非常大，并且顆粒表面的鍵態與電子態與顆粒內部有很大區別，表面原子配位不全會導致表面的活性位置增加，表現出催化特性。對納米材料表面特性進行研究發現，隨著粒徑的減少，表面光滑程度變差，形成了凹凸不平的原子臺階，提高了水處理中化學反應的接觸面。研究學者對超微粒進行研究發現，其作為催化劑能夠提高化學反應的效果。光催化材料具有無污染，使用方便、節約能源等優點，其中半導體的光催化效應是指：在光的照射下，價帶電子躍遷到導帶，價帶的孔穴會將周圍環境的羥基電子吸引過來，使得羥基變為自由基，成為強氧化劑，將酯類最終變成CO2，保證有機物能夠完全降解，但是采用這種光催化劑在催化過程中半導體的能隙不能太寬也不能太窄，否者光催化效應的效果不好。

2）TiO2光催化劑的優缺點和納米TiO2的優勢。TiO2具有良好的光催化效果，是水處理常用的光催化劑，其主要特點為：催化條件簡單，只需要太陽光即可，光催化劑吸收太陽光中的紫外線，表現出較強的氧化性；在酸堿性變化較大的污水中也能保證穩定性；污水處理中不產生有毒物質和有毒氣體。

但是由于TiO2的禁帶寬度為3.2 eV，只能吸收太陽光中波長＜387 nm的紫外線，光利用率低，另外TiO2的光量子效率也很低，有待進一步提高。研究學者發現納米TiO2材料比一般的半導體材料的催化效果好，主要是因為：①由于量子尺寸效應使得導電和價帶能級變成了分立級能，能隙變寬，導電電位變得更低，但是價帶電位變得更高，使得納米材料表現出更強的氧化效果和還原能力；②由于納米半導體粒子的粒徑非常小，能夠通過擴展效應從粒子內遷移到表面，有利于得到或失去電子，保證氧化反應的正常進行。

3）納米TiO2在水處理中的應用。納米科技的發展為人類治理環境開辟了一條行之有效的新途徑。

①有機污染物的處理。在太陽光的照射下，納米TiO2通過產生的電子和空穴，表現出強還原性和氧化性，提高有機物降解的速度，氧化的產物為CO2、H2O等一些簡單的無機物。目前納米TiO2能夠氧化一些脂肪酸、芳香酸和酚類等有機物，也能降解燃料、除草劑、殺蟲劑和表面活性劑等一類物質。在利用納米材料進行光催化過程中，納米TiO2作為空心小球，當有機物通過這些小球時就會附著在上面，利用太陽光中的紫外線完成降解過程。

②無機污染物的處理。除有機物外，許多無機物在納米表面也具有光化學活性，例如對Cr2O72-離子水溶液的處理，利用TiO2懸浮粉末經光照將Cr2O72-還原為Cr3+對含氰廢水的處理，以TiO2光催化劑將CN-氧化為OCN-，再進一步反應生成CO2、N和NO3-；用Ti02光催化法可從Au(CN)4中還原Au，同時氧化CN-為NH3和CO2，該法可用于電鍍工業廢水的處理。不僅能還原鍍液中的貴金屬，而且還能消除鍍液中氰化物對環境的污染，是一種有實用價值的處理方法。大量試驗結果表明，納米TiO2光催化反應對于工業廢水具有很強的處理能力。但值得一提的是，由于光催化反應是基于體系對光能量的吸收，因此要求被處理體系具有良好的透光性。對于高濃度的工業廢水，若雜質多、濁度高、透光性差。反應則難以進行。因此該方法在實際廢水處理中，適用于后期的深度處理。

③微生物的滅殺。納米TiO2微粒本身對微生物無毒性，當他們聚集在一起形成一定規模后才會對微生物造成一定危害。納米TiO2光催化可以通過直接或間接方式消滅微生物，直接方式主要是利用太陽光激發TiO2，使得納米材料出現光生電子和光生空穴，直接導致細胞壁、細胞膜破損，細胞因為功能性單元失活而出現細胞壞死。在懸浮液體中，TiO2顆粒可以吸附在微生物的表面，或者被生物體細胞吞噬，這些納米TiO2顆粒利用產生的光生空穴和活性氧化直接與細胞內的組分發生化學反應，使得細胞失活。由于太陽光激發TiO2顆粒產生空穴具有非常強的氧化效果，并且生成的活性物質具有很強的反應活性。因此，不論是在懸浮液中還是在光陽極表面，太陽光激發TiO2顆粒均能夠殺死乳酸桿菌、面包酵母菌、大腸桿菌以及海拉細胞、T24細胞等。

納米技術作為21世紀前沿科學能夠在環境保護中表現出極大的應用前景，可以預見，隨著納米技術研究的不斷深入和實用化進程的加快，納米水處理技術將在本世紀得到充分的發展，在污水處理中取得令人振奮的成果。

參考文獻

[1]喬仁桂,崔德明,納米技術的發展及納米催化劑在水處理中的應用[J].能源與環境,2007.

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關鍵詞 納米材料 課程設計 教學方法 評價機制

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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月在美國巴爾的摩召開了第一屆納米科學技術學術會議，正式把納米材料作為材料科學的一個新分支公布于世，從而納米材料科學作為一個相對比較獨立的學科誕生。①本文結合納米材料課程的特點、重要性以及教學經驗，擬從課程教學內容的安排、教學方法的選取以及評價機制的確定三個方面對高等院校材料類專業本科生進行納米材料課程教學改革進行探討。

1 課程特點概述

相比于其它發展相對成熟的課程，納米材料是一門前瞻性、創新性、專業性和實踐性很強的課程，涉及物理、化學、材料、生物、能源等領域，具有涵蓋范圍廣、知識點復雜、概念抽象以及知識更新快的特點。②傳統的課堂教學模式不能滿足課程的教學要求，傳統的教學方法和教學手段也不能很好地滿足納米材料課程的教學要求。比如在教材選擇方面，由于納米材料是一門交叉學科，涵蓋的領域眾多，再加上知識更新速度快，教材的更新速度跟不上知識點內容的更新速度，所以采用單一的教材、沿襲傳統的教學方法講授納米材料這門課程很難達到課程教學目標。因此，根據該課程特點，合理地安排教學內容，恰當地選擇教學模式和評價機制，對于完成納米材料課程教學目標具有重要意義。

2 教學內容的安排

納米材料課程涵蓋了納米科技的整個領域，它的內容多、范圍廣、更新快等特點，且需要在規定的課時內將整個納米材料領域講授給學生，這就需要教學內容條理清晰，重點突出，邏輯性強，同時要結合納米材料最新研究進展，以點帶面，合理優化課堂教學結構。因此，筆者從廣度和深度的統一、基礎與前沿的兼顧、新舊內容的銜接等方面考慮，合理安排教學內容。具體如下：（1）納米材料的概念：從納米材料的新奇特性開始，引入納米材料的基本概念、發展史、分類方法，在內容編排上注重引入最新研究成果，激發學生的學習興趣。（2）納米材料的結構和基本效應：該部分內容是理解納米材料特殊性質的基礎，也是該課程的重點、難點。在講述過程中，結合納米材料應用實例（如：納米二氧化鈦光催化特性的原因及相關應用等），加深學生對納米材料特性的理解和掌握。（3）納米材料的制備方法及表征手段：納米材料的制備方法主要有：氣相法、液相法和固相法。氣相法中重點講述物理氣相法和化學氣相法的原理及特點。液相法中重點講述共沉淀法、水熱法、溶膠―凝膠法的原理及應用條件等。在固相法中重點講述機械粉碎法和固相反應法的特點。納米材料的主要分析測試手段包括：掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、激光粒度儀等，重點講述測試儀器的原理、優缺點及使用范圍，讓學生掌握納米材料的分析表征的主要方法。（4）納米材料的理化特性及應用領域：回憶前面納米材料結構和基本效應的學習，引出納米材料的理化特性，以微觀結構―特殊效應―特殊功能―應用領域為思路，使學生認識納米材料的重要性，同時啟發學生深入思考，進而深入掌握納米材料的理化特性。（5）納米材料最新研究進展：根據納米材料的最新研究動態，讓學生了解國際最新研究熱點。

3 教學方法的選取

（1）多種教學方法和手段相結合，激發學生興趣。“學起于思，思起于疑”，通過巧妙設疑，激發學生的學習主動性和積極性。如在講述納米材料基本理論知識時，可以從生活中一些常見現象啟發學生思考：出淤泥而不染的荷葉為什么具有自清潔功能？美麗的紫銅在尺寸小到一定程度為什么會變為黑色？通過這種情景設置啟發學生思考，尋求答案，對于其中的難點再予以解釋。另外，針對納米材料課程內容多，涉及范圍廣的特點，利用多媒體集圖、文、聲、像等于一體的優點，將大量的課程內容以豐富多彩的形式呈現給學生，激發他們學習的興趣。（2）加強師生交流，建立以“學生為主體”的教學模式。結合課程內容，將學生分為多個小組。學生根據課程要求以及興趣，自主查閱文獻資料，通過PPT形式與大家進行課堂交流。在此基礎上，針對學生遇到的疑點、難點，加以詳細講解。這種充分發揮學生主體的教學模式可以有效地提高學生自主學習及探索能力。（3）科研工作與教學內容緊密結合，提高學生綜合能力。科研工作與教學內容緊密結合，使學生參與一定科研項目，是一個雙贏舉措。對于學生來講，不僅可以加深課堂上對于納米材料理論知識的學習，同時可以鍛煉學生的動手能力，培養他們發現問題、解決問題的能力，激發學生的創新思維能力等。③筆者把自己科研工作中納米二氧化鈦納米球、納米管等的掃描電子顯微鏡圖片通過多媒體形式與學生分享。通過帶領學生進入實驗室，參與納米二氧化鈦的制備、表征以及光催化性能研究，讓學生了解影響二氧化鈦形貌的因素、光催化特性的原理以及掃描電子顯微鏡的原理和方法，熟悉電鏡樣品的制樣過程和方法，為學生今后從事納米材料方面的學習奠定基礎。

4 評價機制的確定

本課程的考核方式和成績評定具體如下：（1）考核方式：讓學生查閱資料、做PPT，介紹納米材料制備、性能及相關應用，在PPT匯報的同時，撰寫綜述。（2）成績評定：平時成績（出勤情況及上課表現）占20%，學生做PPT及演講情況占40%，綜述占40%。這種靈活的考核評價模式可以充分調動學生的積極性，以不同于閉卷考試的形式檢驗學生對納米材料相關知識的掌握情況，同時使學生了解納米科技前沿，培養學生的綜合能力。

5 結束語

納米科學技術作為科學技術的重要分支，它的發展必然推動社會的進步。而納米材料是納米科學技術的基礎，對納米材料的學習，是適應未來社會對材料專業人才的需要。本文結合納米材料課程的特點，從教學內容的安排，到教學方法的選取和評價體制的確定三方面對高等院校材料類本科專業進行納米材料課程教學改革進行了探討。實踐證明，這些方法和模式有助于加強師生交流，發揮學生的學習主體作用，使學生不僅掌握納米材料相關知識，并能運用相關知識分析、解決問題，提高學生的綜合能力。

注釋

① 陳敬中.納米材料科學導論[M].高等教育出版社，2006.

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關鍵詞：高分子 材料阻燃技術 應用 發展

中圖分類號：TQ31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0198-02

高分子可燃材料具有優良的性能，其應用的范圍也越來越廣，特別是在建筑、交通、家具、電子電器等行業領域被大量使用，美化和方便了人們的環境和生活，獲得了顯著的經濟效和社會效益，已逐漸代替傳統材料。然而大多數該分子材料都易燃、可燃材料，在燃燒時熱釋放速率快、火焰傳播速度快、發熱量高、不易熄滅，還產生大量濃煙和有毒氣體。隨著高分子材料的廣泛應用，其潛在的火災危險性大大增加，因而如何提高高分子材料的阻燃性能，成為當前消防工作急需解決的一個問題。

1 高分子阻燃技術應用

1.1 高分子阻燃材料分類

關于阻燃高分子材料目前尚無明確分類，通常可按照獲取阻燃性能的方式劃分，可將其分為本質阻燃高分子材料和非本質阻燃材料兩種。一種是材料本身具有阻燃性；另一種是通過加入添加阻燃劑獲得阻燃性能。非本質阻燃材料可根據阻燃劑添加方式分為添加型阻燃高分子材料和反應型高分子材料。所謂添加型阻燃高分子材料，即在高聚物加工過程中，將阻燃劑以物理方式分散于基材中而賦予材料的阻燃性；反應型阻燃高分子材料的阻燃劑是在高聚物的合成中加入的，它作為一種單體參與反應，并結合到高聚物的主鏈或支鏈上，使高聚物含有阻燃成分[1]。

1.2 高分子阻燃技術

阻燃劑是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰傳播的助劑。在現代化社會中，阻燃劑具有著諸多的類型，旨在能夠為了切實滿足不同環境下的防火需求，就其所包含的類型來看，主要可以分為以下3種。

第一種，是有機阻燃劑，主要用于針對有機物的燃燒預防，比如包括磷酸酯、鹵系和紡織物等等，具有著耐久性的特點。

第二種為無機鹽類阻燃劑，包括的產品主要有氯化銨、氫氧化鋁等等材料，這種類型的阻燃劑具有著無煙、無毒與無害的優勢，因此成為了目前應用領域最為廣泛的一種阻燃劑。

第三種為有機和無機混合類型的阻燃劑，這種類型的阻燃劑通常被科學界認為是無機阻燃劑的升級版，擁有著和無機阻燃劑同等的優勢，但相對來說具有著較高的成本，因此并未普及應用。而從不同阻燃劑的阻燃元素上看，又可以劃分為幾種，包括鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑和硅系阻燃劑等，其各自有著相應的優勢和缺點，但依然憑借著不同的特點被廣泛應用于不同的防火領域當中[2]。

受到近些年科學技術飛速發展的影響，高分子材料的阻燃技術水平也獲得了突破性的發展，包括阻燃劑微膠囊技術、交聯與接枝改性等等，無論是何種新技術的應用，其作用原理都大體相一致，區別主要在于對人工合成技術的依賴程度有所不同，最明顯的技術優勢更是在于對傳統材料阻燃之后所產生的有毒有害氣體的轉化，最具代表性的便是現代阻燃技術領域的納米技術應用，不僅能夠有效降低阻燃過程中各類反應對環境的污染，同時更憑借較高的技術水平全面提高了阻燃技術的安全性。

1.3 高分子材料燃燒及阻燃技術應用機理

高分子材料在空氣中受熱時，會分解生成揮發性可燃物，當可燃物濃度和體系溫度足夠高時，即可燃燒。所以高分子材料的燃燒可分為熱氧降解和燃燒兩個過程，涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產物在固相及氣相中的擴散、與空氣混合形成氧化反應場及氣相中的鏈式燃燒反應等一系列環節。當高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解，且分解產生的可燃物達到一定濃度，同時體系被加熱到點燃溫度后，燃燒才能發生。而己被點燃的高分子材料在點燃源穩定后能否繼續燃燒則取決于燃燒過程的熱量平衡。當供給燃燒產生的熱量等于或大于燃燒過程各階段所需的總熱量時，高分子材料燃燒才能繼續，否則將中止或熄滅。從高分子材料的燃燒機理可看出，阻燃作用的本質是通過減緩或阻止其中一個或幾個要素實現的。其中包括6個方面：提高材料熱穩定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護膜、吸收熱量、形成重質氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。目前常采用的阻燃劑行為主要是通過冷卻、稀釋、形成隔離膜的物理途徑和終止自由基的化學途徑來實現。燃燒和阻燃都是十分復雜的過程，涉及很多影響和制約因素，將一種阻燃體系的阻燃機理嚴格劃分為某一種是很難的，一種阻燃體系往往是幾種阻燃機理同時起作用[3]。

2 高分子材料阻燃技術的研發動向分析

2.1 高分子材料阻燃技術的現代化發展體現

在現代工業領域當中，阻燃材料憑借著自身所具有的阻燃優勢，已經獲得了越來越廣泛的發展前景。傳統的添加阻燃劑，在熱量不斷加升的同時，其有毒氣體也將被釋放出來，產生有毒氣體將會嚴重危害心肺功能，因此，在傳統阻燃劑中，也相應增加了磷酸酯等化學物質，以便于通過磷酸酯來提升材質的氣體吸附能力，相比較來講磷氮化合物擁有更加高等的吸附能力，正是由于添加型阻燃劑中存在以上不同的化學物質，因此，阻燃劑安全系數也將被提升。由此也就確定了磷系阻燃劑的地位。伴隨著現代技術的發展各類阻燃產品均獲得了良好的發展應用空間，各類阻燃產品的優勢也開始越來越突出，由于阻燃材質中的阻燃性能受到影響，才最終達到阻燃的實際效果。相對來講，阻燃技術也通過阻燃劑的化學功能，改變其傳統的分子結構，以至于實現阻燃價值。因此，阻燃技術應具備一定的高分子材料脫水碳化功能，并在此基礎上，吸收相關的有毒氣體，當值在材料燃燒中，產生有毒氣體，威脅相關人員的生命健康。對此應當進一步加大對現有阻燃劑的研發力度，并在科學技術的支撐作用下對現有的阻燃劑進行改善與功能領域的創新，使現有的阻燃劑能夠具備傳統的阻燃性能優勢，還同時具有更多的現代化功能比如耐熱、抗輻射等等[4]。

2.2 高分子阻燃材料的綠色發展趨勢

高分子阻燃材料的綠色發展方向已經開始被充分重視，其是社會的現代化發展需要，阻燃劑在各個行業領域當中的應用量有著明顯的增加，所有新材料與新產品的更新換代頻率都在不斷加速。而與此同時，人們的環保意識也在不斷提升，因此，阻燃劑的技術發展方向也開始逐漸趨向于綠色化發展。尤其是近些年社會開始重點關注對可持續發展的建設，由此直接決定了阻燃劑的發展需要契合生態的關系。目前，國際當中已有一部分發達國家開始致力于從環保角度出發來限制對污染環境阻燃劑的生產與使用，該文認為，這樣的現狀本質上也是對人們生命財產安全負責的另一種形式。不可否認，中國作為生產制造大國，高分子產業的發展具有著顯赫的地位，在國際阻燃材料飛速發展的大勢所趨之下，消防部門同時出臺了新的規定，旨在為阻燃材料的科學化更新提供明確的方向指引。在當前市場競爭激烈的形式下，阻燃技術的開發在外界的推動下有了技術上的提高。尤其是低毒低煙、無鹵高效的環保阻燃劑更是起到了不可估量的作用。綜上，不管是鹵系阻燃劑還是無鹵阻燃劑，其必然趨勢都是向環保型無鹵阻燃劑發展，發展方向都以低毒化、環保化、高效化、多功能化為主[5]。

3 高分子材料阻燃技術的優化改革動向

當前，對于阻燃技術的研究，我國還有待加強，在相關技術研發力度，以及自主研發等環節，相對于國外先機技術仍然存在較大的進步空間。但根據我國當前研發技術來講，已經較傳統技術提升了許多。近些年國家積極進行科研技術支持，在研究經費中，研究技術中，積極給予幫助，使得各項技術研發工作中逐漸擴大，研發力度也逐漸加深，在國家技術支持上，當前各項技術研發應用皆取得了良好的成績，阻燃技術便是其中一項，在國家的扶持幫助下，阻燃技術應用價值逐漸得到挖掘，阻燃技術研發也漸漸深入到人們的視野之中。

由從傳統阻燃技術當前的阻燃技術研發，期間經歷中眾多變遷，最早阻燃技術是由物理作用的幫助喜愛，實現對氧氣的阻隔，最終達到阻燃的效果，當前新型阻燃技術的研發，使得性質阻燃上升至化學反應界面中，通過對材質化學分子的改變，使得可燃性材質逐漸具備阻燃技術，從融合阻燃逐漸轉變成為無機阻燃，并在阻燃技術研發的過程中，更加注重了對有害有毒物質的處理，通過添加可吸附分子，將有毒有害物質進行吸附，在實現了阻燃技能的基礎上，實現了無污染的目標。這種科技研發的成果符合了綠色發展以及可持續發展理念的要求。當前在阻燃技術研發中，微膠囊技術、納米技術等其他技術的影響，使得可燃材料的阻燃效果大大得到提升，阻燃性能也隨著阻燃效果不斷變化。在阻燃技術應用中，復合型材料的應用也為阻燃技術提供了發展方向。

該文認為，在今后的發展中，隨著阻燃技術的提升，阻燃性能的變化，必將使阻燃形態以及其他性能達到提高，并在科研技術的研發過程中，隨著可持續發展理念的貫徹，堅信可燃材料阻燃技能將會更加環保。

4 結論

綜上所述，通過對阻燃技術的研究可知，阻燃技術經歷了從物理阻燃向化學阻燃技能的轉變，在化學阻燃中高分子材料阻燃功能得到了有效的提升。隨著阻燃技術研發的不斷加深，我們堅信，阻燃材料的發展也會與之相適應，產品結構也會相應調整，我們必然會找到解決的辦法，開發出符合人們需求的高分子阻燃材料。

參考文獻

[1] 郭永吉.高分子材料阻燃技術的應用及發展探究[J].江西化工，2014（4）：208-209.

[2] 郭曉林，李娟，李瑩.擠塑聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃技術現狀與發展趨勢[J].中國塑料，2014（12）：6-11.

[3] 高建衛.我國建筑保溫技術進展及存在問題分析[J].材料導報，2013（S1）：276-280，284.

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一、污水處理廠惡臭氣體污染概述

污水處理廠承載著對高濃度不能達標排放的污染廢水人工強化處理，最大限度的對環境污染破壞的作用，由于污水處理廠是高濃度污染物的匯集地，污染物種類復雜，性質各異，在污水處理過程中，一部分污染物會以氣體形式或是直接揮發或是轉化為其他氣體物質散出，尤其是散出的一些惡臭氣體，不僅在感官上令人不愉快，同時對人體造成嚴重的危害，給廠區工作人員和周邊居民都帶來嚴重的不良影響。

在污水處理廠的運行過程中，污水本身溶解有惡臭氣體；個別工藝要求對構筑物內的污水進行曝氣和攪動，會使水中溶解的一些惡臭氣體揮發出來，從而產生了惡臭氣味；在污水處理的末端污泥處理過程中也會散發出濃度極高的惡臭污染氣體。散發的惡臭氣體污染物往往不是單一穩定的物質，尤其是化工、煉油等污水處理廠，常常是多種復雜惡臭物質共同作用，而且由于部分惡臭嗅成分復雜，閾值極低，擴散迅速，使得治理難度極大。

二、惡臭物質的來源

1.自然發生源

植物蛋白質分解會產生腐敗的惡臭，污水和沼澤產生魚臭和青草臭，火山噴發產生硫磺惡臭。還有很多有機質在厭氧條件下都會散發出各種惡臭；世界上每年自然發生的硫化氫陸地約為6×107～8×107t，海面約為3×107t。

2.人工發生源

主要分為生活和生產兩種。生活包括垃圾，污水廠，排泄物等。

惡臭氣體主要產生在污水處理過程中的排污泵站、進水格柵、嚗氣沉沙池、初沉池等處，污泥處理過程中的污泥濃縮、脫水干化、轉運等處；垃圾處理過程中的堆肥處理、填埋、焚燒、轉運等處， 生產包括石油天然氣煉制，制藥，造紙食品加工，飼料加工等等行業。

例如硫化氫主要來源于煉油，煉焦，天然氣，糞便處理，污水處理廠等；硫醇主要來源于農藥、煤氣、合成橡膠，牛皮紙漿等；胺類主要產生于水產加工、皮革、骨膠、油脂化工及飼料等行業。

三、污水處理廠惡臭氣體的組分、危害及種類

污水廠無組織惡臭氣體主要包括H2S，NH3，VOCs揮發性有機化合物；惡臭氣體對人體產生各種危害，長期在含有惡臭氣體的環境中工作生活的職工患有呼吸系統疾病的概率遠遠高于其他崗位的職工。對污水處理廠惡臭廢氣的處理，不僅僅是企業內部的要求，更重要的是使公眾滿意，使經濟效益、環境效益和社會效益協調統一，實現經濟和環境的和諧發展。

惡臭物質的種類有很多，迄今人類能感覺到的惡臭物質有4000多種，大致有芳香性臭氣，植物性臭味，土臭及霉臭，魚臭，藥品及試劑型臭氣，金屬型臭味，腐敗性臭氣等等。

四、惡臭污染特點

1.以混合物的形式存在，很多物質都能產生惡臭；例如香煙煙氣中一測定出上千種成分。

2.屬于感覺性公害，是心理上的反應，有很強的主觀因素；

3.人的感官是很敏感的，大大低于儀器的檢測限度；例如三甲胺的嗅閾值0.03*10-9 ；

4.惡臭的各成分會有疊加或削減的作用，混合后也許更強，也可能降低了惡臭濃度；

5.有害氣體對人體的影響與濃度成正比，但惡臭卻不同。惡臭的感覺量與人的嗅閾刺激量的對數成正比，可用韋伯-費希納公式和史蒂文斯公式表征；

6.個別惡臭物質的氣味性質與濃度有關；例如吲哚在高濃度下是糞便味，濃度低時卻表現出花香味；

五、惡臭對人類的影響

世界衛生組織（WTO）規定，根據有毒有害氣體的強度和濃度可對人體造成幾種程度的影響：

1.直接影響和間接影響；產生呼吸系統、消化系統、神經系統等疾病；對植物構成危害，給動物和人類造成間接影響。

2.引起人體生理機能的障礙和病變，縮短生命。

3.使受污染的人群發生急性病并引起死亡。

六、惡臭對社會和經濟的影響

對社會的影響是造成居住環境惡化，上訪事件頻發導致社會不和諧；遼寧省某城市由于污水廠散發的惡臭氣體導致周邊新開發的小區無人居住，售價直線下降，經過市環保局的協調，污水廠所屬企業委托北京沃太斯做了惡臭治理一年后后，樓價回升，入住率達90以上，無上訪事件；遼寧省某化工企業的污水處理廠散發的惡臭氣體一直影響周邊居民的正常生活和工作，多次到所屬企業集體上訪，并要求上千萬元的賠償；2010年企業投資2700多萬元進行了徹底的惡臭氣體處理，完全解決了周邊民事糾紛，為當地的百姓做了一件大好事，也給企業帶來了好的聲譽。此外惡臭污染使排污企業的防護距離增加，周邊的土地利用率降低，造成不必要的浪費；嚴重的惡臭污染會破壞當地的生態環境。

對經濟的影響表現在旅游區的環境受到影響后，收入直接下降；商業區的購買力會受到惡臭的影響；區域環境空氣不好回影響外來投資等等。

七、惡臭污染處理技術

國外早在20世紀50年代末便開始了惡臭氣體污染治理的研究，并積累了豐富的理論知識和實踐經驗。我國20世紀80年代才開展惡臭氣體污染的調查、測試和標準方面的研究，而對脫臭技術的研究則是從20世紀90年代才開始進行。目前，國內外幾種常見的處理工藝有：吸收（附）法、熱氧化（氧化反應、燃燒、催化燃燒）法、低溫等離子法、UV紫外線（光量子、納米技術協同光量子技術）法和固定化生物載體法等，每種除臭方法各有不同的特點、適用范圍及局限性。

惡臭氣體處理方法各有優缺點，縱觀幾種治理技術，生物法因能高效分解有機臭氣，經濟且無二次污染，因此是除臭技術的主要發展方向。

通過多年來的生物法處理有害氣體的工程實踐，生物處理技術具有：處理容量大、抗負荷沖擊性強、氣流分布均勻、核心系統操作維護簡單、設備故障率低、處理效果穩定等特點，尤其是在市政污水廠這種大風量、低濃度、氣體濕度較大、成分相對復雜的污染氣體的工況下得到大量應用。

篇5

電子鼻迄今為止已應用于食品工業、環境檢測、醫療衛生、藥品工業、安全保障、公安與軍事等領域[6]。在食品工業中，它主要用在果蔬成熟度及新鮮度檢測（含貨架期評價）、肉品鮮度（可進行生產在線監控）及發酵肉制品成熟度檢測、酒類鑒別（分類、分級）、飲料識別、茶葉審核、煙草原料選控及工序質監、香精識別、乳制品檢測、谷物貯藏害蟲檢測等方面[7-10]。由于這一快速檢測方法還便于實現谷物糧食安全的實時監測，能有效保障我國的儲糧質量，電子鼻在谷物檢測中的應用正受到全社會廣泛關注。對此，本文將從電子鼻起源、構成原理及其在谷物檢測分析中的應用展開介紹，為今后的相關研究提供參考。

電子鼻的簡介

電子鼻也稱氣味掃描儀，其概念最早是由英國Warwick大學的Persand和Dodd教授在1982年模仿哺乳動物嗅覺系統結構和機理，并對幾種有機揮發性氣體進行類別分析時提出。從1990年第一屆國際電子鼻學術會議成功舉辦至今，電子鼻的相關研究已成為全球熱點課題之一。目前較著名的商品化電子鼻系統有英國Neotronicssystem和AromaScansystem、德國Airsense系統、法國AlphaMOS系統、美國Cyranose、日本Frgaro及臺灣Smdll和KeenWeen等[5]。

電子鼻通常由氣敏傳感器陣列、信號處理系統和模式識別系統三大部分組成[11]。多個具有不同選擇性的傳感器組成作為電子鼻心臟的傳感器陣列，不同氣味分子將在其表面作用并將信息轉化為方便計算且與時間相關的可測物理信號組，以實現混合氣體的總體分析[12-14]。其組成應至少滿足以下兩個要求：一是氣敏傳感器應具有很高的靈敏度，以響應很小的氣味成分；二是氣敏傳感器的選擇性不應很高，以使其響應信號可綜合描述多種樣品，但又因其選擇性差異，能使不同傳感器有不同的響應值。按照氣敏傳感器敏感材料和陣列結構的不同，主要可分為金屬氧化物型傳感器、導電聚合物氣敏傳感器、質量傳感器及其陣列和L-B膜氣敏傳感器幾類，各優缺點如表1所示[11,13]：常用電子鼻的檢測示意圖如圖1所示[15]，圖中S1、S2至Sn為電子鼻內部的傳感器陣列。電子鼻檢測過程可描述為：(1)傳感器陣列與氣味分子反應后，經一系列物理化學變化產生電信號；(2)電信號經電子線路放大后轉換成數字信號，輸入計算機中進行數據處理；(3)處理后的信號通過模式識別系統，最后定性或定量地輸出對氣體成分的檢測結果[16]。越來越多研究證明，運用電子鼻技術進行氣味分析，有客觀、準確、快捷、重復性好等特點，是人和動物鼻子實現不了的。

信號預處理方法應根據實際應用的氣敏傳感器類型、模式識別方法和最終識別任務適當選取。主要有差分法、相對差分法、分式差動法、對數法、傳感器歸一化法及陣列歸一化法等[11]。

模式識別包括適合傳感器陣列響應信號的特征提取方法和模式識別方法兩方面，常用的模式識別方法有統計模式識別方法，包括主成分分析（PCA）、判別函數分析（DFA）、多元線性回歸（MLR）、偏最小二乘法（PLS）、聚類算法等（CA）、人工神經網絡(ANN，包括BP網絡、Kohonen網絡等)及進化神經網絡（ENN）技術等的方法[11,17-20]。

電子鼻在谷物中的應用現狀

作為人類主要糧食來源的谷物（包括稻米、小麥、玉米等），因其自身易在貯存中受到霉菌污染而霉爛變質，造成大量損失，甚至產生毒素，威脅人畜健康。目前，各國都在積極尋找快捷、高效的方法來開展各項有關谷物安全的研究，主要應用于以下幾個方面。

1997年瑞典Jonsson等用電子鼻（MOSFET傳感器陣列）檢測燕麥、黑麥、大麥和含有不同麥角固醇含量、真菌及細菌菌落的小麥加熱后的氣味，并用人工神經網絡（ANN）進行模式識別分析，從而簡便、快速和安全地區分糧食質量等級[21]。英國Evans等（2002）用導電聚合物傳感器陣列電子鼻進行的類似小麥污染物氣味研究表明，該電子鼻分級準確度可達92.3%[11,22]。此后，加拿大Abramson等（2003）用電子鼻檢測不同濕度（16%和20%）小麥揮發性物質的變化，表明所用電子鼻的12個傳感器中有9個能區別出兩種濕度的揮發性物質且與赭曲霉毒素A（OA）有相關性（r=0.84~0.87）[11,23]。美國Balasubramanian等人（2007）用Cyranose-320型電子鼻分析三種大麥樣品（干凈、自然污染鐮刀菌及人工接種鐮刀菌的對照樣品），并用線性判別（LDA）和二次判別法（QDA）分析，結果顯示刀切法交叉確認的2組大麥樣品（以麥角固醇含量3.0μg/g為界分組）總分類精度達86.8%，此法便于識別儲藏谷物的霉變損害[24]。此外，Olsson等（2002）和Paolesse等（2006）都將電子鼻結合氣質聯用儀（GC-MS）用于定量檢測或評價目標染菌樣品，前者研究發現電子鼻可區分出OA含量大于和小于5μg/kg（瑞典官方OA極值）的大麥，偏最小二乘法（PLS）可估計脫氧核糖核酸酶(DON)含量；GC-MS分析OA濃度比電子鼻更準確，OA濃度與谷物香氣間不存在相關性[11,25]。后者得出電子鼻可成為檢測谷物籽粒樣品中真菌污染率有效工具的結論[26]。我國鄒小波等（2004）研制出一套主要由一組厚膜金屬氧化錫氣體傳感器陣列和神經網絡（RBF）組成，能快速檢測谷物是否霉變的電子鼻裝置，并用其檢測小麥、水稻、玉米3種谷物。最終，RBF對霉變小麥、水稻識別的正確率達100%，對霉變玉米的識別正確率也達90%以上[11,27]。相似研究也見于張紅梅等（2007），其系統對稻谷霉變程度檢測有較高分析精度，PCA、LDA對菌落總數有較高預測精度[28]。此后，惠國華等（2011）研制出一套快速檢測糧食霉變的電子鼻系統，并連續7天檢測蕎麥、大麥和燕麥等的霉變程度，用隨機共振方法處理實驗數據，信噪比譜特征信息量化糧食霉變程度，以消除傳感器在高溫、長時間工作后引起的基線漂移，量化糧食霉變程度，提高檢測精度[29]。

美國Lan與我國Zheng等（2009），用Cyranose-320型電子鼻區分4種長粒大米樣品氣味，并探究電子鼻的最佳參數設置。其研究發現，傳感器數量的減少可縮短數據處理時間，建立一個特殊的應用程序利于降低儀器成本[30]。于慧春等（2012）用自行開發的電子鼻系統結合PCA分析、Fisher判別分析和BP神經網絡方法對4種同產地水稻進行區分后發現，BP神經網絡分類效果最好，測試正確率均達100%，PCA分析效果最差[31]。趙丹等（2012）也做了類似研究，并發現經PCA分析區分面包用小麥和饅頭面條用小麥的總貢獻率為85.6%，遠高于LDA的31.7%[32]。宋偉等（2012）用Fox4000型電子鼻檢測不同儲藏條件下的2010年粳稻，用PCA分析區分連續儲藏5個月的5份同種粳稻樣品，總貢獻率達99.284%，樣品建立的DFA判別因子分析數據模型可用于粳稻歸屬判別分析，識別正確率可達93%；PLS對樣品霉變程度的預測正確率可達100%[33]。胡桂仙等（2011）用PEN2電子鼻分析測定5種稻米（均分別制備成稻谷、糙米、精米和米飯4種樣品狀態）的質量、頂空空間、靜置時間等匹配試驗參數，分析后得出，儀器能較好地區分樣品，識別稻米的綜合揮發性物質狀態；10g樣品以200mL頂空空間、60min靜置時間測定時的電子鼻響應值相對較穩定；PCA和LDA法均對谷物狀態和精米狀態區分效果較佳，對米飯狀態區分欠佳[34]。

張紅梅等（2007）用PEN2型電子鼻對15種不同蟲害程度的同種小麥及5種不同儲藏年份的同種正常小麥進行檢測，并優化傳感器陣列，研究響應值與一些理化指標間的相關性。研究發現，電子鼻可成功區分不同儲存年份的小麥樣品；PCA分析適于傳感器陣列的優化，用于區分5種不同存儲時間的小麥時數據有很強的收斂性；優化后的傳感器陣列較優化前有更高的識別率[35,36]。王俊等（2010、2011）利用電子鼻與計算機組成的水稻蟲害快速檢測系統及氣質聯用儀（GC-MS）檢測接種有不同褐飛虱成蟲的水稻樣品，其研究表明電子鼻和GC-MS能檢測農作物的蟲害情況；培訓后的數據識別率高于92.5%，逐步判別分析（SDA）的識別率為70%，三層反向傳播神經網絡（BPNN）的模型預測值與真實值間線性相關系數超過0.78[37,38]。周博等（2011）還用同一電子鼻判別不同損傷類型的水稻植株，最終矢量量化網絡（LVQ）和BPNN模型識別正確率可達100%[39]。

龐林江（2005）利用PEN2型電子鼻檢測不同陳化程度的小麥品質，在優化傳感器陣列后，PCA法可成功辨別不同年份的小麥樣品，而LDA法則不太理想；用PLS模型預測有關指標的相關性系數可達0.8613；電子鼻檢測信號對小麥脂肪酸值、濕面筋含量、穩定時間、弱化度、彈性和拉力比數較為靈敏，對氣味綜合信息貢獻率較大[11]。偉利國等（2009）用自制電子鼻評價系統檢測5種不同活性的小麥，并用概率神經網絡進行模式識別處理后發現，該系統能快速、準確地評判小麥活性情況，識別率可達91%[40]。2.5評價谷物的蒸煮時間意大利Sinelli等（2006）用瑞典AppliedSensor公司3320型電子鼻及傅立葉近紅外光譜儀（NIRspectroscopy）評價3種米飯（碾磨米、半熟米、快煮米）的糊化時間，以提出建議蒸煮時間。其實驗結果表明，電子鼻能測出大米樣品在蒸煮過程中的最大芳香變化率（主要由米的品種決定），而NIR能準確測出樣品米最佳蒸煮時間；電子鼻、NIR測定大米的方法快速、簡便、客觀且可替代傳統感官分析和糊化時間的測定方法[41]。綜上所述，國內外在谷物上的研究主要集中在小麥、水稻、玉米中，且大多應用于新鮮度、儲藏過程蟲害監測、霉變或污染程度檢測及分級識別等方面。據相關研究的實驗對象，可統計得表2中顯示的研究狀況[11,21-41]。

展望