环境工程认识实习报告汇总.docx

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环境工程认识实习报告汇总

学科前沿讲座报告

学校：

昆明理工大学

学院：

环境科学与工程学院

专业：

学号：

姓名：

指导教师：

学科前沿讲座时间：

8月27日——9月7日

学科前沿讲座地点：

昆明理工大学呈贡校区多媒体教学楼205

目录

1.学科前沿讲座的目的和意义………………………………………………………1

2.工业固体废弃物磷石膏的产生及资源化趋势……………………………1

3.纳米材料及其运用………………………………………………………………………6

4.生命周期评价…………………………………………………………………………….10

5.固体氧化物燃料电池的研究与发展………………………………………….13

6.污水的化学指标.……………………………………………………………………….14

7.垃圾处理……………………………………………………………………………………18

8.光催化及其运用………………………………………………………………………..22

9.小结……………………………………………………………………………………….....23

致谢……………………………………………………………………………………………….24

1．学科前沿讲座的目的和意义：

学科前沿讲座是教学计划的主要部分。

专业前沿类讲座旨在帮助大家了解相关领域的学科前沿知识，更好地学习、思考。

它不仅在学术领域给我们打开了新的窗户，使我们眼前一亮，也为我们今后专业知识的学习做了一定的铺垫，让我们深知世界是无穷无尽的，宇宙之大，科学的力量是无穷的，即使是一个点，也还有很多方面值得拓展和探索，作为一名本科生，想要取得满意的结果和优异的成绩，我们所要做的就是倍加努力，汲取现有的知识，在新的领域开拓新的研究道路，积极探索，永不止步。

在短短两周的学习中，学院各知名老师不仅在学术领域给我们打开了新的窗户，使我们眼前一亮，而且他们还介绍了他们在工作学习中切身的体会及经验，提前向我们预警就业道路及工作生涯可能遇到的问题。

在每次短短的两小节课中我都被他们研究的这些东西深深吸引着，看到了世界面临的问题，科学家正在着力解决的问题，例如，工业废弃物磷石膏的产生及资源化趋势，纳米技术在环境保护领域的运用，固体氧化物燃料电池的研究与发展，生命周期评价和生态之城的垃圾处理。

虽然好多东西以我现在的水平还不能弄懂，但却让我看到我们专业的前景——只要努力学好知识，总有用武之地的。

由于时间限制和我们有限的知识水平，老师们都从大处着眼，为我们大概介绍了他们的研究方向和内容，同时还简单向我们介绍这些研究将来的实际意义。

总的来说，也许理论上逻辑上很专业的知识，我们没有学到多少，但老师们利用不到两个小时的时间，就基本上将一个新的领域在我们的脑海中勾勒了出来，使我们这些只知在学校死啃书本的同学也有机会现实了一回，真正了解到与百姓的生活有直接联系的科学研究，了解到我们的生活与科学技术息息相关。

学院的老师以自己丰富的学识和阅历向同学们展现了当今世界面临的环境、人口、能源问题以及固体资源化行业的发展趋势，引导同学们积极思考，使其收获颇多。

听完这个课，我感到责任重大，即使是一个点，也还有很多方面值得拓展和探索，作为一名当代大学生，想要取得满意的结果和优异的成绩，我们所要做的就是倍加努力，汲取现有的知识，在新的领域开拓新的研究道路，积极探索，永不止步

2.工业固体废弃物磷石膏的产生及资源化趋势【主讲老师：

董占能、李建锡】

随着资源的进一步开发利用，其副产也随之增多，工业副产磷石膏就是一个很大的问题。

现如今全世界工业副产磷石膏堆放总量已达56亿吨，每年会新增1.1亿～1.5亿吨，且新增数量在2025到2040年期间还会翻倍。

磷石膏的产生量将随着高浓度磷复肥产量的提高而大幅度增加。

由于磷石膏含有五氧化二磷、氟及游离酸等有害物质，如果任意排放会造成环境污染；设置堆场，不仅占地多、投资大、堆渣费用高，而且对堆场的地质条件要求高，磷石膏长期堆积还会引起地表水及地下水的污染。

2.1.磷石膏的产生

磷石膏是磷化工行业生产磷肥所排放的废渣，即用硫酸与磷矿石反应，湿法生产磷酸时的副产品。

其主要成分是CaSO4•2H2O，含有少量未分解的磷矿粉，未洗涤干净的磷酸、磷酸铁、磷酸铝和氟硅酸盐等杂质，经2~3次洗涤、过滤后以固体废弃物的形式排出。

磷石膏是生产磷肥中间产品磷酸的废渣，其主要化学成分是硫酸钙。

其反应为：

Ca5（PO）3F（磷矿）+H2SO4-H3PO4+2CaSO4（磷石膏）+HF

据统计，每生产一吨磷酸（100%P2O5）产生磷石膏5-6t（干基），实物量约7t。

磷石膏除含CaSO4外，还含有未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等多种杂质，这些杂质影响磷石膏的利用。

目前，绝大部分磷石膏被当作废物丢弃。

排出的磷石膏废渣一是占用大量土地，二是堆场投资大、运营费高，三是浪费了宝贵的硫资源，四是污染环境。

堆放渣场的容积和地基防渗处理要求严格，废渣安全处理的环境条件已成为建设磷肥厂选择厂址的制约因素，进而直接影响磷复肥工业的发展。

2.2.磷石膏的危害

磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为硫酸钙。

此外，磷石膏中还含砷、铜、锌、铁、锰、铅、镉、汞及放射性元素。

均极其微量，且大多数为不溶性固体，其危害性可忽略不计。

磷石膏中所含氟化物、游离磷酸、P2O5、磷酸盐等杂质是导致磷石膏在堆存过程中造成环境污染的主要因素。

磷石膏的大量堆存，不公侵占了土地资源，由于风蚀、雨蚀造成了大气、水系及土壤的污染。

长时间接触磷石膏，当然可能导致人的死亡或病变。

长期堆存的磷石膏所带来的环境风险是目前社会公众最为关注的问题。

磷石膏由于含有磷、氟及游离酸等物质而具有腐蚀性，长期堆存会污染渣场的土壤表层，进而破坏植被及生态环境。

越堆越多的磷石膏也给企业带来了沉重负担，甚至影响了一些磷肥企业的持续生产。

堆存磷石膏需要占用大量的土地资源，并且渣场维护和运营成本高昂，再加上环境和社会舆论压力，许多磷肥厂家为此负担沉重。

磷石膏杂质分两大类：

不溶性杂质：

如石英、未分解的磷灰石、不溶性P2O5、共晶P2O5、氟化物及氟、铝、镁的磷酸盐和硫酸盐。

可溶性杂质：

如水溶性P2O5，溶解度较低的氟化物和硫酸盐，此外，磷石膏中还含砷、铜、锌、铁、锰、铅、镉、汞及放射性元素。

均极其微量，且大多数为不溶性固体，其危害性可忽略不计。

磷石膏中所含氟化物、游离磷酸、P2O5、磷酸盐等杂质是导致磷石膏在堆存过程中造成环境污染的主要因素。

磷石膏的大量堆存，不仅侵占了土地资源，而且由于风蚀、雨蚀造成了大气、水系及土壤的污染。

长时间接触磷石膏，可能导致人的死亡或病变。

2.3.磷石膏的资源化利用

磷石膏的处理和利用虽然是我国乃至世界性的难题，同时也是企业界、科技界研究的热点，在不断的研究开发过程中产生了诸如生产硫酸联产水泥、石膏建材、肥料等有代表性的技术，推动了磷石膏资源化的技术进步。

目前国内外磷石膏利用技术上较成熟的用途如下图：

（1）磷石膏制建筑材料

磷石膏可用于生产石膏粉，石膏粉有不同的类型、性质和用途，其主要类型是半水硫酸钙和无水硫酸钙。

由半水硫酸钙和无水硫酸钙可生产各种石膏制品。

熟石膏粉又称建筑石膏粉，是生产装饰材料的主要原料。

目前，世界各国的消耗量都很大。

熟石膏粉主要有α一熟石膏粉和β一熟石膏粉两种，其生产过程通常分两步：

①脱除磷石膏中的杂质（主要是磷、氟、有机物）；②磷石膏热脱水得到以半水硫酸钙为主要成分的熟石膏粉。

国内磷石膏加工成建材用品的技术已经成熟，产品质量能够满足市场要求。

（2）装饰建材

纸面石膏板

纸面石膏板以熟石膏为原料，掺入纤维和添加剂混合搅拌成料浆，铺在上下护面纸之间构成芯材，经成型机辊压成规定尺寸的板材。

麦草石膏板

麦草石膏板是以熟石膏为胶凝材料，麦秸或稻草为增强材料复合而成，是一种很有发展前景的新型绿色建材。

麦草石膏板质轻、强度高、隔热、隔声、防火等优良性能，且装饰施工性能好。

以磷石膏和稻草等为原料生产出稻草纤维石膏板，并用高分子聚合物进行改性处理，板材的防水性能和抗弯强度都有明显增强。

石膏隔墙板

石膏隔墙板具有密度小、耐火性能好、可加工性及装饰性好，具有呼吸性能，可调节室内微气候，是一种质优价廉的新型轻质隔墙板材。

无水石膏胶结料

将磷石膏煅烧成无水石膏，同时除去有机物和共晶磷，在其活性激发的基础上，用无机活性材料改性，可制得无水石膏胶结料。

该无水石膏胶结料具有轻质、不燃、强度高、耐水性好、体积稳定性好等特点，适用于生产轻质墙体及配制抹灰和建筑砂浆。

（3）墙体材料

磷石膏烧结砖

由于现有的黏土砖耗用大量耕地而被国家明令限制，磷石膏烧结砖成为有发展前途的墙体材料。

磷石膏烧结砖是以磷石膏为主要原料（磷石膏用量可达60％以上），掺入少量的添加剂，经混合、成型、烧结而成，其制砖工艺与普通黏土砖相似，可在砖瓦厂生产。

磷石膏免烧砖

以磷石膏为主要原料，水泥等为黏结剂，经过加压成型、养护后得到磷石膏免烧砖。

也有以磷石膏为主料，铁渣、黄磷渣、炉渣为辅料，经混合制砖得到磷石膏免烧砖。

以工业废渣磷石膏为原料，水泥或熟石膏为添加剂，原料配合比（质量分数）为磷石膏60％一85％、砂子5％一30％、水泥或熟石膏3％一16％，制得磷石膏免烧砖。

（4）水泥及水泥缓凝剂

硫铝酸盐水泥

硫铝酸盐水泥是一种低碱度水泥，具有早强、快硬、抗裂、防腐等特殊功能，其高抗冻性能是普通硅酸盐水泥的5倍以上，高抗渗透性能是普通硅酸盐水泥的2倍以上。

硫铝酸盐水泥以石灰石、矾土和磷石膏为原料，在立窑中烧制成硫铝酸盐水泥熟料[熟料的主要矿物为无水硫铝酸钙（约占65％）和硅酸三钙（约占25％）]，并外掺磷石膏和石灰石磨制而成。

有研究表明，掺入磷石膏可改善水泥生料的易磨性和易浇性，使生料和熟料产量都有提高，并可改善熟料的凝结特性，随着磷石膏掺入量的增加，熟料的早期强度有下降的趋势。

磷石膏制硫酸联产硅酸盐水泥

20世纪六七十年代欧洲开发出转窑法煤还原磷石膏制硫酸联产硅酸盐水泥磷石膏生产硫酸联产水泥的工艺。

磷石膏生料的煅烧是该生产的关键，即既要制得S02浓度高且稳定、符合硫酸生产的窑气，又要得到符合要求的熟料以生产高标号水泥。

生料在回转窑中一般要经过脱水预热（600K）、还原分解（1400K）和烧成（1700K）三个阶段，其回转窑控制关键是温度和气氛，应保持弱氧化性气氛，一般控制出口窑气中φ（O2）＝0.6％～0.8％。

水泥缓凝剂

磷石膏作水泥缓凝剂存在以下缺陷：

含少量游离酸、氟化物，使水泥的凝结时间延长，水泥强度降低；为粉末状，流动性能差；含游离水（H20）＝20％，在水泥磨中容易糊磨。

与天然石膏相比，采用磷石膏制水泥缓凝剂可提高水泥强度、降低生产成本。

（5）筑路材料

用磷石膏对二灰土（用石灰、粉煤灰作固化剂稳定土料）进行增强改性，生产出一种“高性能的磷石膏二灰稳定土半干性基层材料”，可有效避免二灰土作路面基层其早期强度低的缺点，还能进一步改善二灰土的抗裂性，该筑路材料的推广应用可大量消耗磷石膏。

（6）用磷石膏制新型建筑材料

石膏基导电材料

在净化处理后的磷石膏中掺入导电物质（如导电聚合物、石墨等）以制成石膏基导电材料，可作为屏蔽电磁波、电热材料和耐热导电材料，以及用于建筑材料的光电转换、工业防静电、发热体、传导材料及隐身材料等。

石膏基磁性材料

采用特殊工艺将磁化粒子（如铁氧体类、稀土类等）复合于净化处理后的磷石膏中，使得磁化粒子在制品中定向排列，从而制成石膏基磁性材料。

这些材料的应用将使建筑物具有自动传感、自控调节及其他特殊功能，从而使建筑物较容易实现智能化和多功能化。

新型隔热材料

钙长石质中温隔热材料是一种导热系数小、隔热效益高、性能好的隔热材料，在西欧和日本等国应用广泛。

国内开发了利用工业废石膏制钙长石质中温隔热材料的工艺，为磷石膏的资源化利用开辟了一条新路。

（7）磷石膏的农业应用

改良盐碱土壤

盐碱地的形成主要是土壤积盐作用的结果，对农作物的危害表现在盐害和碱害。

利用磷石膏中的Ca2+和土壤中游离的碳酸氢钠、碳酸钠作用，生成碳酸氢钙、碳酸钙和硫酸钠，以降低土壤碱性，消除碳酸盐对作物的危害。

酸性深土的改良剂

与土壤酸度有关的，特别是高含量的代换性铝，对作物生长有不利影响，早已为科学工作者所注意。

所以酸性深土的改良尤为迫切，因为用石灰改良的方法既烦琐，又不易溶解，也不易深入心土层。

磷石膏含有一定量的氟，可与铝形成Al—F络合物，也可解除铝的毒性。

大量田间试验证明，磷石膏的试用由于Ca2+代换了Al3+，而降低了整个土壤剖面的代换性铝含量和铝饱和度。

由此说明施用磷石膏是最适合于改良深土层酸度的钙化合物。

磷石膏作为硫、钙、硅肥

磷石膏中含有农作物所必须的磷、硫、钙、硅等营养元素，对农作物有一定的增产作用。

制长效复合肥及其他肥料

磷石膏与碳酸氢铵、氨水混合施用能中和氨，起到一定的固氮保氮作用。

二水石膏和尿素在高湿度下混合，经加热干燥处理可制成吸湿性小而肥效比尿素还高的尿素石膏[CaSO4•4CO（NH2）2]，该肥料中氮释放速度比单一尿素降低50％。

将磷石膏在回转窑脱水，温度控制在120～160oC，时间5～20min，并将含有肥料组分（如尿素、硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、硫酸钾、磷酸铵、磷酸二氢钾、硫酸锌、硫酸锰等）的水溶液加入该脱水的磷石膏中，用搅拌机搅拌均匀，造粒机造粒，经干燥得到磷石膏长效复合肥。

2.4.磷石膏资源化利用存在的问题

（1）磷石膏的净化处理难度大、流程复杂

磷石膏所含杂质是影响磷石膏资源化利用的主要障碍。

不同湿法磷酸工艺产生的磷石膏所含的杂质种类和含量不同，它们还与生产磷酸时所用磷矿的种类和磷矿的具体成分有关。

应用较多的二水工艺副产的磷石膏杂质含量最多，半水一二水法或二水一半水法磷石膏中杂质含量就很少,磷石膏中杂质有P2O5、F一、A12O3、Fe2O3、SiO2、有机物及重金属铂、铜等，以及放射性的铀、镭、镉等：

磷石膏中杂质主要分为可溶性杂质、不溶性杂质和放射性物质。

杂质的存在会减慢制得的熟石膏水化时的凝固时间，降低制品的强度。

因此，要针对不同的磷石膏中杂质的种类和含量以及选择的磷石膏制品的标准来确定相应的净化工艺。

利用磷石膏的各种技术中都包含把磷石膏进行水洗分离杂质和中和游离酸的处理过程。

其后的脱水操作则和天然石膏的加工过程相同。

磷石膏中杂质并不是均匀地分布在磷石膏中，不同粒度的磷石膏中杂质含量存在显著差异，杂质的分布与磷石膏的粒径存在一定关系，粗颗粒磷石膏中杂质含量较高。

随着粒度的增大，可溶性磷、总磷、氟、有机物含量迅速增加，而共结晶磷含量随磷石膏粒度的增大而减少，说明可溶性磷、总磷、氟、有机物等主要集中在粗颗粒中，共结晶磷主要集中在细颗粒中。

因此可以通过筛分除去粗颗粒而改善磷石膏性能。

（2）磷石膏资源化利用的投资大、成本高，经济的可行性是最大的问题

作为资源的再生利用，磷石膏资源化利用一般投资规模大，运行成本高，给企业运转带来很大的影响。

如磷石膏生产硫酸并联产水泥工艺，不仅处理费用高，而且生产过程中还会产生二次污染，治理二次污染的费用一般企业难以承受。

磷石膏生产水泥缓凝剂由于受销售半径影响，给企业的市场带来很大的限制。

3.纳米材料及其运用

【主讲老师：

朱文杰王向宇】

21世纪是高新技术的世纪，信息、生物和新材料代表了高新技术发展的方向。

在信息世纪是高新技术的世纪，信息、生物和新材料代表了高新技术发展的方向。

产业如火如荼的今天，新材料领域有一项技术引起了世界各国政府和科技界的高度关注，产业如火如荼的今天，新材料领域有一项技术引起了世界各国政府和科技界的高度关注，这就是纳米科技。

3.1.纳米科技的基本概念和内涵

纳米科技是研究由尺寸在1—100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。

纳米科技主要包括：

（1）纳米体系物理学；

（2）纳米化学；（3）纳米材料学；（4）纳米生物学；（5）纳米电子学；（6）纳米加工学；（7）纳米力学。

纳米科学所研究的领域是人类过去从未涉及的非宏观、非微观的中间领域，从而开辟人类认识世界的新层次，也使人们改造自然的能力直接延伸到分子、原子水平，这标志着人类的科学技术进入一个新时代，即纳米科技时代。

纳米新科技诞生才几年，就在几个重要的方面有了如下的重要进展：

（1）美国商用机器公司（IBM）两名科学家利用扫描隧道电子显微镜（STM）直接操作原子，成功地在镍（Ni）基板上，按照自己的意志安排原子组合成“IBM”字样。

日本科学家已成功地将硅原子堆成一个“金字塔”，首次实现了原子三维空间立体搬迁。

1991年IBM的科学家还制造了超快的氙原子开关。

专家预计，这一突破性的纳米新科技研究工作将可能使美国国会图书馆的全部藏书储存在一个直径仅为0.3cm的硅片上。

据英国《科学与共同政策》杂志报道，科学家们最近制造出一种尺寸只有4nm的复杂分子，具有“开”和“关”的特性，可由激光计算机提供可能的技术保证。

（2）德国萨尔大学格莱德和美国阿贡国家实验室席格先后研究成功纳米陶瓷氟化钙和二氧化钛，在室温下显示良好的韧性，在180℃经弯曲并不产生裂纹，这一突破性进展，使这些为陶瓷增韧奋斗将近一个世纪的材料科学家看到希望。

英国著名材料科学家卡恩在Nature杂志上撰文说：

“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径”。

（3）纳米生物学在90年代出露头角，面向21世纪，它的发展前途方兴未艾。

纳米生物学在纳米尺度上认识生物大分子的精细结构及其功能的联系，并在此基础上按自己的意愿进行裁剪和嫁接，制造具有特殊功能的生物大分子，这使生命科学的研究上了一个新的台阶，势必在解决人类发展的一系列重大问题上起到十分重要的作用。

纳米科技使基因工程变得更加可控，人们可根据自己的需要，制造多种多样的生物“产品”，农、林、牧、副、渔业也可能因此发生深刻变革，人类的食品结构也将随之发生变化，用纳米生物工程、化学工程合成的“食品”将极大丰富食品的数量和种类，纳米科技的出现很可能为解决由于人口迅速增长所面临刻不容缓的问题提供新途径。

（4）在医药技术领域，纳米技术也有着广泛的应用前景。

如用纳米技术制造的微型机器人，可让它安全地进入人体内对健康状况进行检测，必要时还可用它直接进行治疗；用纳米技术制造的“芯片实验室”可对血液和病毒进行检测，几分钟即可获得检测结果；科学家还可以用纳米材料开发出一种新型药物输送系统，这种输送系统是由一种内含药物的纳米球组成的，这种纳米球外面有一种保护性涂层，可在血液中循环而不会受到人体免疫系统的攻击，如果使其具备识别癌细胞的能力，它就可直接将药物送到癌变部位，而不会对健康组织造成损害。

3.2.自然界中的纳米现象

纳米技术在这个地球上随处可见,纳米绝对不是我们有些人类的专利,在神奇的自然界中,纳米材料和纳米技术就已经存在了。

很多动植物们个个都是身怀多项纳米技术的高手,通过精湛的纳米技艺,在大自然中顽强地生存下来,不仅丰富了我们周围的世界,而且给现代的纳米科技工作者带来了无数灵感和启示。

荷叶效应

在日常生活中，即使是从淤泥水中出来，荷叶表面也是非常干净的。

首先荷叶的基本化学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物，有丰富的羟基OH-、氨基NH-等极性基团，在自然环境中应该很容易吸附水分或污渍。

其次在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。

荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”（每两个小山包之间的距离约为20－40μm）在山包上面长满了绒毛，在山包顶又长出了一个个馒头状的“碉堡”凸顶。

整个表面被微小的蜡晶所覆盖（大约200nm－2μm）。

因此，在“山包”间的凹陷部份充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄、只有纳米级厚的空气层。

雨点在自身的表面张力作用下形成球状，水球在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这就是"荷叶效应"能自洁叶面的奧妙所在。

飞檐走壁的壁虎

“壁虎漫步”靠的不是吸盘,而是脚趾上数以万计的细小刚毛。

刚毛根部有几十微米粗,顶端分成很多更细更弯的绒毛,每根绒毛的直径仅几百纳米,其末梢延展成扁平形。

此种精细结构,使得壁虎以几纳米的距离大面积地贴近墙面。

尽管这些绒毛很纤弱,但足以使所谓的范德华键（有些物质的分子具有极性,其中分子的一部分带有正电荷,而分子的另一部分带有负电荷,一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间,以微弱静电引力相互吸引,使两者结合在一起,称为范德华键或分子键）发挥作用,为壁虎提供数百万个的附着点,从而支撑其体重。

五彩斑斓的蝴蝶

蝴蝶翅膀由两层仅有3~4微米厚的鳞片组成,上面一层鳞片像微小的屋瓦一样交替,每个鳞片的构造也很复杂。

而下一层则比较光滑。

蝴蝶翅膀这种井然有序的安排形成了所谓的光子晶体,也就是纳米结构。

通过这种结构,蝴蝶翅膀能捕捉光线。

仅让某种波长的光线透过。

这便决定了不同的颜色。

利用“罗盘”定位的蜜蜂

研究表明,包括蜜蜂、海龟等在内的许多生物体内都存在着纳米尺寸的磁性颗粒。

这些磁性纳米颗粒对于生物的定位与运动行为具有重要意义。

最新的科学研究发现,蜜蜂的腹部存在着磁性纳米粒子,这种磁性的纳米粒子具有类似指南针的功能,蜜蜂利用这种“罗盘”来确定其周围环境,利用在磁性纳米粒子中存储的图像来判明方向。

3.3.纳米材料特性

（1）表面与界面效应

这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。

（2）小尺寸效应

当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。

（3）量子尺寸效应

当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。

当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。

（4）宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。

纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。

3.4.纳米材料在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。

大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。

纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。

纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。

纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，非凡是在有机物制备方面。

分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。

在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。

半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。

例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。

已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。

Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。

纳米