环境工程中的纳米技术.pdf

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书籍描述

内容简介
本书主要涵盖纳米材料和纳米技术在环境修复和净化方面的各种应用,主要介绍了与环境有关的纳米粒子的合成和表征的基本技术;关子纳米材料的有关物理和化学的基本知识,特别是纳米颗粒的稳定和颗粒间的相互作用;纳米颗粒在环境修复和污染净化方面的最新技术;讨论了纳米多孔介质中的传输和建模技术的基本理论。
本书可供环境科学与工程、材料工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考,也可供高等学校相关专业师生参阅。

编辑推荐
近年来,随着纳米技术的发展,各种纳米材料被广泛应用与环境修复和污染净化领域,纳米材料由于其纳米级结构单元的特点,与传统方法相比,不仅处理效率高、速度快,而且在土壤修复方面可以制备成悬浮液直接注入污染土壤中,具有常规材料无法比拟的优势。本书编著者长期从事纳米颗粒在土壤和水体中的环境修复和污染净化方面的研究,提供了大量纳米颗粒在土壤修复和水体净化方面的具体应用,具有很高的学术价值。
本书内容主要涵盖纳米材料和纳米技术在环境修复和净化方面的各种应用,主要介绍了与环境有关的纳米粒子的合成和表征的基本技术;关于纳米材料的有关物理和化学的基本知识,特别是纳米颗粒的稳定和颗粒间的相互作用;纳米颗粒在环境修复和污染净化方面的最新技术;论述了纳米多孔介质中的传输和建模技术的基本理论。
本书可供环境科学与工程、材料工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考,也供高等学校相关专业师生参阅。

目录
第1章绪论1
11纳米技术的发展简史3
12胶体和纳米粒子5
参考文献6
第2章纳米粒子的物理化学性质8
21纳米粒子的表面能和化学势8
211纳米粒子的表面能8
212化学势10
22纳米粒子间的相互作用12
221粒子间范德华引力12
222粒子间的静电排斥力15
223DLVO理论17
23纳米粒子的聚沉19
231快速聚沉19
232缓慢聚沉21
24纳米粒子的静电稳定22
25空间位阻稳定24
251溶剂和聚合物25
252聚合物层间的相互作用25
26稳定剂的类型和效果28
261稳定剂的类型29
262稳定剂的效果30
27成核和结晶31
271均相成核31
272核生长34
273陈化过程36
参考文献37
第3章纳米材料的制备39
31纳米粒子的常规制备39
311“自上而下”法39
312“自下而上”法41
32金属纳米材料的制备41
321还原剂的影响44
322聚合物稳定剂的影响47
33半导体纳米材料的制备48
331水热法48
332有机溶剂热法49
333超声化学法51
334辐射合成法54
34氧化物纳米材料的制备55
341溶胶凝胶法55
342水解法57
343沉淀法58
参考文献59
第4章纳米材料的表征62
41氮吸附法62
411氮吸附法测定BET比表面积62
412氮吸附法测定孔容、孔径分布63
42散射法(光散射、X射线、中子散射)64
421光和材料的作用原理65
422光散射66
423原子力显微镜(AFM)和扫描隧道显微镜68
424拉曼光谱70
425X射线衍射(XRD)71
426纳米颗粒跟踪分析(NTA)73
43吸收光谱75
431紫外可见光光谱77
432X射线吸收光谱78
44X射线光电子谱(XPS)80
441XPS测量原理80
442样品制备80
443纳米应用82
45电子显微镜82
451操作原理83
452样品制备84
参考文献85
第5章纳米材料在环境净化和修复中的应用87
51零价纳米铁颗粒在环境修复中的应用87
511零价纳米铁用于脱氯88
512纳米ZVI用于还原固定土壤和地下水中对
氧化还原反应敏感的金属110
513纳米ZVI的其他应用115
514纳米ZVI在环境修复应用中的限制124
52纳米铁氧化物颗粒在环境中的应用125
521纳米铁氧化物颗粒在水处理中的应用125
522纳米铁氧化物颗粒用于原位固定土壤和地下水中的重金属130
53铁硫化物和含硫纳米粒子在原位固定汞方面的应用133
531FeS纳米粒子的制备134
532FeS纳米粒子去除土壤和地下水中的汞135
54磷酸亚铁纳米颗粒应用于原位固定重金属139
541磷酸亚铁纳米颗粒的制备139
542磷酸亚铁纳米颗粒用于原位固定铅139
543磷酸铁纳米颗粒用于原位固定铜145
参考文献148
第6章纳米粒子在多孔介质中的运移162
61渗流理论162
611基本概念162
612渗流基本定律——达西定律167
613渗流连续方程169
614渗流基本微分方程170
615溶质运移机制172
62纳米粒子运移建模177
621数学模型177
622实例183
63纳米粒子迁移率和最大迁移距离对其原位应用的重要性188
64稳定剂和介质表面化学作用对纳米粒子迁移率的影响188
641稳定剂及其对纳米粒子迁移率的影响188
642介质表面化学作用及其对纳米粒子迁移率的影响189
参考文献191

序言
工业革命以来,随着世界各国工农业的迅速发展,环境污染问题也日趋严重,对地球生态系统和人类社会造成了严重的负面影响。各种物理、化学和生态环境净化技术和方法应运而生。近年来,随着纳米技术的兴起和发展,各种纳米材料、纳米技术被广泛地应用到环境工程领域。由纳米级结构单元构成的纳米材料在光、电、磁、热、机械等性能方面与普通材料有很大的不同,具有辐射、吸收、催化、吸附等许多新特性。与传统处理技术相比,纳米技术处理工艺具有占地小、人力和能源消耗小等特点,而且在土壤与地下水修复方面拥有常规方法无法比拟的优势。本书全面介绍了纳米技术在环境净化领域的最重要进展,包括纳米材料的物化性质、纳米材料制备与表征等方面的基本知识,并重点介绍了一些最新纳米材料和技术在环境污染净化和修复中的应用。
本书共分6章,第1章简要介绍了纳米技术的发展历史、胶体以及胶体粒子。第2章从纳米粒子的表面能和化学势、粒子间的相互作用以及纳米粒子的聚沉、静电稳定等方面介绍了纳米粒子的物理化学性质。第3章介绍了纳米材料的制备方法及影响因素,包括金属纳米材料制备、半导体纳米材料制备和氧化物纳米材料制备等。第4章介绍了纳米材料物化性质的表征方法。第5章详细介绍了纳米材料在环境净化及修复中应用的最新研究成果,内容包括稳定纳米零价铁是如何降解土壤及地下水中含氯有机溶剂,纳米零价铁如何还原固定土壤及地下水的重金属以及稳定纳米零价铁在控制淡水和海水中硝酸盐及高氯酸盐中的应用,稳定纳米铁氧化物固定土壤中砷以及FeS和含硫纳米粒子原位固定土壤中的汞,稳定磷酸纳米铁在原位固定土壤中铅和铜;这些最新研究成果为使用纳米材料处理环境污染物及土壤原位修复的可行性提供了更多的技术支持。第6章介绍了纳米粒子在多孔介质中的运移,这对于使用纳米粒子原位修复土壤和地下水及研究纳米粒子在环境中的最终归趋具有重要意义。
本书主要根据著者在奥本大学(Auburn University)课程讲义著写而成。过程中得到许多教师、专家和研究生的参与和支持。本书由赵东叶、钱天伟著,参加协助著写的人员及分工包括:王婷(第1章,第2章)、刘晓娜(第3章)、李秉正(第4章)、李一菲(第5章)、张曼和高淑琴(第6章)。全书最后由赵东叶和钱天伟负责修改、统稿。本书在著写过程中,刘宏芳、霍丽娟曾参加讨论。
由于著者水平和时间有限,书中疏漏和不当之处在所难免,敬请广大读者批评指正。

著者2014年5月

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