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钛白粉厂家介绍纳米技术农业上的应用

日期:2017/11/8 14:11:40         本文来源:潍坊恒泽化工有限公司

  自从扫描显微镜发明后,便诞生了一门以0.1至100纳米这样的尺度为研究对象的前沿科学,这就是纳米科技。从2O世纪90年代初起,纳米科技得到迅速发展,新名词、新慨念不断涌现,像纳米电子学、钠米材料学、钠米机械学、钠米生物学等等。纳米技术已经部分应用于家电、轻工、电子行业、纺织、电力、建材等等,像合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱,可折叠的PVC磁性冰箱门封不发霉,用的是抗菌涂料,里面的果盘都采用纳米技术,但纳米技术在农业领域的切入点非常小,仍然有大部分空白领域有待研究,纳米技术适合我国农业的发展,可以使部分领域产生彻底的变革,具有广阔的应用前景。
1.认识纳米技术
  所谓纳米是一种长度单位,1纳米相当于10亿分之一米,大约相当于一个中等原子直径的十几倍,自从扫描隧道显微镜问世后,世界上就产生一门以0.1至100纳米这样尺度研究对象的前沿学科,这就是“纳米科技”。他以空前的分辨率,为人类揭示了一个可见的原子、分子世界,在0.1至100纳米空间尺度内,人们直接操纵原子、分子、对材料进行加工,制造具有特定功能的产品,纳米科技有着不可限量的潜力。
2.光触媒
  光触媒[Photocatalyst]是光 [Photo=Light] + 触媒(催化剂)[catalyst]的合成词。光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称,光触媒是一种光催化剂,催化剂是用于降低化学反应所需的能量,促使化学反应加快速度,但其本身却不因化学反应而产生变化的物质。光触媒顾名思义即是以光的能量来作为化学反应能量来源,利用二氧化钛作为催化剂,加速氧化还原反应,使吸附在表面的氧气及水分子激发成极具活性的氢氧基OH-及负氧离子O2-,这些氧化力极强的自由基几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质及部分无机物质,使其迅速氧化分解为稳定且无害物质(水、二氧化碳),以达到净化空气的功用。光触媒是以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称,是目前国际上治理室内环境污染的最理想材料。高品质的纳米级光触媒在微弱的光线下也能做反应,若在紫外线的照射下光触媒的活性会加强。
  光触媒的功能: 1.抗菌、杀菌:破坏大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、霉菌、肺炎克雷伯氏菌、绿脓杆菌、病毒等致病菌的细胞壁,分解空气中的过敏源,凝固病毒的蛋白质,抑制病毒的活性,灭菌率高达99.99%。抑制如肠病毒、流行性感冒、滤过性病毒等病原的传播。对一般消毒剂有抗性的病毒微生物也能彻底分解。2.空气净化: 光触媒可以破坏有机体的能量键,可持续高效的分解空气中如苯、甲醛、氨、TVOC等室内存在的有害气体。 3.除臭去味:去除香烟臭、垃圾臭、生活臭等恶臭 4.防霉防藻: 防止发霉、防止藻类的产生, 防止水垢的附着 5.防污 自洁:分解油污,自清洗 6.防锈防褪色: 防止金属生锈,防止被涂物体褪色 7.防紫外线功能。由于二氧化钛光触媒的紫外光吸收特性,使被涂面免遭紫外线的老化作用。
 3.光触媒杀菌、促进光合作用的机理
  3.1杀菌机理
  光触媒(二氧化钛)在紫外光作用下,激发物质表面电子,可连续发生能级跃迁,继而电子飞出,形成具有超强氧化能力的空穴(正穴)和具有超强还原能力的电子;空穴/电子对与表面和空气中水反应后可产生活性氧[0]和氢氧自由基[HO]等活性物质。这种反应过程可有以下几个步骤:在光的作用下产生空穴/电子对即TiO2+光能(hv)→ → →电子(e-)+正穴(h+ );空穴/电子对与表面和空气中水反应生成活性自由基即正穴(h+ )+水分子(H20)→→→0H+H+ ,电子(e-)+氧(02)→ → →活性氧(02-)。光触媒反应所形成的空穴/电子对与表面和空气中有机物结合而发生氧化还原反应,可彻底将其氧化成水等无害物质;另1方面,空穴/电子对与表面和空气中水反应后可产生活性氧[0]和氢氧自由基[HO]等活性物质[1,2]。这些活性物质具有极强的氧化作用,不仅能氧化破坏细菌、霉菌这些有机物的细胞膜,固化病毒的蛋白质,在杀菌的同时还能分解细菌尸体上释放出的有害复合物,也可将有机化学污染物完全氧化破坏,从而起到洁净环境和除臭等作用。由于在这种反应过程中光触媒不参与反应,从而使反应可反复进行,所以光触媒可长期持久地起作用。
  纳米TiO2光触媒与一般抗菌剂银和铜相比有更彻底的杀菌效能,杀菌效果高达99.997%。纳米TiO2,光触媒不但可以杀死细菌,还能够杀死细菌死后产生的内毒素。而抗菌剂银和铜只能杀死细菌,不能消除内毒素[3],河北省卫生厅卫生监督局,刘静、邢荣琦等做了光触媒喷涂剂抑菌性能试验研究,试验表明光触媒喷涂剂作用24h对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的平均抑菌率分别达97.71%,97.34% ,93.32% ,均在90% 以上[4]。而甲醛、苯类化合物、氨的最大降解为:甲醛100%,苯79.0%,甲苯86.6%,对二甲苯85.4%,间二甲苯90.1%,邻二甲苯93.3%,氨97.2%[5].
 3.2促进光合作用机理
  人类以生存的食物无一例外地来源于绿色植物的光合作用,光合作用是植物生长的基础,是作物产量形成的保障,所谓光合作用是指绿色植物利用太阳能将二氧化碳和水转化为碳水化合物释放氧气的过程。
  植物光合作用的原初反应是在叶绿体的类囊体上进行的,通过类囊体上的作用中心色素,把可见光的光能转变为电能,水被光解,形成电子氧气质子,这些电子和质子通过光合磷酸化,形成不稳定的化学能,不稳定的化学能通过碳的同化形成稳定的化学能,也就是形成碳水化合物的过程,供给植物生长发育所使用[6]。
  2H2O+叶绿体+光能→ → →4H++O2+4e-
  CO2+H2O+绿色细胞+光能→ → →(CH2O)+O2
  喷洒在植物绿叶上的二氧化钛颗粒,吸收到植物后通过积极的光水解,给植物的光合作用补充、传递电子能量,以此来达到促进光合作用的主效果,而未被植物吸收的二氧化钛已固态留在植物表面,对于各种植物病原体显示杀菌以及防御的补助效果。也就是当紫外光照射在二氧化钛颗粒上时,在价带的电子被紫外光所激发,跃迁到导带形成自由电子(e-),经过反应产生氢,而在价带形成一个带正电的空穴(h+),并氧化水后产生氧,也就是在紫外线的作用下二氧化钛能够独立光水解形成电子、质子以及氧气,这样分解出来的电子、质子,并行于植物光反应阶段的电子传递,由此提高光合作用的速度。

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