Пористые наноматериалы и наноматериалы со специальными физико-химическими свойствами

В химической и многих других отраслях промышленности нашли применение наноматериалы в катализаторах, красках, фильтрах, химических источниках энергии и т. д.

11оверхность многих пористых наноструктур сама по себе обладает каталитическими свойствами. Создание высокопористых носителей на основе ДНК является перспективным направлением для разработки новых фильтрационных, каталитических и композиционных систем.

Значительное внимание уделяется изучению каталитических, сорбирующих и фильтрующих свойств углеродных нанотрубок применительно к очистке газов от трудиоразрушасмых канцерогенных диоксинов.

Нанокристалличсский ТЮ₂ нашел применение в приборах для очистки воздуха от органических загрязнений бытового и промышленного происхождения в различных помещениях: цехах, больницах, бытовках, офисах и т. д. Принцип работы приборов основан на фотокаталитичсском окислении органических примесей на поверхности нанокристаллического TiCK иод воздействием ультрафиолетового излучения (рис. 4.3.1).

Рис. 4.3.1. Схема фотокаталитического очистителя воздуха:

/ — вентилятор; 2 — фотокаталитический элемент с покрытием из нанокристаллического ТЮ21 3 —ультрафиолетовая лампа

Результаты испытаний по очистке воздуха от различных химических соединений представлены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Изменение концентрации примесей в воздухе после фотоокислительпой очистки (замкнутый объем 190л, t = 2 ч)

Приведенные в таблице данные свидетельствуют об эффективности фотокаталитического окисления, после которого очищенный воздух содержит небольшие количества вредных соединений (гораздо меньшие, чем допускается по нормам).

Для солнечных батарей и светодиодов считают перспективными нанопленки и высокопористые слои из ТЮ2 и CdSe.

Разработана широкая гамма пластинчатых и трубчатых фильтрующих элементов из пористой нержавеющей стали со слоем из ультрадисперсного порошка на основе TiN или ТЮ2 для изготовления многослойных фильтров тонкой очистки. Тонкость фильтрации для газовых сред таких фильтров может доходить до 10 нм (при перепаде давления 0,1 бар) и для жидких сред — до 10—100 нм (при перепаде давления 2 — 5 бар). Разделение водномасляных эмульсий, очистка сточных вод и жидких радиоактивных отходов, фильтрация продуктов распада клеток, осветление фруктовых соков — далеко неполный перечень областей применения фильтров тонкой очистки.

Перспективно использование фуллсрснов и углеродных нанотрубок для водородсорбирующих целей.

Выпускаются нанопорошки соединений лития и олова (ЫЛЬО^, LiMnCb, LiVO_x, Sn0₂) для электродов литиевых аккумуляторов, использующихся в автомобильной, космической и военной технике. Такие важные характеристики батарей, как емкость, срок службы, скорость зарядки и другие, значительно улучшаются при использовании наноматериалов. Ведутся работы по исследованию возможности использования углеродных нанотрубок в литиевых батареях. Высокие разрядные характеристики ожидаются за счет повышения концентрации лития в нанотрубках по сравнению с графитовыми электродами.

Наноструктурные объекты имеют необычные оптические свойства, что позволяет их использовать в декоративных целях, например при нанесении покрытий на посуду.

Ультрадисперсные порошки Zn, А1, ТЮ₂, ZnO применяются в лакокрасочной промышленности, для изготовления чернил для принтеров для антикоррозионной защиты, в косметике. Для мониторинга окружающей среды используют газовые сенсоры на основе полупроводниковых оксидов (Sn0₂, М0О3, WO3, ТЮ₂, 1п₂0з и др.).

На рис. 4.3.2 показана схема аналитического устройства с подогреваемым сенсорным слоем; это позволяет определять концентрацию СО, СН₄ и С₂Н₅ОН, а также СО, СН₄ и Н₂ при изменении влажности.

Рис. 4.3.2. Схема сенсорного устройства на основе пленки Sn0₂:

/ — кремниевые подложки; 2 — электроды; 3 — сенсорная /пенка; 4— изолятор; 5— нагреватель

Применение наносенсоров весьма перспективно.