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納米技術鈦白粉在農業中的應用
發布時間:2020-08-03 分類:行業要聞 點擊量:4

 自從掃描顯微鏡發明后,便誕生了一門以0.1至100納米這樣的尺度為研究對象的前沿科學,這就是納米科技。從2O世紀90年代初起,納米科技得到迅速發展,新名詞、新慨念不斷涌現,像納米電子學、鈉米材料學、鈉米機械學、鈉米生物學等等。納米技術已經部分應用于家電、輕工、電子行業、紡織、電力、建材等等,像合肥美菱集團從1996開始研制納米冰箱,可折疊的PVC磁性冰箱門封不發霉,用的是抗菌涂料,里面的果盤都采用納米技術,但納米技術在農業領域的切入點非常小,仍然有大部分空白領域有待研究,納米技術適合我國農業的發展,可以使部分領域產生徹底的變革,具有廣闊的應用前景。
1.認識納米技術
  所謂納米是一種長度單位,1納米相當于10億分之一米,大約相當于一個中等原子直徑的十幾倍,自從掃描隧道顯微鏡問世后,世界上就產生一門以0.1至100納米這樣尺度研究對象的前沿學科,這就是“納米科技”。他以空前的分辨率,為人類揭示了一個可見的原子、分子世界,在0.1至100納米空間尺度內,人們直接操縱原子、分子、對材料進行加工,制造具有特定功能的產品,納米科技有著不可限量的潛力。
2.光觸媒
  光觸媒[Photocatalyst]是光 [Photo=Light] + 觸媒(催化劑)[catalyst]的合成詞。光觸媒是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱,光觸媒是一種光催化劑,催化劑是用于降低化學反應所需的能量,促使化學反應加快速度,但其本身卻不因化學反應而產生變化的物質。光觸媒顧名思義即是以光的能量來作為化學反應能量來源,利用二氧化鈦作為催化劑,加速氧化還原反應,使吸附在表面的氧氣及水分子激發成極具活性的氫氧基OH-及負氧離子O2-,這些氧化力極強的自由基幾乎可分解所有對人體或環境有害的有機物質及部分無機物質,使其迅速氧化分解為穩定且無害物質(水、二氧化碳),以達到凈化空氣的功用。光觸媒是以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱,是目前國際上治理室內環境污染的最理想材料。高品質的納米級光觸媒在微弱的光線下也能做反應,若在紫外線的照射下光觸媒的活性會加強。
  光觸媒的功能: 1.抗菌、殺菌:破壞大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、霉菌、肺炎克雷伯氏菌、綠膿桿菌、病毒等致病菌的細胞壁,分解空氣中的過敏源,凝固病毒的蛋白質,抑制病毒的活性,滅菌率高達99.99%。抑制如腸病毒、流行性感冒、濾過性病毒等病原的傳播。對一般消毒劑有抗性的病毒微生物也能徹底分解。2.空氣凈化: 光觸媒可以破壞有機體的能量鍵,可持續高效的分解空氣中如苯、甲醛、氨、TVOC等室內存在的有害氣體。 3.除臭去味:去除香煙臭、垃圾臭、生活臭等惡臭 4.防霉防藻: 防止發霉、防止藻類的產生, 防止水垢的附著 5.防污 自潔:分解油污,自清洗 6.防銹防褪色: 防止金屬生銹,防止被涂物體褪色 7.防紫外線功能。由于二氧化鈦光觸媒的紫外光吸收特性,使被涂面免遭紫外線的老化作用。
 3.光觸媒殺菌、促進光合作用的機理
  3.1殺菌機理
  光觸媒(二氧化鈦)在紫外光作用下,激發物質表面電子,可連續發生能級躍遷,繼而電子飛出,形成具有超強氧化能力的空穴(正穴)和具有超強還原能力的電子;空穴/電子對與表面和空氣中水反應后可產生活性氧[0]和氫氧自由基[HO]等活性物質。這種反應過程可有以下幾個步驟:在光的作用下產生空穴/電子對即TiO2+光能(hv)→ → →電子(e-)+正穴(h+ );空穴/電子對與表面和空氣中水反應生成活性自由基即正穴(h+ )+水分子(H20)→→→0H+H+ ,電子(e-)+氧(02)→ → →活性氧(02-)。光觸媒反應所形成的空穴/電子對與表面和空氣中有機物結合而發生氧化還原反應,可徹底將其氧化成水等無害物質;另1方面,空穴/電子對與表面和空氣中水反應后可產生活性氧[0]和氫氧自由基[HO]等活性物質[1,2]。這些活性物質具有極強的氧化作用,不僅能氧化破壞細菌、霉菌這些有機物的細胞膜,固化病毒的蛋白質,在殺菌的同時還能分解細菌尸體上釋放出的有害復合物,也可將有機化學污染物完全氧化破壞,從而起到潔凈環境和除臭等作用。由于在這種反應過程中光觸媒不參與反應,從而使反應可反復進行,所以光觸媒可長期持久地起作用。
  納米TiO2光觸媒與一般抗菌劑銀和銅相比有更徹底的殺菌效能,殺菌效果高達99.997%。納米TiO2,光觸媒不但可以殺死細菌,還能夠殺死細菌死后產生的內毒素。而抗菌劑銀和銅只能殺死細菌,不能消除內毒素[3],河北省衛生廳衛生監督局,劉靜、邢榮琦等做了光觸媒噴涂劑抑菌性能試驗研究,試驗表明光觸媒噴涂劑作用24h對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌的平均抑菌率分別達97.71%,97.34% ,93.32% ,均在90% 以上[4]。而甲醛、苯類化合物、氨的最大降解為:甲醛100%,苯79.0%,甲苯86.6%,對二甲苯85.4%,間二甲苯90.1%,鄰二甲苯93.3%,氨97.2%[5].
 3.2促進光合作用機理
  人類以生存的食物無一例外地來源于綠色植物的光合作用,光合作用是植物生長的基礎,是作物產量形成的保障,所謂光合作用是指綠色植物利用太陽能將二氧化碳和水轉化為碳水化合物釋放氧氣的過程。
  植物光合作用的原初反應是在葉綠體的類囊體上進行的,通過類囊體上的作用中心色素,把可見光的光能轉變為電能,水被光解,形成電子氧氣質子,這些電子和質子通過光合磷酸化,形成不穩定的化學能,不穩定的化學能通過碳的同化形成穩定的化學能,也就是形成碳水化合物的過程,供給植物生長發育所使用[6]。
  2H2O+葉綠體+光能→ → →4H++O2+4e-
  CO2+H2O+綠色細胞+光能→ → →(CH2O)+O2
  噴灑在植物綠葉上的二氧化鈦顆粒,吸收到植物后通過積極的光水解,給植物的光合作用補充、傳遞電子能量,以此來達到促進光合作用的主效果,而未被植物吸收的二氧化鈦已固態留在植物表面,對于各種植物病原體顯示殺菌以及防御的補助效果。也就是當紫外光照射在二氧化鈦顆粒上時,在價帶的電子被紫外光所激發,躍遷到導帶形成自由電子(e-),經過反應產生氫,而在價帶形成一個帶正電的空穴(h+),并氧化水后產生氧,也就是在紫外線的作用下二氧化鈦能夠獨立光水解形成電子、質子以及氧氣,這樣分解出來的電子、質子,并行于植物光反應階段的電子傳遞,由此提高光合作用的速度。

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