文摘
如今,环境污染已成为发达国家和发展中国家的关键问题。因为过度的工业化,燃烧化石燃料,采矿和勘探、广泛的农业生产活动,和塑料,环境被污染迅速通过土壤、空气和水。有多种方法治疗环境毒素,但是每一个都有自己的限制。因此,各种疗法都可以访问,方法是有效的,持久的,更少的有害的,和有一个更好的结果是广泛要求。现代研究进展更加关注聚合物基纳米粒子,它经常用于药物设计、药物输送系统、环境治理、能量储存、转换、和其他领域。生物无机的纳米材料可能是一个更好的候选人来控制污染物在环境中。在本文中,我们专注于自己的合成、表征、光催化过程,和贡献对无数危害生态环境修复。在这篇文献回顾中,我们也试图探索他们最近进展和未来贡献控制和防止各种污染物在环境中。
1。介绍
当今世界是一个巨大的环境灾难的边缘会毁了我们的命运。当前状态的生态系统的退化速度指数。全球环境问题正在积累,我们必须行动起来,仿佛我们的地球迫在眉睫。我们必须采取一个新的心态和面对灾难与新鲜的想法,解决方案,和完整的意识,和严重性。工业活动排放和汽车尾气的主要来源的其他环境污染(1]。
纳米材料作为新型模型组件蓬勃发展在最近一段时间(2,3]。伊在1974年创造了“纳米技术”这个词来定义字段使用纳米级组件的制造和利用(100海里)(4,5]。“根据国家纳米技术项目(NNI)在美国,“纳米技术定义的科学领域,工程,技术,材料在纳米尺度上练习大小(1 - 100 nm),使用独特的现象在一个广泛的生物学、物理学、化学、医学、电子、和工程领域(6- - - - - -8]。
最新的技术应用于多个领域,如物理、化学、生物学、和识别机器(9,10]。在这方面,纳米技术可能被视为一个关键平台,重组所使用的不同的方法和技术来解决当前和未来的问题,如探测器、传感器和其他重大环境污染控制和预防和补救的挑战。纳米的范围是值得注意的,因为它集中反映出人类蛋白质的大小。这使得nanometal之间的联系研究和生物学和生物化学。金属纳米粒子有很多激动人心的特性,这只是一个时间问题,直到更多的人使用。当他们缩小分子急剧变化的特点。新的电子表单重新定义了几个杰出的特征作为电子、光学、磁,无功,吸附剂和机械(11]。
纳米材料是最健壮的材料由于其众多的结构和形式,如纳米线、纳米棒,nano-branches, nano-spheres, nano-cubes, nano-bipyramids, nano-flowers, nano-cages nano-shells [12]。被称为纳米材料,纳米技术,其产品被应用在许多领域,包括医疗、工业、电子、化妆品、药理学、临床、生物和生物领域(13,14]。
纳米复合材料和纳米材料两种类型的纳米材料。他们工作非常成功地和有效地在不同的地区,他们也特别的动态,因为它们的微小尺寸与外部空间。结果,他们可以以不同的方式为毒物,吸附剂,吸附剂污染物(5]。在过去的几十年中,不同的物理和化学过程产生不同大小的纳米粒子,形状和形式的增长需要几种纳米材料的金属和非金属(15]。最近研究人员已经开始调查许多纳米材料功能化物质应用在水处理和环境处理,如念珠,纳米线,膜,泡沫,等等,这些都是主要基于高分子材料(16- - - - - -18]。
纳米科学有可能做出重大贡献的发展单纯强调技术突出的优点在健康和环境(19]。要兼容技术的更新版本。几个净水的纳米技术正在研究提高必要的可持续性清理操作的效率和提供管理和减轻环境破坏的解决方案20.]。纳米科学在几个结构可以降低功耗,从而帮助环境。同时,它将生产商品后可以再生使用,促进和部署环保组件(21]。
本研究的目的是揭示和讨论各种类型的潜在生物无机的纳米粒子的合成与表征及其跨越应用程序对环境危害。
2。环境污染和污染物
环境污染是一个全球性的问题,可以大大影响人类健康。贫困、立法薄弱和缺乏意识的污染导致高污染水平在中、低收入国家比发达国家(22]。的影响是人类和其他水生和陆地生物,包括微生物、谁能维持生态系统生物地球化学活动所需的生活因其丰度和多样性。
毒素被污染微粒,破坏环境。污染物进入大气的各种方法,包括自然和人类活动的结果23]。染料、重金属、杀虫剂和聚芳烃污染物的例子(24]。
2.1。重金属
重金属由于分子量更高或密度进行分类。“重金属”一词越来越多地用于描述对环境和人类有害金属化学成分和准金属(25]。铁、Cd、镍、钛、银、锌、铬、锰、有限公司Pt,非盟,为汞、锡、和Pb很多重金属26,27]。
2.2。染料
许多类型的有机合成化学物质用于不同工业操作,称为染料。因此,他们已经变成了一般工业环境污染物在他们几个产品(28]。一个持久性有机污染物(pop)的例子是着色剂,事实上,他们是异型生物质一直担心的来源(29日]。人员和环境都受到影响。诱变颜料分发红1和分发橙1在自然界中存在。苏丹我染料(现在禁止),基本红色9(导致鱼类癌症),和结晶紫的颜色(创建人类恶性肿瘤)都是有害的(30.]。
2.3。农药
农药化学物质用于字段、作物和其它公共场所破坏干扰生物体。农药长期以来一直用于保护农作物和牲畜对错误的侵扰,并减少产出损失。杀虫剂包括杀虫剂(有机磷)、除草剂百草枯、敌草快),和杀真菌剂(di-thiocarbamates)。农药长期以来一直用于保护农作物和牲畜对错误的侵扰,并减少产出损失。杀虫剂包括杀虫剂(有机磷)、除草剂百草枯、敌草快),和杀真菌剂(di-thiocarbamates) [31日]。尽管他们广泛使用,农药可能造成健康危害生态系统和所有生物27,32- - - - - -35]。
2.4。聚芳烃
全球环境污染物之一聚芳烃(PAH),一群持久性有毒,诱变,为人类致癌物。对石油产品的需求增加了,这增加了排放。一个方面是有机产品,如煤和木材的燃烧在缺乏氧气23,36,37]。
3所示。污染物对环境和人类的影响
3.1。对环境
地球上生命的关键来源,水污染已经吸引了公众利益和是其中一个最脆弱的环境舱38]。水生污染最突出的形式之一是社会文化环境毒素引起的富营养化39]。海洋酸化的结果增加了大气CO2海洋和微量元素水平,改变生物体的酸碱平衡,减少他们的生存机会和性能。它引起了珊瑚礁,微生物,如浮游动物和贝类钙化在错误的时间(40]。各种污染物,包括香料、增塑剂和大量异型生物质化工、非法沉积,对陆地生态构成威胁(41]。
空气污染是世界上相关死因排名中死亡,人类文明构成威胁。不同类型的危险化学品如卤烃,有限公司2N2O甲烷、臭氧只有几个例子的空气污染导致全球变暖的最重要的环境问题之一(42]。
3.2。对人类
环境污染对人类健康产生负面影响,它与几乎所有人类疾病(43]。空气中污染物的集合产生氧化应激,提高患癌症的风险44]。最常见的健康问题是对空气污染物,包括氧化物微粒和地面臭氧。公司造成的短缺2供应不同部分,损害视力,可以在高剂量是致命的。硫氧化物致癌暴露在他们在较长时间内(45]。
含氮污染物和细和超细粒子有助vaso-control。此外,他们可能会引起突触炎症通过血脑屏障(BBB)和到达大脑,因此,为未来铺平道路神经失调(15,46- - - - - -61年]。农药、化学肥料生成、染料、洗涤剂、和重金属都进入水生系统,对人类健康构成威胁(62年]。
4所示。纳米技术和纳米材料
纳米技术是一项前沿技术与生物学、遥感、医学、化学和物理9,63年]。纳米颗粒是纳米技术的最重要特性:小分子大小的一对一的几百纳米。它们是由金属、金属氧化物、碳、有机分子(64年]。
无机纳米粒子比较生物相容性、亲水性和无毒,比有机粒子高度稳定65年]。针对不同的结构,纳米粒子有一个大的多样性形状,尺寸,和大小(66年]。纳米粒子可以在石墨烯一维,二维碳纳米纤维,或三维,包含所有三个维度,例如,金纳米粒子。时发现,一个特定大小的进入一个粒子的物理化学性质和光学效果,纳米材料的价值提高。有三层NPs使职能化纳米材料的表层。各种生物分子、表面活性剂、微量金属和聚合物。与核心,第二层是一个壳层的大量的化学成分。NP称为核心的基本元素,它通常指的是NP本身(67年,68年]。
纳米颗粒被用于各种目的,从药用治疗不同领域,如阳光和原子燃料电极对能源生产、日常化妆品和衣服之类的东西(69年]。
5。无机纳米粒子的分类
有机材料相比,纳米材料是无毒,亲水性,兼容,高度稳定。下面列出的众多类型的无机纳米粒子。
5.1。金属无机纳米颗粒
从1到100纳米金属纳米晶体的大小不同,一个广泛的外观比与质量,电荷密度,非结晶的和晶体框架,球状或管状,充满活力,灵敏度高,响应率和湿度、空气、热,阳光都是金属NPs的特点(70年]。金属,如铁(Fe)银(Ag)、铝(Al)、镉(Cd)、铜(铜),黄金(Au),钴(Co)、铅(Pb)和锌(锌)是用于制造金属NPs (71年]。因为他们可以用来创建的药品,这些纳米粒子吸引了太多的关注在制药行业72年]。
5.2。金属氧化物纳米颗粒
Metal-oxide-based NPs可用于粮食生产和生态的可持续性,他们可以用现成的廉价原料。金属同行相比,这些NPs表现出优越的特点。TiO的2、氧化锌、Ag)2O,措,MnO FeO说2,艾尔。2O3,Bi2O3曹,分别以金属氧化物NPS发现提高活动和有大量的抗菌能力73年]。
5.3。掺杂金属/金属纳米颗粒(NPs)
化学改变NPs才能创造更稳定的分子,也环保。照片电化学杀菌性能被发现在新氧化锌纳米颗粒。通过分析结构条件和掺杂锰/氧化锌纳米粒子的光学特性发现,这些掺杂纳米材料表现出增加疗效[74年]。Ag-doped分别在生物医学刑罚执行作为抗菌剂比纯镁氧化物金黄色葡萄球菌(75年- - - - - -77年]。因此,NPs基于掺杂金属氧化物在抗菌活性击败纯氧化物(78年]。
5.4。金属Sulfide-Based纳米颗粒
化学过程被用来合并半导体材料硫化NPs在聚合物保护他们的表面79年]。Poly-methyl丙烯酸甲酯(PMMA)已成为最充分观察到聚合物在许多聚合物由于其访问大量chemicophysical和机械特性80年]。研究了含有共轭聚合物金属硫化物硫和证明是一个必要的有毒的金属,激发了生物医学的兴趣(81年]。
6。纳米粒子的合成
不同的方法合成方法已经应用于生产新的和更有效的纳米材料。合成纳米材料可以以不同的方式完成。自顶向下和自底向上(图技术的两个主要类别1)。
6.1。自上而下的方法
大部分物质减少nanoscale-level粒子通过最高或破坏性的方法(图1)。机械尺寸减少纳米技术、激光辐照爆破、温度和分解的操作遵循这种方法。机械工厂中最广泛使用的各种自上而下的方法来创建不同的纳米粒子。每当处理各个方面在惰性环境中纳米颗粒的时候生产,乐器铣削技术是用来操作铣和postannealing [82年]。纳米是指特定范围的结构化的研究与至少一维纳米颗粒尺寸范围的一对一几百纳米(83年]。构造的能力不是单个粒子为一组正确的形状和大小的纳米的关键特性84年]。从各种液体合成纳米颗粒的一种常见方法是遍布(激光消融在溶液中合成)85年]。
6.2。自底向上的方法
从粒子簇到纳米颗粒,(图上或积极的过程积累材料1)。最广泛使用的纳米粒子的合成方法是溶胶-凝胶法,旋转,生物合成,化学气相沉积(CVD)和分解。大部分的纳米粒子是由简单的溶胶-凝胶方法,因为他们的重要能力。这就是为什么它是最受欢迎的自底向上的方法86年]。热解是应用最广泛的技术大规模生产纳米颗粒。它需要用火焰点燃的前体(87年]。热解是一种实用、简单、便宜,和持续的过程,产生巨大的收益88年]。绿色合成生物合成已被证明是最有益的89年]。合成的纳米颗粒是一种环保的朋友和一个可接受的技术生成生物可降解和无毒纳米颗粒(88年]。
6.3。Microorganisms-Based无机纳米颗粒的合成
原核生物和真核生物,各种各样的微生物生产铂金、镉、银、铁、金、锆,钯,和金属氧化物(无机纳米粒子),氧化锌,TiO2等等。细菌、放线菌、真菌、藻类等微生物。可以生成纳米颗粒细胞或细胞外,根据其位置(90年,91年]。许多金属被用于其他行业,如医药用于绿色合成(92年]。
生产纳米材料可以准确、定量使用外部或细胞内的技术,根据功能的海藻。多糖,减少碳水化合物、蛋白质、肽和其他减少化合物已经被提议作为潜在的外部金属纳米颗粒制造商,沉淀减少金属离子纳米颗粒(93年]。金属离子减少藻类通过光合作用和呼吸作用,导致金属纳米颗粒细胞内的创建。
参与光呼吸电子传递系统(宠物)和呼吸电子传递系统(ETS)发现在细胞膜和细胞质的海藻被报道作为合成机制(94年]。不同的纳米颗粒合成了各种微生物下表(表中列出1)。
帮助提取的红色Macroalga gracilaria目标被用来研究细胞外的生产氧化锌NPs (s g .葛美林)。改变的颜色从白色到淡棕色可以看到电子转移过程中锌离子(锌2 +利用硝酸锌(锌(没有)3)2)作为金属催化剂,表明氧化锌NPs的创建。杆状的纳米颗粒的大小不同的研究者(生成的66 - 95纳米106年]。
项圈藻doliolum、固氮藻青菌已经被用于biosynthesize Ag NPs。的色调+方法从reddish-blue深棕色在生物减少表明Ag)的生产NPs (107年]。
尖孢镰刀菌一种真菌,用于制造金属纳米粒子进行了数次调查,但主要是银纳米颗粒(Ag)。纯Ag NPs在5至15纳米生成大小不同,它提出了由真菌分泌的蛋白质稳定。尽管的启示病圃形成金属纳米颗粒细胞,而不是细胞内代Ag)和非盟NPs报道在之前的调查中,最重要的发展在真菌合成金属纳米材料(108年]。
根据主流共识,细菌可以创建金属和非金属NPs细胞和细胞外。在细胞外的过程中,蛋白质、酶和生物分子的媒介和细胞壁成分减少离子。减少细胞外似乎有利于减少细胞内,因为它是便宜的,简单的提取,更有效率。然而,静电相互作用连接铁和金属离子官能团细胞壁的细胞内的过程。进入细胞后,与细胞内的蛋白质和代数余子式离子结合形成NPs (109年]。
7所示。生物无机纳米材料表征
几个技术被用来描述大小、晶体结构、元素组成、和各种各样的其他纳米颗粒的物理性质(图2和表2)。在一些情况下,有物理性质可以被一个以上的技术评估。这些技术有潜在优势的其他技术特征等纳米材料的高度敏感,限制较少,只需要样品的体积小,线性范围广泛的浓度,更高效,快速和强大的技术,具有成本效益,并广泛使用。紫外可见光谱法就是其中之一,基于表面菌斑共振(SPR)的原则110年]。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM),所有的这些技术与参数的表面电荷,大小和形态。另一种方法,叫做傅里叶变换红外(ir),用于确定官能团(111年]。确定结晶相、x射线衍射(XRD)方法被使用(112年- - - - - -114年]。纳米粒子尺寸测量使用一个动态光散射过程(24]。
7.1。Na-TiNT纳米晶体
安装7.1.1。拉曼光谱
中存在Na-TiNTs粉末样本使用拉曼光谱研究。拉曼光谱仪是由连接一个立体光学显微镜镜头拉曼光谱仪。实验使用氩激光(Ar),绿色激光波长约为532纳米,和高斯部门分布兆瓦的最大输出功率,可以修改。光谱中获得一个第二激光功率为300 W;用如此低的力量,它能够避免燃烧样品和捕获一个光学姿态,和扫描区域30 m×30 m成立于光度的粉末样品图片(130年]。
7.1.2。x射线衍射或散射光的
D8进步力量衍射仪,模型,用来测量x射线衍射在铜安瓿0.15406纳米的角变化(2)5°-70°,一步0.02°,电流和电压40 mA和40 kV,分别。这些程序进行联邦西亚拉大学的工程和材料科学130年]。
7.1.3。透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)
扫描电子显微镜(SEM)和x射线能谱分析(EDX)数据被量子FEG 50场致发射显微镜与10毫米的工作距离。相比之下,透射电子显微镜(TEM)做了蔡司天秤座120电子显微镜(130年]。
7.1.4。致病物质和品种
在这个实验中,革兰氏阳性和革兰氏阴性菌株被,大学区域Cariri的实验室培养的微生物学和分子生物学(LMBM)(乌卡)。至少一个抗生素类的工作是对每个应变。所有的化学品使用抗生素和产品在无菌水稀释至1024 g / ml。这种化学物质被观察到的最高限制药物需要前面的稀释在DMSO,根据临床和实验室标准协会(130年]。
7.1.5。抗菌效果和药物调制化验
肉汤采用技术确定麦克风直接Na-TiNT抗生素的抗菌活性和改变影响活动。在所有的实验中,浊度是评价利用麦克法兰规模0.5 (1 108 CFU /毫升)和菌剂生产24小时——殖民地HIA过程中病原菌(心浸液琼脂)调整在0.9%的盐水。Javadpour和同事提出的这种方法是用来测试直接抗菌活性(131年]。
解决10%的脑心浸液肉汤和10%的细菌组成的拭子是采用微量板上。的井被micro-diluted Na-TiNT 512 - 8克/毫升的浓度。antibiotic-altering功能测试之前Coutinho和他的同事们发表的方法(132年]。阀瓣的井被加载解决方案类似于在直接效果测试中,添加一个sub-inhibitory Na-TiNT的浓度。抗生素被微稀释浓度在盘子从512 g / ml到0.5 g / ml。两个实验进行了一式三份,比色读数用20毫升每个好24小时孵化后的安心在37°C (130年]。
7.1.6。统计分析
三个复制的几何方法已经作为中央数据的平均数标准误差分析。评价进行了使用GraphPad Prism 5.0,其中包括两个不同的方差分析,后跟一个Bonferroni事后考验。值被显著(130年]。
7.2。纳米CaCO3
制造纳米CaCO3优雅的方法,采用原位沉积技术。对纳米颗粒的证实了使用x射线的衍射技术。焓的计算使用差示扫描量热法(DSC)。nano CaCO3聚丙烯(PP)复合材料是由结合CaCO 2和10%的不同3纳米尺度(21-39海里)在聚丙烯(PP)矩阵。对于2 wt。CaCO 30 nm大小数量的百分比3在PP复合材料,观察阶段转换。六wt.纳米CaCO百分比3,降低纳米39-21 nm导致减少H和结晶度和百分比增加熔体温度。抗拉强度随着纳米CaCO增加3与小粒径增加,显示最重要的改进。统一的生产更多的小球晶在PP基体负责改善热力和机械性能133年]。
7.3。纳米铁3O4
一个两步nano-emulsion技术生成nano-Fe从事这项研究3O4粒子。液体的摩尔比率NP-5 (R),碱水平,临时,总固定内容,亚铁和间隔都增长因素可能影响形式和纳米结构。发现这类生成nano-magnetite粒子有统一的尺寸和良好的形状R= 6.0,碱水平= 2.5 mol / L, temp = 30°C,和初始亚铁总水平= 1.75 mol / L。奥斯特瓦尔德成熟和老化时间长可以形成立方铁3O4粉体与100 - 400 nm。生成的纳米颗粒的晶体结构与立方系统,由选择区域电子散射(SAED)和x射线衍射(XRD)索引的模式(134年]。
7.4。纳米TiO2
7.4.1。紫外可见光谱
紫外可见光谱是一种强大的分析化学技术评估二氧化钛光催化活性的纳米颗粒在极性溶剂135年]。
在紫外可见光谱,TiO2吸收出现在280海里。鲁et al。136年在类似的研究报道。根据Vijayalakshmi Rajendran,光谱表现出的光谱范围200 - 1200纳米,在354 nm波长和强度与峰值为0.86,表明相当大的紫外吸光度(137年]。
TiO的紫外可见吸收光谱2NPs biogenically从芦荟中提取3.503 eV的吸收系数表示。纳米复合材料的吸收光谱显示出强烈的敏感性低于400海里。TiO的吸收峰2材料氧化大约400摄氏度约为393纳米,能源缺口为3.196 eV结晶相匹配的能带隙完美(138年]。
7.4.2。热重量分析
热重分析(TGA)技术,测量样品的质量与时间和温度,是广泛应用于聚合物的研究,特别是研究聚合物的热稳定性系统在真实的环境中。TGA提供可量化的数据通过曲线体重急剧增加或减少的过程。TiO的热稳定性2聚碳酸酯是利用TGA演示。一个优秀的系统被用来进行矫正性大动脉转位。10°C /分钟的加热率和氮流70毫升/分钟,温度范围从室温到800°C。比勒(型号60044美国)与安装显微镜显微硬度测试仪是用来进行维氏显微硬度测试。TGA曲线表明,TiO2纳米复合材料比聚碳酸酯电影电影有更强的热阻,这阻力似乎TiO的成长2浓度升高(139年]。
7.4.3。利用SEM特征
TiO2NPs是由气单胞菌属亲水的细菌。对其分析方法也用于探索纳米粒子的表面。聚合纳米颗粒的形成表明纳米粒子表面均匀分布。
它表明粒子紧密分散在一个小的分散范围(140年]。使用纳米粒子与表面光滑形态(137年]。
7.4.4。利用TEM特征
透射电子光谱(TEM)检查发现,形状和结构bio-template辅助合成TiO的安排2NPs。这个调查可以用来找出形成的纳米材料的性质,进一步了解它们。生长foenum graecum-assisted TiO2NPs平均20纳米的颗粒大小,和HR-TEM图像显示spherical-shaped多分散的纳米颗粒。TEM图像表明,单个纳米粒子几乎被制服,40 - 60纳米的范围(141年]。
这个研究表明使用生物技术,小型和有效的锐钛矿TiO2纳米粒子可能获得必要的应用程序。d= 0.357纳米计算确定d间距值,这非常类似于x射线衍射d间距值(142年]。
7.4.5。利用傅立叶变换红外光谱特征
傅里叶变换红外光谱学估计技术可以给需要的信息关于生物活性成分/分子从自然商品经营作为模板在整个合成过程中保持TiO2NPs避免疯狂、聚合和失去稳定阶段。在红外光谱、表面水和羟基被发现在3430年和1643厘米1,分别。光谱强度的谱TiO生成2NPs是3430、2937、1643、1403和1079厘米1。这些发现表明,答:亲水性主要包含溶剂、酚类化合物、胺类、内酯、脂肪族胺,其中大部分可能是从事合成工艺,从而保留相位稳定性(143年]。
8。碳基纳米材料的生产和利用
8.1。与低维碳纳米颗粒
8.1.1。碳点(CDs)
碳点(CDs)用热蒸发,产生微波,电化学,微等离子体和高级氧化处理技术。光盘的质量由各种不同的程序(144年]。最受欢迎的cd合成水热/ solvothermal合成方法。cd,有机物质分散在水或溶剂,放入Teflon-lined钢铁杀菌器,安装在一台微波炉,加热到特定的温度在预定的时间。
这种方法有几个优点,包括一个简单的程序和操作,与最高产量一致的cd配方,方便插入其他元素和改变cd品种(145年,146年]。cd有高浓度的污染物因其实质性的有效表面积,一致性和丰富的官能团。因此,他们获得太多的关注在污染控制147年]。
8.1.2。碳纳米纤维(cnf)和碳纳米管纤维(碳纳米管)
在1960年代,纳米碳纤维(cnf)在科学技术成为最重要的工业原料。cnf使用熔融纺丝技术是由碳前体。聚丙烯腈(PAN)的主要前体被用作各种变化,包括添加添加剂,在相对低温氧化稳定,在稳定和扩展,碳化。催化气相沉积(CVD)方法创建vapor-produced碳纤维(VGCFs)。碳纳米管狭窄管组成的统一的碳层在VGCFs透露。声称是电弧放电形成的技术。碳纳米管(碳纳米管)是关键材料纳米技术发展在21世纪148年]。心血管疾病是用来制造cnf的催化分解含碳气体与金属颗粒。乙炔、乙烯、甲烷和丙烯都是常见的气体。当利用KOH溶解,cnf的总面积增加了4 - 7倍(149年]。
电弧放电使用一个锁反应室挤满了H2,他和其他气体。阴极是一本厚厚的碳棒,阳极提供铁,有限公司镍和其他金属催化剂,电力由石墨电极之间的火花出现。反应容器的内侧壁可以用来生产高纯度SWCNTs。较高的碳纳米管生产,优良的稳定性和短的准备时间就是用电弧放电的方法。催化剂可以修改改变碳纳米管的层。电弧放电是类似于激光蒸发技术。在石墨管升高,传感器分散金属氧化物催化剂和石墨纳米复合材料杆。产品积累的水冷铜梁上移动的惰性气体。这项技术不适合大规模生产由于高能源利用率、制备成本,很难普及。生产碳纳米管,心血管疾病是被用于催化乙醇的高架退化,乙烯、乙烷、和一些其他氢化合物(147年]。
8.1.3。碳纳米材料具有高维度
石墨nanosheets由一个六角形排列的碳分子,每个共价连接到三人。相比之下,石墨由各种石墨烯nanosheets使用范德瓦耳斯键连接(150年]。2004年,海姆和诺沃肖洛夫获得他们的努力在创造奖石墨烯从胶带和石墨。自发现以来,石墨烯的研究已经飙升。石墨烯是一个非常强大的超导材料(147年]。水处理的它可带来巨大的好处,因为它的薄,低重量,感光,巨大的表面区域,和耐化学性。石墨烯引起了的兴趣广泛的应用由于这些优势151年]。
石墨烯化学方法用于用环境的应用程序,包括纯化学过程(化学氧化和沉积)和扩展化学过程(电化学、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热过程)。这些技术可以用来引入官能团为各种目的(碳纳米结构152年]。
9。基于纳米技术的生物修复和生物转化
工业废水泄漏在陆地上和水,以及不当处置有毒元素及其化合物都是重金属中毒的来源。尽管食物链中重金属积累,因为它们吸收剂品质,金属是由植物和动物摄入。重金属是剧毒,会导致各种问题在动物和植物,包括遗传问题。几个技术评估有毒金属在非常低的ppm和磅的浓度已经开发出来。纳米粒子被用来去除有毒金属从土壤中,留下了大量空间R和d甚至纳米粒子吸附在生物材料,导致bio-nano复合材料用于污水处理。纳米复合材料的吸附能力有显著影响土壤污染物的治疗。重金属的去除与化工磁性纳米颗粒已经证明。金属离子原位固定或清理可以辅助零价铁氧化物纳米颗粒。Nanomaterial-based光电仪器有毒金属识别正在开发除了减少金属毒性。的精度、准确性和鲁棒性的纳米材料使他们理想的重金属检测和生物修复。 Fluorescence-based transference (FRET)-based instruments also have opened up new possibilities for detecting specific heavy metals that represent harm to the environment sensitively and quantitatively. These nanoparticles contribute to sustainable development because of their wide variety of applications and efficiency [153年]。
阻止害虫的种群,农药是利用。他们分成小组根据他们来自什么样的昆虫。一般利用化学农药在农业领域。此外,过度使用这些物质对生态环境的不利影响,如降低害虫的传粉者数量和濒危动物和鸟类构成风险。减少杀虫剂在土壤水平,许多技术由于表面吸附、超滤,微生物破坏不断发展。然而,这些方法有一些缺点,比如缺乏特异性和敏感性,以及很长的响应时间。因此,纳米技术已成为一个有价值的农药清理和检测(154年]。
长期在老鼠体内调查表明DMSA-coated纳米材料积累在脾脏,肝脏和肺组织三个月不会造成伤害。在这段时间里,纳米粒子进行生物转化,这可能涉及尺寸减少,粒子聚合,或两者兼而有之。进行了研究,包括磁性纳米颗粒在低浓度的变化使用大鼠模型。动物被赋予粒子有两个不同的涂料涂层在粒子退化的作用进行调查。据观察,动物迅速吸收少量的磁纳米颗粒。NP-DMSA中没有检测到血管外的空间在治疗后24小时内,尽管纳米材料浓度低于以往试验的四倍。控制老鼠相比,动物给予低剂量NP-DMSA更高层次的铁蛋白,一个铁储存蛋白质,在他们的肝脏组织,表明粒子被迅速代谢为铁蛋白铁。在两边,低剂量治疗24小时后观察到在许多器官。因为NP-extended——(NH挂钩2)2的循环周期,粒子的组织可能会推迟到来;这就是为什么颗粒数小时后交付可能会注意到。挂钩涂层有助于保护纳米颗粒网状内皮系统的快速崩溃。biodistribution知识、溶解率、和解体过程最重要的是更好地了解各种纳米复合材料的生物医学应用的监控(155年]。
10。由Nano-Enzymes检测环境污染物
合成的酶,也称为nano-enzymes,收到太多的关注在最近一段时间由于其优越的enzyme-like品质自然酶。过渡金属的固有酶活性生物材料被研究,杀菌,cytoprotecting,抗癌,组织再生,药物输送,在其他应用程序(156年]。
因其优异的物理和化学性质,便宜的费用,高稳定性,和简单的存储,nano-enzymes在最近十年有了很大的改善。他们可以用作链接自然酶。这些enzyme-like纳米材料与天然酶的比例总体规模,配置和表面电荷。在生物医学,在nano-enzymes抗菌药物、生物检测和治疗癌症157年]。
已经调查了microbial-derivednano-enzymes是否可能用于治疗两个重要的环境污染可能。聚芳碳氢化合物(多环芳烃)是最重要的工业污染物由于其广泛存在,毒性和生物体内积累的倾向。此外,生物体内积累由细菌引起的生物体具有显著的环境和经济的影响在许多行业,尤其是海上船只,它增加了水动力阻力由于旋转速度恒定的潜在损失或权力显著提高保留相同的强度,导致更大的排放和能源,尤其是二氧化碳温室效应,到环境中(温室气体)。清洁替代能源中,生物的路线已经被认为是有前途的,有效的和长期的。有机木质素分解酶是适合PAH分解和防污。然而,由于许多原因,包括他们有限的稳定性、灵活性、和高生产成本,这些酶是很难在大范围内使用。近年来,它已经表明,纳米粒子,尤其是nano-enzymes新和协同技术净化受污染的区域,同时保留酶的一致性(158年]。
过渡金属的固有酶活性生物材料正在调查,杀菌,cytoprotecting,抗癌,组织再生,药物输送,在其他应用程序中。银(Ag)是一种过渡金属氧化物研究显著自世纪之交以来由于其生物活性和催化特性。形式的有机系统,配合物,双金属,和铁氰化物结构,作者列出了Ag-based混合酶。根据文献,Ag-based混合酶可以检测各种化合物,离子和生物物种。此外,抗菌,细胞防御和抗癌应用程序正在使用Ag-based酶研究。混合酶基于Ag)有大量的临床试验和商业化潜力159年]。
11。基于纳米技术的废水处理的机制
有几种常规采用的治疗方法可用于水污染物,如混凝、絮凝、反渗透、絮凝、过滤。不过,这些通常不会有效地去除所有目标污染物。这些已经逐渐增加弹性的需要技术和膜,可用于水处理及其净化(160年]。
纳米材料的应用研究开发分离媒体以极大的霸权的响应或输出改进传统的治疗技术(161年]。许多处理设施实现了纳滤与最低产生废水污染水平(162年]。纳米材料也被公认为他们使用杀菌水和废水bio-remediating [161年,162年]。
11.1。基于纳米技术的膜
水膜过滤在医治一个有影响力的作用从不同的污染物。在过去的十年中,陶瓷和聚合物膜的发展积极影响膜的使用。然而,膜污染被认为是一个重要的问题在过滤过程中,引发了严重的担忧膜使用的可行性。纳米技术是非常有用的净水工艺的膜。最近的一项研究报告的制作水过滤使用纳米材料如碳纳米管和纳米膜nano-reactive膜(163年]。广义示意图显示了nanomembrane过滤,保留特定污染物通过涂层技术、分解污染物,光催化氧化164年)(图3)。
同样,对于有效的病毒分离、微孔陶瓷纳米结构表面变化(165年]。水合氧化钇的胶体nano-dispersion用于外套内表面区域的设备。这也是热处理来给它一个阳性Y2O3涂层。修改后的纳米结构滤波器成功移除99.9%的一份噬菌体直径25纳米给水的pH值5 - 9。此外,为水处理膜nano-reactive材料制成的合成。在水溶液中,这些膜降解污染物像4-nitrophenol166年和金属离子结合167年]。超滤膜银nanoparticle-loaded polysulfonate有效的反对大肠杆菌K12的和p . mendocina细菌菌株,极大地提高了病毒清除168年]。
有机污染物经历同时过滤和光催化氧化是通过捏造TiO2纳米线薄膜。另一个工作用挤压和溶胶-凝胶/创建TiO注浆成型法2/铝2O3复合膜成功地退化直接Black168染料(169年]。
11.2。Nano-Adsorbents
如今,寻找低成本吸附剂与改善metal-binding能力加强了,吸附已经成为替代治疗方法(170年]。许多不同的材料现在用作吸附在纳米颗粒分离媒体网站等重金属Cd2 +使用硝酸被捕,过氧化氢和其他化学物质(171年]。这些都是氧化形成高吸附金属离子的能力和更快的动力学与各种官能团如羟基和羰基(172年]。广义的示意图(图中描述nano-adsorption机制4)。这个操作是基于两个重要步骤。纳米粒子作吸附剂被允许与污染水流在第一阶段。由于其强大的吸附能力,这些应用纳米粒子附近逮捕任何污染物在最后阶段。这就是纳米颗粒吸附的污染物存在于水。
许多研究使用nano-adsorbents有害元素的去除离子形式,比如,铬、铜、铅、镍,可在文献[174年]。使用nano-adsorbents删除等有害金属,铬、铜、铅、镍离子形式在文献中已经被广泛的研究。可以广泛用于去除铁磁铁矿纳米棒2 +、铅2 +、Cd2 +,铜2 +。在某些情况下,纳米棒比碳纳米管在吸附容量方面,例如,在锌的去除+ 2和铅2 +,但不是铜的去除+ 2。其他形式包括Hg super-paramagnetic纳米颗粒结合+ 2更快速和选择性175年]。
12。天然化合物纳米材料及其应用
天然纳米材料是由生理生化功能的地球,海洋,气候和空气。天然纳米材料在大气中可以找到(176年]。风化和矿物质沉积在土壤提供大多数的自然大气中纳米材料的临界区域177年]。
粘土是最常见的无机纳米材料在自然界中发现。其他风化天然纳米材料存在低浓度比粘土但发挥重要生物地球化学作用(178年]。所有生物生产/纳米生物分子,如免疫细胞分泌酶和基质蛋白组成的朗缪尔Blodget电影(3 - 5纳米)。其他纳米尺寸物质在体内释放,也是人体所必需的正常功能(178年]。
骨是一个100 - 200 nanometre-diameter开孔材料组成的蛋白质纤维和胶原原纤维:磷酸钙晶体,和一个复杂的血管系统(35-60 nm直径)。骨骼组织成五级结构在宏观尺度上179年,180年]。
无机矿物(主要是钙和含磷酸盐羟磷灰石晶体,和微量的钠、钾、镁、氟、氯、和一些微量元素,如硅、锶、铁、锌和铜也有助于维护和构建骨骼(181年]。
纳米结构也被发现的昆虫,连接到许多物理和生理功能。摩擦、化学传感和响应能力,视力和管理,运动细胞相互作用和温度调节功能(概述182年,183年]。
鸟用精致的彩色羽毛补丁和独特的特征找到一个伴侣,保护自己免受掠食者,区分自己从其他一些鸟类在同一物种184年]。植物天然纤维中纤维素纤维的纳米层次bio-composites发现细胞。最短的纤维素纤维长100 - 1000 nm,结晶度段(185年]。
13。金属纳米材料的光催化过程
光催化是一组化学反应引发的电磁光(186年]。纳米材料已经成为技术和生物医学上最重要的影响因素之一。利用纳米材料的独特特性,光催化法被用于各种各样的应用程序,包括从水和空气污染物的去除。这种技术也被用来发电。
13.1。光催化机理
整个光催化的基本过程是在两个阶段叫还原阶段,另一个是氧化阶段(187年)(图5)。当光子照射物质与能量是相同的或大于物质的能带隙,其电子从导带(CB)价带(VB)隙退出对积极的洞。这一阶段被称为还原阶段。减少后阶段,这些电子和空穴对构建活性氧(ROS)像O2和哦。这是氧化阶段。的活性氧取决于不同的问题和照明光子。活性氧的建设在光催化是优秀的,因为它对染料降解[等各种活动188年)和抗菌效果(189年]。
使用半导体材料作为光催化介质消除有机和无机物种在最近几年引起了关注。因为它的高氧化能力,这种方法已被建议作为一个强大的工具为环境保护(191年]。纳米材料例如氧化物[192年- - - - - -194年)、半导体(195年,196年)、金属(197年,198年),而石墨烯(199年,200年)已被证明在光催化过程产生重大影响201年,202年),因为它们增加,可调光学特征,他们是有效的催化剂(表3)。
14。环保纳米技术来控制环境污染
环境研究发现纳米技术作为关键球员在最近的演化环境工程和科学方法。纳米材料和高分子纳米复合材料的主题是对基于纳米技术设备的当前状态,展示环境研究的重要输出。纳米技术已经大大有助于解决长期的修复和保护环境对人类健康的威胁。许多纳米结构已经在这个领域发展,和更多的发展。毫无疑问,环境领域为我们提供了许多好处和执行一个重要的角色,使用更少的化学物质,保留权力,减少现实,提高原子的熟练程度,和建立更先进的技术和组件的补救环境,所有这些承诺生态完整性(204年]。的一个最严重的全球食品和环境风险是由人造的化学品和其他物质污染大自然。重金属现实中像农药、杀虫剂和除草剂工业雄激素的过程被使用过度的农业、制药过度使用抗生素和药物(205年,206年]。保护水资源是人类生存的基本资源之一,地球上其他生活形式的生存和未来的改进。随着人口增长、技术进步、城市化和产业扩张,对淡水的需求也在不断上升(207年]。水污染的主要原因之一是由于那些来自核电站的重金属,矿业、化学处理厂、冶金、电镀、和家庭和农业废水208年- - - - - -211年]。食物链是聚合污染的重金属如铜、铅、锌、汞和结果,它会导致关键长期health-associated所有风险(212年- - - - - -214年]。微生物操作不能降解重金属致癌物质和有毒,影响生态系统和环境,也建立在食物链中215年]。与其他现有方法相比,吸附方法更容易接受,因为他们很简单,节省成本,环保,有足够的实用性和简单的吸着剂再生消除重金属污染物(216年- - - - - -218年]。下表(表4)显示了最近发现的大量的纳米粒子用于重金属修复。
15。纳米材料及其应用环境污染
纳米粒子是高活性一样活跃站点和一个巨大的表面积与体积的比值。纳米粒子的特性可以用来解决潜在的环境挑战,如空气、水、和土壤污染及其恢复。各种各样的纳米材料可以用来改善环境的健康和地球的生物的生活。
15.1。纳米材料对环境污染物检测
常见污染物和有害污染物在水、土壤和空气相结合。因此,这种设备是罕见的,可以过滤,意义,和监控有毒粒子从土壤,水和空气。在这方面,纳米技术有一个广泛的选项来解决这些问题的解决方案。纳米材料可以执行作为优良的吸附剂、催化剂和探测器(241年]。行业使用的纳米传感器(纳米材料和高分子复合材料)跟踪不同的污染物,包括金属污染物、有机和无机污染物、有害气体和生物元素。许多有害气体在我们的环境中会造成严重的健康问题和环境破坏,如空气污染和水污染。纳米传感器使其更容易识别有害的环境化学物质和重金属在环境中242年]。各种纳米传感器可以用来检测这种有毒气体(表5)。
15.2。纳米粒子的净化空气
空气污染率每天的上升是由于人们的高水准的生活一直是一个严重的问题。这也加快了世界经济过热。纳米技术发现了好几种方法来减少空气污染。碳纳米管与金纳米粒子是最重要的使用纳米技术的吸附有毒、有害气体的领空。单壁碳纳米管(纳米)和微管(MWNTs)一维宏观粒子与优异的热稳定性和化学性质显示巨大的功效作为优良的吸附剂去除不同的污染物,包括无机和有机245年]。使用nano-catalysts,污染物可以快速转换和选择性24]。nanofillers的使用是改善空气质量的另一种方式。多孔膜与气孔足够小,隔离不同的污染物中使用这种方法。过滤器在金属氧化物框架(mof)已被证明是有效的过滤颗粒粒子。表6显示列表的纳米颗粒,控制空气污染物(246年,247年]。
15.3。纳米材料在水处理
全球化和工业化的主要原因是当前水平的致命污染物和毒素的发现在水里。有几个例子水污染的工业浪费,石油泄漏,除草剂,杀虫剂,化肥渗漏、工业副产品,化石燃料的开采。纳米技术正在开发改善水质和生物修复的反应通道,分离、过滤、消毒(14]。纳米材料有良好的优势更喜欢大的外部空间反应在相关的重量。他们更比活性炭具有成本效益的,也有可能消除污染物(248年]。
污染管理Fe-nanoparticles可以直接插入到土壤、沉积物,或固体废物。纳米颗粒与水相结合,创造一个在这一过程中泥浆。纳米粒子注射,保持暂停,导致治疗区域的形成。活性炭是另一种方法的例子,很充足,就是捕获纳米材料与固体矩阵或外观。其他金属锌和锡,这可以减少污染物如铁,可以代替铁纳米材料(249年]。
金属氧化物纳米材料表现出了极好的承诺作为一种经济、环保、废水和长期管理解决方案(图6)。这些纳米颗粒缩小没有显著减少表面积,有很大的比表面积,短intraparticle扩散差距,有更多附件网站。同时,他们是简单的回收。此外,他们有较高的吸附能力激活碳的超顺磁的性质(250年]。
氧气分子之间吸附主要是通过复杂的形成和溶解金属的金属氧化物组。人们普遍认识到,病原intraparticle扩散引起的有效吸附重金属的外层金属纳米粒子沿边界。创造新颖的磁铁矿表面吸附的网站已被归因于纳米颗粒表面上的变更。铝、锌、钛、铁金属氧化物是便宜的和优秀的吸附剂对有毒物质和放射性元素(252年]。
作为光催化剂氧化,TiO2用于复杂的光化学氧化水中有机和无机污染物的治疗方法。TiO的表面2已经转换成纳米管更有效地将有机和无机污染物。TiO2电极尤其成功地确定水的化学氧需求,因此可以作为传感器来识别污染物在水253年,254年]。
15.4。纳米粒子侵蚀土地浪费
不断增长的生活标准导致的一系列重大问题,其中一个是土地浪费的积累,这需要创新的解决方案和技术。聚乙烯和塑料是最难降解所有工业和住宅用地浪费,和处理的垃圾场也不是一个合适的解决方案。全世界的超过二千五百万块塑料垃圾收集。许多微生物,如铜绿假单胞菌和假单胞菌putida,已经卓有成效的聚乙烯(图恶化7)。
通过增加聚乙烯降解细菌的增长阶段,纳米技术帮助这些陆地污染物的降解。纳米钛酸钡,也可以说是超Fe-oxide和富勒烯纳米材料(60)促进细菌生长纳米材料(SPION)。在低密度聚乙烯(LDPE)的情况下退化,TiO2涂料用不同的金属是一个例子(铁、银、或Ag) +铁)。这种方法还显示因为TiO催化活性的重要活动2这是由紫外线辐射(256年]。
16。最近的优势和前景
平均粒径,凝结的方式,大小的粒子,粒子的语句数量大小分布面积,和结构都是纳米材料的重要特征。纳米材料是一个新兴的跨学科的研究课题涉及发展中各种方式制造纳米的所需的材料,如聚合物、半导体和其他材料。
光催化已经成为一种很有前途的和创造性的技术,将太阳能转换为化学能的潜力(257年]。典型的光催化方法的处罚包括水消毒,光电检测、光降解的污染,重金属,氢代有限公司2光致还原作用,光动力治疗258年,259年]。光电传感、各种氧化物已经被利用,包括氧化锌,TiO2,SnO2,我们3(51]。在光电传感、TiO2是这些氧化物的最有前途的几种气体用来跟踪的外观在给定的字段260年]。
最近,吴用氮离子注入来开发一个TiO的可见光photo-response2纳米线首次,可见光检测是由单一TiO应用n型2纳米线。光电特性增加了一个高级电场(电压偏差- 3 v)和相同强度的光照射,导致更多的载流子被激活。因此,重新连接电子空穴对的更严格的更高的偏置电压。因此,扩大光电探测器,基于单个N-TiO2纳米线,令人称羡的可见光检测、响应率300 AW1的偏置电压3伏[261年]。
研究了氧化镍(NiO) NPs广泛由于其电催化作用,化学稳定性高,超电导特性,和电子转移能力(262年]。NiO有广泛的可能的应用电化学性能、水处理、抗菌性能和气体传感。几种方法生产NiO NPs已经记录,包括solvothermal [263年],precipitation-calcination [264年)、化学沉淀(265年,微波水热266年),和热分解263年,267年)方法。
纳米技术让科学家生成环境有益的化合物或材料应用时,可以很容易地取代有害物质。具体可以使纳米材料的生物相容性包围的金属离子可以成功地用于污染物处理技术,使用环境纳米科学的思想,根据污染物的性质和复杂性。以下是纳米技术潜在的未来趋势,以及一些有趣的新发展和使用——纳米材料已经在很大程度上造成了污水处理、和他们继续有能力对新创意废水的处理技术。例如,在废水处理膜流露,实际上电纺nanofibrous膜(运用)已经被广泛的应用。尽管成本高,他们一起利用聚合物由于优异的疏水性聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。因此,对膜蒸馏的应用污水处理、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),像其他聚合物,应该实际上电纺到运用(268年]。
对污水处理、聚合物纳米复合材料(pnc)也是另一个令人兴奋的应用纳米技术,可以改善。pnc的约束只能够执行一个函数。结果,研究人员应该开发和部署多功能pnc改善pnc“水修复功能(267年]。许多疾病与空气污染。空气净化的承诺已经阐明了纳米技术的应用和纳米粒子一样,nanomembranes, nanofillers。这些施加在未来可能扩大。例如,在光催化空气净化或化学催化分解,polymer-assisted纳米复合材料应该被广泛接受。几种表面改性过程被用来测试不同空气TiO等吸附剂2纳米材料、聚合物吸着剂和其他增加选择性[241年]。
纳米空气净化的范围可以扩大在未来包括各种各样的微粒过滤器。在研究当前研发的情况,可以介绍nanomembranes汽车消音器,空调、冰柜、通风管道、和其他应用程序可以过滤和扩散危险粒子释放到环境中。
17所示。结论
环境污染对整个生活社区构成了巨大的威胁。等生产活动排放的工业化学物质,过多的燃烧化石燃料,累人的气体从汽车、noneco-friendly技术,建设和拆迁,下拉的野生森林,和其他因素导致环境污染的快速增长。为了避免这种变性,混凝土和长期的努力。近几十年来,纳米材料和纳米技术的发展环境检测和修复中受益。这手稿讨论各种类型的合成、表征、不同的利用率,bioinorganic-based纳米材料对环境污染的范围。将纳米材料与分析技术有很多呼吁开发简单、敏感、低成本、和小型设备检测环境污染物的范围。纳米技术的广泛的长度实现技术性的所有学科。尽管充分,然而,有更多的发现。许多尝试去推动纳米技术和消除其缺陷,包括毒性。纳米粒子,可以活跃在小和大尺度,可以提供一个更可持续的,具有成本效益的,整体的策略来解决这个严重的问题。
数据可用性
所有可用的数据用于支持本研究的结果提出了手稿。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢美国药房,水仙花国际大学,允许进行研究和各种支持。