纳米材料导论复习题(2016) 一、填空： 1.纳米尺度是指 2.纳米科学是研究纳米尺度内原子、分子和其他类型物质的科学 3.纳米技术是在纳米尺度范围内对原子、分子等进行的技术 4.当材料的某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米范围尺寸时，可将此类材料称为 5.一维纳米材料中电子在个方向受到约束，仅能在个方向自由运动，即电子在 个方向的能量已量子化一维纳米材料是在纳米碳管发现后才得到广泛关注的，又称为 6.1997年以前关于Au、Cu、Pd纳米晶样品的弹性模量值明显偏低，其主要原因是 7.纳米材料热力学上的不稳定性表现在和两个方面 8.纳米材料具有高比例的内界面，包括、等 9.根据原料的不同，溶胶-凝胶法可分为： 10.隧穿过程发生的条件为. 11.磁性液体由三部分组成：、和 12.随着半导体粒子尺寸的减小，其带隙增加，相应的吸收光谱和荧光光谱将向方向移动，即 13.光致发光指在照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃入低能级被空穴捕获而发光的微观过程仅在激发过程中发射的光为在激发停止后还继续发射一定时间的光为 14.根据碳纳米管中碳六边形沿轴向的不同取向，可将其分成三种结构：、和 15.STM成像的两种模式是和. 二、简答题：（每题5分，总共45分） 1、简述纳米材料科技的研究方法有哪些？ 2、纳米材料的分类？ 3、纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别？ 4、简述PVD制粉原理 5、纳米材料的电导（电阻）有什么不同于粗晶材料电导的特点？ 6、请分别从能带变化和晶体结构来说明蓝移现象
7、在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么？ 8、解释纳米材料熔点降低现象 9、AFM针尖状况对图像有何影响？画简图说明 1. 纳米科学技术 (Nano-ST):20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，是研究在千万分之一米10–7)到十亿分之一米(10–9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术，又称为纳米技术 2、什么是纳米材料、纳米结构？ 答：纳米材料：把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料，即三维空间中至少有一维尺寸小于100nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料，大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类；纳米材料有两层含义： 其一，至少在某一维方向，尺度小于100nm，如纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜，或构成整体材料的结构单元的尺度小于100nm，如纳米晶合金中的晶粒;其二，尺度效应：即当尺度减小到纳米范围，材料某种性质发生神奇的突变，具有不同于常规材料的、优异的特性量子尺寸效应。 纳米结构：以纳米尺度的物质为单元按一定规律组成的一种体系 3、什么是纳米科技？ 答：纳米科技是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工 4、什么是纳米技术的科学意义？ 答：纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域，也是一片新的研究疆土在宏观和微观的理论充分完善之后，再介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头；纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为任何一门传统的学科领域而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性的突破的，在这一尺度下，充满了原始创新的机会因此，对于还比较陌生的纳米世界中尚待解释的科学问题，科学家有着极大的好奇心和探索欲望 5、纳米材料有哪4种维度？举例说明 答：零维：团簇、量子点、纳米粒子 一维：纳米线、量子线、纳米管、纳米棒 二维：纳米带、二维电子器件、超薄膜、多层膜、晶体格 三维：纳米块体 6、请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应 答：小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应 表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应 量子尺寸效应：当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料
专题讲座四环境保护与绿色化学 [考纲要求] １．了解氮氧化物、二氧化硫等污染物的来源、性质和危害，体会化学对环境保护的重要意义。２．了解化工生产过程中产生的“三废”对环境的危害，树立绿色化学的观念。３．原子经济性的概念和原子利用率的计算。 一、环境污染及其防治 １．环境污染 与化学相关的环境污染问题主要包括如下几个方面。一是大气污染问题：是指由空气中的颗粒物、硫的氧化物（SO２、SO３）、氮的氧化物（NO、NO２等）、CO、碳氢化合物、氟氯代烷等造成的污染（其中SO２、NO x主要来源于化石类燃料的大量使用）。大气污染的具体表现主要有：形成酸雨、酸雾；臭氧层空洞；光化学烟雾；室内空气污染（指家用燃料的燃烧、烹调、吸烟产生的CO、CO２、NO、NO２、SO２等，各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染等，其中CO与血红蛋白作用会使血液失去输氧能力，导致CO中毒）。二是水体污染：是指过量有害物质进入水中造成的污染。导致水体污染的物质主要有两大类，一类是重金属污染，如重金属Hg、Cd、Pb、Cr等进入水中形成的污染，这些重金属主要来自于化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水。另一类是植物营养物质污染：水中高浓度的N、P等植物营养物质，导致水体富营养化而形成的污染。它主要是由进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用磷肥造成的。三是固体废弃物造成的污染：主要是指生活垃圾、工业废料随意堆放造成的污染，目前最引人注意的是由塑料制品造成的白色污染及废旧电池造成的重金属污染。垃圾污染范围广泛，对环境及生物的不良影响途径多样。 思考：当今环境污染存在以下几方面问题：（用物质化学式或元素名称填写相关原因） （１）酸雨——形成原因主要是SO２和氮氧化合物。 （２）光化学烟雾——主要是氮氧化合物、碳氢化合物造成的。 （３）臭氧空洞——主要是氟氯代烷、氮氧化合物等的排放引起的。 （４）温室效应——主要是由于大气中CO２等的含量的不断增加造成的。 （５）白色污染——聚乙烯等难降解塑料的大量使用。 （6）赤潮——含磷洗衣粉的大量使用，工、农业及城市生活污水的任意排放。 ２．环境保护的措施 （１）工业废气携带颗粒物的回收利用。 （２）工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用含磷洗涤剂。 （３）回收、限制难降解塑料，研制可降解塑料。 【例１】环境问题及解决措施 Ⅰ.臭氧层空洞 大气平流层中O２吸收紫外线可变成臭氧（O３），而冰箱中的制冷剂氟里昂在紫外线作用下分解出氯原子，氯原子能加速臭氧的分解，从而破坏平流层中的臭氧层。同样超音速飞机的尾气及发动机尾气中的NO也能加快O３的分解，反应式如下：NO＋O３―→NO２＋２O；NO２＋O―→NO＋O２。请你写出总的反应式：______________；其中NO的作用是______________和____________。 解析通过化学反应方程式的加和可以得到总的反应式：O３错误!O２＋O。通过第一个反应式可知NO作还原剂，由总反应式可知NO作催化剂。 答案O３错误!O２＋O 还原剂催化剂 Ⅱ.水源污染（富营养化）
第一章 1、简答：温室效应及其与化学的相关性；核冬天；光化学烟雾及其化学本质；生物多样型？ 答：全球气候变暖是大气中温室气体浓度升高引起的。这些温室气体又是人类在寻找食物、生活用品及供热取暖等满足基本生活要求的过程中，以及工业生产活动过程中排放到大气中的。温室气体主要有CO2、NO X、CH4、卤代烃等。 核冬天：有限的核战争所产生的烟尘会导致地球冷却的假设，被称为“核冬天”。 光化学烟雾主要就是氮氧化合物与烃类物质在紫外线照射下，经过一系列复杂反应后形成的一种大气污染现象。氮氧化物是光化学烟雾引发的主要元凶：NO2→NO+O；O+C X H Y→C X H Y O；C X H Y O+O2→C X H Y O3； C X H Y O3+C M H N→RCHO+R’COR2；O+O2→O3。 生物多样性是指地球上所有生物——植物、动物和微生物及其他物质构成的综合体。它包括遗传的多样性、物种多样性和生态系统多样性三个组成部分。 2、为什么说化学是一门中心的、实用的、创造性的学科？ 答：化学的原理和方法以及化学反应方面的研究目前仍在主导其他学科；它在开发天然资源以满足人类的生活需要方面作出了巨大贡献。基于化学的产业，利用天然资源制取大量的化肥、农药、农膜、塑料、钢铁、水泥等产品和材料，并生产大量的合成纤维和橡胶等以弥补农业、林业的不足；能源的开发利用，新材料的开发利用，医药卫生等均离不开化学。可以说，人类的衣、食、住、行、用及保持健康等无一项可以离开化学，化学在这些领域中直接或间接地发挥着不可替代的作用。 3、人类目前面临的主要环境问题有哪些？造成这些困境的原因是什么？（1页） 答：1、全球气候变暖2、核冬天的威胁3、臭氧层破坏4、光化学烟雾和大气污染5、酸雨6、生物多样性锐减7、深林的破坏8、荒漠化9、水资源危机10、海洋污染日甚。环境问题的起因是人类自己。环境问题是指由于人类活动作用于周围的环境所引起的环境质量变化以及这种变化对人类的生产、生活和质量造成的影响。 第二章 1、简答：绿色化学的目标；化学工业造成的危害；风险试剂；生物质的种类；可再生资源；原子利用率；环境商；环境因子？（课本第2章） 答：绿色化学的目标是：化学过程不产生污染，即将污染消除于其产生之前。 2、为什么要大力发展绿色化学？（11页）答：1、大力发展绿色化学是人类社会可持续发展的必然要求；2、发展绿色化学是科学技术和经济发展的要求。 3、绿色化学及其与环境污染治理的异同？（10~11页） 答：绿色化学就是利用化学原理和方法来减 少或消除对人类健康社会安全、生态环境有 害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、 副产物的新兴学科，是一门从源头上、从根 本上减少或消除污染的化学。 传统的环境保护方法是治理污染，或曰污染 的末端处理，也就是研究已有污染物对环境 的污染情况，研究治理这些已经产生了的污 染物的原理和方法，是一种指标的方法。 绿色化学的目标是：化学过程不产生污染， 即将污染消除于其产生之前。实现这一目标 后就不需要治理污染，因其根本就不产生污 染，是一种从源头上治理污染的方法，是一 种治本的方法。 4、什么是绿色化学品？怎么设计安全的化 学品？（17页） 5、举例说明原子经济反应是不产生污染的 必要条件？（找不到） 6、试论计算机辅助绿色化学合成路线设计 的必要性和方法？（23页） 7、怎样在反应过程中使化学反应绿色化？ （第5节） 8、自选一条目前使用的环氧丙烷合成路线， 用绿色化学原理对其进行评价并设计一条 更佳的新路线？（13页底端14页顶端） 9、简述绿色化学十二原则？（27页） 答：1、不让废物产生而不是让其生成后再 处理；2、最有效地设计化学反应和过程， 最大限度地提高原子经济性；3、尽可能不 使用、不产生对人类健康和环境有毒有害的 物质；4、尽可能有效地设计功效卓著而又 无毒无害的化学品；5、尽可能不使用辅助 物质，如须使用也应是无毒无害的；6、在 考虑环境和经济效益的同时，尽可能使消耗 最低；7、技术和经济上可行时应以可再生 资源为原料；8、应尽可能避免衍生反应；9、 尽可能使用性能优异的催化剂；10、应设计 功能终结后可降解为无害物质的化学品； 11、应发展实时分析方法，以监控和避免有 害物质的生产；尽可能选用安全的化学物 质，最大程度地减少化学事故发生。 第三章 1、设计安全无毒化学品的一般性原则有哪 些？（36页表3-1） 2、设计安全化学品的方法主要有哪些？其 基本原理分别是？（39~57页） 答：方法有：1、毒理学分析及相关分子设 计；2、利用构效关系设计安全的化学品；3、 利用集团贡献法构筑构效关系；4、利用等 电排置换设计更加安全的化学品；5、“软” 化学设计；6、用另一类有相同功效而无毒 的物质替代有毒有害物质；7、消除有毒辅 助物品的使用。 3、化学品的毒理学分析包括哪些内容？如 何根据毒理学分析进行相关分子的设计？ 举例说明？（39页） 4、什么是构效关系？如何根据构效关系设 计更加安全的化学品？（49页） 答：一类化合物的毒性以及该类化合物中不 同结构（结构差异）引起的毒性差异称为构 效关系。 第四章 1、由碳、硅元素的化学性质，试讨论用硅 取代碳的可行性及硅取代物的优点？（58 页） 2、用辛酸—水分配系数表征有毒化学品毒 性的一般准则是什么？（68页） 3、举例说明等电排置换是设计更加安全化 学品的有效方法？（找不到） 4、从分子量、分子体积角度看，应该怎样 设计更加安全的化学品？（找不到） 5、常见可降解和不可降解的基团有哪些？ （62页） 6、从可生物降解、对水声生物的毒性角度 看，怎样设计更加安全的化学品？（67页 第3节） 第五章 1、举例说明什么是催化剂，它在化学反应 中有何作用？（80页表5-1最后一列） 2、以环戊二烯钛催化烯烃聚合为例，说明 催化剂分子机器的作用？（81页图5-2） 3、为什么说催化剂能全方位地促进绿色化 学的发展？（81页） 4、什么是催化剂设计？怎样进行催化剂设 计？（84页） 答：所谓催化剂设计，就是指人们按照自己 的意图制造目标催化剂的工作，它代表一种 构思，而不一定要画出图纸。也就是对指定 的反应，或者需要制造的某种产品，应该如 何选用一种催化剂的知识逻辑分析。（设计 步骤见图5-5） 5、以萘与丙烯发生烷基化反应为例说明催 化剂结构对反应选择性的巨大影响？（87 页） 6、简述反应原料的重要性及绿色化学对反 应原料的选择原则？（88页） 7、生物质作为反应原料的优缺点？（89页） 答：优点：1、生物质可给出结构多样性的 产品材料2、生物质的结构单元通常比原油 的结构单元复杂3、由生物质衍生所得物质 常常已是氧化产物，无需再通过氧化反应引 入氧4、增大生物质的使用量可增长原油的 使用时间，为可持续发展做出贡献，为一些 必须使用石油做原料的产品的生产提供保 证5、使用生物质可减少二氧化碳在大气中 浓度的增加，从而减缓温室效应6、化学工 业使用更多的可再生资源可使其本身在原 料上更有保障7、生物质资源比原油有更大 的灵活性。 缺点：1、在经济上还不具备竞争力2、现 在考虑用作化学化工原料的生物质是传统 的食品原料，把食品原料改作化工原料是否 合适3、生物质的生产季节性很强4、生物 质的组成极为复杂，不同种类的物质，其组 成和性质都可能不尽相同，若需要对每一类 生物质有针对性地修建工厂，这将使生物质
聚合物基纳米复合材料的研究进展 摘要:本文总结了聚合物基纳米复合材料的研究进展，主要涉及纳米复合材料的制备方法、性能介绍和应用情况等方面，对聚合物基纳米复合材料的合成技术方法、不同的类型和相应性能特点进行了重点分析。对于聚合物基纳米复合材料，纳米填料的分散性、与聚合物基体的界面性能以及基体的性质都是影响其物理、热性能、机械等性能的重要参数。最后，简要介绍了目前在聚合物基纳米复合材料研究领域存在的问题，并对中国在该领域的未来发展以及纳米复材的产业化应用提出了相关建议。 关键词：纳米复合材料；聚合物；进展 Progress in Polymer Nanocomposites Development Abstract：This article summarizes some of the highlights of newest development in polymer nanocomposites research. It focuses on the preparation, properties and applications of polymer nanocomposites. The various manufacturing techniques, analysis of kinds of polymer nanocomposites and their applications have been described in detail. In the case of polymer nanocomposites, filler dispersion, intercalation/exfoliation, orientation and filler-matrix interaction are the main parameters that determine the physical, thermal, transport, mechanical and rheological properties of the nanocomposites. Finally, the recent situation of research in polymer nanocomposites was introduced and some constructive suggestions were proposed about the industrialization of polymer nanocomposites in China. Keywords：nanocomposites; polymer; progress
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
绿色化学与生活 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
绿色化学与现代生活学院：经济与管理学院 专业：物流工程 班级： 142 名字：丁文雄 学号： 目录 摘要……………………………………………………………………………………… 3 1.绿色化学的基本内容 (4) 12个基本原理 (4) 2.绿色化学的研究成果 (7)
1 2 3.绿色化学与生活 (12) 绿色化学与生活的联系 (12) 绿色化学面临的挑战 (14) 怎样实行绿色化 学 (14) 摘要 随着21世纪环境污染问题的加重，绿色化学被提出，绿色化学也叫环境友好化学，它是从源头上阻止污染的新兴学科绿色化学又称“环境学”、“”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。它涉及、、、等,内容广泛。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为或。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪的主要方向之一。 美国在1996年设立了总统绿色化学挑战奖，以此来奖励那些在减少化学污染方面取得成就的人；1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志，标志着绿色化学的正式产生。绿色化学确实应该提倡，它是我们通向美好生活的必经之路。 1.绿色化学的基本内容
技术原理 它可通过使用,避免给环境造成负担、避免排放.利用太阳能为目的的光触和的制造和储藏技术的开发,并考虑节能、节省资源、减少排放量 传统的给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨～4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。化学工业能否生产出对环境无害的化学品甚至开发出不产生废物的工艺有识之士提出了绿色化学的号召，并立即得到了全世界的积极响应。 绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学，是用化学的技术和方法去减少或消除有害物质的生产和使用。 12个基本原则 1. 防止污染优于污染治理：防止废物的产生而不是产生后再来处理； 2. 提高原子经济性：合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最终产物中； 3. 尽量减少化学合成中的有毒原料、产物：只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小； 4. 设计安全的化学品：设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无毒或毒性很小； 5. 使用无毒无害的溶剂和助剂：尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），如果一定要用，也应使用无毒物质； 6. 合理使用和节省能源，合成过程应在环境温度和压力下进行：能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受；
思考题 第一章3 1、21世纪人类面临的4大问题是什么？ 2、人类面临的几大环境问题及其原因是什么？ 3、绿色化学定义的5个内涵是什么？ 4、绿色化学的内涵－5个R是什么？ 5、原子经济性是什么？ 6、绿色化学的5大任务是什么？ 7、绿色化学十二原则－Anastas原则的内容是什么？ 第二章4 1、简述化学工业与现代社会的关系。 2、化学工业的发展历史阶段及内涵。 3、环境友好的化学技术的含义是什么？ 4、生物质化工转化的主要内涵。 5、纤维素制乙醇的主要过程和技术难点。 6、简述催化技术的特点。 7、催化技术的进展主要在哪几个方面？ 第三章5 1、设计安全无毒化学品的一般原则是什么？ 2、设计安全无毒化学品的外部和内部效应原则是什么？ 3、设计安全无毒化学品的外部效应原则主要包括哪几个方面？ 4、设计安全无毒化学品的内部效应原则主要包括哪几个方面？ 5、设计安全有效化学品的方法主要有哪几种？ 6、化学品的致毒途径和根源。 7、化学品的吸收、分散和代谢。 8、含有那些化学结构的物质毒性较大？ 9、等电排置换设计。 第四章 9 1、硅-碳等电排置换法设计安全无毒化学品的原理是什么？ 2、设计可生物降解的化学品的重要性。 3、生物降解的细菌基础是什么？ 4、不易生物降解的化学结构有哪些？ 5、水生生物毒性定量构效关系构筑的常用物理性质有哪些？ 6、影响水生生物毒性的物理和化学因素有哪些？ 7、表面活性剂对水体和水生生物的危害？如何防止？
第六章11 1、绿色化学反应举例。 2、亚氨基二乙酸钠合成的新路线。 3、环氧丙烷生产方法有哪几种？各有何优缺点？ 4、合成己二酸和邻苯二酚的传统方法和新方法的原理和优缺点？ 5、绿色原料举例。 6、超临界CO2中的反应举例。 7、对比异布洛芬的新、旧合成路线，说明其技术创新的关键。 8、更安全的化学品举例，所得到的启示。 第七章17 1、高效均相和多相催化技术有哪几类？ 2、生物催化和仿生催化的优点。 3、酶的分类。 4、固定化酶技术的优点。 5、环境友好的溶剂中的有机反应。 6、固相合成对载体的基本要求。 7、不对称催化合成有哪几种方法？有何优缺点？
1简答：绿色化学的目标、化学工作造成的危害、风险试剂、生物质的种类、可再生资源、原子利用率、环境商、环境因子 2为什么要大力发展绿色化学 3绿色化学及其与环境污染治理的异同 4什么是绿色化学品怎样设计安全的化学品 5举例说明原子经济反应是不产生污染的必要条件 6试论计算机辅助绿色化学合成路线设计的必要性和方法 7怎样在反应过程中使化学反应绿色化 8试论分析化学在绿色化学发展中的作为 9简述绿色化学12原则 1、简答：绿色化学的目标、化学工业造成的危害、风险试剂、生物质的种类、可再生资源、原子利用率、环境商、环境因子。 答：绿色化学的目标是：化学过程中不产生污染，即将污染消除与其产生之前。实现这一目标后就不需要治理污染，因其根本就不产生污染，是一种从源头上治理污染的方法，是一种治本的方法。 化学工业造成的危害：由于受传统发展观的影响，化学工业向环境排放了大量的污染物，一些化学品不佳节制地被滥用，给整个生态环境造成了非常严重的影响。当代全球十大环境问题中至少有7项与化学工业和化工产品的化学物质有关，在所有释放有毒有害物质的工业中，与化学工业相关的产业处于第一位，该行业排放的有的有害物质是处于第二位的冶金工业的4倍。许多物质排放到环境后会在环境中残留和积累，对环境造成破坏，另外，化工生产中的偶然事件也会对人类和环境造成突发性的影响。
风险试剂：绿色化学中所指的风险实际指的是氢氰酸 生物质的种类：生物质主要有来年各类，即淀粉和木质纤维素。玉米、小麦、土豆等是淀粉类的代表，农业废料（如玉米杆、麦苗杆等），森林废物和草类等是木质纤维素的典型代表。 可再生资源：指那些通过天然作用或人工活动能再生更新，而为人类反复利用的自然资源叫可再生资源，又称为更新自然资源，如土壤、植物、动物、微生物和各种自然生物群落、森林、草原、水生生物等。 原子利用率：原子利用率微目标产物的量（一般为质量）与按化学计量式多的所有产物的量的和之比，用原子利用率可以衡量在一个化学反应中，生产一定来那个的目标产物到底会生成多少的废物。 环境商（EQ）：环境商EQ定义为EQ=E*Q，式中E为环境因子，Q为根据废物在环境中的行为给出的废物对环境的不友好程度，用于评价一种合成方法、一个过程对环境的好坏。 环境因子：环境因子（E因子）定义为E=废物质量/目标产物质量。在这里，对于每一种化工产品而言，目标产物以外的任何物质都是废物。 2、为什么要大力发展绿色化学 答：A. 大力发展绿色化学是人类社会可持续发展的必然要求，一个世纪依赖，为满足人类社会和工业生产的需要，化学取得了十分辉煌的进步，创造了巨大的功绩，但是由于受陈旧的思想禁锢，化学工业给整个自然界带来了巨大的灾难，使地球的生物多样性和生态环境遭受巨大破坏，但是，我们都知道，离开了化学工业，人们的物质生活水平将手机大的限制，我们也不能再像以前一样只是靠转移生产地而解决我们所面临的殊多问题。我们既要为开创更加美好的生活而发展化学和化学工业，又不能让化学品生产过程和化学品破坏我们的环境。这就要求我们大力发展既能支撑经济发展，又能满足环境需要，以保证可持续发展的新的化学——绿色化学。 B. 发展绿色化学是科学技术和经济发展的需要。目前，各化学工业公
墨烯纳米材料及其应
二?一七年十二月
摘要 ................. 错误!未定义书签 1引言................ 错误!未定义书签 2石墨烯纳米材料介绍......... 错误!未定义书签 3石墨烯纳米材料吸附污染物...... 错误!未定义书签金属离子吸附........... 错误!未定义书签 有机化合物的吸附......... 错误!未定义书签 4石墨烯在膜及脱盐技术上的应用..… 错误!未定义书签石墨烯基膜............ 错误!未定义书签 采用石墨烯材料进行膜改进..... 错误!未定义书签 石墨烯基膜在脱盐技术的应用??… 错误!未定义书签5展望................ 错误!未定义书签
石墨烯因为其独特的物理化学方面的性质，特别是其拥有较高的比表面积、 较高的电导率、较好的机械强度和导热性，使其作为一种新颖的纳米材料赢得了越来越广泛的关注。 关键词：石墨烯；碳材料；环境问题；纳米材料 1引言 随着世界人口的增长，农业和工业生产出现大规模化的趋势。空气，土壤和水生生态系统受到严重的污染；全球气候变暖等环境问题正在成为政治和科学关注的重点。目前全球已经开始了解人类活动对环境的影响，并开发新技术来减轻相关的健康和环境影响。在这些新技术中，纳米技术的发展已经引起了广泛的关注。 纳米材料由于其在纳米级尺寸而具有独特的性质，可用于设计新技术或提高现有工艺的性能。纳米材料在水处理，能源生产和传感方面已经有了诸多应用，越来越多的文献描述了如何使用新型纳米材料来应对重大的环境挑战。 石墨烯引起了诸多研究人员的关注。石墨烯是以sp2杂化连接的碳原子层构成的二维材料，其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具有超高的强度，碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯还具有特殊的电光热特性，包括室温下高速的电子迁移率、半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度, 被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛的应用前景。在环境领域，石墨烯已被应用于新型吸附剂或光催化材料，其作为下一代水处理膜的构件，常用作污染物监测。 2石墨烯纳米材料介绍 单层石墨烯属于单原子层紧密堆积的二维晶体结构（）。在石墨烯平面内，碳原子以六兀环形式周期性排列，每个碳原子通过C键与临近的二个碳原子相连，S Px和Py三个杂化轨道形成强的共价键合，组成sp2杂化结构，具有120° 的键角。石墨烯可由石墨单层剥离而产生，最初是通过微机械剥离，使用胶带依次将石墨粘黏成石墨烯来实现。Geim和Novoselov
“纳米材料”—开启微观世界之门 1.纳米材料及纳米技术 纳米技术界定为：在1nm～100nm尺度空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性，通过直接操纵原子、分子或原子团和分子团使其形成所需要的物质的新技术。 纳米材料(nanometer material)是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。2.纳米材料的发展 人类对物质的认识分为两个层次：一个是宏观，另一个是微观。人们对宏观物质的研究已经很深人，研究的历史也较悠久。对于微观物质的研究，到20世纪60年代出现了团簇科学，成为凝聚态物理研究的热点。在团簇物理研究中，人们在团簇和亚微米体系之间又发现了一个十分令人注目的新体系，即纳米体系。这个体系通常研究的范畴为1～100nm，其中典型的代表是纳米粒子。由于纳米粒子的尺寸小、比表面积大和量子尺寸效应使其具有不同于常规固体的新特性，而成为材料科学、物理学和化学等学科的前沿焦点。 1959年著名的美国物理学家理查德?费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲，预言说：“我不怀疑，如果我们对物质微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物质得到大量的可能的特性。”虽然没有使用“纳米”这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。1974年，日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词——纳米（Nano）。 1981年格尔德?宾宁（Gerd Binnig）和海因里希?罗雷尔Heinrich Rohrer 发明了扫描隧道显微镜，它使科学家第一次可以观察并操纵单个原子。 1984年Gleiter 首次采用气体冷凝的方法，成功地制备了Fe纳米粉。随后，美国、西德和日本先后研制成纳米级粉体及块体材料。 1985年赖斯大学的研究人员发现了富勒烯（fullerenes）（更为人熟知的名称是“布基球（buckyballs），由著名未来学家，多面网格球顶的发明人巴克明斯特?富勒（R. Buckminster Fuller）命名，它可以被用来制造碳纳米管，是如今使
绿色化学的定义及其特点 绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、洁净化学。 利用现代科学技术的原理和方法，从根源上根除污染；研究环境友好的新原料、新反应、新过程、新产品，实现环境化工与生态协调发展；减少甚至消灭对人类健康、社区安全、生态环境的有害原料、催化剂、溶剂、助剂、产物、副产物的使用和生产。 特点: 绿色化学是从源头上消除污染，促进自然生态系统的良性循环； 绿色化学是要求合理利用资源和能源、降低生产成本、实现资源使用的“减量化、在再使用、再循环”，是发展循环经济的关键途径。 绿色化学的基本特点是：在获取新物质的转化过程中，充分利用每个原子，实现零排放。 1、绿色化学反应的主要任务 寻找无害化学合成； 尽量减少化学合成中得有毒原料和有毒产物； 设计安全化学品； 使化学品在被期望功能得以实现的同时，将其毒性降到最低； 使用安全溶剂和助剂，尽可能不使用助剂 采用无毒无害的溶剂代替挥发性有毒有机物作溶剂 反应原子转化率高 2、举例说明绿色化学的主要研究领域。 设计安全有效的目标分子：构效关系。 设计安全有效化学品主要包括如下两个方面的内容：①新的安全有效化学品的设计；②对已有的有效但不安全的分子进行重新设计。 寻找安全有效的反应原料，如： （1）用二氧化碳代替有毒有害的光气生产聚氨酯:RNH2 + CO2-> RNHCOOR1 （2）亚氨基二乙酸二钠的生产采用新工艺消除有毒氢氰酸的使用: HOCH2CH2NHCH2CH2OH + 2NaOH (铜催剂)=NaOOCH2CH2NHCH2CH2OONa + 4H2寻找安全有效的合成路线：要符合原子经济性原理。要考虑到产品的性能优良，价格低廉，又要使产生的废物和副产物少，对环境无害，可利用计算机来进行辅助设计。 寻找新的转化方法：①催化等离子体方法；②电化学方法；③光化学及其他辐射方法； 寻找安全有效的反应条件：（1）寻找安全有效地催化剂①活性组分的负载化②用固体酸代替液体酸； （2）寻找安全有效的反应介质①采用超临界流体作为反应介质②水作溶剂的两相催化法。 4、什么是原子利用率，计算用氯醇法和过氧化氢直接氧化法制备环氧丙烷的原子利用率。 原子利用率=（目标产物的量/按化学计量式所得所有产物的量之和）*100%=（目标产物的量/各反应物的量的和）*100% 氯醇法：CH3-CH=CH2 + Cl2+ Ca(OH)2——C3H6O +CaCl2+H2O 42 71 74 58 111 18 原子利用率=58/（111+18+58）=58/(42+71+74)=31% 过氧化氢法：H2O2 +CH3-CH=CH2——C3H6O +H2O 3442 58 18 原子利用率=58/(42+34)=76.3% 5、影响化学物质在环境中相态和归宿的性质有哪些？简述化学在环境中降解的化学反应类 型。 1.挥发性、熔点、密度
纳米技术是新世纪一项重要的技术，为多个行业带来了深远影响。纳米技术包含几个方面：纳米电子学，纳米生物学，纳米药物学，纳米动力学，以及纳米材料。其中，纳米材料主要集中在纳米功能性材料的生产，性能的检测。其独特性使它应用很广，那么，纳米材料用在哪方面呢 1、特殊性能材料的生产 材料科学领域无疑会是纳米材料的重要应用领域。高熔点材料的烧结纳米材料的小尺寸效应（即体积效应）使得其在低温下烧结就可获得质地优异的烧结体（如SiC、WC、BC等），且不用添加剂仍能保持其良好的性能。另一方面，由于纳米材料具有烧结温度低、流动性大、渗透力强、烧结收缩大等烧结特性，所以它又可作为烧结过程的活化剂使用，以加快烧结过程、缩短烧结时间、降低烧结温度。例如普通钨粉需在3 000℃高温时烧结，而当掺入%%的纳米镍粉后，烧结成形温度可降低到1200℃-1311℃。复合材料的烧结由于不同材料的熔点和相变温度各不相同，所以把它们烧结成复合材料是比较困难的。 纳米材料的小尺寸效应和表面效应，不仅使其熔点降低，且相变温度也降低了，从而在低温下就能进行固相反应，获得烧结性能好的复合材料。纳米陶瓷材料的制备通常的陶瓷是借助于高温高压使各种颗粒融合在一起制成的。由于纳米材料粒径非常小、熔点低、相变温度低，故在低温低压下就可用它们作原料生产出质地致密、性能优异的纳米陶瓷。纳米陶瓷具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的性能，它还具有高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应，这些都将成为材料开拓应用的一个崭新领域，并将会对高技术和新材料的开发产生重要作用。 2、生物医学中的纳米技术应用 从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也
绿色化学及12原则综述 随着时代的发展，化学逐渐真正成为了一门最有用的科学。化学科学的研究成果和化学知识的应用为推动人类的进步起了决定性的作用。目前，化学及其制品已经渗透到人类生活、生产和国民经济的各个领域，达到了人人、事事、处处都离不开化学及其制品的程度。但２０世纪化学取得的辉煌成就，并未获得社会应有的认可。这是因为，化学化工的发展在为人类的生活改善提供源源不断的能源和物质基础的同时，又造成了很多的能源和环境问题：黑色的污水，黄色的烟尘，五颜六色的废渣和看不见的无色毒物威胁着人们的健康，给人类赖以生存的自然环境的可持续发展带来了巨大的威胁。随着化学品的大量生产和广泛应用，人类对全球性环境污染的加剧、能源的匮乏和资源的减少日益关注。人们逐渐发现，仅依靠开发更有效的污染控制技术对改善环境是很有限的，而把注意力集中到原始污染的预防上则对消除污染更有效。正是在这样的背景下，绿色化学逐渐引起了人们的重视。 １绿色化学及其产生 绿色化学（ＧｒｅｅｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ），又称为环境无害化学（Ｅｎｖｉ－ｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙＢｅｎｉｇｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ），是指设计生产不具有或具有较小环境负作用，并在技术和经济上具有可行性的化学品和化学过程。它包括合成、催化、工艺、分离和分析监测等多个领域［１］。 从１９６０年化学农药的污染问题被提出来开始，人们开始注意到人口的急剧增加、工业的高度发达、资源的极度消耗、污染的日益严重，使人类不得不面对严重的环境危机。这些问题不但影响一个国家的经济发展，而且对环境造成的危害将对人类自身的健康甚至是生存都造成了严重的威胁。解决问题的办法，初期主要以治理为主，但这些办法效果有限、费用昂贵。在积累了３０年治理污染的经验后，人们提出了污染预防这一新的概念，最后美国环保局提出了“绿色化学”这一“新化学婴儿”。 ２绿色化学的基本特征 绿色化学是当今化学科学研究的前沿，它吸收了传统化学化工、环境、物理、生 物、材料和信息等学科的最新理论和技术，受到来自社会、技术、经济、环境、政治等多方面的推动力。从可持续发展的意义上来说，绿色化学更多地代表了化学化工科学理念的重大变革，也反映了社会对于科学发展的重塑和建构，绿色化学在与社会现实的互动影响之下，逐步朝向经世致用的目标前行。绿色化学的最大特点在于它在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端近似零排放或零污染。它将工业革命以来沿袭的线形思维方式转变为非
深圳大学课程教学大纲 课程编号: 23200001 课程名称: 纳米科学与技术 开课院系: 材料学院 制订(修订)人: 曹培江 审核人: 批准人： 2007年9月3日制(修)订
课程名称:纳米材料与技术 英文名称: Nano science & technology 总学时: 36 其中：实验课0 学时 学分: 2 先修课程:大学物理、普通化学、材料科学基础 教材:《纳米材料和纳米结构》—张立德，牟季美著；科学出版社 参考教材:《纳米科学与技术》—白春礼著；云南科技出版社《纳米材料制备技术》—王世敏主编；化学工业出版社《纳米技术与纳米武器》—赵冬等编著；军事谊文出版社 授课对象：非材料专业大学本科生 课程性质: 综合选修（全校公选课） 教学目标: 1. 了解纳米科技的内涵、实用目的及其终极目标。 2. 简单了解用于纳米材料制备的各种仪器。纳米微粉的科学制备分类方法应该是气相法、液相法、固相法。其中气相法包括电阻加热法、高频感应加热法、等离子体加热法、电子束加热法、激光加热法、通电加热蒸发法、流动油面上真空沉积法、爆炸丝法、热管炉加热化学气相反应法、激光诱导化学气相反应法、等离子体加强化学气相反应、化学气相凝聚法、溅射法等。其中液相法包括沉淀法、水解法、喷雾法、溶剂热法(高温高压)、蒸发溶剂热解法、氧化还原法(常
压)、乳液法、辐射化学合成法、溶胶—凝胶法等。其中固相法包括热分解法、固相反应法、火花放电法、溶出法、球磨法等。 3. 了解用于纳米材料测试的各种仪器。其中了解扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和扫描隧道显微镜(STM)。 4. 了解纳米科技的国际环境及纳米材料的主要现实应用领域。 通过本门课程的学习，要求学生对纳米材料与技术所涉及的相关领域有初步认知。使学生开阔视野，拓宽知识面，改善知识结构，增强适应能力，激发学习兴趣，破除对高技术的神秘感，树立攀登科技高峰的信心。 课程简介: 纳米材料与技术是一门基础研究与应用研究紧密联系的新型学科。本课程紧跟当代纳米技术发展的最新成就和前沿，系统阐述纳米技术的有关概念、应用、国内外研究开发战略和中国的纳米产业，介绍国内外纳米行业研究开发的最新资料和信息，特别是当前国内外在纳米领域的新成果、新观点、新理论和产业化实例，具有最新实时的特点，为学生提供新思路和应用信息。 教学内容： 1.加深长度概念的理解。 （1）展示一组题为“无限”的图片(42张) （2）了解长度单位：光年、公里、米、毫米、微米、纳米、皮米、飞米等。 2. 碳纳米管