導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇納米技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞 納米技術(shù)；水處理；TiO2光催化劑

中圖分類號(hào) X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)021-0163-01

納米技術(shù)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一門新技術(shù)，介于納米材料能夠吸收水體中某些特殊的有機(jī)物，研究學(xué)者將納米科技引入到現(xiàn)代水處理中，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

1 傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)

工業(yè)生產(chǎn)、生活廢水中常常含有大量的有機(jī)物、泥沙、細(xì)菌等物質(zhì)，甚至有些物質(zhì)有巨大的毒性，為了除去這些有害物質(zhì)，我國(guó)常用的傳統(tǒng)方法有物理法、化學(xué)法和生物法。

1）物理法。物理法，顧名思義就是利用物理沉降、過(guò)濾等手段將污水中的懸浮污染物、泥沙等雜質(zhì)除去，常用的物理法有沉淀法、過(guò)濾法、離心法、氣浮法、蒸汽冷凝法等。

2）化學(xué)法。化學(xué)法就是在污水中加入某種化學(xué)試劑，利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)分離或者轉(zhuǎn)化污水中的雜質(zhì)及有毒物質(zhì)，常用的化學(xué)法有中和法、吸附法、混凝法、化學(xué)沉淀法、化學(xué)氧化法、離子交換法等。

3）生物法。生物法就是利用某種微生物分解廢水中的某種特定有機(jī)污染物，根據(jù)微生物的類別，生物法可以分為好氧生物處理和厭氧生物處理。

上述污水處理方法是我國(guó)常用的污水處理技術(shù)，這類污水處理方法的效果差、成本高，有些處理手段可能出現(xiàn)二次污染等問(wèn)題，降低了污水處理的效果。而納米技術(shù)的出現(xiàn)，以及其在水處理中的研究發(fā)展，可以提高污水處理技術(shù)水平。

2 納米技術(shù)和納米材料在世界的發(fā)展情況

納米材料和納米技術(shù)的出現(xiàn)，給未來(lái)高新技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)很好的研究手段，各個(gè)國(guó)家都非常重視納米技術(shù)的研究。美國(guó)國(guó)家基金委員會(huì)（NSF）在1998年對(duì)納米功能材料進(jìn)行了大量研究，并對(duì)其加工和合成作為重要的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目；日本在近7年以來(lái)制定了大量的納米科技研究項(xiàng)目，如Oglala計(jì)劃、量子功能器件的原理研究等；德國(guó)科研技術(shù)委員會(huì)也制定了發(fā)展納米科技的計(jì)劃。這都說(shuō)明國(guó)外對(duì)納米材料的研究都非常重視，在今后一段時(shí)間內(nèi)都是國(guó)際研究熱點(diǎn)和方向。

我國(guó)從“八五”期間以來(lái)，對(duì)納米材料的研究取得了非常豐富的成果：如：①大面積定向碳管陣列合成；②超長(zhǎng)納米碳管；③硅襯底上納米管陣列等，但是我國(guó)納米科技水平與國(guó)外還是有一些差距的，尤其是歐美國(guó)家，但是由于我國(guó)科研隊(duì)伍梯隊(duì)完善，基礎(chǔ)研究在國(guó)際上也具有一定地位，為我國(guó)納米材料研究奠定的基礎(chǔ)。

3 納米催化劑在水處理中的應(yīng)用

1）納米材料作催化劑的優(yōu)點(diǎn)及光催化原理。納米材料的尺寸非常小，1 nm=10-9 m，這么小的顆粒比表面積非常大，并且顆粒表面的鍵態(tài)與電子態(tài)與顆粒內(nèi)部有很大區(qū)別，表面原子配位不全會(huì)導(dǎo)致表面的活性位置增加，表現(xiàn)出催化特性。對(duì)納米材料表面特性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，隨著粒徑的減少，表面光滑程度變差，形成了凹凸不平的原子臺(tái)階，提高了水處理中化學(xué)反應(yīng)的接觸面。研究學(xué)者對(duì)超微粒進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其作為催化劑能夠提高化學(xué)反應(yīng)的效果。光催化材料具有無(wú)污染，使用方便、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，其中半導(dǎo)體的光催化效應(yīng)是指：在光的照射下，價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶，價(jià)帶的孔穴會(huì)將周圍環(huán)境的羥基電子吸引過(guò)來(lái)，使得羥基變?yōu)樽杂苫蔀閺?qiáng)氧化劑，將酯類最終變成CO2，保證有機(jī)物能夠完全降解，但是采用這種光催化劑在催化過(guò)程中半導(dǎo)體的能隙不能太寬也不能太窄，否者光催化效應(yīng)的效果不好。

2）TiO2光催化劑的優(yōu)缺點(diǎn)和納米TiO2的優(yōu)勢(shì)。TiO2具有良好的光催化效果，是水處理常用的光催化劑，其主要特點(diǎn)為：催化條件簡(jiǎn)單，只需要太陽(yáng)光即可，光催化劑吸收太陽(yáng)光中的紫外線，表現(xiàn)出較強(qiáng)的氧化性；在酸堿性變化較大的污水中也能保證穩(wěn)定性；污水處理中不產(chǎn)生有毒物質(zhì)和有毒氣體。

但是由于TiO2的禁帶寬度為3.2 eV，只能吸收太陽(yáng)光中波長(zhǎng)＜387 nm的紫外線，光利用率低，另外TiO2的光量子效率也很低，有待進(jìn)一步提高。研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)納米TiO2材料比一般的半導(dǎo)體材料的催化效果好，主要是因?yàn)椋孩儆捎诹孔映叽缧?yīng)使得導(dǎo)電和價(jià)帶能級(jí)變成了分立級(jí)能，能隙變寬，導(dǎo)電電位變得更低，但是價(jià)帶電位變得更高，使得納米材料表現(xiàn)出更強(qiáng)的氧化效果和還原能力；②由于納米半導(dǎo)體粒子的粒徑非常小，能夠通過(guò)擴(kuò)展效應(yīng)從粒子內(nèi)遷移到表面，有利于得到或失去電子，保證氧化反應(yīng)的正常進(jìn)行。

3）納米TiO2在水處理中的應(yīng)用。納米科技的發(fā)展為人類治理環(huán)境開(kāi)辟了一條行之有效的新途徑。

①有機(jī)污染物的處理。在太陽(yáng)光的照射下，納米TiO2通過(guò)產(chǎn)生的電子和空穴，表現(xiàn)出強(qiáng)還原性和氧化性，提高有機(jī)物降解的速度，氧化的產(chǎn)物為CO2、H2O等一些簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物。目前納米TiO2能夠氧化一些脂肪酸、芳香酸和酚類等有機(jī)物，也能降解燃料、除草劑、殺蟲(chóng)劑和表面活性劑等一類物質(zhì)。在利用納米材料進(jìn)行光催化過(guò)程中，納米TiO2作為空心小球，當(dāng)有機(jī)物通過(guò)這些小球時(shí)就會(huì)附著在上面，利用太陽(yáng)光中的紫外線完成降解過(guò)程。

②無(wú)機(jī)污染物的處理。除有機(jī)物外，許多無(wú)機(jī)物在納米表面也具有光化學(xué)活性，例如對(duì)Cr2O72-離子水溶液的處理，利用TiO2懸浮粉末經(jīng)光照將Cr2O72-還原為Cr3+對(duì)含氰廢水的處理，以TiO2光催化劑將CN-氧化為OCN-，再進(jìn)一步反應(yīng)生成CO2、N和NO3-；用Ti02光催化法可從Au(CN)4中還原Au，同時(shí)氧化CN-為NH3和CO2，該法可用于電鍍工業(yè)廢水的處理。不僅能還原鍍液中的貴金屬，而且還能消除鍍液中氰化物對(duì)環(huán)境的污染，是一種有實(shí)用價(jià)值的處理方法。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，納米TiO2光催化反應(yīng)對(duì)于工業(yè)廢水具有很強(qiáng)的處理能力。但值得一提的是，由于光催化反應(yīng)是基于體系對(duì)光能量的吸收，因此要求被處理體系具有良好的透光性。對(duì)于高濃度的工業(yè)廢水，若雜質(zhì)多、濁度高、透光性差。反應(yīng)則難以進(jìn)行。因此該方法在實(shí)際廢水處理中，適用于后期的深度處理。

③微生物的滅殺。納米TiO2微粒本身對(duì)微生物無(wú)毒性，當(dāng)他們聚集在一起形成一定規(guī)模后才會(huì)對(duì)微生物造成一定危害。納米TiO2光催化可以通過(guò)直接或間接方式消滅微生物，直接方式主要是利用太陽(yáng)光激發(fā)TiO2，使得納米材料出現(xiàn)光生電子和光生空穴，直接導(dǎo)致細(xì)胞壁、細(xì)胞膜破損，細(xì)胞因?yàn)楣δ苄詥卧Щ疃霈F(xiàn)細(xì)胞壞死。在懸浮液體中，TiO2顆?？梢晕皆谖⑸锏谋砻?，或者被生物體細(xì)胞吞噬，這些納米TiO2顆粒利用產(chǎn)生的光生空穴和活性氧化直接與細(xì)胞內(nèi)的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得細(xì)胞失活。由于太陽(yáng)光激發(fā)TiO2顆粒產(chǎn)生空穴具有非常強(qiáng)的氧化效果，并且生成的活性物質(zhì)具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性。因此，不論是在懸浮液中還是在光陽(yáng)極表面，太陽(yáng)光激發(fā)TiO2顆粒均能夠殺死乳酸桿菌、面包酵母菌、大腸桿菌以及海拉細(xì)胞、T24細(xì)胞等。

納米技術(shù)作為21世紀(jì)前沿科學(xué)能夠在環(huán)境保護(hù)中表現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景，可以預(yù)見(jiàn)，隨著納米技術(shù)研究的不斷深入和實(shí)用化進(jìn)程的加快，納米水處理技術(shù)將在本世紀(jì)得到充分的發(fā)展，在污水處理中取得令人振奮的成果。

參考文獻(xiàn)

[1]喬仁桂,崔德明,納米技術(shù)的發(fā)展及納米催化劑在水處理中的應(yīng)用[J].能源與環(huán)境,2007.

篇2

關(guān)鍵詞 納米材料 課程設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 評(píng)價(jià)機(jī)制

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

"Nano-materials" Course Design and Teaching Exploration

LI Hongping， CHEN Beibei

（School of Material Science & Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013）

Abstract Nano-material is an emerging interdisciplinary， involving a number of areas materials， physics， chemistry， biology and so on. Emerge and flourish nanotechnology nano-technology and new materials， and on the "nano-materials" teaching activities proposed new requirements. In this paper， the characteristics of the course， with its own teaching experience， mainly from three aspects determine the arrangement of teaching content， select teaching methods and evaluation mechanisms conducted to explore the system in order to achieve good teaching， students of the scientific spirit and ability to innovate.

Key words nano-materials; course design; teaching methods; evaluation mechanism

1990年7月在美國(guó)巴爾的摩召開(kāi)了第一屆納米科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議，正式把納米材料作為材料科學(xué)的一個(gè)新分支公布于世，從而納米材料科學(xué)作為一個(gè)相對(duì)比較獨(dú)立的學(xué)科誕生。①本文結(jié)合納米材料課程的特點(diǎn)、重要性以及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，擬從課程教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的選取以及評(píng)價(jià)機(jī)制的確定三個(gè)方面對(duì)高等院校材料類專業(yè)本科生進(jìn)行納米材料課程教學(xué)改革進(jìn)行探討。

1 課程特點(diǎn)概述

相比于其它發(fā)展相對(duì)成熟的課程，納米材料是一門前瞻性、創(chuàng)新性、專業(yè)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，涉及物理、化學(xué)、材料、生物、能源等領(lǐng)域，具有涵蓋范圍廣、知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜、概念抽象以及知識(shí)更新快的特點(diǎn)。②傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式不能滿足課程的教學(xué)要求，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段也不能很好地滿足納米材料課程的教學(xué)要求。比如在教材選擇方面，由于納米材料是一門交叉學(xué)科，涵蓋的領(lǐng)域眾多，再加上知識(shí)更新速度快，教材的更新速度跟不上知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的更新速度，所以采用單一的教材、沿襲傳統(tǒng)的教學(xué)方法講授納米材料這門課程很難達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)。因此，根據(jù)該課程特點(diǎn)，合理地安排教學(xué)內(nèi)容，恰當(dāng)?shù)剡x擇教學(xué)模式和評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)于完成納米材料課程教學(xué)目標(biāo)具有重要意義。

2 教學(xué)內(nèi)容的安排

納米材料課程涵蓋了納米科技的整個(gè)領(lǐng)域，它的內(nèi)容多、范圍廣、更新快等特點(diǎn)，且需要在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)將整個(gè)納米材料領(lǐng)域講授給學(xué)生，這就需要教學(xué)內(nèi)容條理清晰，重點(diǎn)突出，邏輯性強(qiáng)，同時(shí)要結(jié)合納米材料最新研究進(jìn)展，以點(diǎn)帶面，合理優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)。因此，筆者從廣度和深度的統(tǒng)一、基礎(chǔ)與前沿的兼顧、新舊內(nèi)容的銜接等方面考慮，合理安排教學(xué)內(nèi)容。具體如下：（1）納米材料的概念：從納米材料的新奇特性開(kāi)始，引入納米材料的基本概念、發(fā)展史、分類方法，在內(nèi)容編排上注重引入最新研究成果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（2）納米材料的結(jié)構(gòu)和基本效應(yīng)：該部分內(nèi)容是理解納米材料特殊性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是該課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)。在講述過(guò)程中，結(jié)合納米材料應(yīng)用實(shí)例（如：納米二氧化鈦光催化特性的原因及相關(guān)應(yīng)用等），加深學(xué)生對(duì)納米材料特性的理解和掌握。（3）納米材料的制備方法及表征手段：納米材料的制備方法主要有：氣相法、液相法和固相法。氣相法中重點(diǎn)講述物理氣相法和化學(xué)氣相法的原理及特點(diǎn)。液相法中重點(diǎn)講述共沉淀法、水熱法、溶膠―凝膠法的原理及應(yīng)用條件等。在固相法中重點(diǎn)講述機(jī)械粉碎法和固相反應(yīng)法的特點(diǎn)。納米材料的主要分析測(cè)試手段包括：掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、激光粒度儀等，重點(diǎn)講述測(cè)試儀器的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍，讓學(xué)生掌握納米材料的分析表征的主要方法。（4）納米材料的理化特性及應(yīng)用領(lǐng)域：回憶前面納米材料結(jié)構(gòu)和基本效應(yīng)的學(xué)習(xí)，引出納米材料的理化特性，以微觀結(jié)構(gòu)―特殊效應(yīng)―特殊功能―應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樗悸?，使學(xué)生認(rèn)識(shí)納米材料的重要性，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生深入思考，進(jìn)而深入掌握納米材料的理化特性。（5）納米材料最新研究進(jìn)展：根據(jù)納米材料的最新研究動(dòng)態(tài)，讓學(xué)生了解國(guó)際最新研究熱點(diǎn)。

3 教學(xué)方法的選取

（1）多種教學(xué)方法和手段相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生興趣。“學(xué)起于思，思起于疑”，通過(guò)巧妙設(shè)疑，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。如在講述納米材料基本理論知識(shí)時(shí)，可以從生活中一些常見(jiàn)現(xiàn)象啟發(fā)學(xué)生思考：出淤泥而不染的荷葉為什么具有自清潔功能？美麗的紫銅在尺寸小到一定程度為什么會(huì)變?yōu)楹谏?？通過(guò)這種情景設(shè)置啟發(fā)學(xué)生思考，尋求答案，對(duì)于其中的難點(diǎn)再予以解釋。另外，針對(duì)納米材料課程內(nèi)容多，涉及范圍廣的特點(diǎn)，利用多媒體集圖、文、聲、像等于一體的優(yōu)點(diǎn)，將大量的課程內(nèi)容以豐富多彩的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。（2）加強(qiáng)師生交流，建立以“學(xué)生為主體”的教學(xué)模式。結(jié)合課程內(nèi)容，將學(xué)生分為多個(gè)小組。學(xué)生根據(jù)課程要求以及興趣，自主查閱文獻(xiàn)資料，通過(guò)PPT形式與大家進(jìn)行課堂交流。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)學(xué)生遇到的疑點(diǎn)、難點(diǎn)，加以詳細(xì)講解。這種充分發(fā)揮學(xué)生主體的教學(xué)模式可以有效地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)及探索能力。（3）科研工作與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，提高學(xué)生綜合能力?？蒲泄ぷ髋c教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，使學(xué)生參與一定科研項(xiàng)目，是一個(gè)雙贏舉措。對(duì)于學(xué)生來(lái)講，不僅可以加深課堂上對(duì)于納米材料理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力等。③筆者把自己科研工作中納米二氧化鈦納米球、納米管等的掃描電子顯微鏡圖片通過(guò)多媒體形式與學(xué)生分享。通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，參與納米二氧化鈦的制備、表征以及光催化性能研究，讓學(xué)生了解影響二氧化鈦形貌的因素、光催化特性的原理以及掃描電子顯微鏡的原理和方法，熟悉電鏡樣品的制樣過(guò)程和方法，為學(xué)生今后從事納米材料方面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

4 評(píng)價(jià)機(jī)制的確定

本課程的考核方式和成績(jī)?cè)u(píng)定具體如下：（1）考核方式：讓學(xué)生查閱資料、做PPT，介紹納米材料制備、性能及相關(guān)應(yīng)用，在PPT匯報(bào)的同時(shí)，撰寫(xiě)綜述。（2）成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)成績(jī)（出勤情況及上課表現(xiàn)）占20%，學(xué)生做PPT及演講情況占40%，綜述占40%。這種靈活的考核評(píng)價(jià)模式可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，以不同于閉卷考試的形式檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)納米材料相關(guān)知識(shí)的掌握情況，同時(shí)使學(xué)生了解納米科技前沿，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

納米科學(xué)技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)的重要分支，它的發(fā)展必然推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步。而納米材料是納米科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)納米材料的學(xué)習(xí)，是適應(yīng)未來(lái)社會(huì)對(duì)材料專業(yè)人才的需要。本文結(jié)合納米材料課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容的安排，到教學(xué)方法的選取和評(píng)價(jià)體制的確定三方面對(duì)高等院校材料類本科專業(yè)進(jìn)行納米材料課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討。實(shí)踐證明，這些方法和模式有助于加強(qiáng)師生交流，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，使學(xué)生不僅掌握納米材料相關(guān)知識(shí)，并能運(yùn)用相關(guān)知識(shí)分析、解決問(wèn)題，提高學(xué)生的綜合能力。

注釋

① 陳敬中.納米材料科學(xué)導(dǎo)論[M].高等教育出版社，2006.

篇3

關(guān)鍵詞：高分子 材料阻燃技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展

中圖分類號(hào)：TQ31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（b）-0198-02

高分子可燃材料具有優(yōu)良的性能，其應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣，特別是在建筑、交通、家具、電子電器等行業(yè)領(lǐng)域被大量使用，美化和方便了人們的環(huán)境和生活，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效和社會(huì)效益，已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料。然而大多數(shù)該分子材料都易燃、可燃材料，在燃燒時(shí)熱釋放速率快、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?、發(fā)熱量高、不易熄滅，還產(chǎn)生大量濃煙和有毒氣體。隨著高分子材料的廣泛應(yīng)用，其潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性大大增加，因而如何提高高分子材料的阻燃性能，成為當(dāng)前消防工作急需解決的一個(gè)問(wèn)題。

1 高分子阻燃技術(shù)應(yīng)用

1.1 高分子阻燃材料分類

關(guān)于阻燃高分子材料目前尚無(wú)明確分類，通常可按照獲取阻燃性能的方式劃分，可將其分為本質(zhì)阻燃高分子材料和非本質(zhì)阻燃材料兩種。一種是材料本身具有阻燃性；另一種是通過(guò)加入添加阻燃劑獲得阻燃性能。非本質(zhì)阻燃材料可根據(jù)阻燃劑添加方式分為添加型阻燃高分子材料和反應(yīng)型高分子材料。所謂添加型阻燃高分子材料，即在高聚物加工過(guò)程中，將阻燃劑以物理方式分散于基材中而賦予材料的阻燃性；反應(yīng)型阻燃高分子材料的阻燃劑是在高聚物的合成中加入的，它作為一種單體參與反應(yīng)，并結(jié)合到高聚物的主鏈或支鏈上，使高聚物含有阻燃成分[1]。

1.2 高分子阻燃技術(shù)

阻燃劑是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?。在現(xiàn)代化社會(huì)中，阻燃劑具有著諸多的類型，旨在能夠?yàn)榱饲袑?shí)滿足不同環(huán)境下的防火需求，就其所包含的類型來(lái)看，主要可以分為以下3種。

第一種，是有機(jī)阻燃劑，主要用于針對(duì)有機(jī)物的燃燒預(yù)防，比如包括磷酸酯、鹵系和紡織物等等，具有著耐久性的特點(diǎn)。

第二種為無(wú)機(jī)鹽類阻燃劑，包括的產(chǎn)品主要有氯化銨、氫氧化鋁等等材料，這種類型的阻燃劑具有著無(wú)煙、無(wú)毒與無(wú)害的優(yōu)勢(shì)，因此成為了目前應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的一種阻燃劑。

第三種為有機(jī)和無(wú)機(jī)混合類型的阻燃劑，這種類型的阻燃劑通常被科學(xué)界認(rèn)為是無(wú)機(jī)阻燃劑的升級(jí)版，擁有著和無(wú)機(jī)阻燃劑同等的優(yōu)勢(shì)，但相對(duì)來(lái)說(shuō)具有著較高的成本，因此并未普及應(yīng)用。而從不同阻燃劑的阻燃元素上看，又可以劃分為幾種，包括鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑和硅系阻燃劑等，其各自有著相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，但依然憑借著不同的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于不同的防火領(lǐng)域當(dāng)中[2]。

受到近些年科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的影響，高分子材料的阻燃技術(shù)水平也獲得了突破性的發(fā)展，包括阻燃劑微膠囊技術(shù)、交聯(lián)與接枝改性等等，無(wú)論是何種新技術(shù)的應(yīng)用，其作用原理都大體相一致，區(qū)別主要在于對(duì)人工合成技術(shù)的依賴程度有所不同，最明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)更是在于對(duì)傳統(tǒng)材料阻燃之后所產(chǎn)生的有毒有害氣體的轉(zhuǎn)化，最具代表性的便是現(xiàn)代阻燃技術(shù)領(lǐng)域的納米技術(shù)應(yīng)用，不僅能夠有效降低阻燃過(guò)程中各類反應(yīng)對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)更憑借較高的技術(shù)水平全面提高了阻燃技術(shù)的安全性。

1.3 高分子材料燃燒及阻燃技術(shù)應(yīng)用機(jī)理

高分子材料在空氣中受熱時(shí)，會(huì)分解生成揮發(fā)性可燃物，當(dāng)可燃物濃度和體系溫度足夠高時(shí)，即可燃燒。所以高分子材料的燃燒可分為熱氧降解和燃燒兩個(gè)過(guò)程，涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產(chǎn)物在固相及氣相中的擴(kuò)散、與空氣混合形成氧化反應(yīng)場(chǎng)及氣相中的鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)等一系列環(huán)節(jié)。當(dāng)高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解，且分解產(chǎn)生的可燃物達(dá)到一定濃度，同時(shí)體系被加熱到點(diǎn)燃溫度后，燃燒才能發(fā)生。而己被點(diǎn)燃的高分子材料在點(diǎn)燃源穩(wěn)定后能否繼續(xù)燃燒則取決于燃燒過(guò)程的熱量平衡。當(dāng)供給燃燒產(chǎn)生的熱量等于或大于燃燒過(guò)程各階段所需的總熱量時(shí)，高分子材料燃燒才能繼續(xù)，否則將中止或熄滅。從高分子材料的燃燒機(jī)理可看出，阻燃作用的本質(zhì)是通過(guò)減緩或阻止其中一個(gè)或幾個(gè)要素實(shí)現(xiàn)的。其中包括6個(gè)方面：提高材料熱穩(wěn)定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護(hù)膜、吸收熱量、形成重質(zhì)氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。目前常采用的阻燃劑行為主要是通過(guò)冷卻、稀釋、形成隔離膜的物理途徑和終止自由基的化學(xué)途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。燃燒和阻燃都是十分復(fù)雜的過(guò)程，涉及很多影響和制約因素，將一種阻燃體系的阻燃機(jī)理嚴(yán)格劃分為某一種是很難的，一種阻燃體系往往是幾種阻燃機(jī)理同時(shí)起作用[3]。

2 高分子材料阻燃技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向分析

2.1 高分子材料阻燃技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展體現(xiàn)

在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，阻燃材料憑借著自身所具有的阻燃優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)獲得了越來(lái)越廣泛的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的添加阻燃劑，在熱量不斷加升的同時(shí)，其有毒氣體也將被釋放出來(lái)，產(chǎn)生有毒氣體將會(huì)嚴(yán)重危害心肺功能，因此，在傳統(tǒng)阻燃劑中，也相應(yīng)增加了磷酸酯等化學(xué)物質(zhì)，以便于通過(guò)磷酸酯來(lái)提升材質(zhì)的氣體吸附能力，相比較來(lái)講磷氮化合物擁有更加高等的吸附能力，正是由于添加型阻燃劑中存在以上不同的化學(xué)物質(zhì)，因此，阻燃劑安全系數(shù)也將被提升。由此也就確定了磷系阻燃劑的地位。伴隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展各類阻燃產(chǎn)品均獲得了良好的發(fā)展應(yīng)用空間，各類阻燃產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)也開(kāi)始越來(lái)越突出，由于阻燃材質(zhì)中的阻燃性能受到影響，才最終達(dá)到阻燃的實(shí)際效果。相對(duì)來(lái)講，阻燃技術(shù)也通過(guò)阻燃劑的化學(xué)功能，改變其傳統(tǒng)的分子結(jié)構(gòu)，以至于實(shí)現(xiàn)阻燃價(jià)值。因此，阻燃技術(shù)應(yīng)具備一定的高分子材料脫水碳化功能，并在此基礎(chǔ)上，吸收相關(guān)的有毒氣體，當(dāng)值在材料燃燒中，產(chǎn)生有毒氣體，威脅相關(guān)人員的生命健康。對(duì)此應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大對(duì)現(xiàn)有阻燃劑的研發(fā)力度，并在科學(xué)技術(shù)的支撐作用下對(duì)現(xiàn)有的阻燃劑進(jìn)行改善與功能領(lǐng)域的創(chuàng)新，使現(xiàn)有的阻燃劑能夠具備傳統(tǒng)的阻燃性能優(yōu)勢(shì)，還同時(shí)具有更多的現(xiàn)代化功能比如耐熱、抗輻射等等[4]。

2.2 高分子阻燃材料的綠色發(fā)展趨勢(shì)

高分子阻燃材料的綠色發(fā)展方向已經(jīng)開(kāi)始被充分重視，其是社會(huì)的現(xiàn)代化發(fā)展需要，阻燃劑在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用量有著明顯的增加，所有新材料與新產(chǎn)品的更新?lián)Q代頻率都在不斷加速。而與此同時(shí)，人們的環(huán)保意識(shí)也在不斷提升，因此，阻燃劑的技術(shù)發(fā)展方向也開(kāi)始逐漸趨向于綠色化發(fā)展。尤其是近些年社會(huì)開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)注對(duì)可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)，由此直接決定了阻燃劑的發(fā)展需要契合生態(tài)的關(guān)系。目前，國(guó)際當(dāng)中已有一部分發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始致力于從環(huán)保角度出發(fā)來(lái)限制對(duì)污染環(huán)境阻燃劑的生產(chǎn)與使用，該文認(rèn)為，這樣的現(xiàn)狀本質(zhì)上也是對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)安全負(fù)責(zé)的另一種形式。不可否認(rèn)，中國(guó)作為生產(chǎn)制造大國(guó)，高分子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有著顯赫的地位，在國(guó)際阻燃材料飛速發(fā)展的大勢(shì)所趨之下，消防部門同時(shí)出臺(tái)了新的規(guī)定，旨在為阻燃材料的科學(xué)化更新提供明確的方向指引。在當(dāng)前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的形式下，阻燃技術(shù)的開(kāi)發(fā)在外界的推動(dòng)下有了技術(shù)上的提高。尤其是低毒低煙、無(wú)鹵高效的環(huán)保阻燃劑更是起到了不可估量的作用。綜上，不管是鹵系阻燃劑還是無(wú)鹵阻燃劑，其必然趨勢(shì)都是向環(huán)保型無(wú)鹵阻燃劑發(fā)展，發(fā)展方向都以低毒化、環(huán)?；?、高效化、多功能化為主[5]。

3 高分子材料阻燃技術(shù)的優(yōu)化改革動(dòng)向

當(dāng)前，對(duì)于阻燃技術(shù)的研究，我國(guó)還有待加強(qiáng)，在相關(guān)技術(shù)研發(fā)力度，以及自主研發(fā)等環(huán)節(jié)，相對(duì)于國(guó)外先機(jī)技術(shù)仍然存在較大的進(jìn)步空間。但根據(jù)我國(guó)當(dāng)前研發(fā)技術(shù)來(lái)講，已經(jīng)較傳統(tǒng)技術(shù)提升了許多。近些年國(guó)家積極進(jìn)行科研技術(shù)支持，在研究經(jīng)費(fèi)中，研究技術(shù)中，積極給予幫助，使得各項(xiàng)技術(shù)研發(fā)工作中逐漸擴(kuò)大，研發(fā)力度也逐漸加深，在國(guó)家技術(shù)支持上，當(dāng)前各項(xiàng)技術(shù)研發(fā)應(yīng)用皆取得了良好的成績(jī)，阻燃技術(shù)便是其中一項(xiàng)，在國(guó)家的扶持幫助下，阻燃技術(shù)應(yīng)用價(jià)值逐漸得到挖掘，阻燃技術(shù)研發(fā)也漸漸深入到人們的視野之中。

由從傳統(tǒng)阻燃技術(shù)當(dāng)前的阻燃技術(shù)研發(fā)，期間經(jīng)歷中眾多變遷，最早阻燃技術(shù)是由物理作用的幫助喜愛(ài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氧氣的阻隔，最終達(dá)到阻燃的效果，當(dāng)前新型阻燃技術(shù)的研發(fā)，使得性質(zhì)阻燃上升至化學(xué)反應(yīng)界面中，通過(guò)對(duì)材質(zhì)化學(xué)分子的改變，使得可燃性材質(zhì)逐漸具備阻燃技術(shù)，從融合阻燃逐漸轉(zhuǎn)變成為無(wú)機(jī)阻燃，并在阻燃技術(shù)研發(fā)的過(guò)程中，更加注重了對(duì)有害有毒物質(zhì)的處理，通過(guò)添加可吸附分子，將有毒有害物質(zhì)進(jìn)行吸附，在實(shí)現(xiàn)了阻燃技能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了無(wú)污染的目標(biāo)。這種科技研發(fā)的成果符合了綠色發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展理念的要求。當(dāng)前在阻燃技術(shù)研發(fā)中，微膠囊技術(shù)、納米技術(shù)等其他技術(shù)的影響，使得可燃材料的阻燃效果大大得到提升，阻燃性能也隨著阻燃效果不斷變化。在阻燃技術(shù)應(yīng)用中，復(fù)合型材料的應(yīng)用也為阻燃技術(shù)提供了發(fā)展方向。

該文認(rèn)為，在今后的發(fā)展中，隨著阻燃技術(shù)的提升，阻燃性能的變化，必將使阻燃形態(tài)以及其他性能達(dá)到提高，并在科研技術(shù)的研發(fā)過(guò)程中，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹，堅(jiān)信可燃材料阻燃技能將會(huì)更加環(huán)保。

4 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)阻燃技術(shù)的研究可知，阻燃技術(shù)經(jīng)歷了從物理阻燃向化學(xué)阻燃技能的轉(zhuǎn)變，在化學(xué)阻燃中高分子材料阻燃功能得到了有效的提升。隨著阻燃技術(shù)研發(fā)的不斷加深，我們堅(jiān)信，阻燃材料的發(fā)展也會(huì)與之相適應(yīng)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)調(diào)整，我們必然會(huì)找到解決的辦法，開(kāi)發(fā)出符合人們需求的高分子阻燃材料。

參考文獻(xiàn)

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[2] 郭曉林，李娟，李瑩.擠塑聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)塑料，2014（12）：6-11.

[3] 高建衛(wèi).我國(guó)建筑保溫技術(shù)進(jìn)展及存在問(wèn)題分析[J].材料導(dǎo)報(bào)，2013（S1）：276-280，284.

篇4

一、污水處理廠惡臭氣體污染概述

污水處理廠承載著對(duì)高濃度不能達(dá)標(biāo)排放的污染廢水人工強(qiáng)化處理，最大限度的對(duì)環(huán)境污染破壞的作用，由于污水處理廠是高濃度污染物的匯集地，污染物種類復(fù)雜，性質(zhì)各異，在污水處理過(guò)程中，一部分污染物會(huì)以氣體形式或是直接揮發(fā)或是轉(zhuǎn)化為其他氣體物質(zhì)散出，尤其是散出的一些惡臭氣體，不僅在感官上令人不愉快，同時(shí)對(duì)人體造成嚴(yán)重的危害，給廠區(qū)工作人員和周邊居民都帶來(lái)嚴(yán)重的不良影響。

在污水處理廠的運(yùn)行過(guò)程中，污水本身溶解有惡臭氣體；個(gè)別工藝要求對(duì)構(gòu)筑物內(nèi)的污水進(jìn)行曝氣和攪動(dòng)，會(huì)使水中溶解的一些惡臭氣體揮發(fā)出來(lái)，從而產(chǎn)生了惡臭氣味；在污水處理的末端污泥處理過(guò)程中也會(huì)散發(fā)出濃度極高的惡臭污染氣體。散發(fā)的惡臭氣體污染物往往不是單一穩(wěn)定的物質(zhì)，尤其是化工、煉油等污水處理廠，常常是多種復(fù)雜惡臭物質(zhì)共同作用，而且由于部分惡臭嗅成分復(fù)雜，閾值極低，擴(kuò)散迅速，使得治理難度極大。

二、惡臭物質(zhì)的來(lái)源

1.自然發(fā)生源

植物蛋白質(zhì)分解會(huì)產(chǎn)生腐敗的惡臭，污水和沼澤產(chǎn)生魚(yú)臭和青草臭，火山噴發(fā)產(chǎn)生硫磺惡臭。還有很多有機(jī)質(zhì)在厭氧條件下都會(huì)散發(fā)出各種惡臭；世界上每年自然發(fā)生的硫化氫陸地約為6×107～8×107t，海面約為3×107t。

2.人工發(fā)生源

主要分為生活和生產(chǎn)兩種。生活包括垃圾，污水廠，排泄物等。

惡臭氣體主要產(chǎn)生在污水處理過(guò)程中的排污泵站、進(jìn)水格柵、嚗氣沉沙池、初沉池等處，污泥處理過(guò)程中的污泥濃縮、脫水干化、轉(zhuǎn)運(yùn)等處；垃圾處理過(guò)程中的堆肥處理、填埋、焚燒、轉(zhuǎn)運(yùn)等處， 生產(chǎn)包括石油天然氣煉制，制藥，造紙食品加工，飼料加工等等行業(yè)。

例如硫化氫主要來(lái)源于煉油，煉焦，天然氣，糞便處理，污水處理廠等；硫醇主要來(lái)源于農(nóng)藥、煤氣、合成橡膠，牛皮紙漿等；胺類主要產(chǎn)生于水產(chǎn)加工、皮革、骨膠、油脂化工及飼料等行業(yè)。

三、污水處理廠惡臭氣體的組分、危害及種類

污水廠無(wú)組織惡臭氣體主要包括H2S，NH3，VOCs揮發(fā)性有機(jī)化合物；惡臭氣體對(duì)人體產(chǎn)生各種危害，長(zhǎng)期在含有惡臭氣體的環(huán)境中工作生活的職工患有呼吸系統(tǒng)疾病的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他崗位的職工。對(duì)污水處理廠惡臭廢氣的處理，不僅僅是企業(yè)內(nèi)部的要求，更重要的是使公眾滿意，使經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的和諧發(fā)展。

惡臭物質(zhì)的種類有很多，迄今人類能感覺(jué)到的惡臭物質(zhì)有4000多種，大致有芳香性臭氣，植物性臭味，土臭及霉臭，魚(yú)臭，藥品及試劑型臭氣，金屬型臭味，腐敗性臭氣等等。

四、惡臭污染特點(diǎn)

1.以混合物的形式存在，很多物質(zhì)都能產(chǎn)生惡臭；例如香煙煙氣中一測(cè)定出上千種成分。

2.屬于感覺(jué)性公害，是心理上的反應(yīng)，有很強(qiáng)的主觀因素；

3.人的感官是很敏感的，大大低于儀器的檢測(cè)限度；例如三甲胺的嗅閾值0.03*10-9 ；

4.惡臭的各成分會(huì)有疊加或削減的作用，混合后也許更強(qiáng)，也可能降低了惡臭濃度；

5.有害氣體對(duì)人體的影響與濃度成正比，但惡臭卻不同。惡臭的感覺(jué)量與人的嗅閾刺激量的對(duì)數(shù)成正比，可用韋伯-費(fèi)希納公式和史蒂文斯公式表征；

6.個(gè)別惡臭物質(zhì)的氣味性質(zhì)與濃度有關(guān)；例如吲哚在高濃度下是糞便味，濃度低時(shí)卻表現(xiàn)出花香味；

五、惡臭對(duì)人類的影響

世界衛(wèi)生組織（WTO）規(guī)定，根據(jù)有毒有害氣體的強(qiáng)度和濃度可對(duì)人體造成幾種程度的影響：

1.直接影響和間接影響；產(chǎn)生呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等疾?。粚?duì)植物構(gòu)成危害，給動(dòng)物和人類造成間接影響。

2.引起人體生理機(jī)能的障礙和病變，縮短生命。

3.使受污染的人群發(fā)生急性病并引起死亡。

六、惡臭對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的影響

對(duì)社會(huì)的影響是造成居住環(huán)境惡化，上訪事件頻發(fā)導(dǎo)致社會(huì)不和諧；遼寧省某城市由于污水廠散發(fā)的惡臭氣體導(dǎo)致周邊新開(kāi)發(fā)的小區(qū)無(wú)人居住，售價(jià)直線下降，經(jīng)過(guò)市環(huán)保局的協(xié)調(diào)，污水廠所屬企業(yè)委托北京沃太斯做了惡臭治理一年后后，樓價(jià)回升，入住率達(dá)90以上，無(wú)上訪事件；遼寧省某化工企業(yè)的污水處理廠散發(fā)的惡臭氣體一直影響周邊居民的正常生活和工作，多次到所屬企業(yè)集體上訪，并要求上千萬(wàn)元的賠償；2010年企業(yè)投資2700多萬(wàn)元進(jìn)行了徹底的惡臭氣體處理，完全解決了周邊民事糾紛，為當(dāng)?shù)氐陌傩兆隽艘患蠛檬?，也給企業(yè)帶來(lái)了好的聲譽(yù)。此外惡臭污染使排污企業(yè)的防護(hù)距離增加，周邊的土地利用率降低，造成不必要的浪費(fèi)；嚴(yán)重的惡臭污染會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。

對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響表現(xiàn)在旅游區(qū)的環(huán)境受到影響后，收入直接下降；商業(yè)區(qū)的購(gòu)買力會(huì)受到惡臭的影響；區(qū)域環(huán)境空氣不好回影響外來(lái)投資等等。

七、惡臭污染處理技術(shù)

國(guó)外早在20世紀(jì)50年代末便開(kāi)始了惡臭氣體污染治理的研究，并積累了豐富的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)20世紀(jì)80年代才開(kāi)展惡臭氣體污染的調(diào)查、測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)方面的研究，而對(duì)脫臭技術(shù)的研究則是從20世紀(jì)90年代才開(kāi)始進(jìn)行。目前，國(guó)內(nèi)外幾種常見(jiàn)的處理工藝有：吸收（附）法、熱氧化（氧化反應(yīng)、燃燒、催化燃燒）法、低溫等離子法、UV紫外線（光量子、納米技術(shù)協(xié)同光量子技術(shù)）法和固定化生物載體法等，每種除臭方法各有不同的特點(diǎn)、適用范圍及局限性。

惡臭氣體處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，縱觀幾種治理技術(shù)，生物法因能高效分解有機(jī)臭氣，經(jīng)濟(jì)且無(wú)二次污染，因此是除臭技術(shù)的主要發(fā)展方向。

通過(guò)多年來(lái)的生物法處理有害氣體的工程實(shí)踐，生物處理技術(shù)具有：處理容量大、抗負(fù)荷沖擊性強(qiáng)、氣流分布均勻、核心系統(tǒng)操作維護(hù)簡(jiǎn)單、設(shè)備故障率低、處理效果穩(wěn)定等特點(diǎn)，尤其是在市政污水廠這種大風(fēng)量、低濃度、氣體濕度較大、成分相對(duì)復(fù)雜的污染氣體的工況下得到大量應(yīng)用。

篇5

電子鼻迄今為止已應(yīng)用于食品工業(yè)、環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、藥品工業(yè)、安全保障、公安與軍事等領(lǐng)域[6]。在食品工業(yè)中，它主要用在果蔬成熟度及新鮮度檢測(cè)（含貨架期評(píng)價(jià)）、肉品鮮度（可進(jìn)行生產(chǎn)在線監(jiān)控）及發(fā)酵肉制品成熟度檢測(cè)、酒類鑒別（分類、分級(jí)）、飲料識(shí)別、茶葉審核、煙草原料選控及工序質(zhì)監(jiān)、香精識(shí)別、乳制品檢測(cè)、谷物貯藏害蟲(chóng)檢測(cè)等方面[7-10]。由于這一快速檢測(cè)方法還便于實(shí)現(xiàn)谷物糧食安全的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能有效保障我國(guó)的儲(chǔ)糧質(zhì)量，電子鼻在谷物檢測(cè)中的應(yīng)用正受到全社會(huì)廣泛關(guān)注。對(duì)此，本文將從電子鼻起源、構(gòu)成原理及其在谷物檢測(cè)分析中的應(yīng)用展開(kāi)介紹，為今后的相關(guān)研究提供參考。

電子鼻的簡(jiǎn)介

電子鼻也稱氣味掃描儀，其概念最早是由英國(guó)Warwick大學(xué)的Persand和Dodd教授在1982年模仿哺乳動(dòng)物嗅覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和機(jī)理，并對(duì)幾種有機(jī)揮發(fā)性氣體進(jìn)行類別分析時(shí)提出。從1990年第一屆國(guó)際電子鼻學(xué)術(shù)會(huì)議成功舉辦至今，電子鼻的相關(guān)研究已成為全球熱點(diǎn)課題之一。目前較著名的商品化電子鼻系統(tǒng)有英國(guó)Neotronicssystem和AromaScansystem、德國(guó)Airsense系統(tǒng)、法國(guó)AlphaMOS系統(tǒng)、美國(guó)Cyranose、日本Frgaro及臺(tái)灣Smdll和KeenWeen等[5]。

電子鼻通常由氣敏傳感器陣列、信號(hào)處理系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)三大部分組成[11]。多個(gè)具有不同選擇性的傳感器組成作為電子鼻心臟的傳感器陣列，不同氣味分子將在其表面作用并將信息轉(zhuǎn)化為方便計(jì)算且與時(shí)間相關(guān)的可測(cè)物理信號(hào)組，以實(shí)現(xiàn)混合氣體的總體分析[12-14]。其組成應(yīng)至少滿足以下兩個(gè)要求：一是氣敏傳感器應(yīng)具有很高的靈敏度，以響應(yīng)很小的氣味成分；二是氣敏傳感器的選擇性不應(yīng)很高，以使其響應(yīng)信號(hào)可綜合描述多種樣品，但又因其選擇性差異，能使不同傳感器有不同的響應(yīng)值。按照氣敏傳感器敏感材料和陣列結(jié)構(gòu)的不同，主要可分為金屬氧化物型傳感器、導(dǎo)電聚合物氣敏傳感器、質(zhì)量傳感器及其陣列和L-B膜氣敏傳感器幾類，各優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示[11,13]：常用電子鼻的檢測(cè)示意圖如圖1所示[15]，圖中S1、S2至Sn為電子鼻內(nèi)部的傳感器陣列。電子鼻檢測(cè)過(guò)程可描述為：(1)傳感器陣列與氣味分子反應(yīng)后，經(jīng)一系列物理化學(xué)變化產(chǎn)生電信號(hào)；(2)電信號(hào)經(jīng)電子線路放大后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；(3)處理后的信號(hào)通過(guò)模式識(shí)別系統(tǒng)，最后定性或定量地輸出對(duì)氣體成分的檢測(cè)結(jié)果[16]。越來(lái)越多研究證明，運(yùn)用電子鼻技術(shù)進(jìn)行氣味分析，有客觀、準(zhǔn)確、快捷、重復(fù)性好等特點(diǎn)，是人和動(dòng)物鼻子實(shí)現(xiàn)不了的。

信號(hào)預(yù)處理方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的氣敏傳感器類型、模式識(shí)別方法和最終識(shí)別任務(wù)適當(dāng)選取。主要有差分法、相對(duì)差分法、分式差動(dòng)法、對(duì)數(shù)法、傳感器歸一化法及陣列歸一化法等[11]。

模式識(shí)別包括適合傳感器陣列響應(yīng)信號(hào)的特征提取方法和模式識(shí)別方法兩方面，常用的模式識(shí)別方法有統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法，包括主成分分析（PCA）、判別函數(shù)分析（DFA）、多元線性回歸（MLR）、偏最小二乘法（PLS）、聚類算法等（CA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN，包括BP網(wǎng)絡(luò)、Kohonen網(wǎng)絡(luò)等)及進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ENN）技術(shù)等的方法[11,17-20]。

電子鼻在谷物中的應(yīng)用現(xiàn)狀

作為人類主要糧食來(lái)源的谷物（包括稻米、小麥、玉米等），因其自身易在貯存中受到霉菌污染而霉?fàn)€變質(zhì)，造成大量損失，甚至產(chǎn)生毒素，威脅人畜健康。目前，各國(guó)都在積極尋找快捷、高效的方法來(lái)開(kāi)展各項(xiàng)有關(guān)谷物安全的研究，主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。

1997年瑞典Jonsson等用電子鼻（MOSFET傳感器陣列）檢測(cè)燕麥、黑麥、大麥和含有不同麥角固醇含量、真菌及細(xì)菌菌落的小麥加熱后的氣味，并用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）進(jìn)行模式識(shí)別分析，從而簡(jiǎn)便、快速和安全地區(qū)分糧食質(zhì)量等級(jí)[21]。英國(guó)Evans等（2002）用導(dǎo)電聚合物傳感器陣列電子鼻進(jìn)行的類似小麥污染物氣味研究表明，該電子鼻分級(jí)準(zhǔn)確度可達(dá)92.3%[11,22]。此后，加拿大Abramson等（2003）用電子鼻檢測(cè)不同濕度（16%和20%）小麥揮發(fā)性物質(zhì)的變化，表明所用電子鼻的12個(gè)傳感器中有9個(gè)能區(qū)別出兩種濕度的揮發(fā)性物質(zhì)且與赭曲霉毒素A（OA）有相關(guān)性（r=0.84~0.87）[11,23]。美國(guó)Balasubramanian等人（2007）用Cyranose-320型電子鼻分析三種大麥樣品（干凈、自然污染鐮刀菌及人工接種鐮刀菌的對(duì)照樣品），并用線性判別（LDA）和二次判別法（QDA）分析，結(jié)果顯示刀切法交叉確認(rèn)的2組大麥樣品（以麥角固醇含量3.0μg/g為界分組）總分類精度達(dá)86.8%，此法便于識(shí)別儲(chǔ)藏谷物的霉變損害[24]。此外，Olsson等（2002）和Paolesse等（2006）都將電子鼻結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）用于定量檢測(cè)或評(píng)價(jià)目標(biāo)染菌樣品，前者研究發(fā)現(xiàn)電子鼻可區(qū)分出OA含量大于和小于5μg/kg（瑞典官方OA極值）的大麥，偏最小二乘法（PLS）可估計(jì)脫氧核糖核酸酶(DON)含量；GC-MS分析OA濃度比電子鼻更準(zhǔn)確，OA濃度與谷物香氣間不存在相關(guān)性[11,25]。后者得出電子鼻可成為檢測(cè)谷物籽粒樣品中真菌污染率有效工具的結(jié)論[26]。我國(guó)鄒小波等（2004）研制出一套主要由一組厚膜金屬氧化錫氣體傳感器陣列和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RBF）組成，能快速檢測(cè)谷物是否霉變的電子鼻裝置，并用其檢測(cè)小麥、水稻、玉米3種谷物。最終，RBF對(duì)霉變小麥、水稻識(shí)別的正確率達(dá)100%，對(duì)霉變玉米的識(shí)別正確率也達(dá)90%以上[11,27]。相似研究也見(jiàn)于張紅梅等（2007），其系統(tǒng)對(duì)稻谷霉變程度檢測(cè)有較高分析精度，PCA、LDA對(duì)菌落總數(shù)有較高預(yù)測(cè)精度[28]。此后，惠國(guó)華等（2011）研制出一套快速檢測(cè)糧食霉變的電子鼻系統(tǒng)，并連續(xù)7天檢測(cè)蕎麥、大麥和燕麥等的霉變程度，用隨機(jī)共振方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，信噪比譜特征信息量化糧食霉變程度，以消除傳感器在高溫、長(zhǎng)時(shí)間工作后引起的基線漂移，量化糧食霉變程度，提高檢測(cè)精度[29]。

美國(guó)Lan與我國(guó)Zheng等（2009），用Cyranose-320型電子鼻區(qū)分4種長(zhǎng)粒大米樣品氣味，并探究電子鼻的最佳參數(shù)設(shè)置。其研究發(fā)現(xiàn)，傳感器數(shù)量的減少可縮短數(shù)據(jù)處理時(shí)間，建立一個(gè)特殊的應(yīng)用程序利于降低儀器成本[30]。于慧春等（2012）用自行開(kāi)發(fā)的電子鼻系統(tǒng)結(jié)合PCA分析、Fisher判別分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)4種同產(chǎn)地水稻進(jìn)行區(qū)分后發(fā)現(xiàn)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類效果最好，測(cè)試正確率均達(dá)100%，PCA分析效果最差[31]。趙丹等（2012）也做了類似研究，并發(fā)現(xiàn)經(jīng)PCA分析區(qū)分面包用小麥和饅頭面條用小麥的總貢獻(xiàn)率為85.6%，遠(yuǎn)高于LDA的31.7%[32]。宋偉等（2012）用Fox4000型電子鼻檢測(cè)不同儲(chǔ)藏條件下的2010年粳稻，用PCA分析區(qū)分連續(xù)儲(chǔ)藏5個(gè)月的5份同種粳稻樣品，總貢獻(xiàn)率達(dá)99.284%，樣品建立的DFA判別因子分析數(shù)據(jù)模型可用于粳稻歸屬判別分析，識(shí)別正確率可達(dá)93%；PLS對(duì)樣品霉變程度的預(yù)測(cè)正確率可達(dá)100%[33]。胡桂仙等（2011）用PEN2電子鼻分析測(cè)定5種稻米（均分別制備成稻谷、糙米、精米和米飯4種樣品狀態(tài)）的質(zhì)量、頂空空間、靜置時(shí)間等匹配試驗(yàn)參數(shù)，分析后得出，儀器能較好地區(qū)分樣品，識(shí)別稻米的綜合揮發(fā)性物質(zhì)狀態(tài)；10g樣品以200mL頂空空間、60min靜置時(shí)間測(cè)定時(shí)的電子鼻響應(yīng)值相對(duì)較穩(wěn)定；PCA和LDA法均對(duì)谷物狀態(tài)和精米狀態(tài)區(qū)分效果較佳，對(duì)米飯狀態(tài)區(qū)分欠佳[34]。

張紅梅等（2007）用PEN2型電子鼻對(duì)15種不同蟲(chóng)害程度的同種小麥及5種不同儲(chǔ)藏年份的同種正常小麥進(jìn)行檢測(cè)，并優(yōu)化傳感器陣列，研究響應(yīng)值與一些理化指標(biāo)間的相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)，電子鼻可成功區(qū)分不同儲(chǔ)存年份的小麥樣品；PCA分析適于傳感器陣列的優(yōu)化，用于區(qū)分5種不同存儲(chǔ)時(shí)間的小麥時(shí)數(shù)據(jù)有很強(qiáng)的收斂性；優(yōu)化后的傳感器陣列較優(yōu)化前有更高的識(shí)別率[35,36]。王俊等（2010、2011）利用電子鼻與計(jì)算機(jī)組成的水稻蟲(chóng)害快速檢測(cè)系統(tǒng)及氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）檢測(cè)接種有不同褐飛虱成蟲(chóng)的水稻樣品，其研究表明電子鼻和GC-MS能檢測(cè)農(nóng)作物的蟲(chóng)害情況；培訓(xùn)后的數(shù)據(jù)識(shí)別率高于92.5%，逐步判別分析（SDA）的識(shí)別率為70%，三層反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BPNN）的模型預(yù)測(cè)值與真實(shí)值間線性相關(guān)系數(shù)超過(guò)0.78[37,38]。周博等（2011）還用同一電子鼻判別不同損傷類型的水稻植株，最終矢量量化網(wǎng)絡(luò)（LVQ）和BPNN模型識(shí)別正確率可達(dá)100%[39]。

龐林江（2005）利用PEN2型電子鼻檢測(cè)不同陳化程度的小麥品質(zhì)，在優(yōu)化傳感器陣列后，PCA法可成功辨別不同年份的小麥樣品，而LDA法則不太理想；用PLS模型預(yù)測(cè)有關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性系數(shù)可達(dá)0.8613；電子鼻檢測(cè)信號(hào)對(duì)小麥脂肪酸值、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度、彈性和拉力比數(shù)較為靈敏，對(duì)氣味綜合信息貢獻(xiàn)率較大[11]。偉利國(guó)等（2009）用自制電子鼻評(píng)價(jià)系統(tǒng)檢測(cè)5種不同活性的小麥，并用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模式識(shí)別處理后發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確地評(píng)判小麥活性情況，識(shí)別率可達(dá)91%[40]。2.5評(píng)價(jià)谷物的蒸煮時(shí)間意大利Sinelli等（2006）用瑞典AppliedSensor公司3320型電子鼻及傅立葉近紅外光譜儀（NIRspectroscopy）評(píng)價(jià)3種米飯（碾磨米、半熟米、快煮米）的糊化時(shí)間，以提出建議蒸煮時(shí)間。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電子鼻能測(cè)出大米樣品在蒸煮過(guò)程中的最大芳香變化率（主要由米的品種決定），而NIR能準(zhǔn)確測(cè)出樣品米最佳蒸煮時(shí)間；電子鼻、NIR測(cè)定大米的方法快速、簡(jiǎn)便、客觀且可替代傳統(tǒng)感官分析和糊化時(shí)間的測(cè)定方法[41]。綜上所述，國(guó)內(nèi)外在谷物上的研究主要集中在小麥、水稻、玉米中，且大多應(yīng)用于新鮮度、儲(chǔ)藏過(guò)程蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)、霉變或污染程度檢測(cè)及分級(jí)識(shí)別等方面。據(jù)相關(guān)研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，可統(tǒng)計(jì)得表2中顯示的研究狀況[11,21-41]。

展望