当前世界环境

介绍

纳米粒子的绿色合成

任何化学合成可以被视为绿色合成,如果它可以减少/取代毒性化学物质形式的试剂,催化剂用于过程并通过减少步骤,将废物转化成有用的形式,减少溶剂使用,使用水或溶剂的过程。我们可以用天然或生物可降解物质代替纯化学物质，如塑料中的淀粉和粘土添加剂，作为金属纳米粒子合成的还原/封盖剂，改变化学合成路线，利用天然/合成来源的生物可降解物质。即生物复合材料、生物可降解塑料等。

金属纳米颗粒的合成

纳米粒子合成涉及可以采用绿色路线的物理和化学方法。替代方法即通过胶体途径合成金属纳米粒子 - 涉及减少一些金属盐或酸。例如，通过还原氯真酸（Haucl）可以获得高度稳定的金颗粒（Haucl₄)加柠檬酸钠。反应分成核、缩合、表面还原和静电稳定四个阶段进行。

根据颗粒的大小，金纳米颗粒表现出不同的颜色，如深红色、磁性等。以类似的方式，利用适当的前驱体、pH、温度、合成时间等，合成了银、钯、铜和其他金属纳米颗粒。通过改变反应参数，可以控制颗粒的大小、分布和形状，以获得预期的结果。在合成过程中控制或稳定纳米颗粒形状的表面活性剂、模板或其他辅助物质的替代品-将形状控制分子作为最终产品的功能组成部分。上面的金纳米颗粒通过哥仑作用稳定下来。也可以使用硫醇或封盖分子来稳定纳米粒子，或用同时具有还原和封盖分子功能的封盖剂来替代。

以多糖为还原剂/稳定剂，开发了一种简单、绿色的合成金银纳米颗粒的方法。用紫外-可见光谱和透射电镜对制备的壳聚糖稳定金纳米粒子和肝素稳定银纳米粒子进行了表征。结果表明，在纳米多糖模板中可以形成金、银纳米颗粒。

在另一个例子中，通过温和地加热硝酸银、可溶性淀粉和葡萄糖的水溶液，可以合成1-8 nm尺寸范围内的淀粉银纳米颗粒。在这里，葡萄糖作为金属离子的环境良性还原剂，淀粉提供稳定的表面钝化，以防止这些粒子的聚集。由于葡萄糖是一种温和的试剂，通过改变pH值和温度，可以控制反应动力学。

通过在不同的金属氧化物(铁)上沉积金，制备了多种纳米金催化剂₂O_3.，al.₂O_3.、有限公司_3.O₄, MnO₂首席执行官₂乔治亚州,分别以₂O_3.和TiO₂)、Fe载体上的纳米金₂O_3.是一种高活性催化剂，用于低温氧化破坏甲烷绿房气体来自排气/废气。分析显示出在不同氧化态中的Au存在（AU⁰,非盟^１＋和非盟^3＋)的催化剂。

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纳米尺度的金颗粒沉积在铁上₂O_3.在稀甲烷的完全燃烧中表现出很高的活性。对于银、铂、钯等金属纳米颗粒的高催化效率应用也有类似的参考文献。

含绿色添加剂的聚合物复合材料

复合材料是两种或更多种构成材料的组合，具有显着不同的物理和化学性质，其在成品结构内的微观/宏观规模处保持分离和不同。复合材料/聚合物（原始）与添加剂如着色剂，偶联剂，稳定剂，发泡剂，加强剂/填料，发泡剂，润滑剂，并在加工过程中加入吹塑剂。这些添加剂几乎构成了最终产品（树脂）的30％，并且是强化学物质。所有这些添加剂都有助于，将最终产品定制到目标区域的目标区域。填料可以是添加到聚合物基质中的天然或合成材料，以增强其强度和其他物理和机械性能。用作填料的一些天然物质是粘土，淀粉，纤维玉米废物/大麻等。这些材料比常规填料更好的替代品，比常规填料如二氧化硅，氧化铝等，考虑到聚合物树脂和纳米填充物之间的所有可能组合可以容易地产生一种材料的全景和潜在应用，薄膜，催化活性和所得纳米复合材料的可生物降解性。聚合物纳米复合材料的主要特征与常规复合材料相比，增强件为纳米的顺序，纳米的达到深深影响最终的宏观性质。用于替代更常规材料的可生物降解和经济上可行的材料的新型材料的推力是该领域研究的触发因素。研究人员现在正在寻找减少最终产品的树脂含量的方法，或者由于它们的生物相容性而增加纤维（天然/合成）/纳米粘土或淀粉/粘土（在生物复合物的情况下）含量。

聚合物纳米复合材料基质树脂与“多功能性

在近期和中期，它们不应被视为目前最先进的碳纤维增强聚合物基复合材料的潜在一对一的替代。PNM技术的价值不仅仅是基于纯树脂的机械增强。相反，它的价值来自于提供纯树脂中不存在的增值特性，而不牺牲纯树脂固有的加工性能和机械性能。传统上，制备具有多种功能的共混物或复合材料需要在期望的性能、机械性能、成本和可加工性之间进行权衡。由于在木材、塑料复合加工中使用的有机成分的多样性，对这些潜在的困难材料的可靠处理没有单一的答案。

纳米阵作为天然添加剂/填料

粘土是亲水材料，并被制成疏水，以与大多数聚合物相容(疏水)。粘土如蒙脱石有机粘土是四面体硅酸盐层结合形成六边形(SiO)₄单元)和八面体氧化铝层。两个四面体层夹在八面体氧化铝层之间，与后者共享顶点氧。它们可以通过提供刚度、强度和阻燃性来替代聚合物基体中的填料，但缺点是透气性和溶胀性。

金属纳米粒子作为填料

基于纳米金属的材料无疑是解决当前和未来许多技术需求的合适方案，因为它们具有等离子体共振、超磁等新特性。由于纳米金属的性质(光磁、介电和热输运性质)在聚合物中嵌入后没有发生改变，因此纳米金属与聚合物的复合材料具有非常有趣的应用前景。

可生物降解的塑料 - 可生物降解的纳米复合材料

纳米复合材料概念在合成聚合物领域的非凡成功，激发了以可生物降解聚合物为基质的纳米复合材料的新研究。生物可降解塑料是一种聚合材料，其降解过程中至少有一个步骤是在自然发生的生物体存在下进行新陈代谢。在适当的湿度、温度和氧气可用性条件下，生物降解导致塑料碎片或解体，没有有毒或对环境有害的残留。

生物可降解聚合物可以根据其来源进行分类

• 直接从生物质中提取或去除的聚合物，如多糖，蛋白质，多肽，多核苷酸
• 通过使用可再生生物的单体或混合生物质和石油的混合来源产生的聚合物（即聚乳酸或生物聚酯）乳酸，PLA单体正在由玉米淀粉发酵产生
• 由微生物或转基因细菌产生的聚合物(聚羟基丁酸酯，细菌纤维素，黄原胶，curdian, pullan)。

热塑性淀粉作为可再生包装材料

淀粉是一种很有前途的原料，因为它可以从许多植物中循环利用，相对于目前的需求，它的产量相当过剩，而且成本很低。众所周知，它在土壤和水中完全可降解，当混合时，可以促进不可生物降解的塑料的生物降解性。作为包装材料，淀粉本身不能形成具有适当机械性能的薄膜，除非它首先被塑化或化学改性。常用的亲水聚合物的增塑剂，如淀粉，是甘油和其他低分子量的多羟基化合物，聚醚，尿素和水。当淀粉在挤压机中利用热能和机械能进行处理时，它就转化为热塑性材料。在热塑性淀粉的生产中，增塑剂有望有效地减少分子内氢键，并提供产品性能的稳定性。用淀粉作薄膜或包装袋的包装材料有很多机会，淀粉可用于水果和蔬菜、零食或干品的包装。

然而，在这些应用中，需要有效的机械、氧气和湿度保护。单靠热塑性淀粉(TPS)往往不能满足所有这些要求。特别是，由于淀粉的亲水性，在加工过程中和加工后，由于含水量的变化，其性能发生了变化。为了克服这个缺点，已经报道了许多不同的路线。粘土，作为潜在填料，一直选择用于提高TPS在此类应用中的性能。结果表明，当蒙脱土用量小于5%时，TPS的拉伸强度和断裂伸长率均有所提高。

聚乳酸(PLA)生物可降解的热塑性塑料从生物废物

乳酸是一种中型特种化学品(世界产量< 40000吨/年)，广泛用于食品加工和工业应用。乳酸有潜力成为一种从可再生碳水化合物中生产的体积非常大的商品化学中间体，用作生物可降解聚合物、含氧化学品、植物生长调节剂、环境友好的“绿色”溶剂和特殊化学中间体的原料。最近，嘉吉、Ecochem(杜邦/康尼格拉)和Archer Daniels Midland等美国大公司宣布了新的乳酸和聚合物中间体开发规模工厂，证实了这种潜力。

聚乳酸或聚乳酸是一种生物可降解的、热塑性的脂肪族聚酯，来源于可再生资源，如玉米淀粉(在美国)或甘蔗(在世界其他地方)。虽然PLA已经被知道一个多世纪了，但它只是在最近几年才有商业价值，因为它的生物降解性。聚乳酸是石化衍生产品的可持续替代品，因为乳酸的最终生产可以从玉米淀粉或玉米、糖或小麦等其他富含碳水化合物的农业副产品发酵中提取。

聚乳酸目前被用于许多生物医学应用，如缝合线、支架、透析介质和药物输送设备。它也被评估为组织工程的一种材料。因为它是可生物降解的，它还可以用于制备生物塑料，用于生产松散填充包装、堆肥袋、食品包装和一次性餐具。以纤维和非织造纺织品的形式，聚乳酸也有许多潜在用途，例如室内装饰、一次性服装、遮阳篷、女性卫生用品和尿布。

聚羟基丁酸酯(Polyhydroxybutyrate, PHB)是由大量细菌积累而成的能量和碳储备物。由于其生物可降解性和生物相容性，这种生物聚酯很容易在工业上得到应用。PHB是一种典型的高结晶热塑性塑料，具有非常低的水蒸气渗透性，接近于低密度聚乙烯(LDPE)。商业使用PHB均聚物的主要缺点是不利的老化过程。

PLA和PHB在包装应用方面提供了许多潜在的机会。它们可以被制成薄膜或用来制作模压物。此外，它们与许多食品，如乳制品、饮料、鲜肉产品和即食食品相容。到目前为止，生物可降解聚酯(PHB、PLA)作为包装材料的大规模使用一直受到成本高、性能差的阻碍。

通过在食品包装上的应用，纳米技术具有极大的潜力来造福社会。它可以使产品更便宜，生产效率更高。产生更少的废物和使用更少的能源。然而，任何新技术都要承担明智应用的道德责任，并认识到伴随巨大的积极潜力而来的潜在不可预见的风险。在纳米技术发展的同时，预计将有新的监管指令和指导方针来适应基于纳米技术的产品。目前，还没有任何政府制定专门针对纳米颗粒生产和应用的监管制度。同样，在化学立法的框架内，颗粒大小对新物质的登记不起作用。在制定这一领域的任何法规之前，必须对基于纳米材料的工艺和产品可能如何影响人类健康产生大量新知识。尽管缺乏相关知识，一些含有隐形和未标记纳米级添加剂的食品和营养产品已经在超市货架上销售。此外，一些含有纳米材料的农药已经被释放到环境中，并且在商业上可以买到。 it is important to point out that the majority of the works present in literature make use of additives and surfactants in order to increase the compatibility between the polymer and the filler. Except for specific product developed by few companies around the world, these additives are not food contact approved as yet.

总结

纳米复合材料的概念代表了创造新的和创新材料的刺激途径，也在天然聚合物领域。具有各种各样特性的材料已经被实现，甚至更多的将被实现。通过混合天然聚合物和结晶固体层状(粘土或LDHs)获得的纳米复合材料提供了各种各样的特性。它们甚至在价格和性能上都能与包装中的合成高分子材料竞争。尽管生物基纳米复合材料的包装存在巨大的可能性，但未来的前景难以预测。在这个阶段，我们只能想象，简单的传统包装将被多功能的智能包装所取代。下一代包装材料将能够适应水果、蔬菜、饮料、葡萄酒等食品的保鲜要求。通过添加适当的纳米颗粒，将有可能生产出具有更强机械性能、屏障性能和热性能的包装。对于食品安全来说，纳米结构材料可以防止细菌和微生物的入侵。包装中嵌入的纳米传感器将在食品变质时提醒消费者。 However, it is clear that the enthusiasm for such nanomaterial systems must be placed against the backdrop of the proper considerations of safety for the consumers and the health-care workers, and in the context of stringent regulatory approval perspectives.

根据2006年印度国家环境政策，该政策的主要主题是，尽管保护环境资源对确保所有人的生计和福祉是必要的，保护的最可靠基础是确保依赖特定资源的人从保护这一事实中获得比从资源退化中获得更好的生计。它强调贫穷和环境质量之间的双向联系。

参考文献

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