申请日2005.02.22
公开(公告)日2006.09.01
IPC分类号C02F1/00
摘要
Abstract： The present invention relates to a sewage processing method by using nanocalcium carbonate, which is based on the nanometer physical theory, created by the inventor that all nanomaterials can produce surface free radicals after rubbing, shaking and hittin Abstract_Original: 一種利用奈米碳酸鈣以處理污水的方法;係根據自力開創之奈米物理理論得知，凡奈米材料經摩擦、震動或撞擊後，均會發生表面自由基，具有強烈之化學觸媒作用，從而得利用粒徑1000nm以下適量奈米碳酸鈣分散於污水中，並利用攪拌法、撞擊法或超音波法促使奈米碳酸鈣發生表面自由基，作為化學觸媒，以分解污水中之油污、細菌、有機氯化物以及使重金屬礦物化，從此使污水獲得淨化。
權利要求書
一種利用奈米碳酸鈣以處理污水的方法，係依據奈米物理理論，凡奈米材料經摩擦、震動或撞擊後，均會發生表面自由基，具有強烈之化學觸媒作用，從而得將粒徑1000nm以下，0.1-1%wt.之奈米碳酸鈣分散在污水中，並藉攪拌法、撞擊法或超音波法促使奈米碳酸鈣發生表面自由基，作為化學觸媒，以分解污水中之油污、細菌、有機氯化物以及使重金屬礦物化，從而使污水獲得淨化。
說明書
利用奈米碳酸鈣以處理污水的方法
將粒徑1000nm以下之適量奈米碳酸鈣分散於污水中，並藉攪拌法、撞擊法或超音波法促使奈米碳酸鈣發生表面自由基，作為化學觸媒，以分解污水中之油污、細菌、有機氯化物以及使重金屬礦物化，從而使污水獲得淨化。
目前污水處理法最普遍是採用活性污泥法，惟這種方法不僅有剩餘污泥的處理問題，同時對有機氯化物很難加以處理;近來則有利用顆粒狀光觸媒加入水中，並藉紫外線或太陽光照射之處理方法。
開發本案的動機，緣起於本案發明人鑽研奈米物理理論揭示，凡奈米材料受摩擦、震動或撞擊時，即會發生表面自由基，對污垢、細菌和有機氯化物質等具有強力分解消滅作用，遂將此原理利用於污水處理，茲說明如下：奈米尺寸材料所呈現迥於常規材料的特性，目前尚缺乏理論依據而無法解釋外，研發工作正陷於摸索中求前進的情況，所幸本案發明人已成功建構出奈米物理理論，據此即能解決有關奈米科學諸問題，包括：揭開之前知其然而不知其所以然的種種奈米現象;解除之前奈米研發工作在摸索中前進的困境;可發掘奈米材料更多新用途;克服當前乾式研磨法製造奈米粉體所遭遇之技術瓶頸。如果乾式研磨的技術瓶頸獲得突破，則不僅奈米粉體的功能會大幅提升，同時其低產能和高成本的問題也可一併獲得解決。本發明專利“利用奈米碳酸鈣以處理污水的方法”之可行性係建立在上述乾式研磨法製造奈米粉體之技術革新以及發現可大量使用奈米粉體之新用途的基礎上。
材料大小縮小至奈米尺寸時，表面原子的面積比率甚高。本案發明人認為，奈米體一旦形成，其初生表面原子因曝露於外界關係，會出現缺少共價電子的表面殘鍵，而處於極不安定狀態，此時亟需向外界捕捉電子，亦即初生態奈米體具有極強烈的化學還原力，所以以下稱奈米表面殘鍵為自由基。環顧人類居住的地球，因受日照而使地面產生熱水汽對流上升過程中，水汽與空氣相摩擦生電結果，水汽獲得正電並遺留地面大氣帶負電。由於奈米表面自由基具有極強還原力，一旦奈米粉體形成，就立即向其周遭帶負電的大氣奪取電子而趨於安定，所以奈米體的表面通常都帶有表面吸著電子，人們只要將靜電感測器靠近奈米體即可證實奈米表面吸著電子的存在。由於表面殘鍵多屬強力的共價鍵，所以表面吸著電子並非在自由狀態，而是處於束縛狀態。設若材料具結晶結構，則奈米表面吸著電子的基態能位Ea 就在比價帶(2)最高能位O稍高的能隙(3)中，如第一圖所示。
雖然奈米體的表面吸著電子可視同N型半導體中的電子(施體)，但兩者有著明顯的區別，其一是奈米體帶有豐富的負電，而N型半導體不帶電，其次是奈米吸著電子存在於材料表面，而N型半導體的電子(施體)卻存在於材料內部。由於奈米表面吸著電子位於材料表面的關係，很容易從外界吸收能量並提升其能位。例如：第一圖中當表面吸著電子所獲得能量大於(Eg -Ea )時，表面吸著電子的能位就進入傳導帶(1);第二圖表示如表面吸著電子的能位超過Ef 加功函數Φ值時，即可脫離奈米材料表面成為游離狀態，並遺留原位成為表面自由基，然後表面自由基又向其周遭物質奪取電子並釋放能量。根據本案發明人研究顯示，奈米表面吸著電子有下列多種方式吸收能並發生能位變化：(1)光子撞擊引起導電或游離作用;(2)低頻光反射及高頻光透射作用;(3)粒子撞擊引起導電或游離作用;(4)吸收電磁波生熱作用;(5)傳導熱和幅射熱引起導電或游離作用;(6)電場牽引起導電或游離作用;(7)吸收震波(超音速壓力波)引起導電或游離作用;(8)吸收稀釋波(超音速拉力波)引起導電或游離作用;(9)受劇變磁場感應引起導電或游離作用;(10)受互為垂直的靜態電場和磁場之感應引起導電增強作用;(11)吸收彈性波(音波和超音波)引起導電或游離作用;(12)摩擦引起導電或游離作用。
奈米材料之所以具有諸多奇異特性，均因帶負電的表面吸著電子會容易吸收上述各種不同型態能並起能位變遷或游離化所引起。這些奇異特性包括：(1)光觸媒作用;(2)化學觸媒作用;(3)雙親表面現象;(4)雙疏表面現象;(5)分散作用;(6)高折光率;(7)高誘電率;(8)遠紅外線反射性;(9)反射遮光作用隨材料粒徑變小而起藍移現象;(10)高電導率;(11)高熱導率;(12)高比熱;(13)防火性;(14)乾式研磨起黏聚現象;(15)低熔點;(16)韌性增加;(17)蒸氣壓上升;(18)對電磁波吸收性;(19)吸音性;(20)毛細管現象;(21)奈米粉體和塑膠等共混起架橋作用而使強度增加、導電率上升、阻氣性變佳;(22)非磁性材料出現強磁性;(23)奈米磁性體的迥異磁學特性;(24)巨磁電阻現象;(25)生物晶片的工作原理;(26)活性炭的殺菌作用;(27)性質奇異的奈米碳管;(28)奈米金屬粉體呈黑色;(29)奈米金屬粉體的電阻呈現負溫度係數;(30)絨毛保溫功能;(31)尖端(奈米)放電現象;(32)強力的摩擦去污殺菌作用;(33)制滑作用;(34)吸震作用;(35)奈米線具強力網捕功能;(36)奈米導波管;(37)低溫超導電現象。此外，尚有許多借助奈米現象的應用例，諸如：微電子元件、微機電、能源、環保、生物、醫學、保健、食品、化妝品、古傳療法以及自然界現象等不勝枚舉。