摘要：纳米技术的发展为新产品研发和旧产品换代提供了创新依据，为传统产业的升级注入了新生力量。自20世纪80年代以来，不同业内人士在各自领域内，不断探索材料在0.1—100nm之内的介观尺度上所表现出的高比表面积效应、小尺寸效应、量子效应、量子隧道效应及表面介面效应等特性，并从中积累经验。我们自2005年开始，研究并尝试了多种环境纳米材料在畜禽养殖环境净化关键技术中的实践应用，探讨并总结出一些关于环境纳米材料的净化作用机理、性能检测、生产等方面的效果数据，供业内专家交流，以此推动我国畜禽养殖业的健康发展。
关键词：纳米技术 环境纳米材料 畜禽养殖场 环境净化
1 净化作用机理的研究
1.1 禽舍内墙体与设施：研究引用“纳米多质高散效应薄膜专利技术”，对禽舍内的墙体、设施等进行纳米功能涂料处置，设有多质离散效应的表面涂层，一方面对舍内水蒸汽、尘埃、菌体及有机污染物产生长期离散作用；另一方面，在可见光的作用下，涂层中的纳米粒子电子-空穴对，能够表现出极强的化学活性和电负性，对表面菌体有很高的灭活作用，对有毒气体有极强的分解作用，从而达到净化环境、防潮、灭菌、吸附分解有害气体作用。
1.2 养殖用水：充分利用纳米生态材料中纳米粒子高比表面效应所产生的化学能，对水中的有害物质（包括重金属离子）进行吸附；纳米粒子表面活性还对大分子团的水分子进行作用，使其变化吸附被生物吸收的小分子团；由于纳米粒子表面存有大量的残键所再现出的电负性，对细菌病毒也有很好的灭活作用，使分子团谱小其分子团之间的杂质细菌搀杂机会减少；另外，纳米生态材料还可根据水中的微量元素需求自行提供有益生物作用的元素，补充水中营养的不足。
1.3 空气：研究采用气体澎胀式纳米光催化净化装置，其作用机理：净化装置中设有高能光源，用于激活装置内的纳米粒子产生电子跃迁。同时，在装置内设有气体澎胀组件，通过膨胀气体使其表面积增大，让有害气体及细菌等杂质充分暴露，然后进行氧化还原反应，随着气体不断循环，从而达到空气净化的目的。
1.4 饲料：将纳米三观杂化点群材料设计成功能型净化添加剂，与禽用配合饲料充分混合，一方面利用纳米生物反应提高饲料生物活性；另一方面，采用具有置换、替代功能的分子筛类纳米三观杂化点群材料，向禽体提供微量元素，从而达到净化饲料、提供微量元素、降低饲料成本，提高产蛋率和蛋壳品质的目的。
1.5 粪污：研究采用自动除粪装置，禽舍内的粪污清除后，在运输或传送过程中，将无机纳米杂化功能材料均匀撒在粪污上至脱水工艺，然后对粪污进行干燥处理，将干燥后的粪污进行破碎、分筛，再将分筛后的粪污作为原料进行造粒、包装，制造出高效功能有机肥料，用于经济作物（如茶叶、花生等）生产。对养殖场排放的污水用纳米生态材料进行处置，降低各项污水排放指标，最大程度地减少环境污染。
2 材料与研究方法
2.1 材料：环境纳米材料是采用现代纳米科技研究与开发的环境负荷小，并具有功能性、特定应用性、经济性和环境协调性的纳米材料。具有环境降解、转化、环境净化、环境替代及环境修复等功能。本研究使用的环境纳米材料均是通过试验、检测、评价等方法，自行研发、生产，并取得优异效果的纳米功能材料、纳米复合材料、纳米抗菌材料、纳米催化材料、纳米环境材料等。其中:纳米光催化材料、纳米分解材料为高性能TiO2:N复合材料；纳米点群杂化功能材料及多质离散涂层为本次研究的原理创新理论材料；其它纳米功能材料属上述技术的复合材料。
2.2 方法：在研究过程中，对禽舍内空气、设备、粪污、用水净化及功能饲料和粪污资源化处理采用分别设计，按试验组份、配方、工艺进行技术分解实施。
2.2.1 纳米功能材料制备（略）
2.2.2 对墙体、设施的净化：（略）
2.2.3 对养殖用水的净化：（略）
2.2.4 纳米光催化器对空气的净化（略）
2.2.5 对饲料的净化：（略）
2.2.6 粪污资源化处理：（略）
3 相关试验及检测
3.1 对比试验：按照上述方案，我们从2005年4月份开始，在日照市东港区亚泰良种繁殖场（存栏海兰褐父母代蛋种鸡4万套）选择生产条件和存栏数量基本相同的两栋鸡舍（每栋鸡舍存栏蛋种鸡3000套）作对比试验：（略）
3.2 技术指标检测:
3.2.1 空气：
试验一（育雏期）：（略）
试验二（育成期）：（略）
试验三（产蛋期）：（略）
3.2.2 养殖用水：
在水温25℃、催化粒子含量10%、净化3小时条件下，纳米材料对重金吸附率为：
Hg Cd As Pb
72% 88.5% 85% 82.5%
对细菌灭活率为：80%
10g三观生态纳米材料浸于1000Ml养殖用水中，24小时后微量元素供给量为：
Mg Ca Mn Si
15.6 82.07 0.28 10.81
同时，控制材料用量还可调整养殖用水中的PH值，使酸碱度双向中和。
3.2.3 其他指标：
分解有害气体≥90% 细菌灭活≥95%
有害物质吸附＞80% 粪污资源化＞80%
4 研究结果与分析
由于对禽舍内墙体、设施、天棚、地面等方面进行了纳米多质离散效应涂层处置，空气采取了澎涨式纳米光催化和滤化，改善禽舍内部环境；对禽用水采取了纳米化处理，提高了水质，有效地减少了禽类疾病发生；对饲料进行了纳米化改性，提高了饲料质量和利用率，极大地增加了产出效益。试验组3000套海兰褐父母代蛋种鸡成活率较对照组平均多出3.2个百分点，死淘率降低0.7个百分点，每百枚种蛋可以多孵化出健康雏苗12只。按每只种雏8元、商品代雏苗2元（公雏0.3元）、父母代蛋种鸡饲养成本（包括饲料、防疫等）40元计算，累计提高养殖效益1.314万元。另外，利用纳米杂化功能材料与粪污复合处理，实现了粪污资源化有效利用；对养殖场污水进行处理，使其排放指标达到标准要求。
纳米功能材料对养殖场内外环境进行系统净化，实现了纳米技术、纳米材料和畜禽养殖内外环境综合控制的有机结合，从而达到了降低畜禽发病率，减少养殖用药，提高养殖效益和净化环境的目的。
小结：我们通过几年来对纳米功能材料在畜禽养殖环境净化关键技术应用中基本理论的研究，初步探索出一些关于环境纳米材料、纳米环境净化装置在畜牧生产中的实践经验。在研究的过程中，得到中国抗菌材料与制品学会、山东省环境材料纳米工程技术研究中心、日照市纳米科技应用工程研究中心、东港区亚泰良种繁殖场的大力支持，在此一并表示感谢。由于环境纳米材料的制备与表征技术受到技术条件的局限，同时，环境纳米材料和纳米技术在畜禽养殖业中无系统应用的前例，现仅处于独立摸索阶段，在上述研究中仍存在许多不尽人意的地方，敬请各位业内人士、专家、学者共同研究和探索，并给予提出宝贵意见，共同推进环境纳米材料在畜禽养殖环境净化技术的成熟性及产业化的进程。
参考文献：
[1]张立德，牟季美《纳米材料学》ISBN7-5381-1887X
[2]金宗哲主编《无机抗菌材料及应用》，2004.6
[3]《纳米材料导报》2003.第一卷
[4]《环境矿物材料丛书》IV.P619.25
作者简介：
[1]刘景春：中科院固体物理研究所特聘高级工程师，中国材料学会理事，中国抗菌与制品协会副理事长，专家委员，国家重大战略需求（863计划）项目单项组副组长；十五国家科技攻关计划项目单项组主要实施人，中科院纳米氧化物生产基地创始人。2002年与航天科技508所、中科院化学所一同实践了多孔纳米（SiO2-X、TiO2）在航天器复合材料中的应用研究。多年来，发表重要科技论文十余篇，申报纳米材料及应用方面的专利十几项，其中：发明了“纳米效应增势化学电源”、“纳米复合抗菌材料”、“多微孔纳米氧化硅的制备及三观生态调节材料”、“多质离散效应的纳米薄膜”等专利技术，填补了纳米技术应用领域的空白。
[2]陈罘杲：中国纳米技术协会会员，高级工程师。曾历任轻工部制鞋研究所功能鞋研究所主任，中国皮革制鞋工业研究院天奥纳米技术研究所所长，全国生产力促进中心鞋类专家委员，中国功能鞋理论体系创建者。自1996年从事纳米专业以来先后在纳米技术、电子、光学、环境学、磁学、化工等领域发明专利40多项，发明了近辐射固态电光源技术、纳米高比表面积纤维、多光子纳米异质结构发光体、纳米功能聚氨脂合成革、二元结构催化型功能鞋、纳米效应饮品催化材料及设备、纳米果蔬保鲜液膜材料等，在国家科技部中国科技论文统计源期刊发表论文20多篇。
