概述生态环境材料利用文档格式.docx

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生态环境材料研究的内容比较广泛，主要有材料的环境协调性评价、材料的设计及加工中的环境协调性技术，包括零排放和零废弃技术。

从广义范围上看，围绕着生态环境材料所作的研究有:

（1）生态环境材料及生态产品的研究与开发，目前的研究主要集中于纯天然材料、仿生物材料、绿色包装和生态建材。

（2）生物降解材料，目前生物降解材料主要包括生物降解塑料和可降解无机磷酸盐陶瓷等材料。

（3）材料的再生循环利用，材料的再生是实现可持续发展的一个重要途径，目前主要研究的是再生循环利用的工艺。

（4）降低环境负荷性的材料加工工艺，采用新方法、新工艺，提高材料各种性能的同时，减少对环境的影响。

（5）环境工程材料，包括治理大气污染、水污染，处理各种固体废弃物等不同用途的各种材料。

（6）环境材料负荷评价，进行环境材料研究，就必须对其进行客观的表征和评价。

（7）制定相关的法律规定，提高人们对环境的认识,把生态环境理念应用于材料的开发和研究当中。

落实到具体的项目上，从狭义上讲，生态环境材料研究的主要方向有：

1、减少人均材料流量，减少材料集约化程度；

2、减少寿命周期中的环境负荷，使用生态化的生产工艺；

3、开发天然能源，使用藏量丰富的矿物和天然材料；

4、避免使用有害物质，使用“清洁”材料；

5、用长寿命材料，强化再生利用，强化生物降解性；

6、环境，强调生态效率（性能-环境负荷比）；

7、使用负荷小的高分子合金设计；

8、生物循环高分子材料的设计；

9、降解高分子材料设计；

10、材料加工和使用过程中产生的有害物质无害化处理技术。

5、生态环境材料的分类

分类

相关产品

环境相容材料

纯天然材料

木材、竹材、石材

仿生材料

人工关节和脏器

绿色包装材料

绿色包装袋

生态建材

无毒装饰材料、环境相容性涂料

可降解材料

生物降解塑料、可降解无机磷酸盐

可再循环制备和使用的材料

再生纸、再生塑料、再生金属

环境工程材料

环境修复材料

治理大气污染的吸附、吸收和催化转化材料；

治理水污染的沉淀、中和、氧化还原材料

环境净化材料

过滤、分离、消毒、杀菌材料替代佛里昂的制冷剂材料

环境替代材料

工业和民用的无极磷化学品材料用竹、木等代替那些环境负荷较大的结构材料

生态环境材料主要有以下几个方面：

•纯天然材料的开发和利用

•环境兼容性涂层材料

•汽车尾气净化用催化剂材料

•生物降解材料

•生态建筑材料

•绿色包装材料

•仿生材料

•降低环境负担性的材料加工工艺和技术

6、无机非金属生态环境材料

无机非金属材料的许多特点与金属材料和高分子材料差异很大,无机非金属材料是以某些元素氧化物、炭化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料,是除高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称,是三大材料之一。

由于无机非金属材料的环境负荷比较大,使用性能和环境协调性能的矛盾突出，主要表现为以下几点：

（1）使用性能与环境协调性的矛盾是主要的生态环境问题。

如新型陶瓷性能优良，强度能够高于1000MP，应用广泛，但环境协调性较差（加工工艺复杂，排出有害物多）。

（2）制备过程中能耗高。

（3）很难再循环利用。

（4）固体废弃物难处理，我国废玻璃每年高达200万吨以上，陶瓷等废弃物量也非常大，基本上不能回收再利用，污染严重，造成严重的生态环境问题。

（5）有毒有害添加剂和排放物问题，氟、镉、铬、铅、砷等；

粉尘污染，如每年水泥生产的全国年粉尘排放量就高达1300万吨。

基于以上几点，无机非金属材料的使用性质的改善就显得尤为重要，一般通过用高新技术提升改造传统材料产业，提高产品品质、节能降耗、提高效益、减少或消除排放，主要方法包括：

（1）高纯化和复合化。

原料的高纯化是无机材料的一个重要发展方向，随着纯度的提高，晶界玻璃相和有害物质减少，材料的力学性能，特别是耐高温性能显著提高；

（2）通过添加多种原料形成多种相结构的复合或复相材料。

经过合适的晶界设计和相设计，复合或复相材料具有单一组成所不具备的优良性能；

（3）充分利用工业废渣、城市垃圾、尾矿改变原料体系，减轻对地表的破坏；

（4）循环再生利用，零排放零废弃；

（5）发展替代材料，淘汰环境负荷重、对人体有毒害的材料。

如禁止用实心粘土砖。

传统无机非金属材料多使用天然矿物原料,由于成分范围宽,含有有害杂质,性能差,为提高其性能,多使用高纯化和复合化的合成原料。

但是天然原料来自于自然界,其组成以及存在形式与周围环境达到了最佳的协调与稳定,此后制成的制品废弃后,与周围环境也会有比较好的亲和性,不会对水系统和土壤造成污染。

7、高分子、复合类生态环境材料

在高分子的合成过程中，会使用大量的溶剂、催化剂等物质，它们可能会残留在产品中，同时，在合成反应中有时会生成有毒的副产物，对产品的使用者带来危害。

高分子生态环境材料合成工艺：

合成中无毒副产物的产生或者有毒副产物无害化处理；

采用高效无毒化的催化剂，提高催化效率，缩短聚合时间，降低反应所需的能量；

溶剂实现无毒化，可循环利用并降低在产品中的残留率；

聚合反应的工艺条件应对环境友好；

反应原料应选择自然界中含量丰富的物质，而且对环境无害。

作为有机材料的代表，塑料以其质轻柔韧等特点而广泛应用。

随着工业农业、建筑、包装、电器、汽车、电子信息、航空和军工等行业的高速发展，对高分子从数量、质量、品种和功能方面都提出了更高的要求，在提高高分子产业发展的同时，也将带来不可估量环境影响。

大多数塑料力学性能低，不能作为要求较高强度的结构材料使用。

另一方面，玻璃纤维、碳纤维等无机材料强度高，具有作为结构材料的良好的性能基础，但是其脆性大，黏结性。

因此将两者复合，发展成为环境协调性复合材料。

高分子材料废弃物对生态环境的破坏表现如下：

①废弃物品种繁多、数量巨大、体积庞大；

②绝大部分废弃物几乎不能自然降解，造成各种污染；

③废弃物对海洋的污染；

④废弃物对土壤的污染；

⑤废弃物对大气的污染（焚烧产生CO2，HCl等）；

⑥破坏景观；

其主要污染源分为三大类

1、白色污染：

包装塑料、农膜、快餐盒等为主

2、黑色污染：

废橡胶轮胎为主

3、彩色污染：

家用电器、电缆、光盘等

其中以白色污染最为严重，究其原因，首先是因为我国市场上目前使用的塑料制品还好一些都是不可降解塑料，以发泡聚苯乙烯、聚乙烯或聚丙烯为原料，分子量达2万以上。

只有分子量降低到2000以下，才能被自然环境中的微生物所利用，变成水和其它有机质，而这一过程需要200年。

其次对白色垃圾焚烧会释放出多种化学有毒气体，其中有一种叫二恶英的化合物，毒性极大，即使在摄入很小量的情况下，也能使鸟类和鱼类出现畸形和死亡，对生态环境造成破坏，同时对人也有很大危害。

所以复合类生态环境材料的主要研究方向便是解决白色污染带来的一系列问题，根据降解机理一般将降解塑料分为三大类：

光降解塑料、生物降解塑料、光—生物降解塑料。

具体说来，高分子生态环境材料的开发包括：

光降解高分子材料，向聚合物中添加光敏剂，在光的作用下光降解高分子材料吸收紫外线发生光化学反应使高分子降解；

生物降解高分子材料，具有优良的生物降解性，包括化学合成可降解高分子、天然高分子和微生物合成可降解高分子等；

光-生物降解高分子材料，结合光和生物的降解作用，以达到高分子材料的完全降解。

8、金属生态环境材料

8.1钢铁生态环境材料

使用钢铁生态环境材料有助于节能和减少CO2排放的高效率。

例如近年来开发的超细晶粒钢，提高了材料的强度，改善了材料的塑性和韧性。

这些材料用于汽车制造，利用较少的材料承担较大的负荷，降低材料消耗，节省生产材料所需的能量，减少了生产过程中CO2的排放，同时由于车体重量减轻，减少了汽车燃料的消耗，因而减少了汽车CO2的排放。

再如，热电站锅炉用耐高温不锈钢管，通过提高其工作温度，减少了电站能源的消耗，大幅度减少了电站CO2的排放。

可循环使用和减少废弃物的钢铁生态环境材料通过各类耐腐蚀材料的开发和应用，可延长材料的使用寿命，减少材料的消耗，减轻环境负荷。

例如在汽车制造中，国外所使用的各类钢板基本是涂镀层钢板，借此延长了汽车的使用寿命。

在建筑结构领域和民用工程中，通过采用耐候钢、高耐蚀性的不锈钢等，延长结构寿命，减少环境负荷。

为了节省资源有限的镍和铬，可将铝和硅作为新一代可循环的耐蚀钢的主要合金元素并且可以较大幅度的提高材料的耐腐蚀性能。

无毒无害的钢铁生态环境材料。

开发不含有对人类和环境有害元素的钢铁材料，例如近年来开发的用于家电产品的无铬镀锌钢板，用于汽车、轮船燃料箱的无铅钢板，含BN的无铅易切削钢等。

8.2有色金属生态环境材料

有色金属生态环境材料在改善环境和促进工业可持续发展方面具有重要作用。

例如：

采用含稀土复合氧化型催化剂用于治理汽车尾气，可使汽车尾气的有害气体排放量减少70%以上。

发展短流程、低能耗、零污染的有色金属生产工艺，也是改善生态环境的重要手段。

此外，在许多有色金属工业废物中含有大量的有用成分，如氧化铝生产残留物赤泥含有大量Al、Ti、Fe以及少量的Si、Ca等，而世界每年大约产生3000万吨赤泥，大部分作为填埋物而废弃。

因此，综合利用有色金属工业的废气、废渣、废液，不仅可以化废为宝、节约资源，更重要的是能够明显降低环境污染。

9、生态建筑材料及应用

我所在的专业是建筑材料，所以对于建筑材料的生态化研究已经略有接触，建筑材料是应用最广、用量最多的材料，主要包括水泥、混凝土、建筑玻璃、建筑装饰装修材料等。

长期以来，建筑材料主要依据建筑物以及应用部位对材料提出的力学性能与功能方面的要求进行设计，但是随着社会的发展,与人类密切相关的环境问题变的越来越严重，因此作为建筑材料不仅要求高强度和高功能性，而且还必须考虑其环境协调性，开发生产具有环境协调性的生态建材，对于建材工业的可持续发展和环境保护具有重要意义。

生态建材就是属于优异环境协调性的建筑材料，又称环境协调建材，这一类环境材料环境协调性好，既有优异性能，又有益于人体健康。

生态建材应具有以下主要特点:

（1）具有优异的使用性能；

（2）生产时少用或不用天然资源；

（3）采用清洁的生产技术,废气、废渣、废水的排放量相对较少；

（4）使用过程中有益于人体健康，有利于生态环境改善以及环境和谐；

（5）废弃后使之作为再生资源或能源加以利用，或能作净化处理，其目的就是寻找在生产、使用和再生产过程中具有最低环境负荷的性能优异的建筑材料。

以下举例介绍建筑材料中与之相关的生态建材。

9.1水泥、混凝土生态化制造技术

水泥生态化研究的主要方向包括：

1、应“以质代量”，淘汰以立窑工艺为主的落后工艺，发展大型化现代化新型干法水泥熟料生产线；

2、大幅度提高水泥熟料的平均强度，从目前的50MPa提高到65MPa以上；

3、应严格控制新型干法水泥生产线的尾气粉尘排放量，达到30mg/Nm³

以下的排放标准；

4、大力降低新型干法水泥熟料的煤耗，平均煤耗应低于107Kg标煤；

5、积极研究利用工业废弃物和低品位矿物不经高温煅烧制备硅酸盐水泥替代物的新技术。

生态混凝土可以使用城市垃圾焚烧灰、下水道污泥和工业废弃物做原料，也可以使用用过的混凝土粉碎作为骨料再生使用。

这样可以有效的解决废弃物、骨料资源、石灰石资源、CO2排出等问题。

如果将高性能混凝土与节约资源、能源和保护环境结合起来考虑，加入更多的绿色成分，则成为绿色高性能混凝土。

绿色高性能混凝土有以下几个特点：

（1）所使用的水泥必须为绿色水泥；

（2）最大限度地节约水泥用量，从而减少水泥生产中的“副产品”——二氧化碳、二氧化硫、氧化氮等气体，以保护环境；

（3）更多地掺加工业废渣等作为活性掺合料，如磨细矿渣、优质粉煤灰、硅灰，以节约水泥，保护环境，并改善混凝土耐久性，利用超塑化剂和超细粉技术；

（4）大量应用以工业废液，尤其是黑色纸浆废液为原料改性制造的减水剂，帮助其它工业消化处理难以处治的液体排放物；

（5）集中搅拌混凝土和大力发展预拌商品混凝土，消除现场搅拌混凝土所产生的废料、粉层和废水，并加强对废料和废水的循环使用；

（6）发挥高性能混凝土的高性能优势，减少水泥和混凝土的用量；

（7）对大量拆除废弃的混凝土进行循环利用，发展再生混凝土。

9.2生态玻璃

传统的平板玻璃能耗和污染都非常大，仅作为采光和结构材料，而现在则向多功能、与环境协调方向发展。

9.2.1保温隔热玻璃

中空玻璃又称隔热玻璃，是由两块或多块玻璃板组成的，用高强气密性复合粘胶二次密封，而周边隔以充有干燥剂的铝合金框，使玻璃之间空气高度干燥，是第二代门窗玻璃。

中空玻璃的性能中空玻璃具有节能、隔热、隔音性能，防结露、降低冷辐射和安全性能。

低辐射镀膜玻璃是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品。

对可见光有较高的透射率，对红外线有很高的反射率，具有良好的隔热性能。

在夏季，它反射日光中的红外线，可以节省空调费用；

在寒冷的冬季，它能使室内的热量重新反射回室内，减少热量流失，达到节能的目的。

9.2.2隔音玻璃

隔音玻璃是将中空玻璃中的空气换成惰性气体（氦、氩等）以获取优良的隔热隔音性能，由于玻璃间内封存的惰性气体传热性能差，因而产生优越的隔音效果。

夹层玻璃也具有相当不错的隔音效果，在两片或多片玻璃之间夹上PVB中间膜，PVB中间膜能减少穿透玻璃的噪音数量，降低噪音分贝，达到隔音效果。

9.2.3真空玻璃

真空玻璃是全球最新型的保温隔热隔声玻璃，可使空调节能50%左右。

它具有较中空玻璃更为卓越的物理性能：

（1）真空玻璃中间的真空层阻断了传导和对流，其低辐射膜能阻断远红外热辐射，营造出纯生态健康办公环境。

（2）即使室外温度很低，也不会形成玻璃表面湿淋、结雾现象，不会影响冬季的室内采光和视野。

（3）它还具有比中空玻璃更好的防紫外线、防静电、采光好等性能。

9.2.4抗菌自洁净玻璃

玻璃幕墙表面清洗已成为日常维护的难题。

自洁净玻璃与普通玻璃的不同在于其表面有一层纳米级微孔结构的TiO2的光催化薄膜，当表面的TiO2薄膜层遇到太阳光或紫外线灯光照射后，附着在玻璃表面的有机污染物会很快被氧化，变成氢气和CO2而自动挥发消散，玻璃经雨水冲刷后便可自洁。

除玻璃幕墙以外,自洁净玻璃也已被用于其他用途,如厨房玻璃、玻璃镜、汽车玻璃等。

9.3生态环境装饰材料

9.3.1建筑涂料

建筑涂料又可分成两大类，有机涂料和无机涂料，目前有机水性涂料倍受青睐，这种涂料的杰出代表就是乳胶漆。

传统的建筑涂料多数是含有50％左右的有机溶剂，有机稀释剂，市场上销售的如松香水，是石油制品，又被称为200号溶剂汽油，是低毒性物质，若弥散在空气中，浓度过高，可使人麻醉、缺氧而窒息。

今后建筑涂料将主要朝着高性能、环保型、抗菌功能型的方向发展。

特别是内墙涂料开发重点是适应健康、环保、安全的绿色涂料。

纳米改性多功能环保建筑涂料是将纳米TiO2、SiO2等材料通过特殊工艺进行有机地融合，形成纳米多功能胶体，再与水性涂料复合而成的新型环保建筑涂料。

高性能的水性外墙涂装是一个新兴的朝阳产业，该涂料技术核心是运用纳米改性技术，攻克了纳米粒子由于表面性极容易团聚的难题，成功地将功能性的纳米粒子导入传统乳胶漆生产体系之中，使涂料的综合性能得以大幅度提高。

9.3.2建筑卫生陶瓷

建筑卫生陶瓷是指主要用于建筑物饰面、建筑构件和卫生设施的陶瓷制器。

它包括了各种陶瓷墙砖、地砖、琉璃制品和各种卫生间用的陶瓷器具及配件。

日本东陶公司研制出一种新型瓷砖，该瓷砖采用光催化剂的作用，在瓷砖表面制作出了一层具有抗菌作用的膜，这种瓷砖特别适用于医院、食品厂以及浴室等装饰。

10.结束语

生态环境材料不仅可以实现材料的应用和环境的协调有机的结合起来，同时,对资源和能源的利用效率也大大增加。

随着研究的不断深入，无论从材料的生命周期评价方面还是具体生态材料的设计，研究和开发将取得更大的发展，各种新材料，新工艺，新技术和新方法也将不断问世，将有助于人类所面临的资源短缺，环境恶化的一系列问题的解决，促进社会和谐发展。

王彪学号081639