环境材料复习

环境材料复习要点1、环境的材料的定义，类型，模型、性能，研究的内容、研究的意义；环境材料的研究现状和发展趋势；材料环境性能数据的基本原则。环境材料是指在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料。类型：纯天然材料、仿生物材料、绿色包装材料、生态建材，环境降解材料、环境工程材料。模型：输入输出法 线性规划法 层次分析法 模糊数学分析法 逆矩阵法性能：环境性能 使用性能 经济性能 研究的内容阶段 目标 主要内容治表 末端治理 治理现在的污染，改善生态环境治本 初始端治理 预防污染，减少污染的发生量回归 环境协调 所有过程和产品与环境相容治表：将积累下来的污染问题，利用材料科学与技术进行末端治理，恢复环境对污染物的容纳能力和消化吸收功能。治本：将材料科学与技术用于环境保护，即在清除积累的环境污染问题的同时，开展初始端智力，在设计阶段即考虑减少生产过程对环境的影响。回归：是所制备的材料和产品能够与环境尽量相容和协调，是人类社会真正回归大自然。这是环境材料发展的最高境界。研究环境材料的意义1、材料科学发展的必然阶段年代 60年代 70年代 80年代 90年代材料 半导体材料 能源材料 信息材料 环境材料2、自然界对人类行为反作用的结果人口膨胀 资源短缺 环境恶化 一方面材料推动着人类社会的物质文明，而另一方面又消耗大量的资源和能源，并给环境带来严重的污染和破坏。 环境材料的产生是自然界对人类行为反作用的结果。研究现状： 1）、环境材料的基础理论研究。 主要研究材料的环境影响评价方法和材料产业的可持续发展理论，环境材料的理论体系的完善。 2）、开展材料的环境影响评价及建立材料环境性能数据库。 建立相应的环境影响评价方法和指标体系，建立LCA的数据结构和相应的评价软件。 3）、发展环境友好型的材料设计和制备工艺。 对现有材料的生产工艺的环境协调性技术改进，减少材料生产中的污染； 在材料设计的过程中就考虑材料的回收问题，使材料具有很好的环境协调性； 延长材料的使用寿命，是节省资源的有效途径； 废物回收利用对缓解资源匮乏有着重要的作用。4）、开发具有优良环境协调性的新型环境材料。 对现有材料进行环境协调性改进，减少其环境的影响； 在新材料的开发过程中，注意新材料与环境的相容性； 对天然材料进行高附加值开发，使所得材料具有先进的环境协调性并具有优良的使用性能； 开发超高性能、超长寿命的材料，可有效降低材料环境负担性； 研究生物可降解塑料，从根本上解决白色垃圾污染的问题。5）、研究开发环境净化和环境修复材料。 大气污染控制材料：一般有吸附、吸收和催化转化材料； 水污染控制控制材料：有沉淀、中和及氧化还原材料； 其他环境净化材料：有过滤、分离、杀菌、消毒材料等。 环境修复材料：有防止土壤沙漠化的固沙植被材料、二氧化碳固化材料及臭氧层修复材料。发展趋势：（1）材料的环境性能将成为21世纪新材料的一个基本性能； （2）用LCA方法评价材料产业的资源和能源消耗、三废排放等； （3）结合资源保护、资源综合利用，研究不可再生资源的替代和再生资源化； （4）各种环境材料及绿色产品的开发。基本原则: （1）通用性；（2）可比性；（3）服务性；（4）预测性；2、材料流含义、理论基础，代表性的材料流理论及其含义，材料流分析的作用；材料流:指用数学物理方法，对在工业生产过程中按照一定的生产工艺所投入的原材料的流动方向和数量的一种定量分析的理论。理论基础:物质不灭定律和能量守衡定律代表性的材料流理论: 4倍因子理论（Factor 4） 10倍因子理论（Factor 4）极值理论作用:1）通过材料流分析可调控经济系统与生态环境之间的材料流动方向和数量，从而达到减少资源开采与投入，提高资源利用效率，减少污染物排放的目的。2)材料流分析是实现循环经济的重要手段。3）材料流分析法核算出的各项指标可以为制订循环经济发展规划、建立循环经济指标体系提供依据。3、生命周期评价技术（LCA）的含义、步骤、特点、技术框架、评价过程、局限性及困难（实例分析）。生命周期评价技术是一种评价某一过程、产品或事件从原料投入、加工制备、使用到废弃的整个生态循环过程中环境负荷的定量方法。即：LCA是指用数学物理方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资源、能源消耗，废物排放，环境吸收和消化能力等环境负担性进行评价，定量确定该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。 编目分析步骤:（1）系统和系统边界定义（2）系统内部流程（3）编目数据的收集与处理特点:寿命周期概念 定量化 过程化技术框架: 目标和范围定义 编目分析 环境影响评价评价 结果解释评价过程: 目标和范围定义 编目分析 评价模型 评价结果 评价结果解释局限性及困难（实例分析）局限性：应用范围的局限性评价范围的局限性 范围定义：时间、地域、风险范围。评价方法的局限性 存在主观因素；标准化方面；数据的量化过程；理论不成熟。困难：客观性问题 计算机模型的局限性 数据采集及质量分析方法的标准化问题 研究结果的不确定性4、清洁生产的含义，内容，理论基础，实现的途径。清洁生产:是通过产品设计、原料选择、工艺改革、生产过程管理和物料内部循环利用等环境的科学化与合理化，使工业生产最终产生的污染物最少的一种工业生产方法和管理思路。内容:清洁能源 清洁资源 清洁工艺 清洁设备 清洁产品 清洁服务 清洁管理 清洁审计理论基础:废物与资源转化理论；生产过程最优化理论；社会化大生产理论实现的途径:清洁规划和管理、提高资源效率、减少废物排放、开发环境友好产品和工艺。5、材料的再生循环研究的角度，讨论建筑材料与环境的关系。（1）建筑材料对地球环境的影响 ：废气、粉尘对大气的污染；废液造成的水体污染；固体废弃物；原材料的开采占用大量的土地；噪声污染；对人身体的伤害。（2）地球环境对建筑材料的影响：大气污染物语酸雨的影响；建筑物表面析白现象；建筑用高分子材料老化；金属材料的化学腐蚀和电化学腐蚀；自然灾害的破坏。（3）建筑材料对人类居住环境的影响。如石棉致癌。6、废弃的羽毛，稻壳的再利用，包装绿色化的实现；废弃的羽毛：1）传统的做法：用作填充料，如用于枕头、被子、服装等 。但废弃羽毛的自然降解速度很慢，会给环境带来污染； 2）通过生物技术开发出利用废弃羽毛水解天然蛋白质生产氨基酸的技术，从而获得氨基酸化学产品。稻壳的再利用：1）稻壳粉可制成稻壳板，是一种防火、防蛀、防霉等的建筑材料。2）稻壳发电，专家研究认为，两吨稻壳相当于1吨标准煤的发热量。3）提取木糖醇，制活性炭、水玻璃，高纯度的SiO2 绿色化的实现：（1）降低包装用料、节约资源和在资源化；（2）重复使用、再生好再循环利用包装材料；（3）降解净化，减少固体废弃物。 7、生态建材的特点，绿色混凝土的“绿”体现在哪些方面，水泥实现生态化，从哪些方面可着手；木材、竹材的环境性能。生态建材的特点：（1）具有优异的使用性能；（2）生产时少用或不用天然资源，大量使用废弃物作为再生资源 ；在资源与能源使用方面，有效利用天然资源，尽量减少能耗，尽量使用废弃物作为再生资源或能源；（3）采用清洁的生产技术，保持清洁的原料、清洁的工艺和清洁的产品。尽量减少废气、废渣、废水的排放量，或使之经有效的净化处理；（4）使用过程中对人体健康及环境有益无害，并且功能复合化，如杀菌、防霉、除臭、调温、调湿、调光、隔热、消声、消磁、防射线、抗静电等，有利于改善生态环境，与环境相和谐；（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。绿色混凝土:是指混凝土在生产过程和应用过程的绿色化，即在保证混凝土性能的前提下，减少水泥用量；大量利用优质的工业废渣、再生骨料和代用骨料，减少自然资源和能源的消耗；提高混凝土安全使用寿命，减少因修补或拆除造成的浪费和二次污染；大力推广预拌混凝土,减少环境污染。另一种表述：绿色高性能混凝土是通过充分利用材料科学的最新理论知识，采用高新手段和先进科学技术，尽最大可能地降低产品生产过程中不可再生资源和能源的消耗，最大程度上消纳工业废渣和废液，减少或避免废弃物的产生和对生态环境的破坏，同时大幅度提高物理、力学和耐久性能的一种高技术砼。为使用者提供健康、舒适的工作与生活环境，最终实现人与自然协调共生。 两种定义其目标和措施是一致的，那就是围绕如何降低资源消耗，通过加大工业废渣利用，以及减少混凝土对环境、对人体的伤害。水泥实现生态化：（1）低环境负荷水泥添加剂（2）生态水泥生产技术：在水泥生产过程中尽量减少能源消耗，降低水泥的烧成温度。（3）降低能耗的新工艺（4）废弃物的再生利用技术：如用废气混凝土作原料烧制水泥。木材、木材的环境性能：（1）再生性（2）固碳作用：木材生长过程中，大量的碳以固态储藏在其内部，这些碳主要来源于大气中的CO2 。（3）调湿性：是指靠材料自身的吸湿性或解吸作用，直接缓和环境的湿度变化，使湿度稳定在一定范围内。（4）视觉特性：木材的颜色、光泽、纹理、树节疤痕等。（5）触觉特性：木材的冷暖感、软硬感、促滑感都比较优异。8、大气污染物、固体污染物、水体污染物。由于人类活动排放的污染物进入大气所产生的不利于动植物及设施的状况称为大气污染，混入大气的各种有害成分称为大气污染物。由于人类活动排放的污染物进入水体造成的变质现象称为水污染，进入水中的各种有害成分称为水体污染物。在生产、生活及其他活动过程中产生的固态、半固态和高浓度液态废弃物统称为固体废弃物，因这些固体废弃物对环境造成的变质现象称为固体废弃物污染，则这些可污染环境的废弃物称为固体废弃物。9、资源；能源的含义、特点，材料的生产和使用对资源和环境的影响，降低材料环境负担性的技术有哪些；可持续发展的概念、内涵，材料业的可持续发展。资源：指人类可以直接从自然界获得并用于生产和生活的物质。特点：社会性、自然性、商品性。能源：是指可产生各种能量（如热量、电能、光能和机械能等）或可作功的物质的统称。特点: 储量大、人口多 人均占有量低；发展快、消耗大资源短缺；高投入、低效率、高污染；能源结构和分布不合理材料的生产和使用对资源和环境的影响：材料的生产和使用对资源可分为直接消耗和间接消耗。直接消耗：能源直接用于材料的生产和使用。间接消耗：包括运输、储藏、包装、管理、流通、人工、劳保、照明、人工取暖、防暑降温等。材料的生产和使用一方面推动经济发展和人类文明的进步；另一方面又要耗费大量的资源和能源，并排放出大量的废气、废水和废渣，污染者人类生存的环境。资源、能源的过度消耗和效率地下，自然资源的不合理利用，造成工业废气、废水和固态废弃物的排放量急剧增加，加速了环境恶化和生态失衡。降低材料环境负担性的技术：1）再循环利用技术：资源再生回收利用能源再生回收利用2）避害技术：用无害材料替代有害材料通过技术；用环境友好的生产工艺代替污染较重的生产工艺3）控制技术：污染控制技术4）补救修复技术：对由于过去污染物排放的积累造成的环境污染的补救和修复；对正在进行的生产过程对环境造成的污染的补救修复处理。可持续发展的概念：是指既能满足当代人的需要，又不后代人满足其需要能力构成危害的发展，是人口、经济、社会、资源、环境和生态系统相互协调的发展。内涵：可持续性和发展，核心是发展，是在保证资源和环境可以永续利用的前提下进行经济和社会的发展。材料业的可持续发展：实现材料可持续发展的关键（技术上）： 开发新材料，满足材料使用性能及可接受的经济性能 同时，注意材料的环境性能，包括降低资源和能源消耗，减小环境污染，提高其循环再利用率。 考虑材料设计、生产、使用废弃、回收等全过程的环境问题。 提高现有资源效率及减少甚至避免有害污染物向环境排放。实现材料可持续发展的关键（管理上）： 加强资源再生利用研究，特别是废物再生循环利用的研究和应用，提高资源效率。 采用清洁生产工艺，向零排放和零污染方向努力。 加强环境管理，有助于可持续发展战略的实施。材料产业的可持续发展方向：用资源节约型产品代替资源消耗型；用环境协调型工艺替代环境损害型工艺；采用技术先进的生产过程，淘汰技术落后的生产过程；采用现代的科学管理和经营方式，扬弃粗放的经营管理模式。10、理解全球气候变暖，控制全球气候变暖的措施。全球气候变暖是指大气层中一些气体吸收了地球表面的红外线能量并将其反射回地球表面，引起地球表面温度升高的现象。即大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。 它会带来以下列几种严重恶果： 1) 地球上的病虫害和传染疾病增加；2) 海平面上升； 3) 气候反常，海洋风暴增多；4) 土地干旱，沙漠化面积增大。科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升24 ，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。 措施： （1）节约能源，少用能源，减少大气中CO2的排放总量，生活中人们应尽量节约用电（因发电烧煤），少开汽车； （2）要保护好森林和海洋。因为地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。 （3）植树造林，利用光合作用消耗CO2，加强对天然植物的综合利用，减少使用一次性方便木筷，节约纸张（造纸用木材），不践踏草坪等行动来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。 11、环境协调性、区域毒性水平；生态因子；环境负荷单位；编目分析；全球温室效应。 环境协调性：是指资源和能源消耗少，环境污染小和循环再利用率高。区域毒性水平：是指某种有毒物质因排放或泄露后对该地区的生物产生的毒害影响生态因子：ECOI=EI/SP 材料的使用或服务性能（SP）：力学、物理或化学性能（强度、韧性、热膨胀系数、电导率、电极电位等）环境影响（EI）：资源、能源的消耗、废水、废气、废渣等、温室效应、区域毒性水平、噪声环境负荷单位：资源，能源，环境污染 无量纲单位。编目分析: 根据评价的目的和范围定义，针对评价对象收集定量或定性的输入输出数据，并对这些数据进行分类整理和计算的过程全球温室效应: 是指大气层中一些气体吸收了地球表面的红外线能量并将其反射回地球表面，引起地球表面温度升高的现象。12、环境降解材料；环境修复材料、环境净化材料。环境降解材料:一般指可被环境自然吸收、消化、分解，从而不产生固体废弃物的一类材料。例如：天然成分的材料木材、竹材；天然提取物甲壳素、玉米蛋白；人工合成生物降解塑料环境修复材料:固沙植被材料 二氧化碳固化材料 臭氧层修复材料环境净化材料:1、大气污染控制材料（1）低浓度二氧化硫烟气净化（2）含氮氧化物的废气净化2、水污染控制材料（1）氧化还原材料（2）沉淀分离材料（3）稀释中和材料（4）膜分离材料3、其他污染控制材料（1）噪声控制材料（2）电磁波防护材料