环境友好材料.doc

环境友好材料第一章：1） 环境材料：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。既包括经改造后的现有传统材料，也包括新开发的环境材料。2）环境负荷：是指某一具体材料在其生产、使用、消费或再生过程中耗用的自然资源数量和能源数量，以及其向环境体系排放的各种废弃物（如气态、固态和液态废弃物）的总和。即 材料的环境负荷资源，能源，排放物 包括资源摄取量；能源消耗量； 污染物排放量及其危害； 废弃物排放量及其回收、处置的难易程度等因素。3）环境材料的特点：先进性，能为人类开拓更加广阔活动范围和环境；环境协调性，即它们同外部环境尽可能协调；舒适性，使人类生活环境更加优美、舒适。4）环境材料的主要判别标准：1）节约能源 （2）节约资源（3）可重复使用 （4）可循环再生（5）结构可靠性 （6）化学稳定性（7）生物安全性 （8）舒适性 （9）有毒、有害替代 10）环境清洁、治理功能5） 环境材料的分类：按照生态环境材料的性质和功能分类：天然资源环境材料，金属材料类环境材料，无机非金属材料类环境材料，高分子生态环境材料，生态环境功能材料。6） 环境材料研究的内容：从环境材料的概念来看，其研究内容非常广泛，但大体可划分为3个层次：一是基础理论研究，二是材料制备技术研究（应用研究），三是材料的表征与评价体系研究。7）生态环境材料的研究目标和内容：发展阶段目 标主要内容治表末端治理治理现在的污染，改善生态环境治本始端治理预防污染，减少污染发生量回归环境协调所有过程和产品与生态环境相容8）生态环境材料的理论研究：类 别主 要 内 容材料的环境性能评价LCA方法学、环境性能数据库材料可持续发展理论 资源效率、物质流分析、工业生态学材料的生态设计生态设计理论、非物质化理论材料的生态加工 清洁生产、再循环利用、降解、废物处理9）应用研究：关于环境材料及其产品的研究和开发主要集中在净化环境、防止污染、替代有害物质、减少废弃物、材料的资源化以及利用自然能等方面 。10）生态环境材料的应用研究：类 别主 要 内 容环境协调性材料天然材料、仿生材料、绿色包装材料、生态建材等环境降解材料可降解塑料、生物降解性无机材料等环境功能材料环境净化材料、环境修复材料、环境替代材料可循环利用的材料废弃资源的回收利用11）评价系统：包括使用性能和环境性能两方面的评价n a. 生态环境与材料相互作用的度量标准和基准n b. 现用材料的合理性评价n c. 人类活动废弃的可再生资源的核算体系n d. 各种材料的环境负担的基础数据库n e. “绿色标志”材料的论述体系、方法及其标准n f. 自然资源的容量评价和环境容量的评价12） 研究意义：环境材料是一种反映人们对生态环境所持态度的材料，其意义在于1.（观念）：培养具有环境意识的科学工作者，使他们具有环境的观念，在材料的设计、制造和使用时首先从人类社会的长远利益出发，从珍惜资源和保护环境的角度来发展新材料和解决目前所使用的材料中的有关问题。2.（预测工具）：基于环境材料的理论在材料开发和新材料工程技术研究之前，对其环境影响及变化进行预测，指导开发。有助于决策部门的决策，从制度、政策上保障社会的持续发展。3.（评价）:寻找具有最低环境负荷的人类所需材料。4.（可持续发展）：有助于解决资源短缺、环境恶化等一系列问题 5. （国际竞争）：环境材料的研究与政治、经济、贸易等领域的国际竞争相联系。 13）国家中长期发展规划中与环境材料有关的内容：三、重点领域及其优先主题1能源 （1）工业节能 （2）煤的清洁高效开发利用、液化及多联产 （4）可再生能源低成本规模化开发利用 2水和矿产资源: （10）矿产资源高效开发利用 （11）海洋资源高效开发利用 3环境: （13）综合治污与废弃物循环利用 4农业： （20）农林生物质综合开发利用 （22）环保型肥料、农药创制和生态农业5制造业 :（28）流程工业的绿色化、自动化及装备 （29）可循环钢铁流程工艺与装备 6交通运输业: （36）低能耗与新能源汽车 9城镇化与城市发展 :（54）建筑节能与绿色建筑 五、前沿技术 3新材料技术: （11）高效能源材料技术 5先进能源技术 :（15）氢能及燃料电池技术 第二章：环境材料评价方法的研究n 2.1 环境材料的评价体系: 从环境材料的定义看，制订评价标准实际上是对材料的先进性（功能性），舒适性（经济性）和环境协调性三个方面进行标准指标定量。 n 2.2 资源：自然资源分类 ：可耗竭资源（包括可回收的和不可回收的），可更新资源（包括商品性和公共物品） n 2.3 能源的分类：能源是指提供可用能量的资源，其种类繁多，一类是比较集中且容易转化的含能物质，称含能体燃料（燃料能源），如煤炭、石油、天然气、沼气、氢等；另一类是可以利用的能量过程（非燃料能源），如太阳辐射、风力，潮汐等。n 能源的分类：n 琰茞n 一次能源n 二次能源n 常规能源n 燃料能源n 煤炭、油页岩、油砂、石油、天然气、生物质能n 煤气、甲醇、焦碳、酒精、汽油、甲烷、煤油、柴油、液化石油气、电力、蒸汽、热水n 非燃料能源n 水能n 新能源n 燃料能源n 核燃料n 电力、氢能n 非燃料能源n 太阳能、海洋能、风能、地热能、潮汐能标准煤又称标准燃料，是计算能源总量和折合各种能源的综合指标，我国规定每公斤标准煤的含热量为7000Cal，以此可把其他能源的含热量折合成标准煤来计算。 材料加工和使用过程中的资源和能源消耗：非再生资源迅速消耗，淡水资源不足，水土流失严重，人均水平低； 经济发展快，资源需求大； 资源的利用率不高，资源浪费严重材料的环境影响：a.全球气候变暖：大气层中的某些微量组分，如CO2、CH4、N2O、CFC（氟氯烷烃）等，能使太阳的短波辐射透过，加热地面，而地面增温后所放出的热辐射，却被这些组分吸收，使大气增温，这种现象称为温室效应。 造成全球气候变暖的主要原因是由于人类活动造成空气中二氧化碳、甲烷等温室气体的含量在逐渐增加。b.臭氧层的破坏 :平流层中的O2吸收太阳辐射，发生化学键断裂，产生O3和O，若NO以某种方式进入同温层，便发生重要的链式化学反应，n NO和 O3反应，产生NO2 NO+O3 NO2 +O2n NO2又和氧原子O反应，再生成NO NO2+O NO +O2n 构成催化循环，其中NO和NO2是催化剂，每个循环的净效应是减少一个氧原子O和一个臭氧分子O3。 氯氟烃，为化学惰性物质，对生物不存在毒性和其他有害影响。然而惰性意味着其无处可去，在大气中只有一直上升到平流层，才会发生紫外光解： CF2Cl2+hCl+CF2Cl O3+ClClO+O2 O+ClOCl+O2Cl和ClO形成催化循环。一个氯原子可以破坏10万个臭氧分子 臭氧层破坏的后果：1）臭氧的减少使皮肤癌和角膜炎患者增加，诱发非常危险的皮肤病-恶性黑瘤，也会损害人的免疫系统，使传染病的发病率猛增。（2）破坏地球上的生态系统。过量的紫外线影响植物的光合作用，使农作物减产。紫外线还可能导致某些生物物种的突变。（3）引起新的环境问题，过量的紫外线能使塑料等高分子材料更加容易老化和分解，结果又带来新的环境污染光化学大气污染 c.生物多样性减少d.酸雨: 煤炭、天然气、石油燃烧以及金属冶炼等产生的二氧化硫、二氧化氮大量排入空气中，经过复杂的大气物理和大气化学过程最终转化为硫酸和硝酸等，与水气或雨雪相遇，形成酸雨。n 酸雨带来什么？: 危害生态系统,水生生物不能存活,土壤酸化,建筑等受损.e. 森林锐减森林的作用: 涵养水源，保持水土，吸收二氧化碳，提供资源能源 森林锐减的危害: 一、绿洲沦为荒漠 二、水土大量流失 三、干旱缺水严重 四、洪涝灾害频发 五、物种纷纷灭绝 六、温室效应加剧f. 土地荒漠化g. 大气污染: 大气污染物: 气溶胶状态污染物(粉尘、烟液滴、雾、降尘、飘尘、悬浮物等 ) 气体状态污染物(硫氧化合物,氮氧化合物,碳氧化合物,碳氢化合物 )h. 水污染: 水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象称为水污染。 水污染对人体健康的影响: 1.污染的水体含有致病的微生物和病毒等。这些病毒微生物会引起各种肠道传染病的蔓延。2.水中的有毒有害物质会引起人中毒或慢性中毒。 i.海洋污染: 人类直接或间接把物质或能量引入海洋环境,其中包括河口湾,以至造成或可能造成损害生物资源和海洋生物、危害人类健康,妨碍包括捕鱼和海洋的其他正当用途在内的各种海洋活动、损坏海水使用质量和减损环境优美等有害影响。 海洋污染的主要表现: 赤潮频发石油污染严重废弃物污染剧增海洋污染带来的危害: 大量城市工业废水和生活污水排入海洋中，氮、磷等营养盐类，铁、锰等微量元素以及有机化合物的含量大大增加，赤潮生物大量繁殖。造成鱼、虾、贝类大量死亡，海龟、海豚也不能幸免。 j.危险性废物越境转移 :危险性废物是指除放射性废物以外，具有化学活性或毒性、爆炸性、腐蚀性和其他对人类生存环境存在有害特性的废物。2.4环境协调性指标化: 可将环境影响划分以下几个指标：将环境影响划分以下几个指标n ADP 不可再生的原料消耗n EDP 不可再生的能源消耗n GWP 温室效应n ODP 臭氧层的破坏n AP 环境酸化n HT 人类健康损害n POCP 光化学氧化物生成n NP 氮化作用n ECA 生物体之损害n 2.5 LCA方法的起源与发展: LCA方法的发展历程大体可分为三个时期： （1）雏形期（20世纪60年代末70年代中） 生命周期思想开始萌芽，以包装品为主要研究对象，以能源和资源分析为主要研究内容，较少关注潜在的环境问题。 （2）幼年期（20世纪70年代中后期80年代后期） 环境问题与能源和资源消耗问题一起成为LCA考虑的对象；案例研究由于方法上的问题而明显减少，人们开始考虑LCA方法论的统一问题。（3）快速成长与渐趋成熟期（20世纪90年代以后）n 生命周期评价概述: 目前比较完善的LCA定义是1997年国际标准化组织（ISO）在ISO14014标准中给出的： “LCA”：是对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价。 “产品系统”：