材料与环境 课件 第5-8章 高分子材料的环境生态化治理 -环境替代材料

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建设绿水青山美丽中国01高分子材料概况及其环境负荷02高分子材料的可持续发展Contents目录高分子材料的分类废旧高分子材料的来源高分子材料的环境负荷高分子材料的绿色制造废旧塑料的回收再生废旧橡胶的回收利用可降解高分子材料高分子材料的长寿命设计第五章高分子材料的环境生态化治理一、高分子材料的分类/废旧高分子材料的来源/高分子材料的环境负荷高分子化合物又称高聚物或聚合物，是由小分子单体聚合而成的相对分子质量在10000以上的化合物。第一节高分子材料概况及其环境负荷高聚物原料高聚物粒料高聚物原料一、高分子材料的分类/废旧高分子材料的来源/高分子材料的环境负荷为获得实用性能或改善成型加工性能，一般需在高聚物中加入多种添加剂，即可获得高分子材料。（如增塑剂、热稳定剂、阻燃剂等）按用途第一节高分子材料概况及其环境负荷高分子材料塑料橡胶纤维涂料胶黏剂功能高分子材料塑料制品一、高分子材料的分类/废旧高分子材料的来源/高分子材料的环境负荷第一节高分子材料概况及其环境负荷橡胶制品纤维制品功能高分子材料涂料胶黏剂一、高分子材料的分类/废旧高分子材料的来源/高分子材料的环境负荷第一节高分子材料概况及其环境负荷热塑性树脂与热固性树脂的区别热塑性树脂线型或支链型结构，可溶可熔；加热熔融后能塑制成一定形状，经冷却固化成型；（物理变化）可反复多次成型加工；如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等热固性树脂三维网状结构，不溶不熔；热固性树脂在制成最终产品前，通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加热或加固化剂发生化学反应固化成型；（化学变化）不能反复成型加工；如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。一、高分子材料的分类/废旧高分子材料的来源/高分子材料的环境负荷第一节高分子材料概况及其环境负荷塑料的注射成型塑料的吹塑成型高分子材料的分类/二、废旧高分子材料的来源/高分子材料的环境负荷来源领域废弃物品形式常见聚合物品种城市固体垃圾家用、商业活动和零售产生的垃圾，主要是一些塑料包装制品、整理箱等。PE、PP、PS、PVC、PET等交通运输领域塑料保险杠、油箱、橡胶轮胎、泡沫坐垫等。PP、ABS、PE、PU、PA等建筑行业领域管材、地板、窗框、电缆、瓷砖美缝剂等。PVC、PP等物流和大工业领域PE几乎是二次包装的专用材料，这类垃圾可以用来再生，制备高质量的用品。PE等农业领域农用地膜和棚膜，化肥、粮食的包装编织袋，农田水利管件，塑料绳索和网具。PE、PP、PA等家电行业领域电冰箱、电视机、摄像机、微波炉、电脑和通讯设备的外壳等。ABS、PC、PP等第一节高分子材料概况及其环境负荷高分子材料的分类/二、废旧高分子材料的来源/高分子材料的环境负荷第一节高分子材料概况及其环境负荷数目庞大此部分内容作为文字排版占位显示（建议使用主题字体）降解困难处理棘手品种繁多废旧高分子材料的特点高分子材料的分类/废旧高分子材料的来源/三、高分子材料的环境负荷高分子材料生产过程中的污染问题高聚物制备时的环境问题原材料所产生的废气；合成过程中产生的废液；制备和加工时产生的废渣加工过程中的环境问题使用重金属添加剂引起的问题；氟氯烃（发泡剂）；残留单体（如甲醛）；增塑剂（又名增塑剂）第一节高分子材料概况及其环境负荷高分子材料使用中的环境问题油漆中的苯系物、装修板材中的游离甲醛高分子材料的分类/废旧高分子材料的来源/三、高分子材料的环境负荷废旧高分子材料引起的环境问题引起环境和社会问题“白色污染”和“黑色污染”第一节高分子材料概况及其环境负荷白色污染黑色污染影响人和动物健康一只死去的信天翁，肚中有很多塑料垃圾。一条被渔网缠住的鱼。高分子材料的分类/废旧高分子材料的来源/三、高分子材料的环境负荷第一节高分子材料概况及其环境负荷污染土壤和影响农作物生长。废弃农膜废弃农膜高分子材料的分类/废旧高分子材料的来源/三、高分子材料的环境负荷第一节高分子材料概况及其环境负荷高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计第二节高分子材料的循环利用与生态化发展绿色高分子材料领域的闭环生命周期将可再生资源通过高效的催化策略转化为绿色原料、单体、聚合物以及能够规模化供应的高分子材料产品，废旧高分子材料产品可通过多种循环途径回收为原料、单体、能量等再利用。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展一、高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计高分子材料的绿色制造包括聚合物的绿色合成原料、聚合物的绿色合成技术和高分子材料的绿色加工技术等几部分。（一）绿色合成原料可再生生物基原料。常见的可再生原料主要有植物多糖、植物油、松烯/萜烯等，这些可再生原料制备的单体可进一步合成高分子材料。催化剂。已报道的绿色催化剂主要有：绿色固体酸催化剂、分子筛催化剂、光催化剂及生物酶催化剂四类。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展一、高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（二）绿色合成技术高分子绿色合成的方法主要可归纳为三类，即改变聚合反应中传统的能量交换方式、改变催化剂和改变反应条件。目前，这些合成方法主要有微波合成、超声波合成、微生物发酵合成和电化学合成等。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展一、高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（三）绿色加工技术流体辅助加工辐射加工动态反应加工一体化基于拉伸流变的绿色加工成型废旧高分子材料的回收和再利用既能解决环境污染问题，也能实现资源的再利用，是实现“双碳计划”的必然选择。热电蒸汽单体原料废旧高分子材料应用成型加工合成树脂化学循环物理循环能量循环废旧高分子材料循环再利用过程示意图第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计PET矿泉水瓶聚乙烯农膜再生粒料涤纶PET瓶片第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（一）物理循环直接循环利用：不需经过各类改性，将废旧塑料经过清洗、破碎、塑化直接加工成型或通过造粒后加工制成制品。优点：工艺简单、可直接处理成型，再生制品的成本低廉；缺点：再生料的制品力学性能下降较大，不宜制作高档次的制品。废旧塑料破碎助剂清洗、干燥分离挤出造粒成型加工再生料再生制品分选第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（一）物理循环改性循环利用，工艺复杂、制品成本高，制品使用价值高。物理改性法，即将再生料与其它聚合物或助剂通过机械共混，使再生制品的力学性能得到改善或提高，可以做档次较高的再生制品；化学改性法，采用接枝、共聚或化学交联等化学改性法在高分子链中引入其它链节和功能基团，可制得性能优异的新的高分子材料，使其附加值更高。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计物理改性增韧改性增强改性共混改性填充改性（一）物理循环改性循环利用改善回收塑料的抗冲击性能。可添加热塑性弹性体与回收料共混。改善回收塑料的拉伸强度。可添加玻璃纤维等增强材料。与另一种高聚物共混。添加填充剂（也称填料），改进塑料制品的性能和降低成本。填料的品种很多，如碳酸钙、木粉、玻璃纤维等。高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计木塑复合材料利用木质纤维和回收塑料为主要原料，经挤出、注塑或压制成型而制得的复合材料。木质纤维包括木材下脚料及木材加工中的锯末以及农业生产中的麦秸、稻壳等。/v?pd=wisenatural&vid=11876505563336506411木塑复合材料第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计秸秆刨花稻壳锯末木质纤维废旧农膜废旧饮料瓶木塑复合材料再生塑料第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计多次物理循环后，塑料的性能会变差。有些混杂塑料不可分离或分离代价很高。废旧热固性塑料不易进行物理循环。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（二）化学循环在有氧或无氧条件下，经热或水、醇、胺等物质的作用使高分子发生降解反应，形成的低分子量产物，可进一步利用。常见的有解聚、热裂解、加氢裂解和气化。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展低分子气体液体固体氢气、乙烯、丙烯、甲烷等汽油、柴油、煤油等蜡、焦炭等高分子化学反应高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（二）化学循环1、解聚解聚是指将高分子材料降解成单体或低聚物，可再聚合为原始材料或转化为其他化学品的方法，对逐步聚合型高聚物来说，解聚可分为水解、醇解等。醇解法是利用醇类的羟基来醇解某些聚合物及回收原料的方法。这种方法可用于聚氨酯塑料、聚酯塑料等的回收。水解法适用于含有水解敏感基团的高聚物，这类高聚物多由缩聚反应制得，水解反应实质是缩合反应的逆向反应。这类聚合物有聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯和聚酰胺。解聚法目前存在着分解速度慢、副反应多、单体和催化剂难以分离等问题。氨酯键酯键酰胺键高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计PET的甲醇解聚反应式第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（二）化学循环2、热裂解裂解炉废旧高分子材料热裂解：是指在无氧或有氧气氛下，大分子在热作用下裂解成小分子的过程。裂解产物的组成依赖于裂解条件，如温度、压力、时间、气氛等。燃料油炭黑裂解气高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计一、废旧塑料的循环回收再生/二、废旧橡胶的循环回收利用/三、可降解高分子材料/四、长寿命设计第二节高分子材料的循环利用与生态化发展2、热裂解废旧聚苯乙烯（PS）塑料裂解生产苯乙烯反应器接收瓶阻聚剂成品分馏冷凝器阻聚剂物料催化剂第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（三）能量循环对于一些高度混合、不可以经济回收的、严重污染的废旧高分子材料，通过燃烧利用其热能是最好的解决方法。废弃物气体、粉尘处理后填埋处理后排放焚烧炉残留物能量回收第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（三）能量循环废旧塑料作为燃料回收具有多种优点：可有效处理废旧高分子材料；焚烧后的废弃物质的质量和体积可减少90%；有助于废旧高分子材料中有毒物质的消除，减少环境污染；该方法特别适用于结构复杂、已老化降解及含有毒残留物的高分子材料制品作为能源回收利用；操作简单、成本低且效益高。某些塑料燃烧时会产生有害物质，所以如何做到保护环境、不致产生二次公害是热能利用的关键。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计案例与讨论（一）：外卖造成的环境问题如何解决？“外卖塑料袋三天覆盖一个西湖、外卖盒一天堆出770个珠穆朗玛峰”的说法或许危言耸听，但据高校研究团队调研发现2020年外卖中塑料垃圾重量约160万吨。无害化处理160万吨塑料垃圾约花费24.5亿元。外卖垃圾产生的“白色污染”过度包装的外卖第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计“限塑令”国务院办公厅下发的《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》生效时间：2008年6月1日主要内容：在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度小于0.025毫米的塑料购物袋。在所有超市、商场、集贸市场等商品零售场所实行塑料购物袋有偿使用制度，一律不得免费提供塑料购物袋。“禁塑令”国家发改委、生态环境部、商务部等9部委联合下发的《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》生效时间：2021年1月1日主要内容：重点城市的商场、超市、药店、书店等场所，餐饮打包外卖服务以及各类展会活动中，禁止使用不可降解塑料购物袋。全国范围餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管小贴士：“限塑令”与“禁塑令”案例与讨论（二）：废弃口罩如何处理？上海某地铁口外市民一小时捡了367个废弃口罩野生猕猴正在啃咬路人丢弃的口罩根据海洋保护组织OceansAsia发布的报告，2020年全球共生产了520亿只口罩，其中至少有15.6亿个被乱丢流入海洋中，相当于产生了4680吨~6240吨的海洋垃圾。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计聚丙烯（PP）氨纶、锦纶、涤纶等聚丙烯（PP）聚丙烯（PP）铝塑鼻夹条案例与讨论（二）：废弃口罩如何处理？第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/二、废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（一）直接循环废旧橡胶的直接循环利用是在不经过化学变化（如再生、热分解）或在其形状不发生重大改变（如胶粉）的情况下，利用其原形或通过部分改制、修补而重新利用的方法。直接循环利用主要包括翻新和原形改制。翻新轮胎原形改制原形改制第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/三、废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（二）间接循环间接循环利用是将废旧橡胶通过物理或化学方法加工而制得系列产品利用。间接利用主要有生产再生橡胶、制备胶粉、热分解回收化学品和热能利用等方式。1、再生橡胶再生橡胶是由废旧橡胶制品或硫化橡胶经破碎、除杂质（纤维、金属等），再经物理、化学处理消除弹性，重新获得类似橡胶的刚性、黏性和可硫化性的一种橡胶代用材料。（使部分分子链和交联点断裂）切胶粉碎精炼再生洗胶再生橡胶/v_show/id_XNzE3MTU2MjE2.html高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/三、废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（二）间接循环2、制备胶粉由已硫化的废旧橡胶经打磨或进一步改性活化制得的粉状胶料，可改善其掺用制品的力学性能。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/三、废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计第二节高分子材料的循环利用与生态化发展粒径/mm应用范围1.0~6.0（粗胶粉）与聚氨酯混合用于运动场、网球场、健身房地坪、学校操场等的铺设；制造地砖及隔音、隔热材料0.5~1.0（粗胶粉）作再生胶原料及与沥青混合做铺路材料0.3~0.5（细胶粉）10%~20%配合量直接与生胶掺用<0.3（精细胶粉）可以100%配合量用于制造实心轮胎和减振橡胶制品等<0.02（超细胶粉）可以100%配合量用于轮胎胎面而不影响其力学性能高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/三、废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计可降解高分子光-生物共降解高分子光降解高分子生物降解高分子与光敏单体共聚添加光敏剂天然高分子：纤维素、淀粉、木质素共混型高分子：PE、PP、PVC等与淀粉共混合成高分子化学合成——聚乳酸、聚己内酯生物合成——聚酯添加光敏剂、生物降解剂等开发可降解高分子材料可从源头减轻废旧高分子材料造成的环境负荷。高分子材料的降解：高分子材料暴露在热、机械、光、辐射、生物及化学物质等环境下，大分子中的化学键断裂，并由此引发的一系列材料老化、性能劣化的过程，该过程包括多种物理的和化学的协同作用。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/四、可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（一）光降解高分子材料光降解机理光降解塑料中的高聚物吸收太阳光中的紫外线，使聚合物发生水解、胺解、酸解、氧化等化学反应，致使聚合物分子链断裂，分子量变小，性能变差。光降解塑料（在塑料中加入光敏性物质）一种是在塑料中添加光敏剂；另一种是采用含羰基的光敏单体与常规的结构单体共聚，以光敏单体的加入量控制聚合物的降解时间。局限性：（1）日光作用下才可能降解；（2）废弃光降解高分子材料被填埋时，由于缺少光、氧或水等条件而降解不完全；（3）光降解受地理、气候影响较大，降解速度难控制。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/四、可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计（二）生物降解高分子材料生物降解机理生物降解是通过微生物及其分泌产物——酶的作用或化学分解反应而发生的，微生物在吞食、消化高分子的过程中产生机械、化学或酶解作用而破坏大分子的化学结构。生物降解塑料天然高分子型：淀粉、蛋白质、纤维素等共混型：淀粉与PE、PP等共混生物合成型：聚酯化学合成型：聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）淀粉餐盒可降解塑料袋可降解植入器械可吸收手术缝合线高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/四、可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计生物降解高分子材料在自然界中的循环过程第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/四、可降解高分子材料/高分子材料的长寿命设计高分子材料的原料主要来源于石油和煤炭，降解无疑是对石油和煤炭资源的浪费，对高分子材料进行长寿命化设计，可以提高资源利用率，降低资源开发速度。高分子材料的老化失效问题是制约其长寿命设计的关键问题之一。为防止高分子材料的老化，延长其使用寿命，通常可以采取以下几方面的措施：添加各种防老剂，如抗氧剂、热稳定剂、变价金属离子抑制剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂等；物理防护，涂漆、涂胶、涂覆塑料、镀金属、着色、涂蜡等聚合物改性；改进聚合和成形加工工艺。原材料的预处理、加工方式、加工温度及时间、冷却速度等都会对制品的老化性能带来不同程度的影响。第二节高分子材料的循环利用与生态化发展高分子材料的绿色制造/废旧塑料的回收再生/废旧橡胶的回收利用/可降解高分子材料/五、高分子材料的长寿命设计01复合材料概况及其环境负荷02复合材料的可持续发展Contents目录复合材料的分类及特点增强纤维简介复合材料的环境负荷低成本制造技术复合材料的回收生态复合材料的设计与加工第六章复合材料的环境生态化治理一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷复合材料的定义：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的组分材料通过适当的制备工艺复合在一起的多相固体材料。第一节复合材料概况及其环境负荷碳纤维复合材料金属基复合材料树脂基复合材料一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷某复合材料的截面显微照片分散相，增强相使复合材料性能显著增强。连续相，基体相赋形、传递载荷、保护增强体。增强体基体界面传递、诱导、散射和吸收等一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷复合材料的命名：一般根据增强体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况：以基体名称命名。如树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。以增强体名称命名。如玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、陶瓷颗粒增强复合材料等。一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷复合材料的命名：一般根据增强体和基体的名称来命名，通常有以下三种情况：以基体和增强体共同命名。

常用来表示某一种具体的复合材料。

书写格式：“增强体/基体”如“玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料”，或“玻璃纤维/环氧树脂复合材料”或“玻璃纤维/环氧”。我国常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。玻璃钢雕塑（一）聚合物基复合材料（PMC）PMC是目前复合材料的主要品种，其产量远超其他基体的复合材料。与传统的金属材料相比，聚合物基复合材料具有高比刚度、高比强度、耐腐蚀、耐疲劳、易成型等优点。缺点：耐热性差、发烟燃烧、成型速度慢、表面易损伤等。热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷风力发电叶片机组材料名称密度/g·cm-3拉伸强度/MPa弹性模量/MPa比强度N·m/kg比模量N·m/kg钢7.8102207×10313×10327×106铝2.87669×10327×10325×106钛4.595115×10321×10325×106E-玻璃2.5340072×1031360×10329×106环氧树脂1.1697×10363×1036×106Al2O3晶须4.021000430×1035250×103107×106普通玻璃钢2.010539×10353×10320×106E-玻璃（73.3%）/环氧树脂2.2164056×103746×10325×106Al2O3（14%）/环氧树脂1.677941×103486×10326×106碳纤维Ⅰ/环氧树脂1.6105237×10366×103148×106硼纤维/环氧树脂2.1136207×10365×10399×106硼纤维/铝2.699197×10338×10376×106一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷（一）聚合物基复合材料（PMC）（二）金属基复合材料（MMC）金属基复合材料是指以金属及其合金为基体，一种或几种金属或非金属为增强相，人工复合成的材料。与传统金属材料相比，MMC具有较高的比强度和比模量；与聚合物基复合材料相比，它具有优良的导电性和导热性；与陶瓷基复合材料相比，它又具有较高的韧性和抗冲击性能。一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷金属基复合材料（三）无机非金属基复合材料无机非金属基复合材料包括陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材料。陶瓷基和碳基复合材料是耐高温及高力学性能的首选材料。碳/碳复合材料是耐温最高的材料，具有良好的抗烧蚀性能和抗热震性能。主要应用于导弹头部的热防护部件、固体发动机喷管和飞机刹车片等方面。它的缺点是不能在氧化性气氛下耐受高温。一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷刹车片增强体是在复合材料中起着增加强度、改善性能作用的组分。玻璃纤维（GF）最早开发出来的用于聚合物基复合材料的纤维。它是一种非晶型无机纤维，主要成分为SiO2与Ca、B、Na、Al、Fe等的氧化物。现在市场上销售的玻璃纤维主要为无碱（E型）玻璃纤维。一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷GF毡GF无捻粗纱GF短切丝一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷碳纤维（CF）——撑起大国重器的“小材料”被誉为“黑色黄金”。坚如磐石，韧如发丝。CF是一种由有机纤维(如，聚丙烯腈纤维)在保护气氛下热解碳化，形成的含碳量大于90%的多晶无机纤维。碳纤维因其具有低密度、高强度、高模量、低电阻、高导热、低热膨胀、耐高温、耐疲劳、耐化学腐蚀和具有良好的生物相容性等特征，被广泛用作复合材料的增强体。聚丙烯腈（腈纶）纤维200520142019T300级碳纤维量产日本东丽公司——

1971年应用：钓鱼竿、体育器材T700/T800级碳纤维量产应用：军事国防、航空航天T1000级超高强度碳纤维量产应用：军事国防、航空航天2021年我国成为全球最大的碳纤维生产国2022年国产碳纤维用量首次超进口量T1100级超高强度碳纤维量产应用：军事国防、航空航天2023美日两国严禁对我国出口任何规格高于T800与M60J级（含）以上的碳纤维材料。一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷芳香族聚酰胺纤维（芳纶纤维，Kevlar纤维）芳香族聚酰胺树脂是由酰胺键与两个芳香环连接而成的线型聚合物。芳纶纤维具有超高比强度、高比模量、耐高温、韧性好、质量轻等优良性能。其强度是钢丝的5~6倍、模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍、韧性是钢丝的2倍、而质量仅为钢丝的1/5左右。聚对苯二甲酰对苯二胺，PPTA一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷芳香族聚酰胺纤维（芳纶纤维，Kevlar纤维）一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷第一节复合材料概况及其环境负荷（一）生产制造中的环境问题高成本环境污染高能耗（二）回收和再生利用困难热固性树脂基体固化后，具有三维网状结构，无法通过熔融或溶解再加工，回收极为困难。热固性树脂基复合材料目前的处理方式大多是掩埋或焚烧，对环保带来巨大的压力。如酚醛树脂甚至不易像其他热固性树脂那样利用燃烧来回收热量。复合材料的设计中常常考虑整体集成，以消除一些连接件、紧固件和配合件等，可以提高制作复杂制件的效率。这样虽然能节约能量消耗，对环境有利，但是集成会使拆卸困难。一、复合材料的分类及特点/二、增强纤维简介/三、复合材料的环境负荷一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（一）低温固化复合材料技术通常是指固化温度小于100℃、可以在自由状态下进行高温后处理的复合材料技术。低温固化复合材料成型过程一般分为两个阶段：第一阶段为低温加压或低温真空压力下固化；第二阶段为在自由状态和较高温度下进行后处理。可降低复合材料制造成本的主要技术有低温固化复合材料技术、复合材料液态成型技术、复合材料缠绕与自动铺放技术、电子束固化复合材料技术和3D打印技术等。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（二）液态模塑成型技术它是指将液态聚合物注入铺有纤维预成型体的闭合模腔中，或将预先放入模腔中的树脂膜加热熔化，使液态聚合物在流动充模的同时完成对纤维的浸渍并固化成型为制品的一类复合材料制备技术。液态成型工艺被称为树脂传递模塑（RTM）工艺，在此基础上开发了一系列液态成型工艺，主要包括真空辅助树脂传递模塑（VARTM）、树脂浸渍模塑成型工艺（SCRIMP）、树脂膜渗透成型工艺（RFI）和结构反应注射模塑成型（SRIM）等技术。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（三）复合材料缠绕与自动铺放技术复合材料缠绕技术缠绕成型是将浸渍了树脂的纱或丝束缠绕在回转芯模上，常压下在室温或较高的温度下将复合材料固化成型，制备各种尺寸的回转体。纤维缠绕成型示意图1—连续纤维；2—树脂槽；3—纤维输送架；4—输送架驱动器；5—芯模驱动器；6—芯模一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（三）复合材料缠绕与自动铺放技术复合材料自动铺放技术自动铺带技术其铺带头按一定的运动规律，并使预浸带经铺带头传送、切割、加热等操作，在压辊的作用下直接敷设于模具表面，实现复合材料铺叠自动成型。自动铺丝技术整合了缠绕成型中的预浸纱输运技术和自动铺带成型中的压力铺放、切断和重定位技术，使其具有更高的优越性和适应性。它克服了缠绕成型“周期性、稳定性、不架桥”和自动铺带“自然路径”的限制，可实现连续变角度铺放和变带宽铺放。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（四）电子束固化复合材料技术它是利用电子加速器产生的电子束冲击待固化材料，通过与介质碰撞将能量在短时间内传递给介质分子，从而产生各种物理化学变化，引发树脂交联反应，使材料固化。（五）3D打印技术国内外用于制备纤维增强树脂基复合材料的打印技术主要包括立体光固化成型（SLA）、熔融沉积成型（FDM）和选择性激光烧结成型（SLS）。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（一）复合材料回收方法的分类目前复合材料的回收方法主要分为物理回收、能量回收和化学回收三种类别。类别适用范围回收产物用途物理回收未被污染的废弃物粉料涂料、铺路料、替代初始短切纤维制备新复合材料等化学回收被污染的废弃物热解气、热解油、固体产物燃料、填料、替代初始短切纤维制备新复合材料等能量回收有机物含量高的废弃物热量替代煤或建筑废弃物等发电、发热等我国“十四五”规划将“碳纤维复合材料废弃物低成本回收以及应用技术”列为重点推进内容。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（二）聚合物基复合材料的循环回收与再生1、热固性树脂基复合材料的回收机械回收法（物理回收法）主要依靠机械设备，通过机械力将热固性树脂及其复合材料碾碎、压碎或切碎等方式，获得尺寸不一的块状颗粒、短纤维、粉末等物质。机械粉碎法无法得到长纤维。具有工艺简单、不产生污染物等优点。回收颗粒粒径应用领域>25mm多用于建材，废纸制造的纸板、轻型水泥板、农用地面覆盖材料和隔音材料等3.2~9.5mm屋顶沥青、块状模塑料、混凝土等填料，铺路材料补强剂等<60μm片状模塑料、块状模塑料和热塑性塑料填料一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（二）聚合物基复合材料的循环回收与再生1、热固性树脂基复合材料的回收化学回收法初步破碎的热固性聚合物基复合材料可以通过化学方法分解成为气态、液态和固态物质，分别进行回收。化学回收法既适用于热固性基体复合材料，也能用于热塑性基体复合材料。化学方法通常有热裂解法、反相气化法和催化裂解法等。化学回收方法分解条件特点热裂解少量热量（开始时需要引入燃料，一旦有气体裂解产物即可切换，将产物改作燃料）操作简便，不需要专门的设备，特别适用于处理被污染的复合材料废弃物；技术难度大、对回收设备要求高，树脂裂解产生某些低分子气体对环境有污染；由于高温作用，回收的纤维机械强度降低幅度较大。反相氧化法氧气、少量热量及催化剂回收的纤维结构并未破坏，仅在表面上残留了少量树脂，特别适用于回收碳纤维等贵重纤维。催化裂解催化剂反应温度低，对纤维损伤小。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（二）聚合物基复合材料的循环回收与再生三种化学回收法比较一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（二）聚合物基复合材料的循环回收与再生1、热固性树脂基复合材料的回收超临界流体回收法超临界流体强大的溶解能力可分解复合材料废弃物中的树脂基体，从而得到干净的增强纤维，且能够很好地保留增强纤维的原始性能。超临界流体回收法具有原料廉价、回收过程清洁无污染，且回收得到的增强纤维表面干净且性能较为优异等优势；但是超临界条件要求较苛刻，大部分超临界流体要求高温高压，对反应设备的要求比较高，且造价昂贵，安全系数低。超临界反应装置一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（二）聚合物基复合材料的循环回收与再生2、热塑性树脂基复合材料的回收与再生热塑性树脂的熔体/固体转换是可逆的，除了前面热固性树脂基复合材料的回收方法，热塑性聚合物基复合材料还有以下两种回收与再生方法。熔融再生法将回收的热塑性树脂基复合材料清洁破碎后重新熔融，再挤出、注射或直接模压成型加工成新的复合材料。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（二）聚合物基复合材料的循环回收与再生2、热塑性树脂基复合材料的回收与再生溶解再生法采用适当的溶剂使热塑性树脂基复合材料废弃料溶解，然后加入沉淀剂，通过过滤分离出聚合物和增强体，经过进一步处理，分别得到回收的增强体和聚合物，可再次制成复合材料应用。聚合物基复合材料切碎物聚合物回收品过滤聚合物沉淀滤液滤出物聚合物溶液纤维（含少量残余聚合物）溶解物溶剂分离干燥清洗案例与讨论（一）：风电叶片规模化回收难题亟待解决随着风电产业的蓬勃发展，退役风机规模将越来越大。风电核心设备的设计寿命通常为20~25年，经过十多年的规模化开发，到2025年左右，我国早期安装的风电叶片将陆续进入退役期。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展正在服役的风电叶片机组正在运输的风电叶片案例与讨论（一）：风电叶片规模化回收难题亟待解决目前全球范围内使用较为广泛的风机叶片材料由玻璃纤维(或碳纤维）增强的热固性树脂基复合材料构成，主要包括环氧树脂、增强纤维、轻木等。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展大量废弃的风电叶片风电叶片改造的自行车车棚案例与讨论（二）：碳纤维复合材料废弃物中低成本回收碳纤维一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展碳纤维的回收/v?pd=wisenatural&vid=8712720994638604655据预测，全球废弃碳纤维复合材料制品至2020年约5万吨，其中碳纤维2.5万吨以上，按平均价格200元/kg计算，价值约合人民币50亿元以上。每100kg航空碳纤维复合材料废弃物中，就有大约60~70kg的碳纤维，这些碳纤维仍然具有极高的再利用价值，其力学强度和电、磁、热性能几乎与原有碳纤维相当，可用来重新制备高性能复合材料。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展（三）金属基复合材料的回收再生和分离对于短纤维和晶须增强的金属基复合材料，通过炼制的方法可以部分回收，炼渣可以作为填料使用。金属基复合材料的再生主要集中在颗粒增强金属基复合材料上。MMC的主要回收方法有重熔再生法、熔融盐处理法、电磁分离法和化学溶解分离法等。一、低成本制造技术/二、复合材料的回收/三、生态复合材料的设计与加工第二节复合材料的可持续发展生态复合材料的设计实例1、可回收的热塑性树脂基复合材料从20世纪90年代，陆续开发了系列化的高性能热塑性树脂，如聚醚醚酮（PEEK）系列、聚醚砜（PES）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚酰亚胺（PEI）等与连续纤维或长纤维复合制备的复合材料。2、可降解的热固性树脂由于环氧树脂在高性能复合材料领域的作用和地位目前仍不能被取代，因此近年来出现了可降解环氧树脂的研究。3、天然仿生型复合材料目前的不少复合材料就是人们模仿天然材料设计开发的结果，但这种模仿尚处于初级阶段，有待进一步深入。材料与环境01大气治理材料02水污染治理材料03土壤污染治理材料Contents目录第七章环境治理材料第一节大气污染治理材料大气污染概况大气污染：由于人类活动或自然过程中引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此危害人体健康或环境的现象。氧化型污染尾气还原型污染煤烟全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内，并为控温1.5℃而努力。尽快实现温室气体排放达峰，继而与本世纪下半叶实现温室气体零排放。大气污染概况利用化学反应将大气中的有害物质转化为无害物利用外力等物理作用将污染物从大气中分离出来工业排放交通排放生活排放农业排放自然排放物理过程化学过程生物过程分离转化燃烧、化学吸收、催化过滤、物理吸附等大气污染治理第七章第一节大气污染治理材料（1）吸附材料活性炭颗粒：吸附能力强、兼具原位脱氧及催化还原性能活性炭纤维：吸附脱附速度快、尤其对氮、硫化合物吸附明显活性炭用于氮氧化物和硫氧化物选择性催化还原碱性，可吸附大量酸性气体水滑石类材料多孔性和吸收剂的高分散性用作其他吸收剂或催化剂的载体金属氧化物对极性分子和不饱和分子有很高的亲和力在苛刻条件（低分压、低浓度、高温）下都具有优良的吸附性能沸石分子筛第七章第一节大气污染治理材料（2）吸收材料水：含NO量大废气吸收有限酸：浓硫酸和稀硝酸，适用于NO2的尾气吸收碱：氨水，适用于硝酸尾气及硝化尾气的净化液体吸收材料还原吸收：亚硫酸铵、硫化钠、尿素，用于NOx吸收；氧化吸收：先将NOx中NO氧化为NO2，再用碱吸收。氧化还原吸收材料利用NOx与某些物质能生成络合物，再通过加热使NOx游离出来并回收，主要适用于富含NO的氮氧化物尾气。络合吸收材料第七章第一节大气污染治理材料（3）过滤材料聚酰亚胺：水泥、电力、钢铁、垃圾焚烧等行业除尘聚四氟乙烯：垃圾、火电厂燃煤除尘聚苯硫醚：火电除尘塑料基过滤材料玄武岩纤维：耐酸碱、集尘效率高，对烟气含尘量浓度适应性强，处理烟尘量大高硅氧耐火纤维：耐高温、耐烧蚀陶瓷基过滤材料泡沫合金：起燃速度快、背压小、抗振动性强，用于汽车尾气三元催化载体金属纤维毡：高温烟气除尘、柴油尾气处理金属基过滤材料第七章第一节大气污染治理材料（4）催化材料催化转化处理法：利用催化剂的催化作用将大气污染物进行化学转化，使其变为无害且易于处理的物质。室内空气净化催化材料三效催化剂移动源尾气净化催化材料烟气脱硫硝催化材料光催化工业脱硫硝脱硫脱硝第二节水污染治理材料水污染概况水污染：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性的改变，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。毒物型污染需氧型污染感官型污染其他污染富营养型污染水污染概况第七章第二节张瑞垚,周平.基于鲁棒加权模糊聚类的污水处理过程监测方法.自动化学报,2022,48(9):2198−2211去除悬浮固体和漂浮物质去除胶体和溶解状态的有机污染物去除难降解有机物及磷﹑氮等富营养物质水污染治理材料（1）氧化还原材料第七章第二节氧化还原法：通过在水中投加氧化剂或还原剂，使废水中溶解的有机或无机的污染物与药剂发生氧化还原反应，从而使废水中的有毒污染物转化为无毒或微毒物质。氧化剂空气：处理含硫废水氯系氧化物：处理含氰废水等臭氧：处理难以生物降解的有机污染物高锰酸钾：处理氰、硫化物等有害污染物过氧化氢：分解氧化卤代脂肪经、有机酸等光催化：处理有机废水生物接触氧化法：处理有机废水还原剂电化学还原：在电流的作用下，废水中的重金属离子被还原，从而降低了废水的毒性，去除重金属污染物；化学还原：①电极电位较低的金属，如铁屑、锌粒、铝粉、铜屑等。②某些带负电的离子，如硼氢化钠中的B5-、联胺、醛类。③某些带正电的离子，如Fe2+等。第七章第二节水污染治理材料（2）沉淀分离材料原水沉淀出水浓缩后的污泥污泥循环沉淀池混凝池凝絮池混凝剂助凝剂沉淀分离法：向废水中投加某些化学药剂，使之与废水中的污染物发生化学反应，形成难溶的沉淀物，然后进行固液分离，从而去除废水中的污染物。凝絮沉淀混凝剂：铝盐混凝剂、高铁酸盐絮凝剂等助凝剂：酸和碱、水玻璃、氧化剂等化学沉淀氢氧化物沉淀剂：处理含重金属离子硫化物沉淀剂：处理含汞、含铜离子铬酸盐沉淀剂：仅限于处理六价铬离子碳酸盐沉淀剂：去除碱土金属和重金属离子氯化物沉淀剂：处理含银离子废水沉淀分离工艺图颗粒活性炭：去除污水中有机物﹑颜色、臭味、油、苯酚等纤维活性炭：处理含有机污染物的工业废水膨胀石墨：吸附非极性有机大分子，特别是油类物质第七章第二节水污染治理材料（3）吸附材料吸附法：多孔物质和细小颗粒由于具有巨大的表面积，具有较强的吸附能力，是污水处理的重要材料。吸附能力强、吸附选择性好、吸附平衡浓度低，而且易再生和再利用。碳质吸附材料沸石：用于除氟除铁、去除水中氨氮、除油膨润土：含芳香类化合物有机废水、印染废水处理及农药吸附硅藻土：提高絮凝剂的絮凝效果海泡石：污水处理、过滤脱色无机吸附材料颗粒活性炭纤维活性炭沸石膨润土海泡石离子交换树脂：阳/阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、鳌合树脂及氧化还原型树脂等吸附树脂：处理废水中微溶于水，极易溶于甲醇、丙酮等有机溶剂，分子量略大和带极性的有机物，如脱酚、除油、脱色等第七章第二节水污染治理材料（3）吸附材料吸附法：多孔物质和细小颗粒由于具有巨大的表面积，具有较强的吸附能力，是污水处理的重要材料。吸附能力强、吸附选择性好、吸附平衡浓度低，而且易再生和再利用。高分子吸附材料细菌生物吸附剂：用于处理含有金属废水的各种接触装置中真菌生物吸附剂：用于吸附废水中重金属离子海藻生物吸附剂：用于回收金属离子的填充柱生物吸附材料离子交换树脂海藻生物吸附剂第七章第二节水污染治理材料（4）过滤材料过滤法：分离、收集分散于液体中颗粒状物质。过滤材料是水处理滤池或除尘设备中最重要的组成部分，是完成过滤的主要介质。矿物滤料：废水处理、截污（改性）合金滤料：生活用水深度净化、工业给水净化及废水处理陶瓷基滤料：阻截悬浮物、微生物、病毒等颗粒滤料合成高分子材料滤料：去除非含油水中的固体物质、部分微生物复合滤料：深度去除水中的悬浮物、有机物﹑胶体等杂质纤维滤料多孔陶瓷Cu-Zn合金滤料纤维球滤料纤维束滤料第七章第二节水污染治理材料（5）膜材料原水原水调节池调节池预处理池预处理池曝气池沉淀池清水池清水池膜池膜分离法：利用天然或人工合成的膜材料，以外界能量或化学位差作动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级﹑提纯和富集的方法。第七章第二节水污染治理材料（5）膜材料纤维素类：醋酸纤维素等应用广，改性后可提升性能壳聚糖类：天然多糖，有利于重金属分离与油水处理聚酰胺类：耐化学性好，用于脱盐，但需防氯腐蚀聚砜类：耐热稳定，但需改性改善疏水性与污染问题聚苯类：耐高温腐蚀，用于苛刻条件水处理氟化合物类：化学稳定性极佳，PTFE和PVDF应用广泛有机高分子材料陶瓷：耐高温、耐酸碱、机械强度高、抗生物污染强、渗透量大，广泛应用于饮用水净化、工业废水处理、油水分离和海水淡化等领域金属：优异机械强度、耐高压性及高导热性，可实现高通量过滤与长寿命，在水处理中潜力显著，但成本较高无机材料氧化物杂化：氧化物杂化膜用于海水淡化与工业废水处理，性能可调，需解决界面稳定性问题二维材料杂化：碳纳米管、石墨烯等二维材料杂化膜选择性高，用于染料废水与溶剂净化，面临稳定性挑战。有机框架材料杂化：MOFs/COFs杂化膜用于染料重金属分离与脱盐，分离性能优异，需攻克成本等瓶颈无机-有机杂化复合材料第三节土壤污染治理材料土壤污染概况土壤污染：污染物通过多种途径进入土壤，其数量和堆积速度远超土壤自净能力，导致土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累，通过“土壤-植物-人”、“土壤-植物-动物-人”、“土壤-水源-人”、“土壤-水源-动物-人”等途径间接被人体吸收，进而危害人体健康的现象。无机物污染有机物污染放射性物质污染生物污染土壤污染概况第七章第三节（新华社记者秦迎编制）我国土壤污染现状利用植物及其根系作用及微生物降解实现土壤修复利用热脱附、蒸汽浸提等物理手段实现土壤修复通过固化-稳定化、淋洗、氧化-还原、光催化降解和电动力学等手段实现土壤修复联合修复土壤污染治理材料（1）碳基功能材料第七章第三节增强保水保肥能力提高有机质含量，吸附并稳定游离态铬改变土壤性质，增加有机结合态铬活性炭吸附重金属离子提高金属离子发生离子交换促进游离态金属离子吸附碳纳米材料增加土壤有机物质，提高土壤肥力降低土壤重金属和农药的污染生物炭改善土壤毛细管作用和溶液扩散情况，加速植物根部吸收改善土壤物理性质，促进微生物活性粉煤灰土壤污染治理材料（2）新型矿物材料第七章第三节具有较大的内、外表面和较强的吸附能力，与重金属发生离子交换作用，固定重金属凹凸棒土与重金属离子发生交换作用，固定重金属；吸水时会形成封闭障碍，防止污染物的扩散、渗入膨润土沸石：增加土壤对铵、钾离子的保持能力硅藻土：改善土壤结构，杀虫蛭石：保持肥力，提高土壤通气性铝硅酸盐矿物钢渣：用作磷肥、硅肥和土壤改良剂锰矿废石及尾矿：促进土壤有机体被吸收煤矸石：补充土壤中硼、硅、镁等物质矿物废料土壤污染治理材料（3）有机材料第七章第三节含有机质及氮、磷、钾等元素，还含有各类微量元素和有益菌种，既可作为肥源，也可作为土壤改良剂；污泥堆肥，需要利用有机酸对其中重金属进行去除。活性污泥土壤有机质主要成分；能够将重金属离子还原，钝化重金属离子；形成土壤有机-无机复合体，将土壤中重金属离子吸附固定；稳定土壤结构，间接地影响土壤重金属离子的活动能力。腐殖酸土壤污染治理材料（4）生物材料第七章第三节利用固定化酶去除土壤中潜在污染物或它们的衍生物，并使其恢复原状，提高低产土壤的肥力酶制剂增加了疏水性有机污染物在水相中的溶解度进而增加了污染物的传递速率，提高土壤修复效率生物表面活性剂扩大植物根系吸收矿质养分，提高宿主对锌、铁、铜的吸收量，同时抑制有害金属元素铅和锰的过量吸收菌根利用活的有机体去打破污染有大分子结构，使其转化成无毒，通过微生物的新陈代谢循环实现转化和去除。微生物绿水青山

就是金山银山材料与环境01高环境负荷原料的替代材料02环境友好型能源与节能材料Contents目录第八章环境替代材料中国天眼量子科学卫星天宫一号国产航母国产C919本章知识脉络环境负荷：某一具体材料在其生产、使用或者消费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量。

第一节高环境负荷原料的替代材料环境负荷定量指标能耗环境影响因子环境负荷单位单位服务的材料消耗生态指数生态因子环境熵值生命周期评价环保型制冷材料第八章第一节传统制冷材料的环境问题制冷剂的四代产品第一代第二代第三代第四代第八章第一节制冷剂的环境负荷评价指标ODP（大气臭氧层损耗潜能值）：表示大气中氯氟碳化物质对臭氧破坏的相对能力，指某种物质在其大气寿命期内，造成的全球臭氧损失相对于同质量的CFC-11排放所造成的臭氧损失的比值，以R11为1.000做基准。GWP（全球变暖潜值）：

是在100年的时间框架内，各种温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量。ODP≤0.05四代制冷剂的ODP和GWP对比第一代第二代第三代第四代被认为是导致臭氧层破坏的主要原因之一，早在2010年全球范围内已经淘汰使用；此类制冷剂对臭氧层破坏较小，在欧美发达国家已基本淘汰，在我国应用广泛，目前正处于加速淘汰的后半程；其ODP为零对臭氧层无破坏，但是GWP值较高，温室效应较为显著。第三代制冷剂在国外应用广泛，目前在部分发达国家处于淘汰初期；拥有零ODP和极低的GWP，兼备卓越的性能与环保性。但其成本、效率、安全等方面开发还非常不成熟。第八章第一节新型环保型制冷材料氨制冷优点缺点氨是一种由氢和氮组成的天然气体，属于天然制冷剂。全球变暖潜能和臭氧消耗潜能都可以忽略不计，氨对环境无害。氨具有安全隐患，需要考虑，它既易燃又危害健康。CO2制冷优点缺点CO2环境表现优良、费用低易获取、稳定性好、有利于减小装置体积。最重要的是，其安全无毒，不可燃。二氧化碳高的临界压力和低的临界温度也给它做制冷剂带来了许多难题，同时二氧化碳制冷系统的效率相对较低。第八章第一节新型环保型制冷材料异丁烷制冷优点缺点异丁烷为碳氢制冷剂，常温下是无色气体，蒸发潜热大，冷却能力强，流动性能好，输送压力低，耗电量低，负载温度回升速度慢。异丁烷制冷节能低噪音、对大气完全没有破坏作用的优势分子筛制冷优点缺点分子筛具有控制露点低、强度高、磨耗低，并可以不破坏制冷剂的化学稳定性的特点。分子筛制冷剂种类繁多，且易发生化学反应。第八章第