材料產(chǎn)業(yè)支掌著人類社會的發(fā)展,為人類帶來了便利和好處,但同時在材料的生產(chǎn)、處理、循環(huán)、消耗、使用、回收和廢棄的過程中也帶來了沉重的環(huán)境負擔(dān)。這促使各國材料研究者從頭審視材料的環(huán)境負擔(dān)性,研究材料與環(huán)境的相互作用,定量評價材料生命周期對環(huán)境的影響,研究開發(fā)環(huán)境協(xié)調(diào)性的新型材料。這就產(chǎn)生了一門新興學(xué)科——環(huán)境材料。
環(huán)境材料的研究引起了各國政府的普遍重視,國家的高科技發(fā)展計劃中,環(huán)境材料都是一個重要的主題。其中,環(huán)境材料的研究包括生態(tài)建材、固沙植被材料、生物醫(yī)藥材料、環(huán)境協(xié)調(diào)性工藝等。開發(fā)環(huán)境相容性的新材料及其制品,并對現(xiàn)有材料進行環(huán)境協(xié)調(diào)性改進,是環(huán)境材料研究的主要內(nèi)容。
天然材料開發(fā)
從生態(tài)觀點看,天然材料加工的能耗低,可再生循環(huán)利用,易于處理,對天然材料進行高附加值開發(fā),所得材料具有先進的環(huán)境協(xié)調(diào)性能并具有優(yōu)良的使用性能。
將熱塑性塑料如LDPE等和木材纖維,木屑等共混,利用傳統(tǒng)的注射成型法得到的多孔性工木材(PEW)能充分利用廢棄的塑料和木屑,并且具有生物降解性。木材陶瓷化也是有效利用木質(zhì)材料的重要形式。以酚醛樹脂填充木材,經(jīng)高溫真空燒制后得到木材陶瓷,可作溫度傳感器等多種用途。
可回收的材料設(shè)計和開發(fā)
可回收的金屬材料,如碳鋼防腐涂層材料在回收時不須考慮涂層的分離,使鋼鐵回收合金環(huán)境負擔(dān)性更小?苫厥账芰系拈_發(fā),如在聚丙烯薄膜或泡沫中分散一定量為BaO,可以使其在623-673K加熱,即可解聚為丙烯,具有優(yōu)良的回收性能。
超高性能材料開發(fā)
超高性能,超長壽命材料的研制,可以有效降低了材料的負荷/壽命比,從總體來看也是降低材料環(huán)境負擔(dān)性的一個有效途徑。
環(huán)境工程材料的發(fā)展
針對積累下來的污染問題,開發(fā)門類齊全的環(huán)境工程材料,對環(huán)境進行修復(fù),凈化或替代處理,逐漸改善地球的生態(tài)環(huán)境,使之可持續(xù)發(fā)展,也是環(huán)境材料的一個重要方面。環(huán)境工程材料一般指防止或治理環(huán)境污染過程中所用的一些材料。
廢水中各種重金屬離子吸附材料的開發(fā),是水治理的一個重要組成部分。采用某種天然粘土吸收重金屬,多環(huán)芳烴,碳氫化合物和苯酚,可用于石油化工廠的污水凈化。大氣污染治理的典型材料為Tio2系列的光催化材料。
從資源狀況和利用效率來看,廢物回收利用對緩解資源匱乏的壓力有著重要的作用。近年來,綜合利用工業(yè)固體廢棄物(如鋼渣,廢鐵,廢玻璃,廢塑料,橡膠,紙等)一直是研究的重點。
廢棄塑料的回收利用
廢棄塑料一直嚴(yán)重污染環(huán)境,白色垃圾問題是一直困擾著城市的環(huán)境問題,因此,塑料的回收對環(huán)境保護來說,具有很重要的意義。目前塑料的回收方法很多,如氣化、水解等。
農(nóng)產(chǎn)品廢物的高附加值利用農(nóng)產(chǎn)品廢料,具有更深的再開發(fā)功能。許多農(nóng)產(chǎn)品廢料含豐富的半纖維素(25~50%),木質(zhì)素(30~50%),纖維素(30~50%)。合理利用這些廢料,不僅顯著降低環(huán)境污染,而且可建立基于農(nóng)產(chǎn)品的工業(yè),如生產(chǎn)木糖,木糖醇,紙漿等。
固體廢棄物的回收利用
固體廢棄物的回收也是研究的重點。固體廢棄物數(shù)量大,廢棄物處理占用大量土地資源。在歐洲,建筑拆遷的固體廢棄物每年就有2.21~3.35億噸;我國工業(yè)廢渣和生活垃圾的每年產(chǎn)出量達320億噸,其中工業(yè)廢渣1995年6.5億噸,累計66億噸,占地約5.5億平方米。將建材工業(yè)和廢物利用結(jié)合起來將是一個很好的解決途徑,如在水泥混凝土中加入粉煤灰,礦渣和硅灰;利用爐渣,粉煤灰和鐵礦石為主要材料制作新型墻體材料。最大限度的利用廢材,達到最小環(huán)境危害。
綜上所述,環(huán)境材料的研究已經(jīng)深入到工業(yè)的各個領(lǐng)域。在資源和能源的有效利用,減少環(huán)境負荷上環(huán)境材料具有很大優(yōu)勢,是實現(xiàn)材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。
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