环 境 材 料
摘要: 90年代初,在可持续性发展理论和应用的推动下,国际材料界出现了一个新的领域——环境材料,在这种材料的研究和开发的过程中,既要追求良好的使用性能,又要深刻认识到自然资源的有限性和尽可能降低废弃物排放量,并在材料的提取、制备、使用直到废弃与再生的整个过程中都尽可能地减少对环境的影响。它在生产的过程中对资源和能源的消耗量比较少,废弃后能够回收再生利用的可能性比较大,其从生产使用到回收的全过程对周围的生态环境的影响也最小。因而它可以称为“绿色材料”或者“生态材料”。
关键词: 发展 定义 特点 净化材料
生态环境材料的研究内容比较广泛,归纳起来可以概括为材料的环境协调性评价,生态环境材料的设计,材料在制备加工中的环境协调技术包括零排放和零废弃加工技术,以及材料在使用过程中的环境协调性技术如制备环境协调性制品等等。具体从材料的性能上来说主要包括以下几个方面: 再生利用型材料,包括再生的可以降解的塑料、在家用电器中能够加以回收利用的电路基板,在生产和使用过程中污染较少并且能够回收再生的纸张等。
能够经自然界微生物分解或者能够自动降解的材料如新型的包装袋,由天然材料加工成的高分子材料等。
为净化环境和防止污染而设计的材料如新型的不释放有害气体的墙体材料,高吸油性树脂等。
替代传统有污染的材料的新型材料如冰箱内的全无氟制冷剂等。
与洁净能源相关并且能够利用它们的材料,如燃料电池中的储氢材料。 环境材料有区别于传统材料的特点。环境材料的主要特点就是在保证了它们具有良好的使用功能的前提下,在其生产、使用和回收处理过程中对资源的利用率很高并且在上面的三个过程中对生态环境无副作用。而传统材料在上面三个方面的效果往往是比较差的。
长期以来，人们忽视了材料的开发和应用必然受到生态环境的影响和制约。 大规模地生产人类生存所必须的材料总是意味着一定程度上损害生态环境。为了人类的生存和发展，人们所面临的课题，即如何生产将环境负荷减至最低，再生率增至最大的材料。日本东京大学山本良一等在90年代初提出新的研究领域“环境材料”Ecomaterials（Environmental Conscious Materials）或 Ecological Materials。
到目前为止，关于环境材料尚没有一个为广大学者共同接受的定义。最初，一些学者认为环境材料是指那些不仅具有优异的使用性能，而且从材料的制造、使用、废弃直到再生的整个生命周期（life cycle）中必须具备与生态环境的协调共存性以及舒适性的材料。
经过一段时间的发展，一些学者认为，环境材料是赋予传统结构材料，功能材料以优异的环境协调性的材料；或者指那些直接具有净化和修复环境等功能的材料。即环境材料是具有系统功能的一大类新型材料的总称。还有一些专家认为，环境材料是指同时具有优良使用性能和最佳环境协调性的一大类材料。 根据大部分人的理解，环境材料的概念可以概括为：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。特别值得注意的是环境材料的概念或定义应当是确定的或不变的,而判别环境材料的标准是随科学技术的进步而发展或变化。当所有的材料都“环境材料化”了的时候，那么，环境材料这个术语也就完成了它的使命。 特点
环境材料的三个特点：
① 先进性：能为人类开拓更广阔的活动范围和环境，发挥其优异性能。在发展新材料、新技术体系时，既要考虑到技术环境负担的大小，材料本身对环境的污染程度，又要顾及材料使用时的传统性能（材料的先进性），在要求优异的使用性能这一点上，新材料与传统材料是相同的。
② 环境协调性（优先争取的目标）：使人类的活动范围同外部环境协调，减轻地球环境的负担，使枯竭性资源完全循环利用。在材料的生产环节中资源和能源的消耗少，工艺流程中采用减少温室效应气体的技术，废弃后易于再生循环。材料及技术本身要具备环境协调性，这是区别于传统材料观念而增加的概念。 ③ 舒适性：使活动范围中的人类生活环境更加繁荣、舒适，人们很乐于接受和使用。
关于环境材料的先进性、舒适性，不同人有不同理解，在实践中难以判断与把握，它只是一个定性的标准。因此认为环境材料的特征可以具体改为功能性、经济性和环境协调性等。这有利于环境材料的评判，也符合现实情况。 环境材料的设计思路是：在传统材料研究所追求的优异使用性能的基础上，充分考虑资源的有限性和尽可能降低环境负担等因素，采取有效措施，使材料具有能够再生循环利用的特性，从材料的设计阶段开始，就把材料的使用性能同保护地球生态环境、保障生活环境的舒适性充分结合起来，这是对传统材料技术与工程的革新。
环境净化材料
一、大气污染控制材料(吸附，吸收和催化材料）
二、水污染控制材料（沉淀、中和以及氧化还原材料）
三、其它污染控制材料（过滤、分离、杀菌材料和防噪、吸声等材料） 大气污染控制材料
空气污染物的类型：
① 颗粒态污染物(粉尘、烟、飞尘、黑烟、雾、铅) ② 气体状态污染物（硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、挥发性有机物、硫酸烟雾、光化学烟雾、温室气体、持久性有机物） 大气污染物吸附型材料 (1)活性炭纤维材料
活性炭纤维是由有机化学原料(如聚丙烯腈、聚乙烯醇等)经过碳化和进一步活化而成。活性炭纤维与颗粒活性炭相比，吸附容量大10倍以上，吸附速度快100倍，活性炭纤维的高效吸附功能．得助于它发达均匀的微孔结构，其微孔孔径大部分在10微米左右。
活性炭纤维还具有成型好，不易粉化、再生容易(在温度100℃热蒸汽或热空气条件下可完全再生)、再生速度快(5～15分钟即可)、易于加工成毡、布、丝、纸等优点。而颗粒活性炭再生条件十分苛刻，再生后吸附能力下降。 (2)膨胀石墨吸附材料
膨胀石墨：又称柔性石墨，是由天然鳞片石墨经插层处理、水洗、干燥、加温膨化制得的一种疏松多孔的蠕虫状物质。其膨胀后的石墨呈纤絮型蠕虫状，故称之膨胀石墨。
作用：膨胀石墨对空气中的SO2的吸附作用十分明显，且低温下以物理吸附为主，高温下以化学吸附为主。 (3)离子交换树脂型材料
离子交换树脂：是以丙烯腈、苯乙烯为原料，经交联、悬浮共聚，制成多孔径珠状树脂，再经碳化处理，得到一种强度高的状格架吸附材料。 主要作用：此材料主要处理含硫烟气，常温下每10g产品可吸附3—4g二氧化硫气体。 (4)沸石吸附材料
沸石及其合成制品独特的吸附性和催化性, 可以对废气进行吸附过滤以防止被分离污染物的再附着, 可以用于某些特殊的脱硫或抗菌用途 （5）其它大气污染吸附材料 粉煤灰吸附材料
我国是个产煤大国，随着电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量，到2010年将达到3亿吨。 对于粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段。
大气污染物吸收材料
（1）采用氧化、还原、中和技术的净化材料
①氧化锌和三氧化二铁是常见的中低温脱硫剂。
②二氧化锰、氧化钙等金属氧化物用作中低温脱硫剂。
③氧化锡、硫化锡系列用于高温脱硫，氧化铜也是一种较好的高温脱硫剂
④常用氧化剂（浓硝酸、氧气、高锰酸钾）将一氧化氮氧化为二氧化氮，再用碱液吸收除去。
⑤用还原剂（硫酸铵、硫酸氢铵、亚硫酸钠）将氮氧化物还原成氮气去除氮氧化物。
（2）稀土氧化物材料
• 类型：一般为Re2O3,而Ce,Pr,Tb还可生成CeO2, Pr6O11, Tb4O7等
• 作用：如铈的氧化物是非常有前景的新型吸收剂。二氧化铈吸收剂在很宽的温度范围内能和二氧化硫起反应，在适当的条件下再生时，二氧化铈吸收剂产生的废气可经化学反应转化成元素硫。
• 二氧化铈可同时脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物，其脱硫脱氮技术都达到90%以上。 大气污染物催化转化材料
(1)催化法处理含氮氧化物废气
催化剂一般为铂、钯系贵金属，以及钒、铬锰、铁、铜、锌钴、镍等过渡金属氧化物，或是这些成分的混合物。
目前用于催化氧化还原法处理含氮氧化物废气的催化剂有三大类：
①γ-氧化铝为载体的催化剂 ②铁镉催化剂
③以铜为主要元素的催化剂 （2）稀土汽车尾气净化剂
由于稀土的特性，使稀土在汽车尾气净化过程中起到了多方面的作用： •
1、稀土元素具有独特的储氧功能，可使一氧化碳转化成二氧化碳。 •
2、稀土元素具有变价特性，可以增加催化剂的活性．
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3、稀土元素可以改善催化剂的抗铅硫中毒性能，提高了催化剂的使作寿命。
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4、稀土可以增加催化剂的热稳定性。
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5、用稀土代替部份贵重金属制成的催化剂成本低而能获得满意的净化效果。
净化空气的植物
• 吊兰、黛粉叶等，对装修后室内残存的甲醛、氯、苯类化合物具较强吸收能力；
• 常青藤可吸收苯；
• 美人蕉可吸收二氧化硫、氟； • 石榴可吸收空气中的铅；
• 芦荟、菊花等可以减少居室内苯的污染；
• 雏菊、万年青等可以有效消除三氟乙烯的污染；
• 月季、蔷薇等可吸收硫化氢、苯、苯酚、乙醚等有害气体； • 七里香能吸收光化学烟雾和防尘隔音； • 香豌豆能除去氟化氢；
• 腊梅、桂松、玉兰、樱花能降低空气中的汞含量。 • 在室内养虎尾兰、龟背竹、一叶兰等叶片硕大的观叶花 • 草植物能吸收80%以上的多种有害气体，净化空气。
• 芦荟、景天、仙人掌、仙人球、令箭荷花、兰花等，夜间不但能吸收二氧化碳，放出氧气，还能使室内空气中的负离子浓度增加
