環(huán)境材料

環(huán)境材料的三個特點：

① 先進(jìn)性：能為人類開拓更廣闊的活動范圍和環(huán)境，發(fā)揮其優(yōu)異性能。在發(fā)展新材料、新技術(shù)體系時，既要考慮到技術(shù)環(huán)境負(fù)擔(dān)的大小，材料本身對環(huán)境的污染程度，又要顧及材料使用時的傳統(tǒng)性能（材料的先進(jìn)性），在要求優(yōu)異的使用性能這一點上，新材料與傳統(tǒng)材料是相同的。

② 環(huán)境協(xié)調(diào)性（優(yōu)先爭取的目標(biāo)）：使人類的活動范圍同外部環(huán)境協(xié)調(diào)，減輕地球環(huán)境的負(fù)擔(dān)，使枯竭性資源完全循環(huán)利用。在材料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中資源和能源的消耗少，工藝流程中采用減少溫室效應(yīng)氣體的技術(shù)，廢棄后易于再生循環(huán)。材料及技術(shù)本身要具備環(huán)境協(xié)調(diào)性，這是區(qū)別于傳統(tǒng)材料觀念而增加的概念。

③ 舒適性：使活動范圍中的人類生活環(huán)境更加繁榮、舒適，人們很樂于接受和使用。

關(guān)于環(huán)境材料的先進(jìn)性、舒適性，不同人有不同理解，在實踐中難以判斷與把握，它只是一個定性的標(biāo)準(zhǔn)。因此認(rèn)為環(huán)境材料的特征可以具體改為功能性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境協(xié)調(diào)性等。這有利于環(huán)境材料的評判，也符合現(xiàn)實情況。

環(huán)境材料的設(shè)計思路是：在傳統(tǒng)材料研究所追求的優(yōu)異使用性能的基礎(chǔ)上，充分考慮資源的有限性和盡可能降低環(huán)境負(fù)擔(dān)等因素，采取有效措施，使材料具有能夠再生循環(huán)利用的特性，從材料的設(shè)計階段開始，就把材料的使用性能同保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境、保障生活環(huán)境的舒適性充分結(jié)合起來，這是對傳統(tǒng)材料技術(shù)與工程的革新。2100433B

在材料的提取、制備、使用直到廢棄與再生的整個過程中都盡可能地減少對環(huán)境的影響。環(huán)境材料的英文名稱Ecomaterial,它是Environment Conscious Material或者Ecological Material的縮寫,也就是說這種材料是具有環(huán)境意識、考慮環(huán)境、考慮生態(tài)學(xué)的材料。它在生產(chǎn)的過程中對資源和能源的消耗量比較少,廢棄后能夠回收再生利用的可能性比較大,其從生產(chǎn)使用到回收的全過程對周圍的生態(tài)環(huán)境的影響也最小。因而它可以稱為“綠色材料”或者“生態(tài)材料”。

生態(tài)環(huán)境材料的研究內(nèi)容比較廣泛,歸納起來可以概括為材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價,生態(tài)環(huán)境材料的設(shè)計,材料在制備加工中的環(huán)境協(xié)調(diào)技術(shù)包括零排放和零廢棄加工技術(shù),以及材料在使用過程中的環(huán)境協(xié)調(diào)性技術(shù)如制備環(huán)境協(xié)調(diào)性制品等等。具體從材料的性能上來說主要包括以下幾個方面:

再生利用型材料,包括再生的可以降解的塑料、在家用電器中能夠加以回收利用的電路基板,在生產(chǎn)和使用過程中污染較少并且能夠回收再生的紙張等。

能夠經(jīng)自然界微生物分解或者能夠自動降解的材料如新型的包裝袋,由天然材料加工成的高分子材料等。

為凈化環(huán)境和防止污染而設(shè)計的材料如新型的不釋放有害氣體的墻體材料,高吸油性樹脂等。

替代傳統(tǒng)有污染的材料的新型材料如冰箱內(nèi)的全無氟制冷劑等。

與潔凈能源相關(guān)并且能夠利用它們的材料,如燃料電池中的儲氫材料。

環(huán)境材料有區(qū)別于傳統(tǒng)材料的特點。環(huán)境材料的主要特點就是在保證了它們具有良好的使用功能的前提下,在其生產(chǎn)、使用和回收處理過程中對資源的利用率很高并且在上面的三個過程中對生態(tài)環(huán)境無副作用。而傳統(tǒng)材料在上面三個方面的效果往往是比較差的。

長期以來，人們忽視了材料的開發(fā)和應(yīng)用必然受到生態(tài)環(huán)境的影響和制約。

大規(guī)模地生產(chǎn)人類生存所必須的材料總是意味著一定程度上損害生態(tài)環(huán)境。為了人類的生存和發(fā)展，人們所面臨的課題，即如何生產(chǎn)將環(huán)境負(fù)荷減至最低，再生率增至最大的材料。日本東京大學(xué)山本良一等在90年代初提出新的研究領(lǐng)域“環(huán)境材料”Ecomaterials（Environmental Conscious Materials）或 Ecological Materials。

到目前為止，關(guān)于環(huán)境材料尚沒有一個為廣大學(xué)者共同接受的定義。最初，一些學(xué)者認(rèn)為環(huán)境材料是指那些不僅具有優(yōu)異的使用性能，而且從材料的制造、使用、廢棄直到再生的整個生命周期（life cycle）中必須具備與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)共存性以及舒適性的材料。

經(jīng)過一段時間的發(fā)展，一些學(xué)者認(rèn)為，環(huán)境材料是賦予傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料，功能材料以優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料；或者指那些直接具有凈化和修復(fù)環(huán)境等功能的材料。即環(huán)境材料是具有系統(tǒng)功能的一大類新型材料的總稱。還有一些專家認(rèn)為，環(huán)境材料是指同時具有優(yōu)良使用性能和最佳環(huán)境協(xié)調(diào)性的一大類材料。

根據(jù)大部分人的理解，環(huán)境材料的概念可以概括為：環(huán)境材料是指在加工、制造、使用和再生過程中具有最低環(huán)境負(fù)荷、最大使用功能的人類所需材料。既包括經(jīng)改造后的現(xiàn)有傳統(tǒng)材料也包括新開發(fā)的環(huán)境材料。特別值得注意的是環(huán)境材料的概念或定義應(yīng)當(dāng)是確定的或不變的,而判別環(huán)境材料的標(biāo)準(zhǔn)是隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展或變化。當(dāng)所有的材料都“環(huán)境材料化”了的時候，那么，環(huán)境材料這個術(shù)語也就完成了它的使命。

環(huán)境材料學(xué)涉及材料的生產(chǎn)、使用、廢棄、回收等各個環(huán)節(jié),是材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科交叉的產(chǎn)物,也是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本書的重點放在環(huán)境材料的材料學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容上,包括環(huán)境材料概念的建立、內(nèi)涵的理解、基本理論框架和研究內(nèi)容,以及材料環(huán)境負(fù)荷分析研究方法和應(yīng)用。主要目的是使讀者掌握環(huán)境材料的基本概念和基本分析研究方法,熟悉環(huán)境材料學(xué)的基本理論框架體系,了解環(huán)境負(fù)荷評價方法及其應(yīng)用,同時初步認(rèn)識材料及物質(zhì)的再生利用以及與生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)的材料與工程。全書內(nèi)容可分為三大部分:環(huán)境材料基礎(chǔ),材料環(huán)境負(fù)荷評價與應(yīng)用,材料和產(chǎn)品的環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計、環(huán)境協(xié)調(diào)的材料與工程。 本書可作為材料、環(huán)境及相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生教材,也可供有關(guān)技術(shù)人員閱讀參考。

1 生態(tài)環(huán)境材料概述

1·1 材料可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)物——生態(tài)環(huán)境材料

1·2 生態(tài)環(huán)境材料的內(nèi)涵與定義

1·3 生態(tài)環(huán)境材料的研究與應(yīng)用發(fā)展

1·4 生態(tài)環(huán)境材料的發(fā)展趨勢

2 材料產(chǎn)業(yè)與生態(tài)環(huán)境

2·1 生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)

2·2 環(huán)境工程簡介

2·3 材料對生態(tài)環(huán)境的影響

2·4 材料中主要元素的環(huán)境和資源特征

2·5 材料流與資源效率和環(huán)境影響

3 材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價

3·1 LCA方法的起源與發(fā)展

3·2 LCA的概念和方法學(xué)框架

3·3 LCA目的與范圍的確定2100433B