(完整word版)环境材料学第11-15章

11章

11-1.用LCA方法分析木材的环境性能。结合考虑全球温室效应影响，讨论种树和种草对减少CO2的效果。

书上：P209的（1）再生性，P210的（2）固碳作用

木材属于环境材料。环境材料就是一种与环境之间具有友好性或协调性的材料。它的本质特征在于其生命周期的整个过程中具有低的环境负荷值。

木材来源于树木。树木是自然界光合作用的产物。即在太阳能作用下,6CO2+6H2O →C6H12O6+6O2。这一过程中环境的友好性表现在:

(1)就物质而言,生产1t树木(纤维素、半纤维素、木素等)吸收了大气中1.16t CO2,同时向大气中放出1.12tCO2。因此生产树木或木材,一方面可减少大气中温室气体——CO2的含量,减缓温室效应的强度;另一方面为人类以及其它动物提供了维持生命所不可缺少的大量氧气。这是最基本的环境性能。其实,木材生长过程中具有的环境性能准确地说就是森林所具有的多种生态效益,即涵养水源、保持水土、净化空气、调节气候等等。所以说木材原材料的生产过程完全是一个净化自然、改良环境的过程。

(2)就能源而言,由上面的等式可见,木材生长所需的能源来源于太阳提供的辐射能。木材生长就是通过光合作用将太阳的光能不断转换为自身的有机分子的化学能的过程。太阳辐射能是自然界中本来就存在的一种可再生能源,与钢铁、水泥等材料加工中所用的煤、石油等不可再生能源相比,不仅数量上无穷无尽,而且对环境无污染。这正是我们人类一直想大力利用太阳能的原因所在。木材生长恰恰是利用了太阳能这一非常清洁、取之不尽的能源,并且在能量获得、转换过程中,是完全直接、自主的,无需任何人工手段。因此,木材生长在能源利用方面采用了最佳的方式。

11-2.如何利用木材的环境特性来减少材料加工和使用过程的环境负担性?

书上：P210的（3）木材的调湿性（4）木材的视觉特性（5）木材的触觉特性可以作为使用过程的参考。

加工过程：

总之,木材的生产加工比较容易,不象金属材料要经过冶炼和煅烧、塑料要经过许多化学反应等这样一些能耗高、三废多的过程。木材一般经过锯、铣、刨、钻等工序就可制成各种元件,通过榫槽、简单的金属构件或胶粘剂可方便地将它们组装成制品。可见木材的加工与木制品的生产主要是通过机械加工手段,改变木材的大小与形状制得元件,然后组配成制品的过程。这个过程中几乎没有相变和化学反应,因此能量消耗和废水、废气的排放均很小,虽有一些刨花、锯末等废弃物,但至少也可将它们燃烧用于提供能源。

使用过程：（对书上的三个方面的补充）

木材是一种多孔轻质材料,导热系数较小,为热的不良导体。木材或木质人造板作为墙体或装饰材料,对居室的温度具有调节作用。

木材具有吸湿与解吸作用,调湿性是木材的独特性能之一。用木质材料作为墙体或装饰材料,能直接缓和室内空间的湿度变化。这样可减轻壁体结露、物体腐朽以及细菌大量繁殖等不利现象的发生,并为人类生活提供舒适的湿度环境。另有研究表明,经木材装修的住宅与未装修的住宅相比,其室内温湿度条件明显更适宜于人类生活。

木材对射线有着独特的吸收和反射性。一方面它可以吸收阳光中的紫外线,减轻其对人眼和皮肤的伤害,而另一方面它又可以反射红外线,使人产生温暖感.

木材中除其三大主要组成成分以外,还有一定的内含物。当木材在使用时,就会向环境中释放这些物质。而这些物质中,有些能够杀灭空气中的细菌,有些还具有怯病健身功效。如松木有消炎、镇静、止咳作用,椴松可使结核菌或白喉菌无法生存,杉木可刺激大脑使之更为活跃。因此可以说,这类木材的使用也改善了环境中的空气质量。

11-3.根据用途，调查木材的复合处理过程对环境带来的附加影响。

书上：P212的（3）细微复合处理

木材表面细微复合处理是在分子水平上的处理技术，目前尚属新课题。简单地说，细微复合处理是使木材表面各个层次都形成具有过渡性的界面，在此基础上既保持木材原有的舒适性和环境协调性，又创造出具有优异性能和高耐久性的复合材料。

11-6.从成分和结构上分析比较木材和竹材的使用性能及环境性能。

书上：P208和P214

成分上比较，木材主要由管状细胞结构和软组织构成；竹材的化学成分与木材相比，含有较高的纤维素，半纤维素，此外还有较高蛋白，脂肪胶蜡，淀粉类及还原糖等，故比木材更易产生虫蛀，霉变和腐朽等损坏。

结构上比较，木材主要成分是纤维素、半纤维素和木质素组成;竹材是各向异性材料，一般为从基部到梢部，从内部到外层维管束密度，纤维含量增加，各类细胞，导管孔径，细胞腔，胞间隙均呈变小的规律。

竹材和木材相比具有壁薄中空，可塑性差，易霉变和易腐蚀等缺点，其最大的优点在于生长周期短，资源丰富。

11-7.结合碳，氮循环示意图讨论分析固碳和固氮的技术途径。比较各种技术的环境效益和经济效益。（后半部分找不到）

固氮：分为大气固氮（动物体内蛋白质），生物固氮（植物体内蛋白质）和工业固氮（氨）。

固碳：分为植物固碳（光合作用）和海洋生物固碳（石灰石）。

11-8.调查三大天然资源如天然纤维素，淀粉，甲壳素深加工利用的技术途径。书上：P221 的 1.纤维素，甲壳素和淀粉

天然纤维素：目前，在天然纤维素的综合利用方面，纤维素是重要的造纸原料。此外，将纤维素进行酸解，酶催化降解，氧化还原，酯化，醚化等反应，可制造各种纤维素衍生物以及产品。例如，纤维素黄原酸酯是生产粘胶人造丝及玻璃纸的原料；醋酸纤维素主要用作过滤嘴香烟的纤维束和装饰硬纸板，同时也广泛应用于制造抗燃性电影胶片，清漆，塑料，人造丝以及净化分离膜等原料。。。

甲壳素：目前甲壳素被广泛应用于制造生物医用材料，如外科手术缝线，人工透析膜，止血剂和伤口敷料，药物释放剂及隐形眼镜等。甲壳素经脱乙酰化处理的产物是壳聚糖，和甲壳素相比，壳聚糖的溶解性大为改善，在医学，药物制剂学，化工，食品，化妆品，印染，造纸，包装，农业，环保等方面具有广泛的用途。另外，甲壳素可用于制造膜分离材料，纤维功能材料以及净水絮凝剂。