环境材料部分答案

1-1 用自己的理解给出环境材料的定义环境材料是指那些具有满意的使用性能和可接受的经济性能，并在其制备、使用及废弃过程中对资源和能源消耗少，对环境影响小且再生利用率高的一类材料。

1-3 你认为哪些材料可以属于环境材料？试从你身边找出一些环境材料的例子。

冰箱内的全无氟制冷剂、可降解塑料、可食用包装袋、无溶剂涂料、生态水泥、环保建材、降解树脂、环境工程材料、天然资源环境材料、电磁波防护类材料、电子功能材料领域的毒害元素替代材料2-2 使用物质不灭和能量守恒的理论来说明材料与资源、环境的关系。

众所周知，材料的生产往往要消耗大量的资源。

当生产效率一定时，除有效产品外，大量的废弃物被排放到环境中去，造成了环境的污染。

因此对材料的生产和使用而言，资源消耗是源头，环境污染是末尾。

也就是说，材料的生产和使用与资源和环境有密不可分的关系。

2-4 图2-1是一个典型的开环工业生产链，从环保的角度看，若能实现闭环的工业生产链，可明显减少废弃物排放。

请选择一个你感兴趣的产品设计一个闭环生产流程。

可回收PET：合成PET→PET瓶子→压成团或粉碎成片→毛衣4-4 选择一个你所熟悉的材料产品或过程，用物质流方法进行资源效率分析，并就如何提高资源效率提出具体的技术措施。

钢铁的资源效率高达10.4%，就是生产1t纯金属材料所消耗的原材料将近12t。

具体技术措施：1）由外界向高炉-转炉流程内某中间工序输入废钢，可提高流程铁资源效率；2）由外界向高炉-转炉流程内某中间工序输入铁矿石等自然铁资源，可提高该流程铁资源效率。

3）通过提高电炉钢比，提高铁资源效率。

5-1 根据你对可持续发展的理解，考虑如何实现（1）金属材料，（2）高分子材料，（3）无机非金属材料（选一种）的可持续发展，并提出几项可具体实施的技术措施。

金属材料：利用微生物冶金；代替含稀缺合金元素的新型合金材料和不含毒害元素的材料，以及废弃物无害资源化转化技术；少合金化与通用合金，形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再生利用。

高分子材料：1）建立必要的法规，加强全民的环保意识；2）回收塑料，变废为宝：燃烧废旧塑料利用热能，热分解提取化工原料和改进操作技术、设备3）发展环境友好高分子：可降解塑料的开发和合成，采用生物发酵的方法合成的生物高分子。

5-5 需要开发一种新材料，你将如何考虑这种新材料的环境性能？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。

6-1书上划线（P94）再循环利用技术，避害技术，控制技术，补救修复技术无害材料替代有害材料，环境友好生产工艺代替污染严重生产工艺分离处理，减少有害物排放，无害化转化处理，有害物收集储存处理6-3 结合第一题生态加工技术的发展趋势是突破单个企业范围，走上集群之路，建立生态工业园，实现区域层次上的清洁生产和循环经济。

建立工业系统的代谢关系和食物链，形成能源和物质的最优利用和高效产出。

减少废物排放并最终建立可持续系统。

走清洁发展道路使用低污染、无污染的原料，代替有毒有害原料；清洁高效的生产工艺，使物料能源高效率的转化成产品，减少有害环境废物的排出。

对生产过程中排放的废物和能源，实行再利用，做到变废为宝，化害为利；三是向社会提供清洁产品，这种产品在使用过程中对人体和环境不产生污染危害或将有害影响减少到最低限度；四是在商品使用寿命终结后，回收利用，不对环境造成污染或潜在危胁；五是企业管理更加完善，有保障清洁生产的规章制度和操作规程，并监督其实施。

1、源削减（1）改进产品设计、调整产品结构。

（2）用无害或少害的物料，不产生或少产生污染物。

（3）改革工艺和设备，开发全新流程。

（4）加强管理。

2、废物循环利用，建立生产闭合圈（1）将流失的物料回收后作为原料返回流程中；（2）将生产过程中产生的废料经适当处理后作为原料或替代物返回生产流程中；（3）将生产过程中生成的废料经适当处理后作为其他生产过程的原料回用或作为副产品回收。

3、发展环保技术，搞好末端治理（1）清浊分流，减少处理量，有利于组织再循环；（2）开展综合利用，从排放物中回收有用物质；（3）进行适当的预处理和减量化处理。

7-2 工业生态学认为理想的生态系统应能以完全循环的方式运行，通过对物流的分析优化实现物质循环，贯穿于从原材料开采到产品生产，包装，使用以及废料最终处理的全过程，注重大范围的整体工业系统优化，实现零污染，零排放，每个生产过程产生的废物变成下一生产过程的原料，所有的物质得到了循环往复的利用，没有绝对意义上废料，从而达到充分利用资源，减少废物产生，消除环境破坏，提高经济效益的目的。

（1）对企业来说，废物的再生利用等降低园内企业的生产成本，提高了材料和能源等资源的使用效益，最终提高生产效益（2）对环境来说，可减少废物和污染物对环境的排放而减少了对环境的负担（3）对周边地区来说，通过经济效益的提高，吸引更多的企业进入，带动了周边服务业的发展，生态工业园以巨大的优势代表了未来企业发展的新模式。

在生态工业过程中，企业模仿自然界生态系统，相互之间存在协同和共生关系，将最大限度地充分利用资源和减少负面环境影响，最终达到工业持续发展的目标。

8-28-5 污水处理工艺（书本P143书上划线部分）的材料和技术作为支持。

（128波浪线部分）8-7 P153-154（154页划线）9-3 从材料科学与工程角度分析报废汽车含有哪些可回收资源 P164-168划线9-5 报废汽车中贵金属元素的回收技术途径有哪些？ P166划线9-8 分析报废电子电器中课回收利用的元素种类 P170（划线）9-9 目前废旧电池主要包括哪几类可再生利用的元素 P176（画圈）10-1 简述R及W指令的主要技术要求 P18710-2 铅、汞、镉、多溴联苯和多溴二苯醚10-3 铅、汞、镉、六价铬 PBBs PBDEs10-4 铅、汞、镉、锌、锰、镍10-7 分析铅、铬等有毒有害元素的替代技术前景。

当前，以电子电器设备中使用的含铅、汞、六价铬、镉、两类溴系阻燃剂等6类有毒有害元素材料为代表的一批基础材料，涉及人民生活衣、食、住、行、用等各个方面。

因其在全生命周期中对环境和人类健康造成的损害，许多国家已开始通过法律、法规限制或禁止使用含有毒有害元素材料的产品进入市场，对我国外贸出口造成了很大的影响。

开发含有毒有害元素材料的替代技术，是保护生态环境、维护人民身心健康、支撑相关产业可持续发展的迫切需要。

放眼世界，新一轮的国家之间的竞争已升级为整个产业链条的竞争、科技的竞争。

当前，新材料及先进制造领域作为我国重点发展的八大科技领域之一，是我国国家创新体系的重要组成部分，有着极其重要的战略地位。

材料绿色化是我国产业结构调整和优化升级的重要目标之一。

化工材料产业作为中上游产业，牵动并影响着汽车、建材、纺织等多个行业。

含有毒有害物质的材料问题既是个产业问题，也是个资源问题，更是个环境问题，对其进行替代对国民经济的发展和国家竞争力的提升都具有重大的战略意义。

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 P209、P216 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）。

12-4.大多数生物矿物材料的成分都很简单，如骨骼，牙齿，珍珠，珊瑚等，主要是钙，镁，硅，氮气机械性能都很优异。

为什么人工合成的材料在目前还不能达到天然生物材料的这些性能？书上：P231 最后两段因为动物的骨骼，牙齿，贝壳等材料是通过生物矿化过程形成的。

生物矿化区别与一般矿化的一个显著特征是，它通过有机大分子和无机矿物离子在界面处的相互作用，在分子水平上控制无机矿物相的析出，从而使生物矿物具有特殊的高级结构和组装方式。

这种复杂的化合物，其结构和界面选择了适于其功能的最佳设计。

相比之下，人工合成的材料没有经过如此复杂的工艺，无法达到天然生物矿物材料的这些性能。

// 天然生物材料在经历大自然的选择后，其结构和功能不断优化，使之适应自然的能力趋于完美，而实际工程结构材料往往难以达到生物材料所具备的优异性能12-5 羟基磷灰石是目前研究最多的生物陶瓷材料。

从材料制备工艺的角度综述羟基磷灰石的制备工艺。

制备纳米羟基磷灰石的方法很多，主要有水热反应法、溶胶凝胶法、共沉淀法、酸碱反应法、气溶胶分解法等。

//1.固相反应法固相反应法的基本原理是将含钙离子及磷离子的固体盐类物质在容器内混合均匀，通过高温加热，使容器内的各物质发生固相反应，然后向该容器内通人一定量水蒸汽，从而制得HAP颗粒。

用固相反应法制备的HAP具有结晶度高、无晶格缺陷等优点。

但是，固相反应法也存在以下缺点：反应速度缓慢，制备耗时较大，容易引人有害杂质，制备的晶体颗粒直径较大(通常大于lmm)。