环境材料学课后思考题

1 用自己的理解给出生态环境材料的定义。

答：生态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较少，对生态环境影响较小且再生利用率较高的一类材料。

1 你认为那些材料属于生态环境材料？举例说明。

（举例之后还要简要说明一下）答：比如：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 试用物质不灭和能量守恒的理论来说明材料与资源、环境的关系答：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 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。

资能源资能源资能源铁矿污染物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。

答：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 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。

6-1生态加工与传统加工区别l ) 从源头上实现机械加工废液的零排放;2 ) 彻底消除有毒有害的传统加工液对操作人员的健康危害和作业环境的污染;3 ) 使用冷风可自然降解油剂和水,切屑回收利用率1 0 0 % ;4 ) 不需要传统的冷却系统及所需的废液处理设施等,节省能耗2 0 % 以上;6-3简述材料生态加工技术发展趋势。

避害技术，污染控制技术，补救修复技术，再循环利用技术，清洁生产技术趋势p114第一段。

6-8 固态废弃物再循环利用现状从攀枝花固体废弃物的产生过程看。

首先产生在攀钢的生产过程中，主要有表外矿、选矿尾矿、选钛尾矿、高炉渣、瓦斯灰、脱硫渣、钢渣、轧钢铁鳞、钛白酸解渣、副产亚铁盐和废耐材辅料等，总量在1000万吨左右. 废物综合利用技术的发展趋势可以概括为:¹开发大量消纳固体废物的实用技术.如:粉煤灰、污泥等生产建材; 煤矸石发电; 城市垃圾、有机污泥的堆肥化等; º开发深加工产品的生产技术. 如:废塑料再生成型;有机废物热解生产燃料油; 垃圾生产固体燃料; 电镀污泥回收重金属等;»分散回收、集中处理.如:从电镀、显影废液及废催化剂中提取稀贵金属; 各类废油的集中再生处理等;¼制定鼓励综合利用产品进入市场的法规7 工业生态学的实质是将自然界生态自循环的概念引入工业生产过程，实现工业的良性循环。

结合材料工业的特点，分析材料生产在理想的生态工业过程中的地位和作用。

（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。

8.2二氧化硫的排放是引起酸雨的主要原因。

分析干法、湿法、生物法脱硫工艺的优缺点。

湿法FGD技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。

干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行，该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻，烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。

生物法脱硫工艺不需催化剂和氧化剂(空气除外)，不需处理化学污泥，产生很少生物污染，低能耗，回收硫，效率高，无臭味。

缺点是过程不易控制，条件要求苛刻等。

8.5常见的污水处理工艺有哪些？在这些处理工艺中，材料科学与技术起到了哪些作用？143页分离处理、转化处理、稀释处理，143到153四种材料8.7如何利用材料科学与技术控制交通噪声污染p1541.安装消声、吸声和隔声材料，阻碍噪声的传播途径，减少噪声的危害2.改变路面材料成分和粗糙度也可降低噪声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1.黑色金属材料：钢和铸铁2.有色金属材料：铝、铜、镁合金和少量锌、铅及轴承合金3.铂族金属材料：铂、铑、钯4.废旧轮胎5.车用塑料6.车用玻璃9.5报废汽车中贵金属的回收技术途径有哪些湿法处理和火法处理9.8分析报废电子电器中可回收利用的元素种类黑色金属：铁有色金属：铜、铝、铅、锡贵重金属：金、银、钯、铑、铂、硒玻璃和陶瓷阻燃塑料、易燃塑料9.9目前废旧电池主要包括哪几类可再生利用的元素镍、铁、钴、稀土元素、镉、锂、铅、铜、10.1简述RoHs及WEEK指令的主要技术要求RoHS指令规定：欧盟成员国应确保，从2006年7月1日起，投放市场的十大类电子电气新设备，除了第八类医疗器械中的放射性治疗仪，以及第九类监控装置中如烟雾报警器外，其他各类设备中应限制铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯（PBB）和多溴联苯醚（PBDE）6种有害物质含量。

WEEE指令核心内容：2005年8月13日起欧盟市场上流通的电子电气设备的生产商必须在法律上承担起支付报废产品回收费用的责任同时欧盟各成员国有义务制定自己的电子电气产品回收计划，建立相关配套回收设施，使电子电气产品的最终用户能够方便并且免费地处理报废设备。

10.2报废汽车中含有哪些有毒有害元素汽车是多种物质材料的集合体，如钢、铁、铝、橡胶、塑料、玻璃、涂料和各种有色金属等。

如汽车使用的橡胶、塑料等，汽车报废后会被大量遗弃或烧毁，严重污染大气环境。

金属污染是报废汽车的另一类污染物质，汽车除大量使用钢、铁、铝外，还使用贡、水银、镉、铅等重金属，这些重金属，若这些含重金属或重金属化合物的材料处理不当，会对土地、水源和空气造成污染。

10.3报废电子电器中含有哪些有毒有害元素铅镉汞六价铬包含PVC的塑料溴化阻燃物（BFRs）钡铍油墨。

磷化物及其它添加物10.4报废电池中含有哪些有毒有害元素酸、碱等电解质溶液、镉、汞、铅、镍、钴、10.6分析铅、铬等有毒有害元素的替代技术前景191铅：无铅焊料是当前一项迫切和亟待解决的问题，几大前沿性课题为新型焊料的设计和研制、可焊接性与可靠性研究以及焊接工艺的研究。

塑料稳定剂逐步淘汰铅镉类热稳定剂，发展环保无毒稳定剂200铬：发展三价铬电镀技术、无铬镀层替代技术。

三价铬电镀技术研究有了较大发展，特别是在克服杂质污染和实现厚镀层方面取得了突破性发展，长期稳定的三价铬电镀已经大规模投入生产使用，并取得了良好的经济效益和环境效益203页。

短时间内，无铬镀层技术尚不是取代六价铬电镀的最好方法，仍需要继续研究和发展203页。

11 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。

答：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。

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。

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)。

2 沉淀法化学沉淀法的基本原理是把不同的的原料充分溶解混合，得到一定量的沉淀物，沉淀一段时间后，在一定的温度下对沉淀物进行干燥、煅烧，制得纳米材料。

为了提高沉淀效果，大多数反应往往需要在混合溶液中加入一定的沉淀剂。

化学沉淀法实验条件要求不高、反应容易控制，因此，在制备纳米材料的工业生产中有着广泛应用。

3.水热法水热法的基本原理是：通过高温高压使某些在常温常压下难溶于水的物质溶解或发生化学反应，生成晶体溶解产物，达到一定的过饱和度后而进行结晶和生长的方法。