2018北工大环境材料基础复习题及答案

2018北工大环境材料基础复习题及答案
第一章
·生态环境材料：要求材料在满足使用性能要求的同时还具有良好的全寿命过程的环境协调性，赋予材料及材料产业以环境协调的功能。

·生态环境材料特征
节约能源节约资源可重复使用可循环再生结构可靠性化学稳定性生物安全性有毒、有害替代舒适性环境清洁、治理功能
第二章
·物质流分析：通过对自然原始物质在开采、生产、转移、消耗和废弃等过程的分析，揭示物料(包括能源、水资源等)在特定范围内的流动特征和转化效率
对于某种特定材料，它是指运用数学物理方法，对在工业生产过程中按照一定的生产工艺所投入的原材料的流动方向和数量的一种定量分析的理论。

·生态包袱：人类为了获得有用物质和生产产品而运用的没有直接进入经济系统而流入环境的物质流过程
·物质消耗强度MIPS ：一种可用于测量任何产品的环境压力强度的尺度，每单位服务的物质消耗material input per service unit
·4倍因子理论核心思想
1995的数据，占全世界总人口20％的发达国家人口，每年消耗全世界82.7％的能源和资源，而其他80％的人每年消耗的能源和资源还不到世界总消耗量的17.3％。

为了既保持已有的高质量的生活，又努力消除贫富之间的差异，若能采取技术措施，将现有的资源和能源效率提高4倍，就有可能达到上述的目标。

·10倍因子理论核心思想
必须继续减小全球的物质流量，在一代人之内(20～30年)将资源效率提高10倍，才能使发达国家保持现有的生活质量，逐步缩小国与国之间的贫富差距，且可以让子孙后代能够在这个星球上继续生存。

·非生物资源输入总量
MIPS 计算公式生态包袱计算公式
∑-=n i i i M
m ER αS MI MIPS =i
n i i n i i m MI
MI α⋅==∑∑==11
第三章
生命周期评价是对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价。

·生命周期是指产品系统中前后衔接的一系列阶段，从自然界获取资源、能源，经过开采、加工、产品的生产、包装、运输、销售、使用、再循环直至最终废弃的全过程。

·生命周期评价的技术框架与核心步骤
核心步骤：在产品的整个生命周期过程中
清单分析定量描述各环节的资源、能源投入和环境排放
生命周期影响评价定量评价由此造成的环境影响
生命周期解释系统化地寻找改进的途径
·如何选取功能单位？
选取要求：明确，可测量，与产品系统的输入输出数据直接相关。

基本原则：为相关的输入和输出提供参照基准，保证评价结果的可比性。

·生命周期评价的研究目的可以分为
环境影响评价：单一产品的环境负荷状况分析
方案择优：不同产品或工艺的环境负荷对比
可行性分析：技术改进的环境影响潜力评估
·产品系统是通过物质和能量联系起来的，具有一种或多种特定功能的单元过程的集合。

为更清晰地显示系统内部联系，寻找环境改善的时机和途径，通常需要将产品系统分解为一系列相互关联的过程或子系统，即单元过程。

·共生产品2种以上产品来自相同单元过程或产品系统。

·产品系统的主要组成要素及关联
·清单分配原则
清单是建立在输入与输出的物质平衡的基础上，因而分配程序应尽可能反映这种输入与输出的基本关系与特性；
解决方法是寻找一项合理的参数、以尽可能的反应系统本身的物理行为。

例如质量、能量、面积、体积等等。

程序
寻找避免分配的方法；
分配不可避免，应以能反映系统产品或功能间潜在物理关系的方式为之(输入与输出改变能以量化方式呈现)；
物理关系无法应用到分配时，应以能反映产品与功能其他关系方式表示（如经济价值之比例）。

·过程累计清单分析计算方法
·清单分配方法
·生命周期周期影响评价的主要步骤
·专家打分法确定权重因子
第四章
·生态设计是指在材料和产品的设计中将保护生态、人类健康和安全的意识有机地融入其中的设计方法。

·简述生态设计的构成要素
成本Cost包括原料成本.制造成本.运输成本.循环再生成本.处理成本等生命周期全程的费用；环境影响Impact包括地球温室效应，臭氧层破坏、资源枯竭等给影响；
性能Performance包括安全性、是否方便实用、是否符合审美观、施工难易程度等产品性能。

基本原则
材料：长寿命、节约资源、可循环、可回收、无毒、由可再生资源生产、清洁环境、提高能源效率、低环境负荷加工工艺、可替代能源生产
产品：易于拆卸、再制造
建筑：利用可替代能源、节能
城市：资源循环系统、可持续的水资源管理、可持续的运输系统、可持续的食物管理、可持续的文化与娱乐、可持续消费、生态服务
·产品生态设计与材料生态设计的共同点与区别
任何物质化的产品都是由某种或多种材料构成的，材料的生产是产品整个生命周期的重要组成部分。

原则上讲，可以将材料的生态设计视为产品生态设计中的具体技术研究。

材料和产品的生态设计有共同的目标，二者可以分享基本的设计思想、原则和方法。

传统的材料研究包括结构与组分、合成与加工、固有性质和使用性能四个要素，即研究如何通过具体的合成与加工方法，控制材料的结构与组分，得到需要的材料性质。

生态设计要求在材料研究中，将环境性能视为材料使用性能的一个方面，从而影响到对材料合成与加工、材料结构与组分的评价。

简而言之，就是寻找具有环境协调性的材料体系和材料制备方法。

第五章
·清洁生产：生产过程的无污染或少污染，而且生产出来的产品在使用和最终报废处理过程
中也不对环境造成损害
·钢铁材料杂质元素分成四类：
⑴几乎全部残留于钢水中的元素；有Cu、Ni、Co、Mo、W、Sn、As；
⑵不能完全除去的元素；有Cr、Mn、P、S、C、H、N；
⑶与沸点和蒸气压等无关的元素；有Zn、Cd、Pb、Sb；
⑷从钢中几乎能全部除去的元素；有Si、Al、V、Ti、Zr、B、Mg、Ca、Nb、RE等。

废合金钢经过多次再生循环后，Cu、Ni、Mo、Sn、Sb等残留元素的浓度会发生富集增高，接近极限，影响材料的性能。

·环境协调化措施：
通用合金和简单合金（合金元素种类最少、组元组成简单）
可再生循环复合
用单一组分代替多相组分
残留元素控制
技术难点：预焙槽技术发展迅速，但种类繁多而且各种槽型的产量不均。

总体技术经济指标低于国外先进水平，电流效率低、电解槽寿命短。

由于能源结构的限制，我国主要以煤为燃料采用烧结法和联合法生产氧化铝，SO2、粉尘等污染物的排放相对较大。

氧化铝生产的固体废弃物主要是赤泥。

氧化铝生产的废水含有2%～3%的苛性碱和一定量的金属离子及浮游物。

我国的烧结法和联合法生产氧化铝产生的废水量较大，大部分无法循环利用而被迫排放，虽经净化处理仍有部分废水达不到排放标准。

铝电解过程的气态污染物排放量大，成分复杂，而且废气中的某些成分对生态环境产生毒害，包括SO2、粉尘、氟化物和沥青烟等，其中主要成分为多环芳香烃（PAHs）的沥青烟是一种严重的致癌物质。

主要内容：
铝电解槽的大型化发展大型预焙槽的发展、低温电解研究
铝电解烟气净化烟气干法净化、氧化铝吸附烟气中的氟化物
惰性阴极材料研究可湿润阴极、硼化钛涂层阴极、硼化钛复合阴极
惰性阳极材料研究惰性阳极、金属氧化物陶瓷、金属基陶瓷
第六章
·生态建材的研究方向与内容
合理利用矿产资源，提高矿产资源综合利用率，降低环境负荷的技术
推广节能及清洁生产技术，改造传统生产工艺，减少环境污染
推广绿色建材产品，保障人体健康
推行建筑材料的再生资源化技术
·无机非金属类材料生态化改造的基本原则
进行环境协调性（生态）设计，利用高新技术对其进行提升、改造或以新材料进行替代，是生态化改造的基本原则，也就是在不降低使用性能的条件下尽可能降低环境负荷，提高服役寿命和资源效率。

·结合某一种建筑材料简述其环境协调化的主要措施
生态水泥主要是指在生产和使用过程中尽量减少对环境影响的水泥。

特点其生产所用原料尽可能少用天然资源,大量使用尾矿、废渣、垃圾、废液等废弃物。

生产和使用过程中有利于保护和改造自然环境、治理污染。

可使废弃物再生资源化并可回收利用。

产品设计以改善生活环境、提高生活质量为宗旨,即产品不仅不危及人体健康,而且应有益于人体健康,产品具有多功能化,如阻燃、防火、调温、调湿、消声、防射线等。

具有良好的使用性能,满足各种建设的需要,生态水泥从材料设计、制备、应用,直至废弃物处理,全过程都与生态环境相协调,都以促进社会和经济的可持续发展为目标。

研究方向：合理利用矿产资源，提高矿产资源综合利用率，降低环境负荷的技术；
推广节能及清洁生产技术，改造传统生产工艺，减少环境污染；
推广绿色材料产品，保障人体健康（使用）；
推行材料的再生资源化技术（废弃物处理）；
粉煤灰硅酸盐水泥。

粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排出的废渣。

矿渣硅酸盐水泥。

由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥。

垃圾焚烧与水泥煅烧结合。

在利用垃圾可燃热量的同时以焚烧灰作为原料的生产技术。

该技术不仅替代部分燃料，垃圾燃烧后产生的灰渣作为水泥原料被加以利用。

第七章
·绿色化学：从源头消除污染的一项措施,其内容包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源
·降解：高分子聚合物材料在热、机械、光、辐射、生物及化学物质作用下，分子中化学键断裂,并由此引发的一系列材料老化、性能劣化的过程。

·高分子光降解：聚合物吸收紫外光，使聚合物产生水解、胺解、酸解、氧化等化学反应，导致聚合物分子链断裂，分子量变小。

光降解的机理主要是通过生成自由基活性中间体的方式。

·废旧塑料的再生循环
材料再生技术：直接利用改性及利用（物理改性法化学改性法）
化学再生技术：热分解化学分解
热能利用技术：燃烧法回收热能
·高分子环境材料主要研究内容：
高分子合成工业的绿色化
高分子材料的可降解技术
高分子废弃物的再生循环技术
长寿命材料
研发环境友好的新型高分子功能材料
生态化改造技术途径：
高分子单体生产的绿色化单体生产中剧毒原料----光气和氢氰酸的取代，单体生产中的原子经济性反应
超临界CO2技术在高分子合成与制备中的应用
可降解高分子材料。