第九章生态环境材料与资源循环利用(原始版)

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性污染
材料与环境污染
————科学是一把 双刃剑
材料的使用、发现和发明使人类在与自
然界的斗争中,走出蒙昧混沌的的时代,发
展到科学技术高度发达的今天。
然而,材料在提取、制备、生产、使用
及废弃的过程中往往消耗大量的资源与能源,
造成能源短缺,资源消耗过度甚至枯竭;并
排放大量的污染物,造成环境破坏。这种对
自然资源的污染与破坏在18世纪后期第一次
这种材料绿Байду номын сангаас环保,是可以吃的。
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9.2 生态环境材料(ecological environment material)
优异的使用性能
优良的环境协调性
环境净化
生态环 境材料
治理污染
功能性 舒适性
材料可持续发展的根本
9.2.1 金属类生态环境材料
金属类 生态环 境材料
钢铁工 业生态 化思路
钢铁工 业生态 化的具 体办法
9.1.4 发展循环产业解决环境污染与资源枯竭
上循环解决资源短缺
制造
产品
使用完成
资源
再生 资源
回收再生
废弃物
资源重组
无害 物质
生物降解
大循环解决环境污染与破坏
循环产业(Circulation industry)实例1
食品包装产业的快速发展,开发新型的 可食性环保包装材料被认为是实现食品包装 产业可持续发展的重要手段。法国知名糖果
4
环境污染 ( environmental pollution)
目前,全球环境状况已经到了非常严峻的情 形。每年,全世界有30亿吨各类工业废渣、 5000亿吨各种污水排入环境。这些污染物进入 环境后,将以公害的形式给人类带来严重灾难。 尽管发达国家的空气污染、水污染等环境问题得 到了一定程度的治理,但是并没有从根本上解决 经济发展中产生的各种环境污染。
新型无机非金属材料:
主要是指那些20世纪中期发展起来的,具有 特殊性能和用途的材料,是多学科交叉的结果。 主要包括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、 无机涂层、无机纤维等。
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9.2.2.2 无机非金属材料的生态化设计
采用先进 的生态陶 瓷生产技 艺
优先发展特 种陶瓷
生态陶瓷:泡沫陶瓷、玻璃陶 瓷、特种陶瓷、生物医学工程 类材料、纳米技术内的陶瓷颗 粒增强钛基复合材料。
其他工 业实例
金属材料的生态设计 (注意听讲!)
金属材料的生态设计方向是提高金属材料矿石开采、冶 炼、生产、应用全过程中与环境的协调性,追求低环境 负荷性、安全性、功能性和经济性。目前研究的重点是 可循环金属材料设计,设计的要求是不使用循环再生中 难以除去的元素,尽可能不使用枯竭性元素,不使用有 毒元素,不采用再循环再生过程中难以分离的生产方法。 钢铁材料作为人类社会应用最广、产量最大的金属材料, 因此接来下以钢铁为例,阐述金属材料的环境协调化和 循环再利用。
环境污染、破坏严重:近年来全球气候变暖、臭氧 层空洞、生物多样性减少、酸雨、土地荒漠化等问 题深刻影响了全球生态环境,给各国人民造成困扰。
人口增长过快逼近地球极限。(在此不赘述)
资源枯竭 (Resource depletion)
目前,由于对自然资源无限的索取,自然资 源动态平衡遭到严重破坏,,从而造成全球性的 资源危机,特别是有限非再生资源迅速消耗,使 得整个地球众多资源面临短缺或枯竭,如淡水资 源日益缺乏、森林资源严重破坏、生物物种濒临 灭绝、各类矿物资源日渐枯竭,特别是能源枯竭 不仅严重影响现在经济的发展,且不利于未来可 持续发展。
主要研究内容
1
高分子合 成工业的 绿色化
2
高分子废 弃物的再 生循环技 术
2
可降解 高分子 材料
3
长寿命及 环境友好 的新型高 分子材料
传统高分子材料的环境生态问题影响
一. 高分子材料的大量生产和消费,必然会带来大量 废弃。这种废弃表现在三个方面: 二.一、废弃物种类繁多,涉及飞机内装材料、汽车零部 件、橡胶轮等; 三.二、废弃物数量巨大,世界每年所产生的塑料废弃物 死其产量的60%-70%,橡胶废弃物约是其产量的40%。 四.三、绝大部分废弃物几乎不能自然降解、水解与风 化。 五. 因此,高分子材料的生态化设计就显得尤其重要。 六.
材料概论
第九章 生态环境材料与资源循环利用
主讲人:纪道朋
小组成员: 李恺峰 张巧君 邱学武 陈珍珍
开讲啦
9.1环境、资源与污染
1 21世纪人类面临的三个问题
2 我国当前环境、资源现状
3
材料与环境污染
4 发展循环产业解决环境污染与资源枯竭
9.1.1 21世纪人类面临的三个问题
资源枯竭:自然资源是指在一定经济和技术条件 下,自然界可以被人类利用的物质和能量,又分为 有限资源与无限资源。近200年来,人类在利用自 然资源创造巨大财富的同时使得地球面临严重资源 枯竭。
水泥
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无机非金属材料生态化设计实例
大力发展 新型干法 水泥技术
推广水泥 清洁生产 技术
生态 水泥
废弃物做 水泥工业 燃料
大力推进 废弃物的 综合利用
加强废热综 合利用,实 施能源开发 与节约并举
生态水泥在生产生活中的利用
生态水泥制作的房子
生态水泥地砖
9.2.3 高分子类(high polymer material)生态环境材料
头牲畜被毒死。
20世纪世界十大公害事件
9、切尔诺贝利核泄漏事件 1986年4月26日,位于乌克 兰基辅市郊的切尔诺贝利核 电站,由于管理不善和操作 失误,4号反应堆爆炸起火, 致使大量放射性物质泄漏。 核电站周围的庄稼全被掩埋 ,少收2000万吨粮食,距电 站7公里内的树木全部死亡, 此后半个世纪内,10公里内 不能耕作放牧,100公里内 不能生产牛奶…… 这次核污 染飘尘给邻国也带来严重灾 难。这是世界上最严重的一 次核污染。
4、伦敦烟雾事件 1952年以来,伦敦发生过12次 大的烟雾事件,祸首是燃煤排放的烟尘和二氧化硫。 烟雾逼迫所有飞机停飞,汽车白天开灯行驶,行人走 路都困难,烟雾事件使呼吸疾病患者猛增。1952年 12月那一次,5天内有4000多人死亡,两个月内又 有8000多人死去。
20世纪世界十大公害事件
5、水俣病事件 1953年发生在日本熊本县 水俣镇,一家氮肥公司排放 的废水中含有汞,这些废 水排入海湾后经过某些生 物的转化,形成甲基汞。 这些汞在海水、底泥和鱼 类中富集,又经过食物链 使人中毒。当时,最先发 病的是爱吃鱼的猫。中毒 后的猫发疯痉挛,纷纷跳 海自杀(也就猫跳海事件)
技术革命开始后进入飞快加速并难以弥补的
地步。
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20世纪世界十大公害事件
1、马斯河谷烟雾事件 1930年12月发生在比利时
马斯河谷工业区。12月1日到5日的几天里,河谷上空出 现了很强的逆温层,致使13个大烟囱排出的烟尘无法扩 散,大量有害气体烟尘和二氧化硫积累在近地大气层, 对人体造成严重伤害。一周内有60多人丧生,这是本世 纪最早记录的公害事件。
方法
1.元素角度:添加无毒无害元素等 2.采用环境友好的工艺技术 3.清洁生产 4.钢铁废渣的综合利用
钢铁工业物质循环及生态化模式图
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我国再生资源行业已迈向正轨(2009)
9.2.2
无机非金属(Inorganic non-metallic)类生态环境材料
使用性能 与环境协 调性的矛 盾突出
制备过程 中能耗较 高,排污 严重
10、剧毒物污染莱茵河事件 1986年11月1日发生在瑞士 巴塞尔市,该市桑多兹化工 厂仓库失火,近30吨剧毒的 硫化物、磷化物与含有水银 的化工产品随灭火剂和水流 入莱茵河。顺流而下150公里 内,60多万条鱼被毒死, 500公里以内河岸两侧的井水 不能饮用,靠近河边的自来 水厂关闭,啤酒厂停产。有 毒物沉积在河底,将使莱茵 河因此而“死亡”20年。
中国各项主要资源分布图
中国各项主要资源分布图
中国各项主要资源分布图
中国各项主要资源分布图
中国各项主要资源分布图
环境污染严重
WARNING!
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9.1.3 材料与环境污染
材料的制 取与使用
消耗大量 的资源与
能源
排放大量 的污染物 和造成环 境污染
全球温室效 应、臭氧层 破坏及放射
2、洛杉矶光化学烟雾事件 1943年5-12月, 美国西海岸的洛杉矶市。汽油燃烧后产生的碳氢 化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应, 形成浅蓝色烟雾,使该市大多市民患了眼红、头 疼病。后来人们称这种污染为光化学烟雾。
20世纪世界十大公害事件
3、多诺拉烟雾事件 1948年10月26日,发生在 美国的宾夕法尼亚州多诺拉镇, 有许多大型炼铁厂 、炼锌厂和硫酸厂。清晨,大雾弥漫,受反气旋和 逆温控制,工厂排出的有害气体烟尘和二氧化硫扩 散不出去,17人死亡。
实施再循 环利用, 减少废弃 物排放
节能降耗,选 用标准原料、 采用大吨位压 砖机、采用压 釉一体化、静 压成型等
生态陶瓷
生 绿色 态 生态水泥是针对“生态型”水泥工业而言
的,也称之为绿色水泥、健康水泥、和环 保水泥。生态水泥就是利用各种固体废弃 物作为原燃料制造的水泥,这种水泥能降 低废弃物处理的负荷,节约资源、能源, 达到与环境共生的目的,是21世纪水泥工 业生产技术的发展方向。
这条小路是沥青路面,之所以呈现绿色,是因为我们 在沥青里添加了特殊的塑胶颗粒。”刘向东介绍,除了绿 色,红色、蓝色、黄色等颜色均可以按照需要进行施工, 这种彩色沥青成本虽然比普通沥青高,但在施工时不用像 普通沥青那样先加热乳化再铺设,每百吨能省下燃油两万 余元,大量减少碳排放。与普通沥青路面相比,彩色沥青 能提高施工效率,缩短1/5的工期,而且行车舒适、噪音小 。
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钢铁工业生态化(Ecological steel industry)
思路
运用生态学原理,参照自然界生态过程中 的物质循环,通过资源与能源的总体优化 配置,提高物质和能源的利用效率。
途径
提高资源、能源利用效率,优化钢铁制造 流程,从源头减少消耗、污染,控制污染 物排放,对排放物再利用、无害化处理。
8、印度博帕尔事件
1984年12月3日,美国联合碳
化公司在印度博帕尔市的农药厂因管理混乱,致使地下储
罐内剧毒的甲基异氰酸脂因压力升高而爆炸外泄。45吨
毒气形成一股浓密的烟雾,以每小时5000米的速度袭击
了博帕尔市区。死亡近两万人,受害20多万人,5万人失
明,孕妇流产或产下死婴,受害面积40平方公里,数千
5
9.1.2 我国当前环境、资源现状
WARNING
目前,中 国各种污染物 排放量以远远 超过环境的承 载能力,这些 环境问题已对 我国经济及居 民生存造成严 重影响。
资源状况同 样堪忧:目前, 我国水、土地、 能源、矿产等资 源的开发利用已 接近极限,对国 际市场的依存度 越来越高,这将 限制我国将来的 综合发展。
传统无机非材料所 面临主要环境问题
使用后 很难再 回收利 用
开讲啦
无机非金属材料(Inorganic non-metallic material)
传统无机非金属材料:
是人类社会生产活动与生活活动所必需的基础材 料。主要有水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料、耐磨 材料等,其他诸如搪瓷、碳素材料、非金属矿物 材料等。
公司将推“绿色包装盒”,用蔗糖做成。
这种提炼自植物的包装盒和传统的化学包装 盒在外观上并无区别。“这两种包装盒只是
在塑料的制取方式上不一样:前者是从甘 蔗中提炼的,后者是从石油中提炼的。
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循环产业(Circulation industry)实例2
通过将回收的咖啡渣萃取成咖啡纱线母粒 ,再制成咖啡纱线并织成衣服,其纳米粒子相 较于纯棉来说,可提供3倍以上的异味控制效 果,咖啡渣天然崎岖不平的微小孔洞也是紫外 线的最好屏障,能够折射、散射紫外线,可提 供比纯棉高5倍以上的紫外线防护效果。
在处理咖啡渣的过程中,还能提炼开发出咖 啡香皂、洗发乳、沐浴乳、精油等其他产品, 能够达到资源再循环的后续利用。
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循环产业(Circulation industry)实例3
“ 在新修的卫星路快速路高架桥下,有工人正在铺设绿 色的路面。”在卫星路南侧人行道旁,施工人员开辟出一 条两米宽的绿色路面,几台小型压路机正在向世纪广场方 向开去,绿色路面已经延伸出百余米距离。
6、骨痛病事件 1955 1972年镉是人体 不需要的元素。日本富 山县的一些铅锌矿在采 矿和冶炼中排放废水, 废水在河流中积累了重 金属镉。人长期饮用这 样的河水,食用浇灌含 镉河水生产的稻谷,就 会得“骨痛病”。病人 骨骼严重畸形、剧痛, 身长缩短,骨脆易折。
20世纪世界十大公害事件
7、日本米糠油事件 1968年发生在日本爱知等23个县, 先是几十万只鸡吃了有毒饲料后死亡。人们没深究毒的来 源,继而在北九州一带有13000多人受害。病人开始眼皮 发肿,手掌出汗,全身起红疙瘩,接着肝功能下降,全身 肌肉疼痛,咳嗽不止。这次事件曾使整个西日本陷入恐慌 中。
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