第八章材料和物质的再生循环
环境材料的最大目标之一就是开发可以反复使用的材料，在技术进步的前提下，创造一个可以顺利开展再生循环利用的社会和经济体系，使人们形成一种自觉选择、使用环境协调型产品的意识。既使开发出能100%再生循环利用的产品，如果没有消费者的认可，没有一个有效回收的社会体系以及努力打通消费者回收的渠道，那么再生产品最终还是会被作为垃圾处理掉。
同样，对于环境材料化了的产品，如果消费者不能理解它的特性，不能有效地利用它的特性，就不能达到减轻环境负荷的目的。为了创造一个环境负荷小的社会，在开发环境材料技术及相应措施的同时，必须取得消费者和社会各界的充分合作和支持。
8.1 再生循环———可持续发展的途径
8.1.1 再生循环的背景
对于某种生物来说没有用途的东西，在某些场合可能是其他生物的资源，自然界中将所有的生物有机地联系起来，就形成了一个循环系统（生物圈）。
最初，再生循环只是从单纯经济的价值观来考虑的，最近人们已将废弃物处理，节省资源，节约能源，控制排污等作为环境保护的重要措施而备受重视。这一观念的转变具有十分深远的意义。
对城市来说，垃圾处理场地的紧张以及焚烧的中间处理能力常常还存在一些问题。如何减少废弃物也是迫切需要解决的课题。
除了能源以外，许多矿产资源如锌、镉、锡等也面临枯竭。再考虑到发展中国家的现代化过程和人口急剧增加带来的新问题，那么要继续维持像现在这种大量生产、大量消费、大量废弃的“文明”只不过是一个梦而已。
建立符合自然规律的物质循环系统的战略方针应遵循如下两条原则：
（1）尽可能使用在自然界中可循环的材料，并将自然的循环应用到其废弃和生产过程中。为此，需要熟知自然循环系统的性质，并且根据具体情况以自然循环为模型来设计人类圈的物质循环。
（2）尽可能少使用在自然界中不可循环的材料。对那些非用不可的材料，应事先设计一个再生循环系统。在材料的废弃和再生的过程中，严格控制数量，并使其处于不活波状态。
8.1.2 再生循环的形态
将废弃物作为资源再生利用，其利用方式随着制造过程的阶段不同而有很大差异，不同阶段进行再生利用时，所要解决的问题的意义及重点也不相同。在进行再生循环时，要根据解决的问题来选择具体实施的阶段。例如：对于资源趋于枯竭的物质，可以忽略消耗和所需的费用加以回收利用；若以节能为目的，则应通过比较再生循环可带来的能耗降低与进行回收、分选时所需能耗的相对大小来选择最合适的途径和比例。
(1)单纯再利用（reuse）
将不同的物品直接提供给其他消费者利用，如家中的已用过的家电等的利用。
(2)部件的回收再利用
将废弃物中一部分零部件取出，可将这类部件用在别的系统上继续发挥其结构和功能的作用。例如：废弃汽车的保险杆可以拆下来装配在相同型号的汽车上，收集坏旧自行车的零件可以装配一辆新自行车等。
(3)作为原材料再利用（recycle）
将一定组成的物质直接利用，还是通过“分解、分离”成与原材料更接近的物质，这在工艺的概念上是完全不同的。废弃塑料可以再加工成容器，也可以分解成单体，视具体情况而定。金属可简单的回炉重熔，也可将合金分离成各构成元素。
(4)能源回收
有机物燃烧会放出能量，金属则有时被称作是通过还原等过程而聚集在一起的能量块。如废弃旧塑料，可分解成燃油，也可以直接焚烧，作为热能利用。
8.1.3再生循环的问题
(1)消费者首先必须参与利用废弃物资源的行动，如分类回收；购买再生原料制品等。
(2)在市场经济的前提下，再生循环必须考虑经济效益。通过再生循环获得廉价的原材料，一方面，再生循环降低了原材料的成本；另一方面回收、分类和精炼等过程要花费一定的费用。在相同的经济利润前提下，存在着最经济的再生循环率。为提高再生循环率,可降低再生循环的费用,可通过技术的开发，社会体制的支持和提高原材料的价格（在金融、税率上采取措施）等予以干预。
(3)再生循环面临的困难。再生材料品质和数量上存在不稳定。一味提高回收率就不可避免的混进一些低劣品，从而降低回收品的质量。分选分离都很费事，导致处理费用的提高，增加能耗及回收过程使用化学药品带来的环境负荷方面的影响。
(4)再生循环的发展方向。在过去的材料开发中，人们主要追求材料的性能，而从来不顾及在材料的制造和使用过程中所造成的环境负荷，也未考虑到使用后的再生循环利用。今后的发展方向包括：
A.杂质无害化技术：以使用再生资源为前提条件来生产材料，需要除去混进来的杂质或使其变得无害。
B.通用性材料：若以杂质的存在为前提条件（允许杂质存在），那么材料的制造、使用方法，具有优良通用性的标准材料则是研究的课题。
C.长寿性材料：延长材料得使用寿命，减少废弃。环境问题是社会文化，社会体系及技术之间相互协调才能够解决的大问题。作为技术工作者，不仅要适应再生循环，而且必须以锲而不舍的精神致力于材料和产品的再生循环。
8.2 鼓励再生循环的环境保护政策
8.2.1 欧洲的环保政策
欧洲各国对环境保护持非常积极的态度。如德国的“废弃物处理法”是1972年制定的，先后经历四次修改；1986年的修订将其名称改为“废弃物的限制及废弃物处理法”，这样将“怎样处理废弃物”的观点，提高到了“怎样减少废弃物的产生”为重点的方向。根据这个法律，1991年公布了禁止使用氟里昂（flon）和哈龙（halon）的条例；同年将“关于包装政令”的运用范围阶段性地扩大到运输包装物和二次包装物，并从1993年3月开始对包括商品包装在内的所有包装物生效。这个“包装政令”将包装物的回收规定为义务，设定了再生循环利用
的目标。例如，规定的包装材料包括玻璃、白铁皮、铝、纸、塑料、复合物等，作为预期目标1995年回收率为80%，再生循环率为64%～72%。为了与这个政令配合，成立了DSD（Duel System Deutschlaud）公司。对每一包装，如企业向DSD公司支付约1美分，则可得到一份绿色标签，这样DSD公司负责从各个家庭的回收箱中回收包装物并进行再生利用，并已经形成了一个完整的体系。像这类的法律。现在已经涉及到了废旧电池、家用电器及汽车。
1992年8月德国提出了“限制废车条例”的提案。其最重要的议题就是汽车制造商有义务回收废旧车。并要求就以下内容制定相应的措施：
(1)追求在设计及制造中的可分解性；
(2)促进贴商标及再生循环的程序；
(3)制造过程中的再利用与再生循环等。
德国奔驰公司正在积极尝试促进再生循环。
欧洲小轿车的材料构成
1965年1985年1995年塑料 2.0% 10.0% 13.0%
铝 2.0 4.5 6.5 铅、铜、锌 4.0 3.0 3.0 钢铁76.0 68.0 63.0 其他材料16.0 14.5 14.5
可见目前制造汽车的主要原材料还是钢铁，塑料的比例在逐年增加。但是很多塑料是难以再生循环利用的。奔驰公司的做法是尽量减少塑料的使用并积极寻求处理方法。为了这个目标，所有重量超过100克的部件都要求标明材料的构成，对所有类型的汽车都配发了解体手册——以易于在汽车解体过程中分类。另外在选择塑料时，优先选择使用那些能够再利用，易于再生循环或自然分解的材料。然而，不管怎么努力，在报废的车中选取有用的部件后，将车体破碎为铁屑及其他金属屑后总有难分离的塑料混杂其中。这种残留的塑料一般被称作粉碎机粉尘，成为大量的垃圾。奔驰公司则采用一种称为“压块”的方法来代替上述的“粉碎”方法。将这些破碎物压成小块后投入熔炉中，铁屑作为铁原料，混杂的塑料作为熔化铁的辅助热源。这样不仅处理了残留的塑料，还能节约40%的一次性资源。报废的汽车也不会变成无用的垃圾，促进汽车产业走上一个良性循环的轨道。
在1993年3月，德国联邦议会通过了新的废弃物处理法，被称作“循环型经济废弃物法”，主张“生产者和消费者共同对产品的全过程负责”，“用再资源化代替简单的废弃物处理”，使生产过程开始就明确提倡制订“循环型经济”、“再生义务”和“回收义务”，为工业垃圾的再资源化奠定了基础。
8.2.2美国再生资源法规立法的可能性
美国虽尚无一部全国实行的再生循环法规，但从20世纪80 年代中期开始,先后已有半数以上的州制订了不同形式的再生循环法规，各地方再生循环物品的回收活动迅猛发展，半数以上的人口参与了这一活动。活动对象包括报纸、铝易拉罐、玻璃瓶、包装纸、白铁罐及一些塑料容器等及电池。
不管美国在法规制订方面如何，但在“产品责任制”的意识方面是走在前面的国家。
8.2.3 日本再生循环法规的实施
对于主要资源依靠进口的日本，由于垃圾大量增加，随之造成环境的恶化；
为处理这些环境问题，地方财政和国民负担加重。在这样的背景下1991年10月开始实施“关于促进利用再生资源的法律”，目的在于确保资源的有效利用，抑制废弃物的产生及保护环境。这部法规从再生循环的角度规定了一些重要的行业、产品和副产品，如：
(1)指定一些行业
要求这些行业带头促进再生资源的利用，做出利用再生资源的计划，提高再生资源的利用率，配备必要的设备，提高技术。包括造纸业（利用旧纸张为原料），玻璃容器制造业（利用碎玻璃为原料）、建筑业（利用土沙、混凝土、沥青混凝土块作为原料）。
(2)指定产品
对于易再生产品的制造，要求在产品的设计阶段进行事前论证并作好记录，要求在材质及结构、分类、信息提供、提高技术等方面下工夫。另外对修理业要求在部件交换，使用后部件分类等方面下工夫。被指定产品包括汽车、大型家电产品（空调机、电视机、录像机、电冰箱、洗衣机）和使用镉、镍电池的家用电器等。
分类表示。为了使消费者和回收行业人员容易区分，产品制造者有义务对有关产品加以标记。被指定的此类产品有：铝易拉罐、铁易拉罐、镉镍电池、聚酯瓶（PET）。
(3)指定副产品
促进副产品的利用。要求厂家做出促进利用再生资源的计划，务必按规格、型号要求进行加工、生产；配备必要的设备，提高技术等。还要对计划的实施状况进行记录。被指定的物品有废钢铁、煤渣、土砂、混凝土，沥青混凝土块及木材等。
8.3 材料的再生循环设计
推进材料再生循环的课题有两个不同的角度，即如何建立和发展社会性再生循环体系这一社会和政策性的课题；以及极力减少资源采掘量并持续不断地提供高质量的材料这一材料科学的课题。
迄今为止，材料研究者一直在致力于研究和开发更强、更韧，能在更严酷的环境下使用的具有更高性能的材料。结果是各种各样化学组成的材料被开发出来，但在以往的材料开发过程中，关于如何节约能源及如何作到易于循环的观念是很淡薄的。
人类为了既要提高生活质量和维持正常的生活环境，又要持续不断地生产必需的材料，只有同时减少矿石开采量和使用后的废弃物的数量。
利用废物的再生材料与矿石冶炼而来的原生材料相比，通常性能要降低，这是由于混入杂质的缘故。因此希望能开发出新的冶炼过程，以除去能够导致性能退化的有害元素，然而这是相当困难的。其次，即使杂质元素等混入了，那么如果开发出不使杂质对材料性质发挥影响的无害化技术也是非常有益的。当然，这种技术对杂质含量有一定的限度要求。因此，在最初的材料设计阶段，就应考虑包括冶炼工艺在内的材料再生循环设计。
8.3.1 计算机辅助材料预测技术
进行机械设计的人们将一些理论上不能解释的现象方便地数值化了，并成功的制造出高性能的机械。然而到目前为止，类似的情况在材料的设计中还十分罕见。这是今后应该大力研究的课题。一些数值化后而又含义模糊的部分还期望将来基础理论发展后再给予替换或修正。
因此，当这样的综合定量预测研究在实际生产中起作用的时候，同时也就会进一步认识到将基础理论研究与实际应用联系起来的重要性。当用户预定具有某一性能的材料时，如果生产厂家的材料技术者能在考虑再生循环和节约稀有金属的基础上选择化学组成、设计制造工艺并进行生产的话，那将是十分了不起的。
再生循环对于像铝、铜、钛、镍等合金体系更为紧迫，也期望能发展类似的材料预测技术。材料的性能可能通过化学成分的选择以及由控制加工、热处理等制造工艺而确定的微观组织来决定。复合材料的特点之一就是可以根据使用目的进行设计和制造；而金属材料即使化学成分相同，也能通过改变微观组织使它的性能发生很大的变化，因而可以说金属材料是可进行设计的材料。采用以基础理论为指导的材料预测技术来控制生产、使用、废弃、回收的循环，这是“金属材料环境材料化”的重要课题。
8.3.2复合材料与环境材料
塑料作为有机材料的代表，以其轻质和柔软性的特长而被广泛地使用，已成为人类生活中不可缺少的材料。但是，大多数塑料的机械强度低，作为结构材料尚有一些问题。另一方面，玻璃纤维、碳纤维等无机材料机械强度优异，具有结构材料的良好基础性能；但脆性大，粘接性差是其缺点。因此，把这些材料复合成兼备两者长处的复合材料，作为一种环境材料而引人注目。
有机材料和无机材料复合的典型代表是玻璃纤维强化塑料（FRP），它作为轻质和强度兼备的材料有多种用途，而要使这种复合材料成为有利于地球环境的环境材料，就必须作到容易再生循环才行。然而，当考虑这种复合材料的再生循环时，常常会遇到许多困难。例如，为了再生，首先需粉碎原料，然后再熔融成形，但在这种情况下，材料中所含的使机械强度增强的玻璃纤维也一并被粉碎了，再生循环作为产品时，机械强度就会变低，从而失去了复合材料的特长。
8.3.3塑料合金的研究
最近，将二种以上的聚合物复合，作为具有新功能的材料即所谓塑料合金的研究已盛行起来了。例如：将液晶聚合物（LCP）和工程塑料复合，作成轻质和机械强度兼备且容易再生循环的材料。这种材料作为取代上述有机/无机复合材料的新材料而被普遍关注。尼龙6工程塑料与维克托莱LCP通过共混使之复合化，经注塑成型可得到与玻璃纤维强化塑料（FRP）强度相当，且再生循环时机械强度几乎不降低的材料。
液晶聚合物经加热后变成兼有固体和液体两者特征的液晶状态，它是一种流动性很强的热塑性材料。而且由于温度一下降即发生纤维化，因而是一种轻质、高强度的材料，这一长处通过共混复合化也可以发挥出来。其过程为在高温下融
化形成均匀层，当成型后使温度下降时，液晶聚合物便分散在聚合物基体当中。由于形成原纤维（微小纤维），所以它可以发挥与玻璃纤维同样的增强效应。在此过程中，必须调节成形温度和混合状态，使原纤维的成长最优化，让LCP弥散分布在基体当中。
用这个方法得到的复合材料必须设法提高基体和原纤维间的结合力。这是因为成形时施加的剪切力会使LCP原纤维断裂而失去机械强度的缘故。为了防止这种情况发生，增强两者的亲和力，添加环氧树脂等相溶剂是一个要点。这样得到的材料抗拉强度，弯曲弹性模量等会增加，与非强化的尼龙相比性能可以得到大幅度提高。
这种材料粉碎时，即使原纤维被破坏了，再成形时原纤维又能形成，因此再生循环后性能变化不大，可大体保持原始的机械强度。
上述由液晶聚合物的复合化得到的新材料是再生循环性能优异的环境材料，人们期待着这类新材料的开发。
8.3.4热塑性弹性体
热塑性弹性体(TPE)是兼备硫化橡胶的物理机械性能和软质塑料的工艺加工性能，橡胶与热塑性塑料成形性的新材料，由于不需再像橡胶那样经过热硫化，因而使用简单的塑料加工机械即可很容易地制成最终产品。它的这一特点，使橡胶工业生产流程缩短了1/4，节约能耗25%-40%，提高效率10-20倍，堪称橡胶工业又一次材料和工艺技术革命。在粘接剂、机电产品、汽车制造等方面已被大量使用。
热塑性弹性体是由软链段和硬链段组成，硬链段承受强度，软链段产生柔性，由它们组合可制造出多种热塑性弹性体。热塑性弹性体可概括分为通用TPE和工程TPE两个类型，目前已发展到10大类30多个品种，见表8-1。
表 8-1 热塑性弹性体种类与组成
种类
结构组成
制法用途硬链段软链段
苯乙烯类TPE(TPS)
SBS 聚苯乙烯(PS) BR 化学聚合通用SIS 聚苯乙烯(PS) IR 化学聚合通用SEBS 聚苯乙烯(PS) 加氢BR 化学聚合通用、工程SEPS 聚苯乙烯(PS) 加氢IR 化学聚合通用、工程
烯烃类TPE
TPO 聚丙烯(PP) EPDM 机械共混通用
TPV-PP/EPDM 聚丙烯(PP) EPDM+硫化剂机械共混通用TPV-PP/NBR 聚丙烯(PP) NBR+硫化剂机械共混通用TPV-PP/NR 聚丙烯(PP) NR+硫化剂机械共混通用TPV-PP/IIR 聚丙烯(PP) IIR+硫化剂机械共混通用
双烯类TPE
TPB(1,2-IR) 聚1,2-丁二烯化学聚合通用TPI(反式1,4-IR) 聚反式1,4-异戊二烯化学聚合通用T-NR(反式1,4-NR) 聚反式1,4-异戊二烯天然聚合通用TP-NR(改性顺式
1,4-NR)
聚顺式1,4异戊二烯改性物接枝聚合通用
氯乙烯类TPE
TPVC(HPVC) 结晶聚氯乙烯
(PVC)
非结晶PVC 聚合或共混通用
TPVC(PVC、NBR) 聚氯乙烯(PVC) NBR 机械共混通用
TCPE 结晶氯化聚乙烯
(CPE)
非结晶CPE 聚合或共混通用
氨酯类TPE(TPU) 氨酯结构聚酯或聚酯聚加成通用、工程酯TPE(TPEE) 酯结构聚醚或聚酯聚缩合工程酰胺TPE(TPAE) 酰胺结构聚醚或聚酯聚缩合工程
有机氟类TPE(TPF)氟树脂F橡胶化学聚合通用、工程
有机硅类TPE
结晶聚乙烯(PE) Q橡胶机械共混通用、工程聚苯乙烯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚通用、工程聚双酚A碳酸酯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚工程聚芳酯聚二甲基硅氧烷嵌段共聚工程
聚砜聚二甲基硅氧烷嵌段共聚工程
乙烯类TPE
EVA型TPE 结晶聚乙烯(PE) 乙酸乙烯酯嵌段共聚通用
EEA型TPE 结晶聚乙烯(PE) 丙烯酸乙酯嵌段共聚通用离子键型TPE 乙烯-甲基丙烯酸离聚体离子聚合工程
熔融加工型TPE 乙烯互聚物氯化聚烯烃熔融共混通用
热塑性弹性体中，硬链段在温度升高时熔融，所以有临界使用温度，这个临界温度依链段的耐热性而有所不同，并按苯乙烯、氯乙烯、烯烃、氨基甲酸乙酯、酯系的顺序提高。
8.3.5金属合金的设计—超级通用合金
现在针对不同的用途开发了不同的材料，材料的种类一直在增加。这么多不同种类组成的材料混杂在一起，使废料的再生循环很困难。因此，从提高金属材料的再生循环性这一观点来看，金属制品的全部部件由单一合金体系制造是最理想的，而且所含的合金元素的种类越少越单纯，其再生循环就越容易。
从这个角度考虑，超级通用合金即是合金种类最少，而且能满足多种用途要求的标准体系合金。为此，需要能够满足通用特性（比如按每类部件对耐热性、耐蚀性、高强度等具体性能要求的不同而进行分类）的合金系，具体的合金可通
过在同一合金系中仅变化成分配比而制得（通用合金）。
另一方面，在再生循环时，难以使废料的品位一致，也难以避免由于杂质的混入而造成的化学成分变化。所以为了易于再生循环，需要成分变化对特性带来的影响较小，组成变化兼容性好的合金系。
(1)通用合金
由有限的元素构成，通过改变其配比可在大范围内改变其性能的合金系，可列举如下：
A．Fe-Ni-Cr系钢：改变Fe、Ni、Cr的相对含量，可得到铁素体钢到不锈钢等一系列钢种，这些钢的组织及性能有很大的变化。
B．Ti合金：改变Ti、Al、V的相对含量，可使合金的组织与性能发生很大的变化。
各种Fe-Ni-Cr钢实际应用得很多，研究开发有很大进展。相对而言，可以说从Ti合金优异的性能来看，它是寄希望于今后发展的未来型材料。
下面以Ti合金为例，来看其作为环境材料的设计方法的研究。Ti在88.2℃的相变温度以上是β相，以下是α相。依合金元素的种类与添加量不同，可分类为α、α+β以及β合金。
表8-2 Ti- Al系的结构与性能
结构优异机械性能和工艺性能
α蠕变强度、焊接性
α+β强度、超塑性、韧性
α 2 蠕变强度
β低温加工性能、强度
γ蠕变强度、耐蚀性、比强度高
α型合金耐热性和焊接性优异，β型合金强度高、冷加工性能好，而α+β型居于二者中间，占Ti合金使用量大部分的Ti-6Al-4V合金是这种类型。
此外，在Ti-Al系中近来年出现的Ti
3Al 、TiAl 、Al
3
Ti等金属间化合物，
作为比强度高的耐热构件而特别引人注目。
图8-1 Ti-Al二元相图
Ti合金的性能随结构而不同，而且富于变化。因此，由合金组成可预测复杂变化的Ti合金的结构与组织。同时也能预测材料性能。通过确立这样的统一设计系统，不仅容易保证再生材料的性能，而且根据组成配比的调整有可能变为性能更优异，附加值更高的再生材料。
最近，关于Ti合金也有了基于热力学数据的相平衡计算。根据正则熔体模型的热力学计算，可以相当精确地计算多元素Ti合金中的相平衡。此外，利用
亚晶格模型可以处理Ti
3Al等化合物，也可以计算Ti-Al-Sn-Zr系的α/Ti
3
Al相
平衡问题。这样，通过计算来预测结构的组织正在成为可能，但能处理的结构及合金元素的种类还很有限。
关于再生循环时容易混入并对性能产生很大的影响的间隙型固溶元素O、N、C、H的计算，一部分已经有了结果。但对多元体系还不够充分，今后必须进一步调查有关参数。关于结构方面必须作到能处理人们关注的TiAlγ相，AL
3
Ti 等。
从α+β型固溶时效Ti合金在3000C时的拉伸性能得到如下公式：
δu（MPα）=2543.6-3627.6×Vα+1170.4×dα×dDE+1744×(1-Vα) ×(e/α
-4)-186×(1-V
α) ×T ag/100
V
α：α相的体积百分数，dα晶粒直径，dDE：α相的固溶强化度，e/α：β相的电子浓度，T
ag
为时效温度K。
日本的通产省工业技术院，在预测拉伸性能时，利用了上面的公式，成功地开发了能大幅度提高现有合金性能的Ti合金。
(2)对组成变化不太敏感的合金
作为合金的强化机制，历来常用的有马氏体相变及第二相的析出等相变现象，这些相变或析出现象受化学组成影响的程度比固容强化作用更大，当偏离某一合金成分时，相变或析出现象有可能完全不发生。与此相反，固溶强化与合金组成的关系是比较平缓而连续的，再生循环造成的杂质及合金元素量的变动对性
质的影响较小。因此，固溶合金可以作为有前途的再生循环候选材料。
固溶体的结构及设计指导原则：以往在处理固溶合金问题时，认为原子排列完全无序的，但随着近年来合金学的发展，发现在固溶体中也存在短程有序结构。这种有序的不完全性有可能对以往的固溶强化现象产生影响。目前还没有找到适当的方法定量测定溶质分子分布的起伏。因此，关于固溶合金结构与特性的关系，过去的认识还不够充分。今后必须进行系统的研究，这是一个有可能发现材料科学新现象的领域。
关于合金元素的种类与含量对固溶合金无序性的影响，冷却速度或热处理等制造及加工工艺的影响等，如能通过统计热力学理论及X射线漫散射等测试技术将这些问题搞清楚，那么就可能实现固溶合金的结构挖进，进而就可以通过分析这种无序性与物理、化学性能以及机械性能之间的关系得到开发合金的指导原则。
(3）金属再生循环的逐次降级使用情况
在合金学中，通过添加合金元素的配比，晶粒度等微观组织的控制等，以谋求合金的高性能。然而，在再生循环时，组成一复杂，分选与分离就困难了。此外，存在不能分离的合金元素时，有可能使原来各合金元素的功能不能充分发挥出来。在这种情况下，欲利用合金元素的作用实现组织结构的控制，这也是一个难题，也就是说，由于再生过程中混入的杂质使正确的控制难于进行了。
因此，以废金属作原料的金属再生循环，实际上倒不如说仍是以“逐次降级使用”为主，既一级一级地向低级别产品再生的过程。反之，要恢复为原来的高品位产品，就需要耗费更高的能量，这与“再生必须节能，减少二氧化碳排放”的宗旨相违背。
(4）简单合金的可再生循环设计
迄今为止，还没有以再生循环为前提的合金设计原则，我们期待着可再生循环设计这一学术领域的发展。
简单合金：使合金规格简单化，容易分选；原则上不添加现在尚不能精练脱除的元素。
所有的合金最终都要成为可再生循环设计的对象，而首先应该将大量消费的材料作为目标。考虑到对环境影响的大小，直接效应的大小，与特殊用途的材料比较，大量消费或大量生产的材料具有组成本来就不复杂的优点。但是只赋予材料以再生循环性，仍不能支撑现代化发达技术，必须充分满足高强度，高可靠性，舒适性等方面的要求。
在环境材料中提出了“可再生循环复合”这一概念，即合金是简单组元的情况下也有可能通过工艺控制来自由地制造它的组成和结构。例如，有一种所谓的双相钢，是通过工艺控制使铁元素与马氏体这两种不同的相交替共存。与回火马氏体钢相比，在同样的强度下，其延性可得到大幅度改善。这是利用了合金在某个温度下分离为两个相，加热到某个温度以上易变成单相的性质。在合金，尤其是钢铁中有可能相当自由地实现对多相组成的控制。
此外，不用合金化而采用细化晶粒的方法也可以强化金属；而且，超细化、多相共存时，各相的比例，形状和分布状态等等对强度，延性，韧性，疲劳强度等机械性能和导电性，减震性等物理性质都有很大影响。因此，用这种方法研究开发出可再生循环、高性能合金的可能性是很大的。
8.4 金属材料再生循环的现状
8.4.1 钢铁资源的循环
钢在世界上全部金属实际消费中起着特殊的作用，在半成品制造中，它约占世界金属消费量的的80%。钢铁工业不仅在发达国家扮演着重要角色，而且也是许多发展中国家工业化进展中的重要产业。问题是，由于钢铁生产中增加废钢铁的使用，对铁矿主要生产国和出口国已造成和可能造成多大影响。
在过去20年的发展中，炼钢技术的革新增加了选择原料投入（包括生铁，海绵铁（也称直接还原铁）和废钢铁）的灵活性，它鼓励使用废钢铁作为钢铁生产的原料。
钢铁完全可以主要依赖于废钢铁或铁矿，这取决于给定地区或国家的需要。当质量问题不成为首要原因并且价格很合理时，产品生产可以全部或大部分依赖于废钢铁。这一市场框架适用于使用电弧炉的所谓小钢厂，其产品价格亦具有竞争性。与此相反，质量要求越重要，越需要使用铁矿作为钢铁生产的主要原料。
从环境角度看，废钢铁能够降低炼钢过程中废物排放，节约原材料和能源消耗，并减少废弃物处置，因而其竞争力会得到很大提高。就节能而言，使用电弧炉每熔化100%的废钢铁,与使用纯氧顶吹转炉熔化生铁相比较，可节约65%的能源。当传统纯氧顶吹转炉投入20%的废钢铁时，与投入100%的生铁相比，可节约能源25%。就原材料而言，每再循环一吨扁钢产品就意味着节约1.5吨矿和0.5吨焦碳。就污染排放而言，废钢铁再循环可使大气污染排放降低30%，使水污染排放降低大约60%-70%。而以扁钢产品的再循环为例，每再循环1kg钢，可减少固体废弃物产生量1.28 kg。
8.4.2废钢铁处理与杂质问题
在废铁的回收过程中分选、分离工程是十分重要的，其原因在于避免其它材料和杂质混入其中。这符合高质量的原料才能生产高质量产品的原则。
其一是化学成分的多样化。能按化学组成分选分离最理想，但实际上有相当的局限性。作为合金成份添加的金属元素有Si，Mn，Cr，Mo，Ni，Cu，V，Ti，Zr等，其组成花样繁多。此外，还有Zn，Sn等的镀层。
其二是由钢铁精炼工艺本身所具有的性质决定的。在钢铁精炼过程中，根据各种元素形成氧化物条件的不同，以氧化物的形式除去，因此，比铁易于形成氧化物的元素几乎都可以从钢水中除去，而比铁难于氧化的元素则几乎全部残存于钢水中。因而，钢水中的元素可以分为以下四种类型：
（1）几乎全部残存于钢水中的元素：Cu, Ni, Sn, Mo, Co, W, As, (Sb) （2）不能完全除去的元素：Cr, Mn, P, S
（3）与沸点、蒸汽压等无关的元素：Zn, Cd, Pb, (Sb)
（4）从钢水中几乎可以全部除去的元素：Si, Al, V, Zr, B等。
合金钢经几次废钢铁再生，并且在分选过程中未被分离出而发生废料混合的情况下，Cu, Ni, Sn, Mo等元素的浓度就会不断提高。这些元素本来是为了提高性能而起合金作用的。但是，它们对热加工性能有不良影响，因而必须控制其含量。为了将废钢铁置于庞大的钢铁材料流向中予以妥善处理，必须采取如下综
合性的解决对策：
（1）对含有不能除去元素的废钢铁精炼制钢工艺开发；
（2）杂质无害化技术的开发；
（3）确立通过材料设计可以实现再生循环的材料体系。
8.4.3铝的再生循环
铝可通过电解氧化铝（原料）和沸石（添加物）的熔融盐来制取。因为电解铝的过程需要消耗大量的电力，故被戏称为“电灌头”。虽然铝在生产过程中需要大量的能量，但是，一旦与氧脱离开，则金属铝的再生只需要适当加热熔化（只需生产过程1/20的能量）即可实现，所以可称铝是再生循环的“优等生”。
随着我国原铝消费的迅猛增长，原铝的积累量不断增加，仅仅从1990年开始计算，到2004年我国累计消费的原铝已经达到了近4000万吨，说明我国废铝回收有着巨大的发展潜力。
2004年，全球铝产品市场中，40%-50%的需求是通过回收再生的废铝满足的，如美国、日本、德国、意大利和墨西哥，2002年再生铝的产量均超过原铝，尤其是日本，再生铝产量竟占铝总产量的99.5%；而目前我国年产原铝500多万吨，产再生铝仅100万吨左右。从产品用途来看，再生铝在门窗，饮料罐，印刷版，电线等形变铝合金中的配比为9%，而在汽车用铸件，家电产品压铸件等铸造、压铸件中的配比平均为85%。故称为形变铝合金的铝材是以高纯度的原铝为原料，而铸材、压铸材不象形变铝合金那样需要高纯铝，可以说用途更多。要求加工性能极高的饮料罐要用高纯的形变铝合金，再生时也需力求避免混入杂质，仔细地除去夹杂物。作为常识，形变铝合金一般不能再还原为形变铝合金，这就是大致的现状。
以废铝型材为原料这一点来看，还不如将废铝的再生称为二次合金化更能反映其实际状况，这是根据成分预测配比熔炼所需的废铝数量以制造与原料成分不同的合金的工艺过程。与电解精炼不同，它是使用熔渣或通过脱气法将可能除去的合金成分除掉，将异物及熔渣过滤、排除，而得到高纯度的铝。因此该工艺不能或难以除去残存的杂质元素，其中，特别是铁的混入是影响铝材质量的一大问题。
原铝生产过程通常为：铝土矿开采-氧化铝提取-原铝电解-铸成锭块，高能耗是原铝生产的特点,2003年原铝生产企业耗电量占有色金属行业耗电量的
66.7%。而平均每吨再生铝的电耗仅为原铝的5.2%；而且与生产原铝相比，生产再生铝可少排放二氧化碳90%以上，还可减少大量赤泥、烟尘、含氟气体等；可节约87%的投资。
8.4.4废铝再生的单项技术
①涡流分选装置
将物体放在变化磁场中，则导体中产生感应电流。此感应电流所产生的磁场与外部磁场相互作用，又会在物体中产生电涡流，由于它们之间的相互作用使物体沿前进方向弹射出去，其弹射的程度随物质的电导率而变化，从而可将金属分离开来。现在已实用化的此类装置主要用于铝和非金属的分离。
②回转熔化炉
将金属混合废料投入形状像回转窑那样的回转炉内，利用金属的熔点不同分离分选金属。其是通过外部间接加热的方式，严格控制炉温，使锌等低熔点的金属溶液从靠近窑罐处流出并回收，而铁等高熔点金属则从端部以固体形式排出，采用这种方法可将不同的金属分开。
③浮选法
即用密度的差异进行金属或非金属的分离，使硅铁粉末等悬浮于水溶液中制备悬浮液（密度2-3g/ml），将混合废料投入到该悬浮液中。这样一来，悬浮液中密度低的金属要浮至表面，而密度高的金属则会下沉。通过这种方法可进行金属的分离和分选。悬浮液的制作除了硅铁粉之外，还可采用氯化钙等盐的水溶液。
8.4.5铜再生循环的现状
铜产量的40%用于制造电线。电线采用烧线处理法、解体处理法、粉碎处理法对涂层材料和铜导体进行分离分选，铜经压块或破碎后被再生利用。
用于电线制造的废铜比率约为10%，这是因为电线需具备高电导率及热处理后具有稳定的特性，必须使用高纯废铜才行，因此大部分回收电线被用作黄铜合金的原料或冶炼铜锭的原料。
8.5塑料的再生技术
塑料再生技术，如果将分选技术、清洗方法等处理技术除外，大致可以分为两类：一类是回收使用过的塑料再作为原材料应用；另一类是分解成塑料的初始原料即单体，重新合成新的塑料,即材料再生循环与化学再生循环。
8.5.1 材料再生循环的基本思想
材料再生循环的基本思想方法是将石油等为原料所合成的塑料在其功能丧失之前，多次进行使用。在实际的再生循环过程中，由于杂质的混入，加工过程的变质等原因，不可避免地带来某些特性的劣化。因此由石油原料合成的新塑料首先要用于要求特别严格的制品，而将回收原料作为第二次用途的原料时，一般用于性能要求较不严格的制品，依次类推。例如，聚乙烯原料第一次用于电线等电器制品或充气薄膜的生产，第二次用于保护管材和型材，第三次用于模板或内装饰材料。
就热塑性塑料而言，现状是在工厂里产生的次品或制造工艺中产生的碎块，在各企业内部都考虑到加工中的劣化等因素，因而一般都是将材料掺和后再化为原料使用，相当于作为其它制品的原料被再利用。
至于进入市场后的制品，回收之后作为原料的一部分掺合进去，已有被再利用的实际事例，但为数尚很少。实际制品用单一成分比较少，多数制品为求商品化，外观表面要求涂层，为了获得高性能，又要制成迭层材料，又涂层又迭层的组合情况则更为普遍。作为再生材料利用时，由于涂料和粘合剂起异物（杂质）的作用，所以性能比新合成材料的要低，这就是往往限制用于同一用途的原因。
目前，广泛研究并引人注目的材料再生循环的例子是汽车的保险杠。同一品种可以大量回收，而且以保险杠材料再使用为回报。涂料膜及底漆的清除、粉碎细化、分解等各种无害化技术，以汽车制造公司为主正在积极地研究与开发，并
期待实用化。在公布发表的概要中已报道过，日本汽车公司采用有机溶剂分解和剥离漆层的方法；丰田汽车公司采用160℃的水热法处理水解涂层膜的无害化方法；富士重工业研究将涂层膜的除去和粉碎同时进行的方法，这些技术都已经接近实用化。其他汽车厂家和树脂厂也正在研究开发各种方法。这些无害化技术如被推广使用，那么保险杠就可以再次作为保险杠而被再生利用起来。
此外，对于内装修材料，不同的使用场所要求各种不同的特性，为此要相应地使用各种树脂，这样，在回收的塑料当中便混杂着这样的树脂，很多情况下相溶性都不好，从而使再生材料的特性显著下降。为此，在设计阶段，预先就要考虑到再生循环性，并要限定使用的原料。
这个问题从材料的开发方面看，必须研究开发能同时满足许多特性要求的材料及加工方法，即这种材料应尽量以通用树脂为中心的同一系统（有相容性）的树脂。如果通过改变树脂的混合比，开发出综合满足各种各样特性的“通用型聚合物合金（塑料合金）”及相容剂，那么在再生循环时即使相互混合，再生后材料的性能也变化不大，从而扩大再生材料的使用范围。
除了这类无害化技术及新材料开发之外，如从材料再生循环技术方面看，还需要掌握回收材料的老化程度。在各种条件下使用的通用化产品，在受光、热及水分等环境因素的影响时性能会降低（老化），如果能评价和把握材料在使用过程中会产生多大程度的老化，这在充分利用回收材料方面是很有意义的。如果确立了具有实用意义的老化度的评价方法，那么就可以期待将那些经广泛使用后回收的大量（非特定）的废旧材料纳入到有效的再生循环系统中去。由于将回收来的制品可直接作为原料而利用，因而材料的再生循环方法与下面叙述的化学再生循环相比在经济上更为有利，可能会成为今后塑料再生循环的主要方法。为此，包括分离、清洗等前处理在内的基础技术与系统的开发，进而进行两次、三次再利用的开发等工作，这是当前积极研究的课题。
8.5.2化学再生循环的基本思想
关于化学再生循环，其基本思路是将回收材料作为资源，作为石油及单体的原始材料加以利用，研究的目标是将回收材料通过水解或解聚等化学反应，分解成原始材料的单体及低聚物或者它们的母体，然后回收并重新合成原始的初级塑料，或者还原为石油状态以便再生利用。例如，在材料再生循环中，对于已多次利用了的塑料，因其功能下降而不能再进行或者很难进行材料再生循环的产品，则适用于采用化学再生循环处理。
这种化学再生循环由于还原成了原始材料，即再生的塑料成了新材料，它不仅是完全的再生循环系统，而且即使在回收品中混杂了多种类别的其它塑料时，也是可以进行再生循环的系统，因此人们对于化学再生循环寄予了很大的期望。特别是热固性材料和橡胶材料，由于在制造时发生聚合或交联反应形成了分子量很大的高分子，具有优良的耐热性及耐磨性等特点，因而在电气和汽车为首的行业中被大量使用。化学再生循环处理对于这种高分子材料的再生尤其重要。
在化学再生循环中，分馏回收技术是一个具体的例子。如日本电线综合技术中心在研究将交联聚乙烯电线及橡胶绝缘电线的塑料和橡胶成分加热分解，分馏而回收。另外，德国塑料包装材料废弃物再生利用协会也提出了报告，据报道他们将家庭排出的各种塑料包装材料的混合物放在煤的分馏装置中热分解，最终作为石油回收处置，并得到制造塑料的原料。北京的废旧餐盒处理方法之一就是从
中回收柴油-煤油成分。
为了有效地进行分解回收，不仅要进行设备系统的研究，而且必须利用催化反应及缩聚反应等多方面的知识研究分解反应以及排放气体的有效利用，使之应用于化学再生循环之中。
8.5.3环境材料与再生技术
若在塑料的原料当中预先混入特定的催化剂，这种催化剂在产品使用时并不起什么作用，但在回收后进行化学再生循环如加热等处理时产生作用，能有效地回收有用的物质（单体，气体，油）。这类加入了用于再生循环的催化剂的材料也属于环境材料之列，人们已经开始这方面的研究。
但是化学再生循环方面的研究最近才开始，即使经济上相对有利的材料再生循环，在实用上也还面临许多现实的困难。此外，与材料再生循环相比，化学再生循环的再生成本相对之高（相差数十倍以上），为此，必须从维护地球环境和有效利用资源的长远观点出发，集中各个领域的智慧来共同解决这一难题。
8.6建筑材料的再生循环
长期以来，建筑材料主要是依据建筑物及其具体部位对材料提出的力学性能与功能方面的要求进行开发的。具体讲，结构材料主要追求高强度，高耐腐蚀性等，而外部装饰材料则追求其高功能性和设计图案的美观性等。
但是，随着21世纪的到来，与人类生死存亡相关的地球环境问题变得越来越重要，因此作为建筑材料不仅要求高强度和高功能性，而且如何与地球环境相协调的问题也成为人类面临的最大问题，所以还必须考虑基于再生循环的环境协调性。
8.6.1 建筑材料与环境的关系
1、建筑材料对地球环境的影响
建筑材料作为构成建筑空间的基本材料，以多种多样的形式被大量使用，不仅有钢铁，混凝土，木材等构成的结构框架和本体的结构材料，而且包括具有美观、防水、本体保护功能的高分子涂料及瓷砖等装饰材料，还包括外装修及隔墙间壁等形成居住空间的金属板，纤维水泥板等非结构材料，也就是说大量使用的建筑材料中有金属、有机、无机和复合材料等多种材料。
长期以来，建筑材料主要根据建筑物及其应用部分对材料提出力学性能和功能方面的要求进行开发的。具体说，结构材料主要追求高强度、高耐腐蚀性等方面的先进性；而装饰材料则追求其功能性和设计图案的美观等方面的“舒适性”，但往往忽略了建筑材料的环境协调性，结果给环境带来了较大的污染。建筑材料是应用最广、用量最多的材料，因此它的耗能与所造成的环境污染也是最严重的。概括起来，在建筑材料生产和使用过程中，污染物一般来自6个方面：空气、水、固体废弃物、放射性、噪声和热等的污染。
（1）废气、粉尘对大气的污染
建筑材料生产过程中大多伴有烧制过程。在烧制过程中燃料燃烧产生的粉尘、飞灰、烟雾等气溶胶，直接对人体呼吸道、眼睛等器官造成损害，以及对环
境的破坏等。水泥粉尘是建筑业的又一大污染源，水泥粉尘占水泥产量的30％左右，我国年排放量为1500～1800t。而发达国家的排放量控制在0.01％以下。水泥粉尘回收后可直接作为水泥的原材料或是作为胶凝材料。
（2）废液造成的水体污染
在建材的选矿、冶炼、轧钢过程中会产生很多污水，其中含有大量的无机悬浮材料，如砂、炉渣、铁屑等。在冶金、涂料等行业会产生有毒污染物汞、镉、铅、砷等废液；在金属加工、制造业中可产生酸、碱污染物；在建筑工地上由于搅拌水泥而产生的污水中也都含有偏碱性的溶液。
（3）固体废弃物
工业窑炉产生的炉渣、采矿和冶炼过程中产生的冶金渣、尾矿与碎石；建筑过程中产生的砂、碎石；金属、塑料、木材等行业加工产生的金属屑、木屑、碎塑料、碎玻璃等；拆卸老旧建筑物的碎砖、碎瓦等大大增加了固态废弃物排放量。据1997年的统计资料，由建筑产生的废弃材料约为10.6t，其中尾矿、煤矸石、粉煤灰、矿渣分别占30％、18％、18％、12％。1998年固体废物利用率仅为45.2％，约3％直接排放到环境中，约40％被贮存，占地面积近5亿m2，其中绿地面积、农田高达4000万m2。
（4）原材料的开采占用大量的土地
建筑材料制品所需的主要原料，无论是金属原料或是非金属矿原料，对这些原料的开来及选矿过程都会占用大量土地，据统计表明，每生产1亿块砖，就要用1.3×104m2土地。这对我国人口众多，人均土地偏少的国情来说，是很严重的资源浪费。另外，在开山取石，或是挖土制砖等过程中，可能影响到动植物的生存，也破坏了自然景观等。
（5）噪声污染
在建筑施工中，不同的机械会发出强烈的噪声，它是城市噪声的主要来源之一。相当多的施工现场其噪声都在90～100dB，远离于国家规定的白天要小于70dB，夜间小于55dB的噪声控制标准。而噪声对人的听觉、神经系统、心血管、肠胃功能等都会造成破坏作用。
（6）其他污染
家庭装修中所使用的各种装饰材料会释放如甲醛、苯系物、酮等有机物，可直接剌激人的眼睛、皮肤，或引发气管炎等；所使用的尾矿、天然石板材（如花岗岩石、大理岩石）瓷砖及沥青中，有时会含有过量的放射性元素如氡等，氡是一种气体元素，如果被人吸收，有可能会引起肺癌等，这是建材对人体的直接危害作用。生产各种瓷砖的工业窑炉排气过程中产生热水、高温气；保温材料中大量使用的石棉，是一种纤维状的矿物，在开采和使用过程中被人体吸入后，可导致矽肺病；城市高楼所用的玻璃幕墙也会产生光污染，高层建筑群不利于汽车尾气及光化学烟雾的排放，也不利于由空调产生的热量的排放，从而形成的热岛现象等，都是目前环境科学工作者所关心的问题。
此外，建筑物在解体时，不仅会产生大量的混凝土废块，木屑，金属屑，废塑料等多种废弃物，而且无论新建还是拆除时都会留下大量的建筑残土，污泥等建设副产物。根据统计整个工业废弃物中有将近40%是建设废弃物，其中一半是建筑废弃物。如果再考虑到建材生产时产生的二氧化碳以及能源消耗，土地资源消耗（砖等建材取土）和被废弃的建筑材料对地球环境的影响，这就是一个很大的难题。所以，与地球环境相协调，充分考虑再生循环性的建筑材料的材料设计无疑是今后重要的研究课题。
2、地球环境对建筑材料的影响
除建材对环境的影响外，环境污染通常也会对建材及建筑物有所损害。目前地球大气的环境问题主要有大气中C0
2
浓度的增长、氟利昂气体引起的臭氧层破
坏以及大气污染引起的酸雨等。其中，大气中CO
2
浓度的增大会造成气温上升，加速混凝土的碳化过程，从而影响混凝土构件的耐久性，缩短建筑物的使用寿命。此外，臭氧层的破坏会使波长短的紫外线辐照量增大，从而加速高级装饰涂料等有机建筑材料的老化，降低抗风化的能力，而酸雨的增加将加速栏杆、扶手等外露金属的腐他．环境变化对建材及建筑物的主要影响如下：
（1）大气污染与酸雨的影响
酸雨通常是指pH值低于5.6的降水。酸雨形成主要是大气污染造成的。大
气中的SO
3，S0
2
，N0
X
，H
2
S，CO
2
等溶入雨水中，使雨水pH值小于5.6。我国西南
地区及长江下游地区酸雨的pH值已降到4.0以下，严重影响生物的生存，使土壤严重酸化。同时，酸雨对建筑物、材料、雕塑、古文物、金属等的腐蚀作用明显。酸雨使材料表面的涂层失去光泽或变质而脱落，使光洁的大理石建筑逐渐变成松软的石膏。大理石主要成分是CaC0
3
，侵蚀反应机理为
CaCO
3＋SO
4
2－＋2H＋＋H
2
O——CaS0
4
·2H
2
O＋CO
2
CaCO
3＋2N0
3
－1＋2H＋——Ca（NO
3
）
2
＋H
2
O＋CO
2
另外，在建筑物中，酸雨对金属腐蚀主要是电化学腐蚀。
表8-3是某些大气有害成分对建筑物品的损害统计。另外，大气中的扬尘，特别是一些细小的颗粒物沉积在建筑物表面，最轻也会引起表面污损。
表8-3 某些大气有害成分对建筑物品的损害统计
SO
2／SO
3
H
2
S 臭氧类颗粒物
混凝土脆化强度下降强度下降污损
涂料污损变色变色污损
金属腐蚀、污染腐蚀、污染污染引起腐蚀纸脆化污损脆化污损
布强度下降污染退色、强度下降污损
橡胶污损污损脆裂、弹性下降污损
皮革强度下降、脆化脆化脆化污损
（2）建筑物表面析白现象
建筑物表面析白现象，俗称泛碱或起霜，是建筑物的混凝土、砂浆、砖砌体等表面常发生的现象。据统计，建筑物析白现象出现的概率可高达36％。形成原因是水泥、砂、石子、砖和化学外加剂中可溶性成分被水榕析出，随着水分蒸发逸出，留下物呈白色固体，或留下物与空气中CO
2
作用生成白色固体，其主要
成分为Ca(OH)
2，CaC0
3
，Na
2
S0
4
，Na
2
C0
3
，K
2
C0
3
，大都是碱性物质。本质原因还是
与原材料质量和施工质量有关，但与外部环境阴湿、不通风、气温偏高、水源不洁也有重要关系．
（3）建筑用高分子材料老化
导致高分子材料老化的因素主要是光、热、机械力、氧气、水、霉菌及化学物质。这些因素往往是综合作用于高聚物，通过物理化学过程使其老化。主要老化反应可归纳为化学键的裂解反应和键的交联反应。裂解反应是大分子键断裂，相对分子质量降低，使高分子化学物变软、发粘并丧失机械强度；交联反应是大
分子与大分子相连结，产生体型结构，使高分子化合物进一步变硬、变脆，而丧失弹性。两种反应往往同时并存。
（4）金属材料的化学腐蚀和电化学腐蚀
许多建筑物的栏杆、扶手、支架，甚至卫星天线等，都是金属构筑物。由于酸雨的作用，使这些金属构筑物的使用寿命大大缩短，甚至造成严重事故。
（5）其他影响
江水、海水、污水对江河堤坝的冲刷侵蚀，地下水对地下建筑的渗析破坏，还有自然灾害的破坏，地震、水涝、龙卷风及台风等的自然力的破坏。
总之，随着地球环境问题的日趋严重，使损害建筑材料的“外力”随时间推移而渐趋增大，从而加速建筑材料的破坏。因此，在深入认识破坏机理的基础上，对建筑材料及其构件制定新的寿命预测法和切实的防护对策是很重要的。
3、建筑材料对人类居住环境的影响
以石棉为例，石棉既可以作为高级增强纤维，也可以作为耐火涂层材料，至今在建筑领域仍被大量使用。但由于石棉对人体有致癌作用，所以现在有限制使用的趋势。在已经使用了的地方，由于对人类居住环境带来有害的影响，因而也必须除去。这样就产生了如何对废弃的石棉进行处理的问题。
此外，建筑材料中也还会释放出自然放射性物质氡，由于它对人有致癌作用，因而还危害人类居住环境的安全性。此外，房屋装修、装饰材料对人类健康带来的危害更是不容忽视。
8.6.2关于建筑材料及其构件的长寿命与再生循环相互兼容的问题
作为支撑住宅、社会资本的建筑物基本材料，建筑材料及其构件起着重要的作用，假如希望建筑物的使用期限为30-100年，那么，结构材料的要求特别严格，要求在设计使用期限之内必须具有尽可能长的寿命。对建筑材料及其构件进行不易劣化的耐久性设计，则可确保建筑物的长寿命，并可减少产生废弃物的批量，其结果，起到了减轻地球环境负荷的效果。
但是，大多数建筑材料及其构件一旦被废弃时，几乎都变成了很难处理的残留物，拆卸和再生循环都很困难。因此，在进行建筑材料及其构件的材料设计时必须有新的设计思想。比如说设想一种像纺织品那样的，当拔出一根线就哗啦一下子破坏的结构形式，使之在使用期限满了之后能够迅速解体，也能进行再生循环。这就是预先考虑了再生循环的建筑材料及其构件的材料设计。
作为基本建筑结构的钢筋混凝土建筑物，在大城市地区过早地发生了混凝土中性化（即碳酸盐化）的问题，特别是使用海砂或在沿海地区由于盐份的浸蚀引起的对内部钢筋腐蚀的问题等等，作为“混凝土的危机”并成为大众媒介热门话题的事，至今还记忆犹新。
为此，改善混凝土的质量，利用表面涂料的钢筋混凝土构件长寿命化的问题，已成为新的耐久性设计的方法。与此同时，以代替易腐蚀的普碳钢钢筋或预应力钢筋为目的，采用以碳素材料、芳香族聚酰胺、玻璃等连续纤维强化的新型塑料材料作为混凝土中轻质、高强、耐蚀的新型增强材料。
但是不能否认，这些复合结构材料及其构件在达到使用年限之后解体废弃时，其解体有相当的难度，成为难以再生循环的难处理残留物（废弃物），从而增加地球的环境负荷。因此，必须确立新型增强混凝土构件长寿命与再生循环相互兼容的总体寿命设计及其相关技术。还必须从兼顾材料科学和建筑材料工程学
的观点来确定合理的建筑材料、构件及建筑方法等方面的相关技术。
8.6.3兼顾再生循环的建筑材料及其构件的材料设计方法
关于兼顾有机、无机、金属和复合材料等各种具体材料的再生循环设计问题，前面已有论述。这里仅就兼顾那些有不同种类材料组合起来的实用建筑复合材料及其构件的再生循环设计方法作一简述。
这种可再生循环建筑复合结构材料及其构件的设计概念如下：
（1）混合结构形式
钢筋混凝土建筑物采取柱、梁和墙壁在现场整体混凝土灌注方式。对于确实需要耐久性的场合，这种方式具有寿命长，非常坚固的优点，但如解体，特别是在今后高强度混凝土的使用逐渐增加的情况下，就不容易破碎。即使破碎，作为废弃物产生的混凝土碎块，目前只能作为再生粗料限定用作道路的路基材料和填充材料。而作为建筑混凝土的再生循环技术尽管今后会有大的发展，但要达到充分再生循环的程度，仍需相当长的岁月。因此，高强度、高耐久性的现场整体钢筋混凝土建筑物从解体和再生循环这一点来看多少存在一些困难。为此，不完全采用现场整体灌注方式，一半利用工厂生产的预制构件，只将结合部在现场施工。如柱体是钢筋混凝土构件，梁体是新型增强混凝土构件，结合部由钢制接头做成混合结构形成，这样解体时就比较容易。从建筑材料的再生循环这一观点来讲，混合结构形式是今后应开发的建筑技术。
（2）高功能性和再生循环性结合的增强材料及其应用
与地球环境相协调，并具有良好再生循环性的混凝土构件是既具有长的使用寿命，又能在解体后容易再生循环的构件。在此意义上，也就是说新型增强混凝土的增强材料既具有轻质、高强度和高耐腐蚀性的优点，又有好的再生循环性。这是个很重要的开发思路。现在开发的大部分的树脂固化新增强纤维，是环氧树脂或乙烯脂树脂等热固性树脂，这类树脂一旦固化就很难分解。要求再生循环性也要兼顾耐火性，因而利用热塑性树脂、光降解树脂或生物降解树脂以确保再生循环性是重要的。另外，既追求混凝土的高强度化，又要求更轻质化，即适当使用人工轻质骨料，并转换成轻质、高强度混凝土构件，也是很重要的。
8.7废旧电池的回收利用
我国是世界电池生产第一大国，1995年我国电池总产量就突破了100亿只，其中锌锰干电池90亿只。2005年电池产量超过300亿只，占世界电池总产量的1/2左右。无汞碱锰电池是国际市场上一次电池的主流产品，日本和欧美等发达国家无汞碱锰电池的比例已达86%以上，而我国2005年的比重还不到20%，比例明显偏低。
电池按用途可分为工业电池和民用电池。工业电池主要用于汽车、铁路、电站和航空等领域,如汽车铅酸蓄电池和变电站电池等。民用电池按能否充电可分为一次电池和二次电池(充电电池)。一次电池主要有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池和锌-空气电池、锂电池和汞电池(已经被强令淘汰)等；二次电池目前使用较多的有镉镍、氢镍和锂离子电池。
旧电池中重金属的含量比较高,若在堆肥过程中混入废电池会严重影响堆肥产品的质量；若混入焚烧过程中，汞、镉、砷、锌等重金属高温时易气化挥发,
部分重金属在炉中反应生成氯化物、硫化物或氧化物，比原金属元素更易气化挥发，随尾烟进入大气后,会对土壤和大气产生污染，底灰中富集了大量重金属，形成的灰渣较难处理；若填埋过程中混入废电池，其中的重金属可能通过渗滤作用污染水体或土壤。有关资料表明，一节纽扣电池产生的有害物质能污染60万升水，相当于一个人一生的饮水量；一节一号电池埋在土壤中，能使1m2的土地失去利用价值。
表8-4 各电池主要有害金属含量及其各金属元素危害表现（mg/kg）
碱性锌锰
电池普通锌
锰电池
镍镉
电池
氧化汞电
池
锂电
池
各种金属元素危害表现
Cr 25-1135 69-677
1.3-
12920
作用于呼吸系统、消化道、皮肤，有致
癌危险
Ni 116000-5
56000
17000
-
41050
溶解于血液参加体内循环，损害中枢神
经，引起血管变异
Pb 16-55 14-802 5-37 作用于神经系统、造血系统、消化系统和肝、肾等，抑制血红蛋白的合成代谢
Hg 118-
8201
3-4790
22930-
90800
能溶解于脂肪，引发动物中枢神经疾
病，致畸、致癌、致突变甚至死亡
Cd 11000-
173147
1.4-30
骨质软化、骨骼变形，严重时自然骨折，
以致死亡
8.7.1干电池的综合回收与利用
如果干电池用完后被当作垃圾扔掉，不仅浪费宝贵的金属资源，而且还对环境造成严重的污染。从资源综合利用的角度考虑，废干电池含有许多有用的有价金属和物质，这些金属的再生要比从矿石中提取容易得多。
据报道，我国干电池每年要消耗锌13-14万吨，约是锌年总产量的13%左右；到2000年，年消耗锌将接近25万吨，再加上锰23万吨、铜4500吨、汞60吨等。
表8-5 1号废锌锰干电池的主要组成
品名总量碳棒锌皮锰粉铜帽其它
重量（g）70 5.2 7.0 25 0.5 32
表8-6 全国每年废干电池中金属总量
名称锰粉锌皮铜帽铁皮汞
重量(吨) 109200 38200 600 29600 2.48
8.7.1.1 湿法冶金处理过程
1）焙烧浸出法
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
铁矿铁水钢胚成品（热轧钢板等）使用废弃污染物污染物污染物 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。
环境工程专业硕士研究生培养方案 ﹙083002﹚ 一、培养目标 为了培养德、智、体全面发展的环境工程专业人才，要求所培养的硕士研究生： 1、具有高度的政治理论水平和觉悟，认真学习邓小平理论，坚持四项基本原则，能够用辩证唯物主义观点观察和分析事物。遵纪守法，有良好的道德品质和团结合作精神。爱祖国、爱人民、热爱社会主义，为我国的社会主义建设服务。 2、具有严谨的治学态度，实事求是的科学精神，坚实的环境工程基础理论知识、专业知识及熟练的实验技能。能够独立进行科学研究，勇于探索、创新，能够利用现代先进的技术和手段，解决环境污染的理论与实际问题，能够熟练地阅读英文专业书刊，并能用英文撰写环境工程专业方面的研究论文。并能够胜任政府部门、规划部门、环保部门、设计单位、工矿企业、科研机构、高等院校的环境技术管理、设计、施工、科研、教学和研究开发等工作。 3、身体健康。 二、研究方向 A、水污染控制； B、大气污染控制； C、环境监测技术； D、固体废弃物资源化； E、环境功能材料。 三、学习年限 学习年限为三年。大约用一年时间完成硕士学位必修课和选修课的学习，至少获得35学分；另约二年时间进行科学研究，完成硕士学位论文并通过答辩。如果研究生在三年中尚未完成学业，经批准可适当延长学习时间，但最多不得超过二年。 四、课程设置 见课程设置表。 五、考核方式 研究生的必修课（公共课、专业基础课、专业课）均为考试课程，选修课可根据情
况采取考试或考查的方式进行考核。考试课程按百分制评定成绩，学位课75分为合格；考查课程按优秀、良好、及格和不及格四级记分制评定成绩。考核成绩由主讲教师评定并签名后交学院研究生教学秘书，登记在《研究生成绩登记表》中。 六、学位论文 研究生在导师指导下，通过调查研究和查阅文献，确定自己的学位论文题目及研究提纲。由研究生本人在第三学期以书面形式写出开题报告，在教研室进行交流和修改。研究题目应有学术意义或实用价值。研究生应在导师的指导下独立开展研究工作并完成整个学位论文。学位论文一般应包括：中、外文摘要、引言和评述、主要研究内容和结果的讨论，以及参考文献和必要的附录。在研究生进行学位论文的研究和撰写期间，导师应及时了解工作进展情况，并定期向教研室报告。第四学期教研室要组织一次研究生论文工作的阶段性工作汇报会。研究生论文完成后（应在5月份前完成论文的撰写、修改、印刷等工作）向教研室提出进行论文答辩的申请，经批准后由教研室确定论文评阅人和答辩委员会成员，并根据学校有关规定进行论文评审和答辩工作（答辩时间为5月下旬或6月上旬）。 七、培养方式与方法 硕士生的培养采取系统理论学习、进行科学研究和参加实践活动相结合的方法。既要使研究生牢固掌握基础理论和专门知识，又要培养他们具有从事科学研究、高校教学或独立担负专门业务工作的能力。在指导方式上采取导师个别指导和教研室集体培养相结合，既要发挥导师的指导作用，又要善于利用教研室集体培养的优势。 导师应教书育人，为人师表，全面关心研究生的成长，深入了解研究生各方面的情况，对研究生的困难应及时给予帮助或向有关部门反映。对研究生的学习和科研应严格要求，根据他们的原有基础和具体情况制订相应的培养措施，着重培养他们的自学能力和独立工作能力，并培养他们实事求是的科学态度和勤奋严谨的工作作风。 研究生应积极参加院里和教研室组织的学术讲座、学术报告和学术讨论会等有关学术活动（不少于10次），扩大自己的知识面和提高自己的学术水平。每次学术报告的参加者要有记录。院里和教研室要为研究生定期安排学生之间的讨论会和报告会，使他们在实践中得到锻炼并提高自身的表达能力和写作能力。 八、教学实践
第一章 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。 1-2 从人类的历史进程分析一下材料科学与技术的发展，找出材料与环境的关系。 在人类历史上，有许多时代都是以材料的发展来命名的，如远古时期的石器时代、青铜器时代和铁器时代、现代的高分子时代，都是由于材料科学和技术的发展而推动了历史车轮的前进。同时就材料科学与技术本身的发展来看，也是随着历史发展的需要而诞生的，如20世纪60年代的半导体材料、20世纪70年代的能源材料、20世纪80年代的信息材料以及20世纪90年代的环境材料，他们都是应时代的要求、社会的需要而产生和发展起来的。 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 1-4 用自己的理解分析一下，环境材料的研究内容应该包括哪几部分。 包括材料的环境影响评价、生态设计及清洁生产、废弃物再生循环利用、环境材料关键技术、环境功能材料、环境友好材料、环境工程材料。 1-5 结合自己的体会，分析一下环境材料的未来发展趋势。 1. 材料的环境性能将成为21世纪新材料的一个基本性能，各种环境材料及绿色产品的开发将成为材料产业发展的一个主导方向。 2. 环境治理材料仍然是环境工程材料的主要研究内容，更高的性能、更长的寿命以及更低的成本成为新型环境治理材料必须具备的性质，环境修复替代材料和废弃物的自资源化研究也将成为环境工程产业的另一大热门。 3. 大力推广环境友好型的材料设计和制备工艺，开发环境友好型的新材料及绿色材料制品。 4. 功能化、智能化的环境功能材料在技术进步的带动下正渐渐走下“高端”的神坛，更好的耐久性能和经济性能将成为环境功能材料研究的主攻方向。 1-6 环境材料是材料和环境两大学科之间的一个交叉学科。考虑如何从交叉学科这个角度去发展环境材料。 环境材料作为跨材料和环境两大领域的一门新兴交叉学科，在保持资源平衡。能量平衡和环境平衡，实现社会和经济的可持续发展等方面产生着积极的作用。将环境性能融入21世纪所有的新材料开发，完善材料环境负担性评价的理论体系，开发各种环境相容性新材料及绿色产品，研究降低材料环境负担性的新工艺、新技术和新方法，也将成为21世纪材料科学与技术发展的一个主导方向。
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。
环境工程专业硕士研究生培养方案﹙083002﹚ 一、培养目标 为了培养德、智、体全面发展的环境工程专业人才，要求所培养的硕士研究生： 1、具有高度的政治理论水平和觉悟，认真学习邓小平理论，坚持四项基本原则，能够用辩证唯物主义观点观察和分析事物。遵纪守法，有良好的道德品质和团结合作精神。爱祖国、爱人民、热爱社会主义，为我国的社会主义建设服务。 2、具有严谨的治学态度，实事求是的科学精神，坚实的环境工程基础理论知识、专业知识及熟练的实验技能。能够独立进行科学研究，勇于探索、创新，能够利用现代先进的技术和手段，解决环境污染的理论与实际问题，能够熟练地阅读英文专业书刊，并能用英文撰写环境工程专业方面的研究论文。并能够胜任政府部门、规划部门、环保部门、设计单位、工矿企业、科研机构、高等院校的环境技术管理、设计、施工、科研、教学和研究开发等工作。 3、身体健康。 二、研究方向 A、水污染控制； B、大气污染控制； C、环境监测技术； D、固体废弃物资源化； E、环境功能材料。 三、学习年限 学习年限为三年。大约用一年时间完成硕士学位必修课和选修课的学习，至少获得35学分；另约二年时间进行科学研究，完成硕士学位论文并通过答辩。如果研究生在三年中尚未完成学业，经批准可适当延长学习时间，但最多不得超过二年。 四、课程设置 见课程设置表。 五、考核方式 研究生的必修课（公共课、专业基础课、专业课）均为考试课程，选修课可根据情况采取考试或考查的方式进行考核。考试课程按百分制评定成绩，学位课75分为合格；考查课程按优秀、良好、及格和不及格四级记分制评定成绩。考核成绩由主讲教师评定并签名后交学院研究生教学秘书，登记在《研究生成绩登记表》中。 六、学位论文 研究生在导师指导下，通过调查研究和查阅文献，确定自己的学位论文题目及研究提纲。由研究生本人在第三学期以书面形式写出开题报告，在教研室进行交流和修改。研究题目应有学术意义或实用价值。研究生应在导师的指导下独立开展研究工作并完成整个学位论文。
环境材料学复习重点 一、名词解释（6个） 1、环境材料：是指在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的 人类所需材料。 2、材料环境负荷值：指对某一具体材料在其生产过程中耗用的资源和能源的多少，以及其 向环境排放的废弃物（气态、固态和液态之和）多少的综合值。 3、材料的生命周期：是指从原料采集和处理、材料制造、产品制造、运输、销售、使用、 再循环、直至最终处理和废弃等环节组成的生命链。 4、生命周期评价（LCA）：是对材料和产品进行环境表现分析的一种重要方法。具体是通 过确定和量化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废弃物排放，来评估某一产品、过程或事件的环境负荷。 5、酸雨：大气中二氧化硫和一氧化氮在强光照射下进行光化学作用，并和水汽结合而形成 硫酸和硝酸，使得雨雪pH下降，一般将pH小于5.6的雨称为酸雨。 6、再生资源：在社会的生产、流通、消费过程中产生的不再具有使用价值而以各种形式储 存，但可以通过不同的加工途径而使其重新获得使用价值的各种物料的总称。 7、循环经济：是指在人、自然资源和科学技术的大系统内，在资源投入、企业生产、产品 消费及其废弃的全过程中，把传统的依赖资源消耗的线形增长的经济，转变为依靠生态型资源循环来发展的经济。 8、腐植酸：是动、植物遗骸，主要是植物遗骸经过微生物的分解和转化，以及地球化学的 一系列过程形成和积累起来的一类有机物质，广泛存在于风化煤、泥炭和褐煤中。 9、避害技术：将有害物留在生产过程内部处理，将有害物在进入环境之前转化为无害物， 在排放到环境以前进行消化，避免污染环境生态加工技术。 10、材料生产的资源效率：某一生产过程中所产出的所有产品占所投入原料总量的百分比。 11、固体废弃物：指人类在生产、加工、流通、消费以及生活等过程中提取目的组分之后而 被丢弃的固体泥浆状的物质。 12、复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的材料。 13、吸附材料：具有多孔结构和巨大的比表面积的材料，常见有活性炭，活性炭纤维，沸石 分子筛，活性氧化铝等。 14、PM2.5：指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。 二、填空题（4个） 1、全球面临的五大环境问题包括温室效应、臭氧层破坏、有毒物质污染、酸雨、生态环境 破坏。 2、可降解塑料的三种类型：光降解型、生物降解型、光生物降解型。 3、环境材料的生态设计目标考虑的要素包括：先进性、协调性、舒适性。 4、我国“十二五”提出的环保四项约束性减排指标分别是：SO2、NOx、COD、NH4-N。 5、生态加工技术包括：再循环利用技术、避害技术、控制技术、补救修复技术。 6、材料资源的系统物质流包括：自然物质流、经济物质流、废弃物质流。 7、清洁生产的内容：1）能源2）生产过程3）产品。 8、膜材料按照孔径大小分为三种：微滤、超滤、纳滤。 三、简答题（3个） 1、简述一次能源与二次能源及其区别。 答：能源是指能提供能量的自然资源，它可以为人类提供所需要的电能、热能、机械能、光能、声能等。能源按照形成条件以二类：一类是在自然界现存在，可以用一定技术开发取得，
环境工程专业硕士研究生培养方案 （2018年修订） 专业代码：083002 一、培养目标 1. 具有过硬的政治理论素养，坚定正确的政治方向，拥护中国共产党的领导；坚持四项基本原则，热爱祖国、遵纪守法、坚持真理、献身科学、学风正派、身心健康，有良好的道德品质和团结合作精神。 2. 具有正确的学术思想和良好的科学素养，了解环境科学的发展进程与趋势，勇于探索、创新；具有高度的环境意识和环境保护事业赋予的责任感，能够面向国际环境科学研究的前沿，为社会主义现代化建设服务。 3. 具备环境工程方面扎实的基础知识及解决实际环境问题的技能和能力；熟悉本专业发展前沿和学术动态；具备从事高等学校、科研机构、政府部门、环保企业单位的教学、研究及管理工作的能力。具备环境工程设计、施工和运营管理的能力。 4. 具有从事本学科科研领域研究方案设计、环境污染防治与修复原理技术研究及成果转化的能力，能够解决实际环境问题。 二、研究方向 本专业主要研究方向： 1.水污染控制技术 2.大气污染控制技术 3.固体废物资源化 4.土壤污染修复技术 三、学习年限 基本学习年限为三年。硕士学位必修课和选修课的学习需用一年时间完成，至少获得34学分（其中必修课不少于23学分）；另约二年时间进行科学研究，完成硕士学位论文并通过答辩。如果研究生在三年中尚未完成学业，经批准最多可延长三年。 四、课程设置 见课程设置表。 五、课程学习
研究生的必修课（A、B、C）均为考试课程，选修课（D）可根据情况采取考试或考查的方式进行考核。考试课程按百分制评定成绩，学位课75分为合格；考查课程按优秀（90—100分）、良好（80—89分）、中等（70—79分）、及格（60—69分）和不及格（60分以下）五级记分制评定成绩。考核成绩由主讲教师评定并签名后交学院研究生教学秘书，登记在《研究生成绩登记表》中。 六、学位论文 学位论文的选题应体现本学科领域的前沿性和先进性，要与导师的科研任务相结合，符合国家社会经济发展的需求。研究生须在导师指导下，通过调查研究和查阅文献，确定自己的学位论文题目及研究提纲。 学位论文工作必须在导师的指导下，由研究生独立完成，应注意培养研究生的文献查阅能力、实验能力、数据分析与处理能力等。学位论文一般应包括：中、外文摘要、引言和评述、主要研究内容和结果的讨论，以及参考文献和必要的附录。学位论文实行盲审制度，研究生必须在答辩前一个半月递交毕业论文。盲审论文送审两份，若送审评议结果有一份不合格，经院学位委员会确认达不到学位论文要求，学生将延期一年再递交论文盲审通过后答辩；如果评议结果中有修改后再送审要求，修改后再送审，通过后方可答辩。学位论文答辩委员会由具有高级专业技术职务的专家5－7人组成，答辩委员会主席由校外专家担任，导师不参加学位论文答辩委员会。 七、培养方式与方法 硕士生的培养采取系统理论学习、进行科学研究和参加实践活动相结合的方法。既要使研究生牢固掌握基础理论和专门知识，又要培养他们具有从事科学研究、高校教学或独立担负专门业务工作的能力。在指导方式上采取导师个别指导和院系集体培养相结合，既要发挥导师的指导作用，又要善于利用院系集体培养的优势。 导师应教书育人，为人师表，全面关心研究生的成长，深入了解研究生各方面的情况，对研究生的困难应及时给予帮助或向有关部门反映。对研究生的学习和科研应严格要求，根据他们的原有基础和具体情况制订相应的培养措施，着重培养他们的自学能力和独立工作能力，并培养他们实事求是的科学态度和勤奋严谨的工作作风。 研究生应积极参加院系组织的学术讲座、学术报告和学术讨论会等有关学术活动（不少于10次，且不少于全部学术活动总数的60%），扩大自己的知识面和提高自己的学术水平。每次学术报告的参加者要有记录。院系要为研究生定期安排学生之间的讨论会和报告会，使他们在实践中得到锻炼并提高自身的表达能力和写作能力。
环境材料学作业 1.用无害的技术和工艺替代有害和污染的工艺是减缓环境恶化的一项有效措施，试分析环 境替代材料的研究现状及发展趋势。 2.用自己的理解给出环境材料的定义。 3.从人类的历史进程分析材料科学与技术的发展，找出材料与环境的关系。 4.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。 5.分析环境材料的研究内容应该包括哪几部分？ 6.环境材料是材料和环境两大学科之间的一个交叉学科，考虑如何从交及学科这个角度去 发展环境材料。 7.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。 8.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，考虑材料生产在理想的生态工业过程中的地位和作用。 9.分析材料的环境影响须应用LCA方法，分析资源效率要用到材料流理论。这两种方法都 是基于物质不灭和能量守恒原理建立起来的，试分析一下两者的异同之处。 10.从如何提高材料生产及使用的资源效率的角度，综述物质流分析方法的研究现状及发展 趋势。 11.在F-10理论中，强调只有将资源和能源效率提高10倍，才能消除由于人口增长及经济规 模扩大给环境带来的负面影响。在材料工业中要达到这一目标，你认为科学技术、管理和人才等因素各占多大比重，用数据说明最重要的影响因素是什么。 12.你认为材料的生态设计应该从哪几个角度考虑，应包括哪些内容，请按重要性排序。 13.作为一名材料工程师，你的公司需要你去开发一种新材料，你将如何考虑这种新材料的 环境性能？ 14.从环保的角度分析一下，再生设计是属于末端治理还是初始端治理？ 15.与生态工业学相比较清洁生产的局限性表现在哪些方面？ 16.侧重末端治理的主要问题表现在哪几个方面？ 17.选择一个你所熟悉的产品、事件或过程用LCA方法进行环境影响评价。
深圳大学课程教学大纲 课程编号: 23209928 课程名称: 环境材料 开课院系: 材料学院 制订(修订)人: 杨海朋 审核人: 批准人： 2007年 7月18日制(修)订
课程名称: 环境材料 英文名称: Ecological Materials 总学时: 36 其中:实验课 0 学时 学分: 2 先修课程: 无 教材:《环境材料》，孙胜龙主编，化学工业出版社2002年 参考教材:《环境材料学》，翁端主编，清华大学出版社2001年 授课对象：材料科学与工程 课程性质: 专业选修 教学目标: 全面介绍各类环境材料，使学生系统地掌握材料在开发、应用、制备、加工、再生等过程中对环境造成的各种影响，在此基础上了解环境材料在不同领域中的应用情况。学生在完成本课程学习后，应能够： 1. 了解各类材料在整个生命周期内对环境可能造成的危害； 2. 积极主动地使用环境材料，自觉地去研究和开发环境材料。课程简介: 环境材料科学是20世纪末发展起来的一门新兴学科，它是环境科学与材料科学相互渗透、相互结合的交叉学科。本课程系统地介绍了当前不同领域中形成的不同环境材料，包括绿色包装材料、环境降解材料、绿色建筑材料、环境净化材料、环境替代材料、微生物环境材料、废弃物利用、能源及新能源材料、自然岩石（矿物）材料、仿
生保健材料、纳米材料和环境修复材料等。学习本课程重点在于深入理解环境材料这一概念的内涵，系统地了解材料在开发、应用、制备、加工、再生等过程中对环境造成了哪些方面的影响，在此基础上了解环境材料在不同领域中的应用情况。本课程在教学上注重结合生活中的各种环境问题，如水污染，装修污染等，来介绍解决相关问题的各种环境材料。 教学内容： 1.环境材料概论 环境材料概念的建立过程；环境材料研究的内容；研究环境材料的意义；环境材料的研究历史；研究环境材料应注意的几个问题 2.环境材料评价方法 环境材料的判别依据；生命周期评价方法；生命周期评价方法运用实例；生命周期评价方法的局限性； 3.绿色包装材料 包装与环境的相互关系；绿色包装材料的类型；绿色包装材料的发展方向；绿色包装材料开发与设计原则；包装材料的法规与政策； 4.环境降解材料—降解塑料 普通塑料的环境负荷；降解塑料的主要类型及其制备；塑料降解机理；降解塑料在生产和生活中的应用；当前降解塑料存在问题与今后的发展趋势； 5. 绿色建筑材料 常见的传统建材及其环境危害；绿色涂料的类型；新型生态建筑
环境材料学考试复习 1.材料：人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。 2.材料分类： 按照物理化学属性：包括金属、有机高分子、无机非金属材料及复合材料 按照性能：功能材料、结构材料 按照用途：电子材料、建筑材料、能源材料、生物材料、航空航天材料、核材料、医用、包装、耐火等 3.按照应用程度：传统材料、新材料 4.材料科学：研究材料的组织、结构与性质的关系，探索自然规律。（偏重基础研究） 5.材料工程：材料必须通过合理的工艺流程才能制备出具有实用价值的材料，通过批量生 产才能成为工程材料。（偏工艺） 6.材料科学与工程：研究材料组成、结构、生产过程、材料性能与使用效能以及它们之间 的关系。 7.材料四要素：性质，组成与结构，使用性能，合成与制备过程。 8.材料产业发展必须： 改变大量消耗资源、大量消耗能源、大量废弃及污染环境的现状 走与资源、能源和环境相协调的道路才是可持续发展的。 9.生态环境材料特点： 先进性，具有优良的使用性能，能为人类开拓更为广阔的活动范围和环境 环境协调性，能减轻地球环境的负担或者实现枯竭性资源的完全循环利用 舒适性，人们乐于接受和使用，使活动范围中的人类生活环境更加繁荣、舒适 10.生态环境材料指：同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或者能够改善环境的 材料。 11.环境协调性是指：资源、能源消耗少，环境污染小和循环再利用率高 12.固体废弃物：是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利 用价值但被抛弃或者放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。 13.固体废弃物的特点：量大、类多、成分复杂；污染滞留长、危害强；治理终端，污染源 头。 14.固废处置：一方面，源头，减少、避免产生；另一方面，在利用、处理处置中，需要避 免二次污染。 15.固废对环境的危害：占用土地、污染土地、污染水体、污染空气、影响环境卫生、其他 危害。 16.“三化”原则： 资源化，资源化就是指采用适当的技术从固体废物中回收有用组分和能源，加速物质和能源的循环，再创经济价值的方法。 无害化，无害化是指对已产生又无法或暂时尚不能资源化利用的固体废物，经过物理、化学或生物方法，进行对环境无害或低危害的安全处理、处置，达到废物的消毒、解毒或稳定化，以防止并减少固体废物的污染危害。 减量化，减量化就是通过适宜的手段减少固体废物数量、体积，并尽可能地减少固体废物的种类、降低危险废物的有害成分浓度、减轻或清除其危险特性等 17.资源化的途径：物质回收、物质转化、能量转化。 18.“3C原则”：clean（避免产生），cycle（综合利用），control（妥善处置）
纳米TiO2材料 杨岳洋2015012012 目录 摘要 (2) 前言 (2) 简要介绍 (2) 一、TiO2的结构与性质介绍 (2) 二、TiO2光催化作用介绍 (4) 三、TiO2的制备方法介绍 (5) 1.气相法制备二氧化钛 (5) （1）物理气相沉积法 (5) （2）化学气相沉积法 (5) 2.液相法制备纳米二氧化钛 (5) （1）以硫酸氧钛为原料 (5) （2）溶胶-凝胶法 (5) （3）沉淀法 (6) 3.固相法合成纳米二氧化钛 (6) 主要进展 (6) 一、杀菌功能方面研究的进展 (6) 1．纳米二氧化钛抗菌特点 (7) 2．纳米二氧化钛的抗菌原理 (7) 3．国内外对纳米二氧化钛抗菌性的研究及应用实例 (7) 二、防紫外线功能方面研究的进展 (8) 三、光催化功能方面研究的进展 (9) 1．气体净化 (9) 2．处理有机废水 (9) 3．处理无机污水 (9) 四、防雾及自清洁功能方面研究的进展 (10) 五、纳米二氧化钛可作为锂电池、太阳能电池原料 (10) 六、在替代PVA上研究的进展 (10) 七、其它功能方面研究的进展 (11) 未来展望 (11) 归纳总结 (12) 一、研究难点 (12) 二、国内发展状况 (12) 三、应加强的研究方向 (13) 参考文献 (13)
摘要 本文主要以查阅大量文献的方式，而写出的一篇文献综述，以纳米TiO2材料本文以纳米TiO2材料的研发状况、应用及未来发展趋势为中心，介绍TiO2 的结构与性质，纳米TiO2的光催化特性，纳米TiO2的制备方法，纳米TiO2的应用，并根据我国纳米TiO2科研以及生产情况，指出我国纳米TiO2发展中存在的机遇与挑战，并展望了其近期的发展方向。 前言 近年来，纳米TiO2因其具有特殊的光、电等方面的性质，而成为材料科学领域研究热点。纳米TiO2的光催化作用可以把光能转变为电能和化学能，实现许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应，利用太阳光作为可见光源来活化纳米TiO2，使其在室温下进行氧化还原反应，可以杀灭有害菌，清除污染物。此外，纳米TiO2本身具有优良的化学稳定性、无毒性、抗菌性广、长效，因此纳米TiO2已成为一种理想的治理环境的材料，在治理污染方面具有巨大的潜在应用价值。另外，纳米TiO2也被广泛地应用于人们的日常生活中，如用于太阳能电池、太阳能污水处理器、空气净化器、自清洁材料、化妆品、防护漆、抗菌材料、精细陶瓷及建筑材料等领域。目前，关于纳米TiO2的制备国内外研究都较多，人们已经得到多种制备纳米TiO2方法。 简要介绍 一、TiO2的结构与性质介绍 TiO 在自然界中存在三种晶体结构：金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，其中 2 具有较高的催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性[4]最佳。金红石型和锐钛矿型TiO 2 锐钛矿型和金红石型的晶型结构均由相互连接的TiO 八面体组成，两者的差别在 2 于八面体的畸变程度和八面体间相互连接的方式不同。两种晶型结构如图1-1所示[5]
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。
1.简述材料在社会经济发展中的地位及其重要作用。 ①材料是国民经济和社会发展的基础和先导，与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。 ②16 实际以来，人类经历了两次世界范围的产业革命，均离不开新材料的开发。 ③21 世纪的经济仍然是建立在物质基础之上，随着世界经济的快速发展和人类生活水平的提高，现代社会对材 料及其产品的需求增长也更加迅猛。 2.用自己的理解给出生态环境材料的定义。 ①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。（注意：环境、使用、经济三个性能） ②生态环境材料实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，或者那些直接具有净化和修复环境等功能的材料。 3.生态环境材料的特征是什么？ 从材料本身性质来看，主要特征是： ①无毒无害、减少污染，包括避免温室效应和臭氧层破坏等。②全寿命过程对资源和能源消耗少。③可再生循环利用，容易回收。④材料的高使用效率等。 按照有关的研究报道和生态环境材料的要求，其特征有：①节约能源；②节约资源；③可重复使用；④可循环再生； ⑤结构可靠性；⑥化学稳定性；⑦生物安全性；⑧有毒、有害替代；⑨舒适性；⑩环境清洁、治理功能。 4.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）：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5．材料是如何分类的？研究材料的四要素是什么？ 根据材料的物理和化学属性分为：金属材料、非金属材料、有机高分子材料、复合材料；研究材料的四要素是：组成、结构、加工工艺及性能与用途。 6.在材料的合成与加工技术工艺过程中，如何赋予其环境协调功能? 通过分析材料的环境影响特征，得出环境负荷流动结构，将传统的材料和产品设计方法与LCA 方法相结合，从环境协调性的角度对材料和产品进行设计（即环境协调性设计），并结合LCA 思想，从实际生产过程出发，提出切实可行的生产工艺的改进措施。对大量消耗的基础材料产 业的生产等过程进行环境协调性改造，从根本上提高资源、能源利用效率，减少和消除污染以实现零排放工程，是材料产业环境协调性发展的治本之道。（还要用自己的 话阐述一下） 7.什么是生态设计？生态设计的目标是什么? 生态设计（ED）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，故 又称为生命周期工程设计、绿色设计，或为环境而设计。生态设计的目标是降低各个过程综合环境负荷指标和降低总影响评价值。 8.生态设计与传统设计的根本区别是什么？ 生态设计应使传统材料设计思想有新的转变。 传统设计是依据技术、经济性能、市场需求和相应的设计规范，着重追求生产效率、保证质量、自动化等以制造为中心的设计思想，将使用的安全、环境影响和废弃后的回收处理留给用户和社会。 生态设计的基本思想是在设计过程中考虑到材料和产品的整个生命周期对生态环境的负作用，将其控制在最小 范围之内或最终消除；要求材料减少对生态环境的影响，同时做到材料设计和结构设计相融合，将局部的设计方 法统一为一个有机整体，达到最优化。 9.生态设计的准则与目标是什么？ ①减少拆卸工作量；②可预见性；③易于处理；④易于分离；⑤减少多样性 10.金属材料再生循环设计的基本原则及其相应的技术措施是什么？基本原则：材料可循环再生设计是在设计阶段就充分考虑材料的循环再生性，不仅比后期处理难度小，而且效益高。 相应的技术措施：通过加入最少的元素、循环容许的元素，或通过固溶强化、微细化强化、加工强化、相变组织强化 等保障材料性能，使材料可以循环再生。 11.可持续发展: 既可满足当代人的需要，又不损害后代人需求的发展，就是说经济建设与人口、资源和环境要协调发展，既能达到发展经济的目的，又能保护人类赖以生存的自然资源和 环境，使人类能够连续不断地发展。 12.清洁生产的含义是什么？ 对生产过程及其产品连续地实施集成的、预防性的环境 保护战略，以减少生产对人类及其环境的风险，就过程而言，它包括节约原料和能源，革除有毒原材料的使用，减 少各种废物排放量和危害性，对于产品而言，则要求减少从生产原材料到产品报废后最终处理的“产品生命周期” 对人类及其环境的不利影响。 13.清洁生产包括那些内容？ ①选择清洁原材料和能源。②选择无污染和少污染的替代产品和清洁工艺、设备。③强化生产技术管理和技术改造，提高物质流在生产全过程中资源、能源综合利用率。④减少生产排泄物，以最小量的投入获得最高的产出、最少的污染，并高效率、低费用处理和处置必排的少量污染物。 14.什么是3R 原则？ ①减量化原则（Reduce）：要求用较少的原料和能源投入， 达到既定的生产目的或消费目的，以便从经 济活动的源头就注意节约资源和减少污染。 ②再使用原则（Reuse）:要求产品和包装能够以初始形式 使用和反复使用，减少一次性用品，延长产品 使用寿命。③再循环原则（Recycle）:生产出来的制品在完成其使用功能后能重新变成可以利用的资源而不是 不可 恢复的垃圾。生产一件制品只是完成了一半工作，关键是应设计好在制品达到寿命期后如何处理。 15.净化大气中的氮氧化物通常有哪些方法？ 主要有吸收法、吸附法和催化还原法。①液体吸收法：用水或酸、碱、盐的水溶液来吸收大气中的氮氧化物，以达到净化的目的。②活性炭吸附法：活性炭对低含量的氮氧化物有很强的吸附能力。③催化还原法：在一定温度和有催化剂存在的条件下将氮氧化物还原为无害的氮气和水。 16.综述全球气候变暖的技术措施。（主观题） ①保护森林、造林绿化是减少温室效应的重要措施。 ②减少CO2 的排放量是减缓增温的重要保证。因 此，我们应提高能源利用效率和采用清洁能源。 17.综述防治重金属污染有那些方法与途径。（主观题） 重金属污染物治理传统上主要依靠化学处理法，优先控制排放的含六价铬废水的现行处理方法是化学还原法、电解法、离子交换法、活性炭吸附法和反渗透法等其中主要使用的是化学还原法，常用的还原剂有焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、连二亚硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫、水合獍和铁粉等。 至于对多数含低价态重金属污染物的治理还采用硫化法或絮凝法。通常会利用天然矿物材料作为吸附剂来 处理水中或者土壤中的重金属污染。主要的黏土矿物有 沸石、蒙脱土、高岭土等。 《环境材料学》复习题 1.材料是国民经济和社会发展的基础和先导，与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。 2.在我国资源的开发和利用中面临“高投入、低效率、高污染”的问题。 3.材料的生产和使用对资源的间接消耗指：在材料的运输、储藏、包装、管理、流通、人工、环境迁移等环节造成的资源消耗
环境工程专业硕士研究生培养方案 ﹙专业代码：083002﹚ 一、培养目标 1、具有过硬的政治理论素养，坚定正确的政治方向，拥护中国共产党的领导；遵纪守法，学风正派，身心健康，有良好的道德品质和团结合作精神；贯彻执行科学发展观，能够面向国际环境科学研究的前沿，为社会主义现代化建设服务。 2、具有正确的学术思想和良好的科学素养，了解国际环境科学发展趋势，勇于探索、创新；具有从事环境科学研究与实际工作的学科基础和基本技能。 3、能够独立进行科学研究，利用现代先进的技术和手段，解决环境污染的理论与实际问题；熟练查阅中外文专业文献，并能撰写环境工程专业方面的研究论文。 二、研究方向 本专业主要研究方向： 1、水污染控制 2、大气污染控制 3、固体废物资源化 4、土壤修复 三、学习年限 学习年限为三年。大约用一年时间完成硕士学位必修课和选修课的学习，至少获得34学分；另约二年时间进行科学研究，完成硕士学位论文并通过答辩。如果研究生在三年中尚未完成学业，经批准可适当延长学习时间，但最多不得超过二年。 四、课程设置 见课程设置表。 五、考核方式 研究生的必修课（公共课、专业基础课、专业课）均为考试课程，选修课可根据情况采取考试或考查的方式进行考核。考试课程按百分制评定成绩，学位课75分为合格；考查课程按优秀、良好、及格和不及格四级记分制评定成绩。考核成绩由主讲教师评定并签名后交学院研究生教学秘书，登记在《研究生成绩登记表》中。 六、学位论文 研究生在导师指导下，通过调查研究和查阅文献，确定自己的学位论文题目及研究
提纲。由研究生本人在第三学期以书面形式写出开题报告，开题报告经导师审阅后，须公开答辩，接受检查，获得认可后，方可实施。研究题目应有学术意义或实用价值。研究生应在导师的指导下独立开展研究工作并完成整个学位论文。学位论文一般应包括：中、外文摘要、引言和评述、主要研究内容和结果的讨论，以及参考文献和必要的附录。在研究生进行学位论文的研究和撰写期间，导师应及时了解工作进展情况，并定期向院系报告。第四学期院系要组织一次研究生论文工作的阶段性工作汇报会。研究生论文完成后（应在5月份前完成论文的撰写、修改、印刷等工作）向院系提出进行论文答辩的申请，经批准后由院系确定论文评阅人和答辩委员会成员，并根据学校有关规定进行论文评审和答辩工作（答辩时间为5月下旬或6月上旬）。 七、培养方式与方法 硕士生的培养采取系统理论学习、进行科学研究和参加实践活动相结合的方法。既要使研究生牢固掌握基础理论和专门知识，又要培养他们具有从事科学研究、高校教学或独立担负专门业务工作的能力。在指导方式上采取导师个别指导和院系集体培养相结合，既要发挥导师的指导作用，又要善于利用院系集体培养的优势。 导师应教书育人，为人师表，全面关心研究生的成长，深入了解研究生各方面的情况，对研究生的困难应及时给予帮助或向有关部门反映。对研究生的学习和科研应严格要求，根据他们的原有基础和具体情况制订相应的培养措施，着重培养他们的自学能力和独立工作能力，并培养他们实事求是的科学态度和勤奋严谨的工作作风。 研究生应积极参加院系组织的学术讲座、学术报告和学术讨论会等有关学术活动（不少于10次），扩大自己的知识面和提高自己的学术水平。每次学术报告的参加者要有记录。院系要为研究生定期安排学生之间的讨论会和报告会，使他们在实践中得到锻炼并提高自身的表达能力和写作能力。 八、教学实践 教学实践是研究生的必修环节。研究生参加教学实践必须面向大学本、专科学生，参加教学第一线工作。教学实践活动的内容，可以是协助教师辅导答疑、批改作业、主持课堂讨论、协助导师指导本科生毕业论文等，或在教师指导下讲授一定时数的专业基础课。 研究生教学实践的工作量不少于36个学时，可按周次分散使用，也可相对集中，经教学实践考核合格者记2学分。研究生一般不得免修教学实践。具有两年以上高校教龄者方可申请免修，免修须经院主管领导批准。