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(完整word版)《环境材料概论》复习参考资料(答案)(1)

《环境材料概论》复习思考题

1-1.简述材料在社会经济发展中的地位及其重要作用。(看书用自己的话说说)

答: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、16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。

3、21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。

1-2.用自己的理解给出生态环境材料的定义。

答: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。

1-3.生态环境材料的特征是什么?

答: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。1-4.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)

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

1-5.画出传统材料和生态环境材料的材料—环境系统图并说明两者的区别与联系。

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2-1.材料是如何分类的?研究材料的四要素是什么?

答: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。

2-2.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?

答: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)

2-3.化学元素在环境中的分布特征是什么?

答:1、普遍性

在自然界中,构成物质的元素有90多种,它们不仅广泛存在于宇宙中,而且均存在于地壳层中有矿物、岩石和土壤等构成的各种地质体中,从而体现出化学元素分布的普遍性。

2、富集性

化学元素在地壳中的含量分布不仅相差很大,而且很不均衡。由于某些地质条件的作用促使有用的化学元素发生富集现象,即表现出富集性。

3、共生性

地壳中的化学元素具有富集性,但这种富集是一种多组元的共生富集,体现出了其分布的第三个特性,即共生性或复合性。

2-4.什么是材料流和材料流分析?

答:材料流:也可以称为物质流,从材料的全寿命周期分析,从资源开车开始,包括采矿、选矿、提炼或冶金制备、加工、储运销售、使用、维修再使用,直至废弃,每一个环节都会向环境排放废弃物。

材料流也可以说是材料背负的生态负荷或称生态包袱(Ecological Rucksack).

材料流分析指的是对材料物理流动的分析,它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,找出环境压力的直接来源,进而通过技术措施,提出相应的减少环境压力的解决方案,提高资源效率,作为评价该地区、产业和行业及产品等发展的可持续性指标,为实现可持续发展的近、中期目标提供科学依据。

2-5.简述4倍因子和10倍因子理论含义?

答:(1)4倍西子理论提出的依据: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,将现在的资源和能源效率提高4倍,就有可能达到上述的目标。其宗旨是在社会经济和生产活动中,通过采取各种技术措施,将能源消耗、资源消耗降低一半,同时将生产效率提高一倍,即在同样能源消耗和资源消耗的水平上,得到了4倍的产出。

(2)10倍因子理论认为,为了保持现有的生态环境水平,我们必须通过提高资源效率来平衡和补偿对环境的破坏,必须继续减少全球的物质流量。据推测,人口按现在的水平发展对环境的影响将增加10倍,因此必须将资源效率和能源效率提高10倍。

3-1.分别给出SETAC和ISO对LCA的定义。

答:SETAC对LCA的定义: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、过程与事件的环境负荷;定量评价由于这些能源、物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响;辨别和评估改善环境(表现)的机会。评价过程应包括该产品、过程或事件的寿命全过程,包括原材料的提取与加工、制造、运输和销售、使用、再使用、维持、循环回收,直到最终的废弃。

ISO对LCA的定义:LCA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。这里的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。在LCA标准中,“产品”既可以指产品系统,也可以指服务系统。生命周期是指产品系统中前后衔接的一系列阶段,从原材料的获取或自然资源的生产,直至最终处置。

3-2.画出生命周期评价技术框架图并作简要说明。

生命周期评价的技术框架

ISO14040标准将生命周期评价的实施步骤分为目标和范围定义、清

单分析、影响评价和结果解释四个部分,如图所示。

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生命周期评价技术框架

(3) 目标和范围的确定

目标定义是要清楚地说明开展此项生命周期评价的目的和意图,以及研究结果的可能应用领域。研究范围的确定要足以保证研究的广度、深度与要求的目标一致,涉及的项目有:系统的功能、功能单位、系统边界、数据分配程序、环境影响类型、数据要求、假定的条件、限制条件、原始数据质量要求、对结果的评议类型、研究所需的报告类型和形式等。生命周期评价是一个反复的过程,在数据和信息的收集过程中,可能修正预先确定的范围来满足研究的目标,在某些情况下,也可能修正研究目标本身。

(4) 清单分析

清单分析是量化和评价所研究的产品、工艺或活动整个生命周期阶段资源和能量使用以及环境释放的过程。一种产品的生命周期评价将涉及到其每个部件的所有生命阶段,这包括从地球采集原材料和能源、把原材料加工成可使用的部件、中间产品的制造,将材料运输到每一个加工工序、所研究产品的制造、销售、使用、和最终废弃物的处置(包括循环、回用、焚烧或填埋等)等过程。

(5) 生命周期影响评价

国际标准化组织、美国“环境毒理学和化学学会”以及美国环保局都倾向于将影响评价定为一个“三步走”的模型,即分类、特征化和量化。

①分类:分类是将清单中的输入和输出数据组合成相对一致的环境影响类型。影响类型通常包括资源耗竭、生态影响和人类健康三大类,在每一大类下又有许多亚类。生命周期各阶段所使用的物质和能量以及所排放的污染物经分类整理后,可作为胁迫因子,在定义具体的影响类型时,应该关注相关的环境过程,这样有利于尽可能的根据这些过程的科学知识来进行影响评价。

②特征化:特征化主要是开发一种模型,这种模型能将清单提供的数据和其他辅助数据转译成描述影响的叙词。目前国际上使用的特征化模型主要有:负荷模型;当量模型;固有的化学特性模型;总体暴露-效应模型;点源暴露-效应模型。

③量化:量化是确定不同环境影响类型的相对贡献大小或权重,以期得到总的环境影响水平。

(6) 改进评价

改进评价是识别、评价并选择能减少研究系统整个生命周期内能源和物质消耗以及环境释放机会的过程。这些机会包括改变产品涉及、原材料的使用、工艺流程、消费者使用方式及废物管理等。美国环境毒理学和化学学会建议将改进评价分成三个步骤来完成,即识别改进的可能性、方案选择和可行性评价。在进行分析时,还必须包括敏感性分析和不确定性分析的内容。目前,改进评价的理论和方法研究较少。

(7) 生命周期评价的应用

生命周期评价作为一种评价产品、工艺或活动的整个生命周期环境后果的分析工具,迄今为止在私人企业和公共领域都有不少应用。

在私人企业,生命周期评价主要用于产品的比较和改进,典型的案例有布质和易处理婴儿尿布的比较,塑料杯和纸杯的比较,汉堡包聚苯乙烯和纸质包装盒的比较等。

在政府方面,生命周期评价主要用于公共政策的制定,其中最为普遍的适用于环境标志或生态标准的确定,许多国家和国际组织都要求将生命周期评价作为制定标志标准的方法。

生命周期评价还用来制订政策、法规和刺激市场等,如美国环保局在“空气清洁法修正案”中使用生命周期理论来评价不同能源方案的环境影响,还将生命周期评价用于制定污染防治政策;能源部用生命周期评价来检查托管电车使用效应和评价不同。在欧洲,生命周期评价已用于欧盟制定“包装和包装法”,比利时政府1993年作出决定,根据环境负荷大小对包装和产品征税,其中确定环境负荷大小采用的就是生命周期评价方法。丹麦政府和企业间的一个约定中也特别包含了生命周期评

价,并用3年时间对10种产品类型进行生命周期评价。

清洁生产、绿色产品、生态标志的提出和发展将会进一步推动生命周期评价的发展。目前,各国政策重点从末端治理转向控制污染源、进

行总量控制,这在一定程度上反映了现有法规制度无法单独承担对环境

和公共卫生造成的危机,从另一侧面也反映了生命周期评价将成为未来

制定环境问题长期政策的基础。从某一角度看,生命周期评价反映了现

有环境管理已转向向各类污染源最小化-排放最小化-负面影响最小化的

管理模式,这对实现可持续发展战略具有深远的意义。

3-3.画图说明LCIA的主要步骤。

3-4.LCA方法有那些局限性?根据LCA的原理,如何改进或避免这些不足?

答1、应用范围的局限性:作为一种环境管理工具,LCA只考虑生态环境、人体健康、资源消耗等方面的环境问题,而不涉及技术、经济或社会效果方面,目前仅仅是众多有助于做出决策的工具中的一种,所以还必须结合其他方面的信息来确定方案并采取行动。

2、评估范围的局限性:LCA的评估范围没有包括所有与环境相关的问题。LCA方

法也没有要求必须考虑环境法律的规定和限制。但在企业的环境政策和决策过程中,这些都是十分重要的方面。这种情况下应考虑结合其他的环境管理方法。

3、评估方法的局限性:LCA的评估方法既包括了客观,也包括了主观的成分,因此

它并不完全是一个科学问题。在LCA方法中主观性的选择、假设和价值判断涉及到多个方面,所有LCA的结论需要完整的解释说明。

4、时间和地域的局限性:无论LCA中的原始数据还是评估结果,都存在时间和地

域上的限制。在不同的时间和地域范围内,会有不同的环境清单数据,相应的评估结果也只适用于某个时间段和某个区域。由于研究结果通常针对对于全球和区域,所以可能不适用于一些具体地方;同时,某些地区或区域的实际情况也并不能完全代表全球或区域的状况。

3-5.选择一种用工业固体废弃物作建筑材料的实例,应用LCA方法分析这种废弃物再循环利用的环境影响。

选择钢渣等,用材料流分析来说一下!

4-1.什么是生态设计?生态设计的目标是什么?

答: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。

4-2.生态设计与传统设计的根本区别是什么?

答: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。

4-3.生态设计的准则与目标是什么?

答: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

4-4.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?

答: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。

5-1.清洁生产的含义是什么?

答: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。

5-2.清洁生产包括那些内容?

答: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。

5-3.举例说明如何利用工业废渣实现减少固体废物排放。(主观题,还要自己展开下!)答:冶金工业的废渣中的钢渣是量大面广的品种。为了适应钢铁工业的发展,消除渣害,不少国家注重于研究钢渣的利用,寻求利用量大、简易可行的钢渣利用途径。

1、用作冶金原料,在钢铁公司内部自行循环使用。

(1)作烧结熔剂

(2)作高炉或化铁炉熔剂

(3)从钢渣中回收废钢铁

2、用于建筑材料,用于公路路基、铁路路基以及作为水泥原料、改良土壤等。

(1)生产水泥

(2)生产高炉渣、钢渣玻璃与陶瓷

(3)代替碎石和细骨料,用于道路材料或用于其他利用途径

6-1.简述无机非金属材料的分类及特点。

答:无机非金属材料通常可以分为普通的(传统的)和先进的(新型的)两大类。

1、传统的无机非金属材料是工业和基本建设以及人民生活所必需的基础材料,它们的产量大,用途广。

2、先进无机非金属材料是现代新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础,也是发展现代国防和生物医学所不可缺少的。

无机非金属材料的结构赋予其化学稳定性高、电绝缘性好、高熔点、高强度、高硬度、韧性差、耐腐蚀、耐磨损、耐高温和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的电导性、铁磁性和压电性、铁电、磁致伸缩、光电、电光、透红外、生物相容等性能。

6-2.与金属材料和高分子材料相比,无机非金属材料具有那些性能特征?

答:1、原料特性:

无机非金属材料原料蕴藏量巨大。

传统无机非金属材料原料大多直接取自天然矿物,原料的环境负荷低。新型无机非金属材料或采用严格精选的天然原料,或者采用人工合成原料,会加重环境负荷。

2、生产工艺、技术特性

其生产工艺都有经过以下工序:粉料制备、成形、高温烧成和后处理。新型无机非金属材料的生产工艺过程基本上和普通材料类似,但生产条件控制要精细严格得多。

3、产业特点

传统无机非金属材料由于品种繁多,决定了其生产企业不集中,规模差异大,技术水平悬殊,资源消耗巨大,能耗大,环境问题严重。

6-3.传统无机非金属材料存在的主要生态环境问题有那些?需采取什么措施对其进行生态化改造?

答:传统无机非金属材料存在的主要生态环境问题有:

1、使用性能与环境协调性的矛盾是主要生态环境问题

2、土地资源占用和消耗量大、破坏严重

3、制备过程中能耗高

4、很难再循环利用

5、固体废弃物难处理

6、有毒有害添加剂和排放物问题

对其进行生态化改造的措施:

1、环境协调设计

2、用高新技术提升改造传统材料产业,提高产品品质、节能降耗、提高效益、减少或消除排放

3、充分利用工业废渣、城市垃圾、尾矿改变原料体系,减轻对地表的破坏

4、循环再生利用(闭路循环),零排放零废弃

5、发展替代材料,淘汰环境负荷重、对人体有毒害的材料

7-1.什么是3R原则?

答: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。

7-2.高分子生态环境材料研究的主要内容是什么?

答:1、高分子合成工业的绿色化

2、可降解高分子材料

3、高分子废弃物的再生循环技术

4、长寿命材料

5、环境友好的新型高分子功能材料

8-1.天然矿物环境材料具有哪些环境功能作用?

答:天然矿物环境材料对环境的功能作用,有多种表现形式,主要体现在矿物表面吸附性作用与矿物吸附剂,矿物孔道过滤性作用与矿物过滤剂和分子筛、矿物层间离子交换作用与矿物交换剂、矿物热效脱硫除尘作用与矿物添加剂等方面。

1、表面吸附作用

2、孔道过滤效应

3、结构调整作用

4、化学活性作用

5、物理效应作用

6、矿物与生物的交互作用

8-2.为什么说天然有机高分子材料是环境友好材料?

答:1、环境友好就是环境无害,环境友好材料的特征首先是节约资源和能源;其次是减少环境负荷;最后就是容易回收和循环再生利用。

2、天然有机高分子材料最显著的特点是生物可降解性,通常也以复合的形式存在,但

这些物质都可以在自然环境中降解进入良性循环,细菌、真菌等微生物使其结构、形态破坏,最终分解为水、二氧化碳和其他小分子即实现生物降解过程,从而减少了环境负荷,因而属于环境友好材料。

9-1.净化大气中的氮氧化物通常有哪些方法?

答: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。9-2.综述全球气候变暖的技术措施。(主观题)

答: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。

9-3.综述防治重金属污染有那些方法与途径。(主观题)

答: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。可以分别说说水体重金属污染和土壤重金属污染的防治!

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