循环型社会的生态环境材料.pdf

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1、第 2 8 卷第 5 期 2 0 0 9年 5月 中国材 料进展 MATERI AL S CHI NA Vo 1 2 8 NO 5 Ma v 2 0 0 9 聂祚仁 教授 循环 型社 会 的生态环境 材料 聂祚仁(北京工业大学材料科学与工程学院，北京1 0 0 1 2 4)摘 要：生态环境材料的概念已被广泛接受，研究的生态环境材料得到了实际应用。文章就近年 来源头无毒无害的材料及制品、节能环保的材料生产和使用技术、废弃材料的资源循环利用技术、天然资源 材料、生物降解材料，以及消除污染和修复环境 的环境 工程 材料等领域的发展进行 了概 要 介绍。关键词：生态环境材料；节能材料；环保材料；废物利

2、用 中图分类号：x 2 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 43 9 6 2 I 2 0 0 9)0 5 0 0 3 80 7 Ec o m a t e r i a l s f o r Ci r c u l a r S o c i e t y NI E Z u o r e n (C o e g e o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g，B e i j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，B e i j i n g 1 0 0 1 2 4，C

3、h i n a)Ab s t r a c t：E e o m a t e r i al s h a v e b e e n w i d 由 u s e d i n o u r l i f e a n d i n d u s t S o m e n e w p r o g r e s s i n f i e l d s s u c h a s m a t e r i als l i f e c y c l e a s s e s s me n t a n d e c o d e s i g n，h a z a r d o u s s u b s t a n c e f r e e ma t e

4、ri a l s，ma t e r i a l s w i t h h i g h e r r e e y e l a b i l i t y，n a t u r al r e s o u r c e ma t e ri a l s，b i o l o g i c a l d e g r a d a b i l i t y p o l y me r，p o l l u t i o n p r e v e n t i o n ma t e ri als，a n d e t c，w h i c h a r e r e l a t e d t o e c o ma-t e r i a l s r e

5、 s e a r c h a nd de v e l o pme n t，i s i nt r o d uc e d Ke y wo r d s：e c o m a t e r i a l s；e n e r g y s a v i n g m a t e ri al s；e e o f r i e n d l y ma t e ri als；w a s t e r e c y c l i n g 1 前 言 自然资源短缺和生态环境恶化严 重威胁着人类 生 存，制约社会经济发展。发达国家从 2 0世纪 7 0年代初 开始倡导可持续发展，实施一系列战略。经济社会发展 需要大量的各类原材料支撑。我

6、国材料工业能耗占全国 总能耗的 4 4，占工业总能耗 的 6 5，同时各类 污染 物排放量大，其中二氧化硫、废水、固体废弃物、烟尘 排放量分 别 占工业 生 产这 些 物质 排 放 总 量 的 3 2 ，4 8，6 0，9 4。这使资源、能源紧缺，生态环境恶 化加剧。因此，材料及其产业的资源节约与环境友好发 展是社会、经济可持续发展的物质基础，也是我国节能 减排的主体部分。生态环境材料(E e o ma t e ri a l s)是指满 足使用性 能的 同时又具有 良好环境 协调性 的材 料，其 主要 特征 是：无毒无害、污染小，包括避免温室效应和臭氧层 破坏等；全寿命过程对资源和能源消耗小；

7、可再生 循环利用、容易回收；使用效率高等。生态环境材料 收稿 日期：2 0 0 90 5 0 8 通信作者：聂祚仁，男，1 9 6 3年生，教授，博士生导师 强调由末端治理污染的材料转化为全生命周期与环境友 好 的材料，其种类 和研究范围主要包括源头无毒无害的 材料及制品、节能环保材料的生产和使用技术、废弃材 料资源的循环利用技术，以及消除污染和修复环境 的环 境工程材料等。随着可持续发展政策被各国政府的广泛采纳，生态 环境材料的市场需求迅速增加，众多的材料科学工作者 在研究替代有 害物质、减少废弃物、材料的再资源化、防止污染、净化环境、利用 自然能等方面，取得了诸多 进展。我国在国家科 技计

8、划 中，“九五”期 间开 始立项 研 究生态环境材料，“十五”国家8 6 3 计划设立了生态环境 材料专题。针对国家需求 目 标，体现最新发展趋势和面 临的绿色贸易壁垒，优先解决事关 国家长远发展和国家 安全的战略性、前沿性和前瞻性高技术问题，围绕国家 发展循环经济、节能减排的国策，缓解制约我国经济发 展的资源和能源压力，研究开发适应循环经济的材料及 产业关键技术，促进 了传统材料产业 的环境协调改 造升级，发展出一批具有 自主知识产权的高技术，培育 出高技术产业生长点，实现了跨越式发展，为我国发展 循环经济、促进工业领域节能减排做出了贡献。第 5 期 聂祚仁：循环型社会 的生态环境材料 3

9、9 与此同时，在材料专业技术人才培养方 面，许多高 校的材料类专业为适应社会经济发展需求，以科 学发展 观为指导，将资源节约与环境友好的理念引入到材料专 业 的人才培养方面，经过十余年的研究与实践，探索出 了有特色的以资源节约与环境友好理念为主导的材料专 业人才培养模式，使材料专业技术人才的培养直接服务 于资源节约型、环境友好型社会的建设 。2 材料环 境协调 性评价 与生态设 计 如何把节约资源、保护 环境意识 贯穿和 渗透于材 料和产品及加工制备 工艺的设计之 中，考虑 其整个生 命周期中的全部环境属性，即全生命周期设 计的生态 环境材料 与技 术，是 该 领域 科技 前 沿 发展 的整体

10、 趋 势。随着 I S 0 1 4 0 0 0和环 境 标志 的实施，材料 和产 品 开发将 引人生命周期评 价(L C A)方法，实现 材料从资 源、能源、成分、制备、使用 到循环再 生及废 弃全寿 命过程环 境协 调设 计 即生态设 计(E e o d e s i g n)，并 按环境协调性、物化 性质和功 能特性设计和 制备新材 料，设计最佳 的制备和加工 方法。这有赖于各类 材料 和产品的设计方法、基础数 据库、制备加工 和评 价方 法的发展。作为本领域 的一个 共性基础，目前全 世界 建立的材料及制 品环 境影 响数 据库 已超 过 1 0 0 0个，著名 的 也 有 1 0多 个，

11、出 现 了一 批 知 名 的 评 价 软 件。对 L C A 数 据 交 换，逐 步 形 成 了 统 一 的 S P O L D格式和相应的交换软件，有关 L C A数据交流 的 国际标 准 I S 0 C D 1 4 0 4 8 正在制定 中。我 国的材料全生命周期环境负荷研究及应用示 范，经过十多年研究积累，系统集成了材料全 生命周期分 析 的 L C A基础数据近十万条，形成材料 环境协调性分 析 和生态设计的支撑体系，已经走 向技术和商业应用。研 究成果为水泥、玻璃、建 陶工业清洁生产技术规范、产 品能源消耗限额等国家标准的制定提供了基本方法和基 础数据；研究低环境负荷原镁生产技术优化

12、和低环境负 荷水泥制备技术 等被 相关 企业采用；近年还完成 了 加拿大输入的轻型木结构建筑生命周期分析、中美加和 福特公司的镁质车体前端结构研究与开发等。在 已有研 究工作基础上，进行适应我 国国情并与 国际接轨的 L C A 商业化软件 的开发，以及数据质量 的优化 和商业 应 用是下一步要重点突破的技术难关。3 电子功能材料领域的毒害元素替代 电子产品更新换代和废弃速度快，发达国家逐步立 法禁用含毒害物质材料，特别是在电子类产品中不能含 有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯(P B B)或者聚合 溴化联苯乙醚(P B D E)等。我国信息产业部经济运行 司 的 电子信息产 品生产污染 防治

13、管理 办法 中的规定 与 欧盟的要求在时间上是同步的，电子产品的无铅化组装 已经 不可 回避。3 1 电子行业的无铅焊料 无铅焊接的全面导人需要解决很多问题，特别是无 铅焊料的产业化。一些主要的电子产品生产国家，在无 铅焊接 的研究 中有积极 的行动。日本的无铅化焊接进程 最快，美国也在加速无铅化焊接技术的开发与应用。已经实用化 的无铅焊料大体上分为 3大类别，即高 温的 s n A g系、s n c u系，中温的 s n z n系，以及 低温 的 s n B i 系等。国际锡研究协会(I T R I)的焊接技术研 究部门对已开发的主要无铅焊料进行 了综合性能试验 比 较。其 比较结 果为 s

14、 n-A g c u最好，而且是 目前使 用最 多的主流无铅 焊料 合金。回流焊 焊膏主要采用 S n A g C u 合金，而波峰焊采用较多 的还是 S n C u 合金。在焊膏 中 主要采用 9 6 5 S n一3 5 A g和 9 5 5 S n一4 0 A g一0 5 C u共 晶和近共晶合金 系；波峰焊采用 9 9 3 S n一 0 7 C u 共晶合 金系；手工焊接采用 9 9 3 S n一 0 7 C u合金系。除无铅焊料合金外，无铅助焊剂也是一个非常重要 的行业。目前国内助焊剂行业虽有大小公司不少于几百 家，主要供应松香基、免清洗等各种助焊剂，满足药芯 丝、焊膏、波峰焊、手工焊

15、等各种工艺的要求，但是 国 内公 司的主要产 品还是为含铅材料配合，同时陆续推出 无铅焊料用助焊剂。无铅助焊剂要求耐高温，同时活化 点要提高，以配合无铅焊料 的高熔点，因而在配方和成 本方面还存在很 多问题没有解决。当然，由于助焊剂的 原材料价格远低于合金本身，因此其价格变化还不是很 敏感。3 2替代放射性钍钨的多元复合稀土钨电极材料 钨电极是一类广泛应用于氩弧焊、等离子体焊接、喷涂、切割技术 和冶金工业中的关键热源材料。目前使 用的钨 电极 7 0 以上仍然是有放射性污染的钍钨 电极，严重污染着环境和危害人类健康。发达国家政府近年 已 开始 限制钍钨材料 的生产，相关厂商陆续将生产基地转 移

16、到发展中国家。多元复合稀土钨电极材料 不使用放射性元素钍，焊接性能优 于同规格钍钨 电极，实现 了该领域 的无放射 性污染 的绿色生产 和使用。生产过程 中采用 AP T为原 料直接与稀 土硝酸盐混合，省去 了 A P T煅烧 工序，以 及小电流烧结等，经济节能，成本 降低。目前新型多元 复合稀土钨电极产品已经实现了工业化规模生产和全球 市场销售，应用到工业、农业、国防等领域，极大地提 高了作业质量和效率。中国材料进展 第 2 8卷 4 材料回收再利用与废弃物资源化材料 循环利用再生资源是减 少天然资源消耗 的重要措 施。大宗结构材料，如钢铁、有色金属、玻璃等的回收 再生利用已形成工业规模。近

17、年来废 旧石化产 品的 再生和回收加工利用技术水平不断提高，其中含贵金属 催化剂 的回收利用技术、废橡胶制取超细胶粉、废塑料 生产化工涂料等 回收利用技术已得到推广应用。4 1生态 水泥 在废渣利用上，水泥工业的成绩非常显著。水泥材 料是 多组 分 的混合 物，从 理论 上 讲，凡 是可 以提供 C a O，S i O ，A 1 0，F e：O，的物质，均可作为水泥原料。传统的水泥生产采用石灰石、砂岩等天然矿物作原料，但从本质上讲，完全可以用其他含有类似成分的物质代 替，如电石渣、煤矸石、粉煤灰、炉渣、铜矿渣、铜尾 矿等。某些工业废渣的加入，不仅能够有效地节省水泥 熟料，更重要的是能够改善和提

18、高水泥 的性能，如经过 加工的矿渣可以提高硅酸盐水泥的抗渗、抗硫酸盐侵蚀 等性能。近年来随着混凝 土技术水 平 的不 断提高，矿渣、粉煤灰等工业废渣在作混凝土掺合料方面的应用 更广泛。由于水泥生产工艺过程具有高温、稳定和气固相热 交换充分等特点，利用水泥生产过程焚烧处理可燃 的工 业废弃物及生活垃圾中的可燃物，比其他的处理方法如 填埋或采用焚烧炉焚烧有独特的优势，水泥回转窑窑 内 气体温度高达 1 8 0 0，物料温度 1 4 5 0 o C，可保证有 机物焚烧完全；气体在 窑内停留时间 4 s以上，物料停 留时间超过 3 0 m i n，有充分 的焚烧时间；窑内高温 气体湍流强烈，使废弃物焚

19、烧更加彻底。同时水泥窑系 统高效的除尘设备保证了废气的净化，限制 了粉尘 的排 放。焚烧废弃物的残渣参与了水泥熟料 的形成过程，避 免 了二次处理。4 2 利废新型墙体材料 利用各种工业废渣生产新型建筑材料也是建材工业 消纳废渣的重要 途径。如利 用煤矸石、粉煤灰、电石 渣、炉渣等工业废渣生产各种新 型墙体材料、屋 面材 料、保温材料(各种墙体砖、砌块、条板、加气混凝土、矿棉等)，利用各种工业石膏(包括排烟脱硫石膏)生 产纸面石膏板，利用蔗渣等植物纤维生产纤维板等。我 国 实 心 粘 土 砖 每 年 要 耗 用 粘 土 约 1 0 m ，毁 田 3 3 0 0 0 h m ；耗标 煤 约 5

20、X 1 0 t，占全 国煤炭 产 量 的 3 5 ；排放粉尘 1 0。t 以上，占我 国全年工业烟尘、粉 尘排放总量的5；另外还排放 S O 约 1 1 51 0 t。由于墙体材料对原料的适应性比较强，只要对人体 和环境无害并能满足其生产工艺和产品要求便可。利废 墙体材料主要包括工业废渣类墙体材料、农业废渣类墙 体材料、建筑废渣类墙体材料三大类。新型的轻质混凝 土墙体材料资源利用效率高，并具有隔音、减震、保温 性能好等功能，降低了服役运行时的环境负荷。4 3 废弃电子电器设备回收利用 废弃电子电器设备(WE E E)已经成为城市垃圾的主 要来源之一。它们含有大量有毒、有害物质，处置不当 会带来

21、严重的环境 污染”。同时，它们又含有大量 的 有价值的物质，是可利用的宝贵资源。家电中使用纯度 很高的铁、铜、铝，以及金、银、铂等稀贵金属。回收 2 t 废旧家电可获得 1 t 铁，与高品位的铁矿相 同；回收 1 4 t 废旧家 电就可 获得 1 t 铜，而从 铜 矿 中提 炼则需 2 0 0 t；回收7 1 0 t 废旧家电可获得 1 t 金，而从金矿中 提炼则需 21 0 t(我国需要 31 0 t)。瑞典环境监测机构在对母乳中有害物质含量的跟踪 检测中，发现对人体危害很大的溴化阻燃剂含量大幅度 上升。研究发现，其污染源主要来 自家用 电器。集 中有 效地处理废弃电子电器设备，可以防止不正

22、确处理带来 的对环境的二次污染。回收技术成为电子工业 的一个关 键新焦点。目前的技术可以使计算机、电视和洗衣机等的回收 处理略有盈利，而由于氟利 昂处理技术复杂性，处理废 弃冰箱和空调仍是 负赢利。技术的改变受 到价值 的驱 使，最初的回收焦点是在贵金属，如金、银、钯，这些 工艺在接下来将会 大范围的发展。在大量 的可选 方法 中，包括化学溶解、物理拆除或破碎，一些工艺已经工 业范围内应用，还有许多方法需要证实有望可行。现在 一些解决方案，像离子流动法作为有潜力的新 的技术路 线开始吸引人们的注意力，或许可以用到高端产品的回 收利用。等离子屏幕就是这样 的一个例子，其 中铟锡氧 化物 回收是有

23、价值的研究方向。在废旧充电电池回收利 用技术方面，已实现了制造与原矿相竞争的钴镍粉体材 料的产业化技术，包括拆解、分类技术、快速分离提纯 技术、液相成形、高温成形技术与工艺，以及相关工艺 设备设计与制造技术，能生产 出适用于电池、合金等高 性能的镍粉、钴粉，其成 本仅相当于 7 0 原矿产品的 成本。5天然资源材料 自然界存 在的天然生物高分子 是巨大 的可再 生资 源，包括秸秆、植物的纤维素、淀粉、植物蛋 白质和动 物 的甲壳质、体外分 泌物(如蚕 丝、虫胶 和各 种蛋 白 质)等，可为人类提供丰富的原材料来源，而且其 第 5 期 聂祚仁：循环型社会的生态环境材料 4 1 制品都可 以在 自

24、然环境中实现生物降解。还有陶瓷化木 材、竹材等，通过碳化、热处理等可极大地提高这一类 天然材料 的利用效率，实现资源 的高效利用 和可再生 循环。5 1 秸秆墙材 与板材 秸秆是纤维组分含量很高的农作物残 留物，包括玉 米、水稻、小麦、棉 花、马 铃薯等 的秸秆。据 联合 国环境规划署报道，世界上种植的各种谷物，每年可提 供秸秆 1 71 0 t。据联合国粮农 组织统计，全世界农 作物秸秆纤维有 6 6 直接还 田或作为生 活能源而被烧 掉，1 9 作为房 屋建 筑材 料或 蔬菜 生产 覆 盖材 料等，1 2 作为草食家畜的饲料，另有 3 左右作为手工艺业 的原料。真正形成工业化规模生产的秸秆

25、纤维资源化利 用技术项 目不多。我国是一个农业大 国，秸秆资源非常 丰富，据农业部专家预测，到 2 0 1 0年我国的秸秆总产 量将达到 7 2 6 1 0 t。在全国不少地 区，大量的秸秆纤 维没有得到充分利用，多数在 田间付之一炬。这种处理 方法，不但浪费资源，而且造成了严重的环境污染。农业废渣类墙体材料主要有：麦秸人造板、麦秸均 质板、纸面草板、植物纤维水泥板等。5 2纤维素 天然纤维素 包括细菌纤维 素、海藻 和高等植物 棉花、苎麻、木材等均属于纤维素 I 型。由于大量羟基 的存在，纤维素容易形成很 强的分 子内和分 子间氢键，从而使纤维素具有很多优 良的性质；同时，也正是由于 强烈

26、的氢键作用，致使纤维素难 以熔融和溶解，给纤维 素的加工带来 困难。充分利用纤维素制备各种产品，不仅可 以保护环境 免受污染，同时可以节约有限的石油资源。纤维素、纤 维素复合 改性材料及衍生物产 品 ，除用 于塑料、纺 织和造纸等传统 工业外，还在食品、日用化工、医药、建筑、油田化学和生物化学等领域得到广泛的应用。利 用纤维素或再生纤维 素膜和丝可 制备透析膜、人工肠 衣、超滤膜、微孔膜、色谱填料或载体、中空纤维、保 鲜膜、包装膜、纤维增强材料、催化剂载体、药物辅料 等，它们废弃后埋在土壤中可被土壤微生物分解成 C O 和水，是理想的环境友好材料。目前中空纤 维用于血液 透析 的人 工 肾在

27、E t 本、欧 洲、美 国 的市 场 占有 率 在 7 0 8 0。铜 氨再 生 纤 维 素丝 主 要 用 作 衣 料 和 无 纺布。5 3木质素 木质素(1 i g n i n)是数量上仅次 于纤 维素的一种丰富 且重要的天然高分子物质。由于木 质素存在结构 复杂、物理化学性质不均一、分离提取 困难等特点，使得它至 今没有被很好地利用。经过改性 的木质素具有一定的功 能高分子材料的特性，可以为人们的生产生活服务。木质素的结构表明，其可 以进一步进行胺化、环氧 化、酚化、羟基化、聚酯化等反应。木质素是抗冲强度 高、耐热的热塑性高分子，这些性质都与工程塑料的性 质极其相似。改性木质素如羟丙基木质

28、素衍生物，提高 了其粘弹性，可作为工程塑料的原料合成酚醛树脂、聚 氨酯树脂 以及苯 乙烯木素树脂等。5 4 改性木材 木材由于具有重量轻、强度高、隔热保温、吸音 隔 声、自然美观 等其他材料所 没有 的优 点，所 以 自古 以 来，一直深受人们的喜爱。然而森林 的功能并不仅仅是 提供木材，更重要 的是人类生存的天然保护屏障，在生 态平衡 中起着重要作用。因此，为实现全球社会经济 的 可持续发展战略，许多国家都采取了天然林禁伐措施。2 0世纪 6 0年代 以来，我 国已营造 了大量人工林，人工 林木材体积达 1 0 1 x 1 0 m ，居世界首位。人工林 木材作 为结构材 料使用 的缺点是：木

29、质疏 松、强度硬度低、尺寸不稳定，易燃烧、易生物败坏，变异性大，可靠性低等。这些缺点大大降低人工林木材 的利用价值，如何提高其性能指标，使其成为可被使用 的材料是 当今世界木材及材料学界共同关注的问题。通 过木材改性，即采用渗入 复合技术，制 出无机 有机材 料与木材的复合材料，在保持木材的天然优美质感的基 础上，将人工合成材料的一些优 良特性引人木材 中，使 其强度、硬度、耐磨性大 大提 高，尺寸稳定性、防潮、防霉性增强，具有阻燃、抗菌等新的功能，可应用于建 筑领域。人工林改性木材已成为一类集资源、功能、环 境特性于一身的新型绿色材料。6生物 降解 树脂 解决 白色污染问题的主要手段之一是采

30、用全生物分 解塑料代替 目前广泛使用的聚烯烃塑料。另一方面，传 统的聚烯烃主要依赖于石油，石油资源渐趋枯竭，油价 飞速上涨，严重地制约高分子材料工业 的可持续发展。寻求新 的可持续发展的资源，以制备环境友好的新材料 成为高分子领域的重大课题。聚乳酸是 由植物淀粉生物发酵生产的乳酸经化学方 法合成而得的全生物分解塑料，目前 已经有工业 规模的 十万吨级 生产线，聚乳酸可 以被加 工成各种包 装用材 料，还可 以加工成泡沫塑料。在医学上，聚乳酸在一次 性输液袋和导管等方面应用前景广阔，还能用于体内可 生物分解材料。但 目前聚乳酸的国际市场需求量仅十万 余吨，其推广瓶颈仍是价格 问题，此外其耐温性也

31、亟待 4 2 中国材料进展 第 2 8卷 提 高。二氧化碳基 塑料 的成本 比聚乳 酸低 3 0，性能与 聚乳酸相当，若能拓展其使用温度 区间，进一步降低成 本，完全有可能成为生物分解塑料 中的聚乙烯。将二氧 化碳作为碳氧资源的化学利用，是 目前二氧化碳规模利 用领域最有工业前景的课题，而将二氧化碳 固定为二氧 化碳基塑料是其中最重要的议题之一。特别是二氧化碳 共聚物的应用不仅可消除二氧化碳 的环境影响，而且 由 于二氧化碳共聚物可以制成透明薄膜，具有全生物降解 性能，在医学 中的应 用有望解决长期 困扰 医疗行业 的聚氯乙烯问题。现在在国内外已经有小批量 的聚碳酸 亚丙酯的生产。我国现有的技

32、术，也已经可以以不高的 成本工业生产二氧化碳共聚物材料。然而 由于二氧化碳 本身的惰性及其共聚物在某些性能方面的缺陷，二氧化 碳共聚物材料还没能广泛应用。随着基础研究 和应用研 究的深入，二氧化碳这种污染性气体在 2 1 世 纪将被充 分利用并为市场提供许多优异的高分子材料。尽管国际上还存在塑料回收再利用和降解两个方 面 的争论，但在不可回收使用 的场合如 医用材料(医用敷 料、一次性输液系统、一次性输血系统等)、一次性食 品包 装材料(一次性 餐具、垃圾 袋、包装袋)等方 面，抛开价格 的因素，使用全生物分解 塑料是 最佳方案之 一。目前各国的政策难以迅速推广实施，尤其是欠发达 国家，推广全

33、生物分解塑料的难度更大。关键问题在 于 全生物分解材料的性价比难 以满足要求。因此提高全生 物分解塑料的性价比尤其是降低成本，是 当今全生物分 解塑料领域面临的最大挑战。7环境工程材料 环境工程材料主要包括对废弃物污染控制和处理 的 环境净化材料、对 已被破坏的环境进行生态化治理的环 境修复材料等。在生态环境 材料概念指导之下 的环 境工程材料，不仅要具有环境治理功能，更强调其本身 与环境的协调性。众多的材料科学工作者在研究具有净 化环境、防止污染、替代有害物质、减少废弃物、材料 的再生循环利用及 固体废弃物的资源化等方面做了大量 的工作，并已取得 了重要进展，如 电磁屏蔽材料、固沙 植被材料

34、等特种功能材料。7 1 电磁波防护类材料 电磁波对人类生存环境的污染越来越受到关注。为 了减少电磁波对人体的辐射污染，大量的研究集中在开 发有效的屏蔽措施方面，特别是屏蔽材料 的加工制 备，对不同的电子设备采用不 同的防护层。尽量将 电磁 波屏蔽在机内，最大限度地减少电磁波的机外辐射，则 是源头治理的努力方向。电磁防护材料是一类具有特殊 电磁 响应特性 的新型 电磁功能材料。按材料与电磁波的作用机理来划分，电 磁防护材料包括：电磁屏蔽材料、电磁波吸收材料、电磁干扰抑制材料、电磁兼容关键材料等。主要应用领 域有：现代军事应用 领域；国家重要职能部 门防信 息泄密；金融、商业等部门信息安全；电子产

35、品电磁兼 容；医疗系统精密仪器及手术室的抗 电磁干扰；电磁环 境中的生物安全防护；现代精密仪器 电磁屏蔽室。7 2环境修复材料 环境修复指对已破坏 的环境进行生态化治理，恢 复 被破坏的生态环境。常见的环境修复材料有防止土壤沙 漠化的固沙植被材料、二氧化碳固化材料以及臭 氧 层修复材料等。不同国家对生物修复方面的研究有不同 的侧重。欧洲 国家注重对产生污染的传统工艺以及废物 的处理系统进行改进，达到缓解或 消除环境污染 的 目 的；美国则侧重于对不同污染地的土壤和水体的整治和 修复，尤其是外源有机污染物的治理；日本重点关注解 决全球性的环境修复，体现在以生物制氢 为动力的研究 和利用微生物对大

36、气 中二氧化碳进行 固定，以减轻和消 除工业造成的温室效应 问题。我国研究的最主要 的环境 修复材料是 固沙材料。目前，我 国沙漠化 及荒漠化 面积 已达 国土 面积 的 1 6，大力防治土地沙漠化和荒漠化是实现社会和国民 经济可持续发展的一个重要问题。研制、开发新 型固沙 植被材料，保持水土、减缓沙漠化是生态环境材料工作 者义不容辞 的责任。目前 的固沙植被材料主要有 两大 类：一类是高吸水性树 脂，另一 类是 高分 子乳液。目 前，这些材料 主要用于沙漠与荒漠化地区交通干线沿线 的护路以及荒坡固定等。技术已经成型的固沙剂具有固 结速度快、强度高、无毒害、易于操作等优点，但通常 成本较高。7

37、 3 其它环境污染治理材料 迄今为止，机动车尾气净化技术主要还是利用催化 技术，在尾气 自身的温度和气氛条件下将尾气排放出来 的 H C和 C O进行氧化，将 N O 进行还原，脱除可吸入 性颗粒物，从而达到净化治理的 目的。常用于尾气净化 的催化剂材料 的主要成分包括贵金属，如 P t，P d和 R h 等，分散 层(如 7一A 1 O，等)以及 其 他催 化 助剂(如 C e O 一 Z r O：，L a：0，)等。从资源和经济的角度考虑，一 直试图从贱金属(如 T i，V，C r，M n，F e，C o，N i，C u 等)及其氧化物中寻求可以降低贵金属用量或者完全替 代贵金属的廉价催化

38、剂材料。目前欧洲和美国已经应用 的汽车尾气净 化催化 剂可使 汽车尾气达到 欧 V排放标 第 5期 聂祚仁：循环型社会的生态环境材料 4 3 准，而国内目前仅有部分研究机构和企业生产的催化剂 可使汽车尾气达到欧 I V排放标准，大部分还 只能达 到 欧 I I I 排放标准。室内环境污染也是大气污染的一种，污染源主要是 房基或家居 中的化工涂料、染 料等。近年来利 用 T i O 光催化剂将空气 中的有机物分解为 C O ，H 0和相应无 机酸 日益成为国内外科学研究的热点之一。T i O 不仅能 够催化醇醛酸、氮氧化合物、硫氧化合物、卤代物的分 解转化，还具有除菌 的作用。常用的废水处理方法

39、 中也应用多种环境工程材料。废水分离工艺中主要包括用于过滤、吸附的滤料、吸附 剂、膜分离材料 等；废 水生化处理 中主要研究 的 材料是用于固定微生物的金属或 陶瓷载体；废水化学处 理中主要研究 高效率并 且不 产生二次污 染的各种催化 剂，如二氧化钛光催化剂等。参考文献Re f e r e n c e s 1 Z u o T Y，Wa n g T M，N i e Z R E c o m a t e r i als Re s e a r c h i n C h i n a J Ma t e r i a ls a n d De s i g n，2 0 0 1(2 2)：1 0 71 1 0 2山

40、本 良一著E n v i r o n m e n t a l Ma t e ri a l s(环境材料)M T r a n s l a t e d b y Wa n g T i a n mi n(王 天 民)B e ij i n g：C h e m i c a l I n d u s t r y P r e s s，1 9 9 7 3 Wa n g T i a n m i n(王天 民)E c o ma t e r i a ls(生态 环境 材料)M T i a n j i n：T i a n j i n U n i v e r s i t y P r e s s，2 0 0 0 4N i e

41、 z R，Z o o T YE c o m a t e r i a l s R e s e a r c h a n d D e v e l o p me n t A c t i v i t i e s i n C h i n a J C u r r e n t i n i o n i n S o l i d S t a t e a n d Ma t e r i a l s S c i e n c e，2 0 0 3，7：21 7 5 N i e Z R，G a o F，Wa n g Z H，e t a 1 D e v e l o p me n t a n d A p p l i c a t i

42、 o n o f Me t h o d o l o g y o f ML C A i n C h i n a c P r o c e e d i n g s o f T h e S e v e n t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n E c o B a l a n c e，T s u k u b a，J a p a n 2 00 6，5 0 3 6 Z u o T i e y o n g(左铁镛)，N i e Z u o r e n(聂祚仁)“以资源节约与环 境友好为主导”的材 料专业教学 改革与 实践 J C h i n

43、 a H i g h e r E d u c a t io n R e s e a r c h(中国高教研究)，2 0 0 8(1 1)：8 6 8 7 7 山 本 良一 著D e s i g n of E c o l o g ic a l E n v i r o n me n t(生 态 设 计)M B e i j in g C h e m i c a l I n d u s t r y P r e s s，2 0 0 0 8P r 6 C o n s u l t a n t s S i m a p r o 0 C P，P r o f e s s i o n al V e rsi o n，2

44、 0 0 3 9 I K P U n i v e rsi t y o f S t u t t g a r t a n d P E E u r o p e G mb H L e i n f e l d e n-E c h t e r d i n g e n G a b i 4 0 C P ，2 0 0 3 1 OT h e E c o b l i a n G r o u p T e a m 3 0 C P，2 0 0 3 1 1 G o n gX Z，N i e ZR，Wa n g Z H，e t a 1 R e s e a r c hand D e v e l o p m e n t o f

45、C h i n e s e L C A D a t a b a s e a n d L C A S o f t w a r e J R a r e Me t a 1 2 0 0 6，2 5(S p e c I s s u e)：1 0 1 1 2 I f u H a m b u r g G mb HU mb e r T o 4 0 C P ，2 0 0 3 1 3 I S O C D 1 4 0 4 8 2 E n v i r o n me n t a l Ma n a g e me n t L if e C y c l e A s s es s。n te n t L C A D a t a

46、D o c u me n t a t i o n F o r ma t s ，2 0 0 1 1 4G a o F e n g，Ni e Z u o r e n，WAN G Z h i h o n g，e t a l，As s e s s i n g E n v i r o n me n t a l I mp a c t o f Ma g n e s i u m P r o d u c t i o n u s i n g P i d g e o n P roc e s s i nC h i n a J T r a n s a c t ion s ofN o n f e r r o u s Me

47、 t a ls S o c ic t y o f C h n a，2 0 0 8，1 8(3)：7 4 97 5 4 1 5G o n g X i a n z h e n g(龚先政)，N i e Z u o r e n(聂祚 仁)，Wa n g Z h i-h o n g(王志宏)，e t a 1 A r ml y s is S y s t e m o n t h e L if e C y c l e V 1 0 (生命周期分析系统 V 1 0)C P 2 0 0 8 S R B J 0 9 5 5，2 0 0 8 1 6 Xi a Z h i d o n g(夏 志 东)，S h i Y

48、a o w u(史 耀 武)，G u o F u(郭 福)R e c y c l i n g E c o n o mic S t r a t e g y a n d E n g i n e e r i n g of E le c t r o n a n d E le c t r i c a l g q u ip me n t(电子 电器产 品的循 环经济 战略及 工 程)M B e i j i n g：S c i e n c e P re s s，2 0 0 7 1 7 N i e Z u o r e n，Z h o u Me i l i n g，C h e rt Y i n g T u n

49、g s t e n E l e c t r o d e s C o n t a i n i n g T h r e e T y p e s k f R a r e E a c h Ox i d e s J e C h i n e s e J o u r n a l ofNo n f e r r o u sMe t a ls，1 9 9 9，9(1)：3 63 9 1 8 Wang Z h u x a n g(王珠祥)发挥 国有 大 中型企业 的优 势 推进 再生铝 资源的开发 利用 J W o r l d N o n f e rr o u s Me t a l(世 界有 色金属)，1 9 9

50、9(5)：2 42 5 1 9D a i Mi n h u a(戴民华)，S h i R o n g z h o n g(施荣忠)，S h i H u i s h e n g (施惠生)发展生态水泥保护生态环境 J S h a n g h a i B u i l d-i n g Ma t e r i a ls(上海建材)，2 0 0 6(6)：2 3 2 5 2 O K I M B N，H I R A G K S u p e r p l a s t i c C e r a m i c D e f o r m a b l e a t H i g h S t r a i n R a t e s J