浅谈放进材料的发展对环境工程领域进步的促进作用_环境工程发展前景
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浅谈环境材料的发展对环境工程领域进步的促进作用
摘要环境材料 的研 究 己 经 深人 到 工业 的 各个 领 域。在 资源 和 能 源的 有 效 利 用,减少 环 境 负 荷 上环境 材料 具 有 很大的 优 势,是 实现 材料产业 的 可 持续发 展的 一 个 重 要发 展方向，对环境工程有很大的促进作用。
关键词：环境材料环境工程环境污染可持续发展
引言人 类在创造社会文 明的 同时,也在 不断破 坏 人类赖 以生存的环境空 间,人 口 膨胀、资源短 缺、环境恶 化成 了当今社会 经济发展 面临的三 大 问题。在现代文 明社会,人 类既期 望获得大 量 高性能或高功 能的各种材料,又 迫切 要 求有一个 良好 的生 存环境,以提高人类的生 存质量,并 使文 明社会 可持续发展。材 料一 方面 推动 着 人类社会的物质 文明而另一 方面又大量 消耗资 源和能源,并在生 产、使 用 和废 弃过程 中排放 大量 的 污染物,污染环 境 和恶 化 人类赖 以生 存的空 间,显然 材料及其产 品生产 是 导致能源 短缺、资源过 度消耗乃 至枯竭和 环境 污染 的 主要 原 因之 一。这促 使各 国材 料研究者从头审视 材料的环 境 负担性,研 究材料与环境的相互作 用,定量 评价材料生命周 期对环境 的影响,研 究开 发环境协调 性 的新 型材料。
1、环境工程与环境材料
环境工程（Environmental Engineering）是研究和从事防治和提高环境质量的学技术。环境工程同生物学中的生态学、医学中的环境卫生学和环境医学，以及环境物理学和环境化学有关。由于环境工程处在初创阶段，学科的领域还在发展，但其核心是环境污染源的治理。
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 耗小, 对环境影响较小且再生利用率较高的一类 材料。从 发展 现点看,环 境材料是 可持续发展 的,可持续发展概念应贯 穿于 材料 的开 发、使 用和废 弃全过程。
2、传统材料对环境的影响
从 资源和 环境 的角 度分 析, 在原料的采矿、提取、制备、生产加工、运输、使用和废弃的 过程中, 要消耗大量的资源和能源, 并排放出 大量的废气、废水 和废渣, 污染人类生存的环境, 并带来其他 的环境影响, 如全 球温室效应, 臭氧层破坏, 光、电磁、噪声和放射性污染等。在大量消耗有 限矿产资 源的同时,材料的生产和使用也给 人类 赖以 生存的 生态 环境带 来了 严重的负担。20 世纪 10 大 环境公 害事件 中, 直 接与材 料生 产有关的环境污染事件占 4 件。
3、研究环境材料的意义
科学家们提出, 生态环境材料是面 向 2 1 世纪的材 料, 谁 在环境材料领域领先, 谁将在下一个世 纪的材料领 域取得主 动权, 谁在材料 产业 的 生态 环境 化 抢先 一 步, 谁就 占 领市 场。这一思想必将成为全人类的共识。从资源和环 境的角 度分析,一方面材料推动着人类社会的物质文明, 而另一方 面又消耗 大量的资源和能源, 并给环境带来严重的污染和 破坏环境材料在我国的发展及前景。环境 材 料 的研 究 引 起 了各 国政府 的普遍 重 视,国家 的高科 技 发展 划中,环 境材 料都 是一 个重 要的主题。作 为 自然 资源 人均 占有量 不 足世界 平均 水 平·半 的 国家,中国主要 资源 的 回收 利用 率也 很低,而且 再生 资 源还远 远没 有 形成一个产 业,企 业经 汁规模小,效益低,大量 的固体废 弃物没有得到利),} 司时 又污 染环 境。因此 必 须突破 原 有的思 路,利川 废弃物 为原料 制备 新型 的大 宗材 料,才能 同时综 合解决资 源、环境 可持 续 发展 的 问题。
4材 料 工 艺 生 产 的 环境协调性 改 进
传 统材料 生产,具有量大 面广、能耗高、污 染大的特点.对其关键性 生产工艺流 程进 行技术 改进,能减 少 材料 生产中的污 染,显 著改善对环 境的 影 响。钢铁 生产 中,轧 钢流 程 能 耗大.而 采用 薄 板坯连 铸工 艺.可 以将钢坯 减薄 至5 0~8 0m m,减少轧 制 的 能量 消耗。国 际 上进 一步 的改进方 向是连 铸钢坯达到s m m 水平,其 中采 用 双 辊连铸工艺。与传 统工艺 相比,能耗 只有 4 0 写一 5。%.这就 显 著减少 了伴随 能耗的 CO:等污染 问题。日本钢铁工业 采用 煤粉喷送等节能工艺,能耗逐 渐降低。汽车工业 中,采用 粉末 冶 金的方 法生产 阀 门、手柄等 部件,省去了 机 加 工和 热 处 理 流程,也显 著降低 了 能耗。制 浆造纸行业 中,传统 的 化学制 浆工艺—烧碱法 和 亚硫 酸盐法能耗 大,成本 高,环 境污 染重,而采 用 生物制 浆则可解决这 一 问题,生物制浆 因其能耗小,成本低和 有 利于 环 境保护 日受 到各 国关注,近年来成为生物技 术研 究热点。研 究材料与环 境 的相互作 用,定量评价 材 料生命 周期 对 环境的影 响,并研 究开 发 环 境协调性 的新型 材料。这就导致了 一 门新兴学科—环 境材料的 产生。针对积 累 下来 的污 染 问 题,开发 门类 齐全 的 环 境工 程 材料,对 环 境进 行修复、净化或替代 处 理,逐渐 改善地 球 的生态环境,使 之可持续发 展,也是 环 境材料的一个重要方面。
5结束语
环 境材料 的研 究 己 经 深人 到 工业 的 各个 领 域。材料对环境工程也有极大的促进作用。在 资源 和 能 源的 有 效 利 用,减少 环 境 负 荷 上环境 材料 具 有 很大的 优 势,是 实现 材料产业 的 可 持续发 展的 一 个 重 要发 展方向。
环境材料是人类保护环境、走可持续发展道路的意识在材料科学中的具体体现和实践，因此无论是在理论研究，还是设计、应用与开发方面，环境材料都将随着人们对生态环境的日益重视而取得更大的进展。环境工程材料仍然是未来环境材料领域研究的主要内容，目前对于污水处理材料的研究已经趋于成熟，未来的研究方向将瞄准新型高效、无二次污染、低治理成本的替代材料。对于大气污染，用于治理机动车等移动源排放的污染气体的催化剂已经得到广泛的应用，今后的研究将主要集中在减少催化剂中贵金属的用量，提高催化剂的催化效率及寿命，以及抗硫中毒等性能的提高方面。其他的污染防治材料，如治理噪声污染、光污染、电磁辐射等污染的材料，也将随着污染问题的凸显而加快其发展的步伐。随着全球性生态环境的恶化，环境修复材料在未来将遇到更大的机遇与挑战。温室效应、臭氧层空洞、POPs污染等重大环境问题，无一不是依靠材料科学与技术的进步才能够解决的。开发新型材料是今后发展的主要思路，如从各式各样的废弃物中提取有用成分制备可降解的固沙材料，既降低了成本，又可有效地解决废弃物的处理问题。治理环境污染的紧迫性已经切实摆在每一个人的面前，环境工程材料还有很大的发展空间。作为跨材料科学、环境科学以及生态科学等多学科的新型学科，环境材料技术在保持资源平衡、能源平衡和环境平衡，实现社会和经济的可持续发展等方面将起到非常重要的作用。然而，仅有技术是不够的，只有在生产和生活中广泛加以应用，才能够有效地治理和预防环境污染，实现经济、环境、生态的可持续发展。总之，环境工程材料必将对人类社会进步起到巨大的推动作用。1 4环境工程材料
环境工程材料一般是指在防止、治理环境污染过程中使用的一些材料。包括大气污染控制材料、水污染控制材料、噪声控制材料、电磁防护材料等, 种类繁多。
近年来在二氧化硫烟气净化方面, 开发出了离子交换树脂吸附型净化材料以及利用稀土氧化物材料作为催化剂的干法脱硫。离稀土氧化物Ce O 2 是非常有应用前景的新型吸收剂, Ce O 2 在很宽的范围内能和二氧化硫反应, 而且在适当的条件下再生, 可以使吸收剂产生的废气转化为硫。作为潜在的吸收剂 CeO2 可以同时脱去烟气中的二氧化硫和氮氧化物, 其脱氮和脱硫效率都大于90% , 但目前此类研究正处于实验室阶段。汽车尾气的净化用催化剂通常采用铂、钯、铑等贵金属作为主要的活性组分。近年来为了节约贵金属资源, 开始研究用过渡金属、稀土元素部分替代或全部替代贵金属, 用于汽车尾气净化处理, 取得了很 好的效果。由此可见，环境材料不光对环境的保护做出了直接的贡献，而且间接地也对资源的节约有很大的影响。
。结 语
综 上 所述,环 境材料 的研 究 己 经 深人 到 工业 的 各个 领 域。在 资源 和 能 源的 有 效 利 用,减少 环 境 负 荷 上环境 材料 具 有 很大的 优 势,是 实现 材料产业 的 可 持续发 展的 一 个 重 要发 展方向。
1.2材料加工和使用过程中的资源与能源消耗资源是 指人类 可以直接 从自然 界获得 并用于 生产和 生
活的物质。在材料的生产和使用过程中, 每一步 都要消耗 大
量的资源和 能源。在某 种意 义 上, 材料 产 业依 托的 就 是 资
源;同时使用资源的每一步都要消耗能源, 如钢铁、水泥 等主要行业, 也是 能源消 耗的 主要 行业。(1)全 球资 源和 能
源状况。自第一次工业革命以来, 人 类通过对 自然资源的 开
发利用, 创造了前所未有的经 济繁荣。进入 20 世纪 以来, 人
口增长对资源的需求正在超过自然资源 所能承载的 极限, 经
济膨胀已造成了全球 性的 资源危 机, 非再 生资 源迅速 消耗,越来越多的物种濒临 灭绝, 淡 水资源 不足, 森 林资源 持续 赤
字, 水土流失加剧。人类借以生存的 地球已是 一个资源日 益
短缺的星球。我国 是
一个材料生产和消费大国, 由于资 金、技 术、管 理等原因造 成的不合理开发和利用, 使资源效率低下 , 资源浪费严重。表 4
是我国几种原材料的单位国民生产总值 G N P 资源消耗率 与
世界水平的 比较。由 表 4 可 见, 中 国几 种 主要 原 材料 如 钢
材、铜、铝、锌等单位 G N P 资源消耗率远 高于世界 平均水平。
不合理的开采和浪费更加剧了资源的短缺。
研究环境材料的意义
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
小, 对环境影响较小且再生利用率较高的一类 材料。
199 2 年, 日本东京大学山本良一教授 首先提出环境材料
(ecomat er i al s)的概念, 并于 1 99 3 年 4 月成立了/ 日本环境 材
料研究会 0。在山本良一等的努力下, 19 93 年 9 月、1 99 5 年 9
月、19 97 年 9 月先后召开了 3 届国际环境材料大会。在大 会
上科学家们提出, 生态环境材料是面 向 2 1 世纪的材 料, 谁 在环境材料领域领先, 谁将在下一个世 纪的材料领 域取得主 动
权, 谁在材料 产业 的 生态 环境 化 抢先 一 步, 谁就 占 领市 场。
这一思想必将成为全人类的共识。
我国政 府的科 技决策部 门也充 分认识 到开展 环境材 料
研究的必要性和紧 迫性, 如 19 96-2 00 0 年 度国 家高 技术 发
展计划(86 3 计划)中关 于新材 料研究项 目指南 中, 专门列 入
新型能源及环境材料 这一 专题;在 21 世 纪初 中国高 技术 研
究发展计划新材料及其制备领域中, 也将生态建 材与环境 材
料列为主题项目之一。胡锦涛总书记 在 20 03 年 中央人口 资
源环境工作座谈会上指出: / 要加快转变经 济增长方 式, 将 循
环经济的发展理念贯穿到区域经济发展、城乡建 设和产品 生
产中, 使资源得到最 有效 的利用 , 最 大限 度地 减少废 弃物 排
放, 逐步使生态步入良性循环。0
认真实施 IS O1 40 00 国 际环境 管理 系列 标准, 是 贯彻 可
持续发展战略的 重要 一环。国际 标准 化组 织(IS O)19 96 年
正式颁布 了 IS O 140 00 环境管 理体系国 际标准, 主 要在于 规
范各国企业和社会团体等所有类型组织的环境行为。
人口膨胀、资源 短缺、环境 恶化是 当今 社会 持续 发展 面 临的三大问题。这些问题的不断积累, 加剧了人 类与自然 的 矛盾, 对社会经济的持续发展和人类 自身的生存 构成了新 的 威胁。面对 这种严峻的形势, 人类不 得不认真回 顾自己的 发 展历程, 重新审视自己的社会经济 行为, 探索新的发 展战略。
从资源和环 境的角 度分析, 材 料的提取、制 备、生产、使用 和 废弃过程是一个资源 消耗 和环境 污染 的过程, 也 就是 说, 一 方面材料推动着人类社会的物质文明, 而另一方 面又消耗 大 量的资源和能源, 并给环境带来严重的污染和 破坏
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