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環境材料

名詞

所謂環境材料,是指同時具有滿意的使用性能和優良的環境協調性,對環境的改善環境的材料。其中的“環境協調性”是指對資源和能源的消耗小,污染少。

對環境材料的研究分為理論研究和實用研究兩大部分。理論研究包括: 1.對材料的環境性能的評價。其中生命周期評估(life cyele assessment,LCA) 已經成為評價某種過程、這一領域的主流方法。LCA 是指採用數理方法和實驗量化方法,產品和事件的資源、能源消耗,廢物排放等環境影響,並尋求改善的可能。2.材料的可持續發展理論。研究資源的使用效率,生態設計理論。3.材料流理論(materials flow)和生態加工、清潔生產理論、再循環、降解、廢物處理理論。實用研究包括: 1.環境協調材料、傳統材料的環境材料化。是從人本的角度強調材料與環境的兼容與協調,使材料在完成特定使用功能的同時,減少資源和能源的用量,降低環境污染。如開發天然材料、綠色包裝材料和綠色建築材料等。2.環境凈化和修復材料。指各種積極地防止污染的材料,如分離、吸附、轉化污染物的材料。3.降解材料,指通過自身的分解減小對環境的污染。

發展簡介


在材料的提取、製備、使用直到廢棄與再生的整個過程中都儘可能地減少對環境的影響。環境材料的英文名稱Ecomaterial,它是Environment Conscious Material或者Ecological Material的縮寫,也就是說這種材料是具有環境意識、考慮環境、考慮生態學的材料。它在生產的過程中對資源和能源的消耗量比較少,廢棄后能夠回收再生利用的可能性比較大,其從生產使用到回收的全過程對周圍的生態環境的影響也最小。因而它可以稱為“綠色材料”或者“生態材料”。
生態環境材料的研究內容比較廣泛,歸納起來可以概括為材料的環境協調性評價,生態環境材料的設計,材料在製備加工中的環境協調技術包括零排放和零廢棄加工技術,以及材料在使用過程中的環境協調性技術如製備環境協調性製品等等。具體從材料的性能上來說主要包括以下幾個方面:
再生利用型材料,包括再生的可以降解的塑料、在家用電器中能夠加以回收利用的電路基板,在生產和使用過程中污染較少並且能夠回收再生的紙張等。
能夠經自然界微生物分解或者能夠自動降解的材料如新型的包裝袋,由天然材料加工成的高分子材料等。
為凈化環境和防止污染而設計的材料如新型的不釋放有害氣體的牆體材料,高吸油性樹脂等。
替代傳統有污染的材料的新型材料如冰箱內的全無氟製冷劑等。
與潔凈能源相關並且能夠利用它們的材料,如燃料電池中的儲氫材料。
環境材料有區別於傳統材料的特點。環境材料的主要特點就是在保證了它們具有良好的使用功能的前提下,在其生產、使用和回收處理過程中對資源的利用率很高並且在上面的三個過程中對生態環境無副作用。而傳統材料在上面三個方面的效果往往是比較差的。
長期以來,人們忽視了材料的開發和應用必然受到生態環境的影響和制約。
大規模地生產人類生存所必須的材料總是意味著一定程度上損害生態環境。為了人類的生存和發展,人們所面臨的課題,即如何生產將環境負荷減至最低,再生率增至最大的材料。日本東京大學山本良一等在90年代初提出新的研究領域“環境材料”Ecomaterials(Environmental Conscious Materials)或 Ecological Materials。
到目前為止,關於環境材料尚沒有一個為廣大學者共同接受的定義。最初,一些學者認為環境材料是指那些不僅具有優異的使用性能,而且從材料的製造、使用、廢棄直到再生的整個生命周期(life cycle)中必須具備與生態環境的協調共存性以及舒適性的材料。
經過一段時間的發展,一些學者認為,環境材料是賦予傳統結構材料,功能材料以優異的環境協調性的材料;或者指那些直接具有凈化和修復環境等功能的材料。即環境材料是具有系統功能的一大類新型材料的總稱。還有一些專家認為,環境材料是指同時具有優良使用性能和最佳環境協調性的一大類材料。
根據大部分人的理解,環境材料的概念可以概括為:環境材料是指在加工、製造、使用和再生過程中具有最低環境負荷、最大使用功能的人類所需材料。既包括經改造后的現有傳統材料也包括新開發的環境材料。特別值得注意的是環境材料的概念或定義應當是確定的或不變的,而判別環境材料的標準是隨科學技術的進步而發展或變化。當所有的材料都“環境材料化”了的時候,那麼,環境材料這個術語也就完成了它的使命。

特點


環境材料的三個特點:
① 先進性:能為人類開拓更廣闊的活動範圍和環境,發揮其優異性能。在發展新材料、新技術體系時,既要考慮到技術環境負擔的大小,材料本身對環境的污染程度,又要顧及材料使用時的傳統性能(材料的先進性),在要求優異的使用性能這一點上,新材料與傳統材料是相同的。
② 環境協調性(優先爭取的目標):使人類的活動範圍同外部環境協調,減輕地球環境的負擔,使枯竭性資源完全循環利用。在材料的生產環節中資源和能源的消耗少,工藝流程中採用減少溫室效應氣體的技術,廢棄后易於再生循環。材料及技術本身要具備環境協調性,這是區別於傳統材料觀念而增加的概念。
③ 舒適性:使活動範圍中的人類生活環境更加繁榮、舒適,人們很樂於接受和使用。
關於環境材料的先進性、舒適性,不同人有不同理解,在實踐中難以判斷與把握,它只是一個定性的標準。因此認為環境材料的特徵可以具體改為功能性、經濟性和環境協調性等。這有利於環境材料的評判,也符合現實情況。
環境材料的設計思路是:在傳統材料研究所追求的優異使用性能的基礎上,充分考慮資源的有限性和儘可能降低環境負擔等因素,採取有效措施,使材料具有能夠再生循環利用的特性,從材料的設計階段開始,就把材料的使用性能同保護地球生態環境、保障生活環境的舒適性充分結合起來,這是對傳統材料技術與工程的革新。