節(jié)能減排與環(huán)境材料課件

1、第四講 節(jié)能減排和環(huán)境材料1 環(huán)境材料產(chǎn)生的背景2 環(huán)境材料3 環(huán)境材料對材料和產(chǎn)品開發(fā)帶來的影響4 環(huán)境材料學(xué)的研究進(jìn)展9/14/20221環(huán)境材料產(chǎn)生的背景19/14/20222 據(jù)聯(lián)合國預(yù)計(jì)在2025年之前，世界人口將達(dá)80億；而按現(xiàn)在的工業(yè)發(fā)展，由于大量使用化石能源煤、石油和天然氣，必將引起世界范圍內(nèi)更大規(guī)模的氣候變化，全球氣溫變暖、酸雨增加和大氣臭氧層的破壞更加加劇，并由此帶來一系列惡性循環(huán)。 材料的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和使用，使人類一步步走出混沌蒙昧，發(fā)展到科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天?？梢哉f，人類現(xiàn)代文明就是一個(gè)大量地生產(chǎn)和使用材料、能源的過程。然而，在這一過程中，人們過多地享受了材料的有用部分

2、，而對需要消耗的大量資源、能源和對材料獲取和使用過程中的廢棄卻沒有節(jié)制，結(jié)果給人類自身生存環(huán)境帶來巨大壓力。 聯(lián)合國人口基金會(UNFPA)發(fā)布最新報(bào)告，在2011年10月31日之前，地球總?cè)丝跀?shù)將隨時(shí)突破70億大關(guān)。聯(lián)合國預(yù)計(jì)在2025年之前，世界人口將達(dá)80億，2083年之前將達(dá)100億。 2011年10月23日04:44 大洋網(wǎng)-廣州日報(bào) 背 景 9/14/20223 大量的人口增長和資源消耗，必將引起資源能源更加嚴(yán)重的短缺，到2040年左右，將出現(xiàn)全球性的糧食不足；到2070年左右，將出現(xiàn)金屬礦產(chǎn)資源的枯竭；到2090年左右，將出現(xiàn)煤、石油等化石能源的枯竭 這些現(xiàn)象都與全球材料生產(chǎn)和利

3、用有千絲萬縷的關(guān)系。 現(xiàn)實(shí)迫使人們在材料及其制品的制備、加工中研究和發(fā)展與環(huán)境友好、無污染(或少污染)的材料及其制品制備技術(shù)，并注重材料的延壽，以及高附加值利用和再利用?？傊?，材料與生態(tài)的關(guān)系十分危急地?cái)[在材料科技人員面前。9/14/202242 環(huán)境材料9/14/20225 環(huán)境材料是與原有的材料相比較而產(chǎn)生、相比較而發(fā)展的新一代材料，其判斷和認(rèn)知是相對的、動態(tài)的和不斷發(fā)展的。 綜合具備上述三種性質(zhì)的材料便構(gòu)成了環(huán)境材料的基本概念；環(huán)境材料本身是同時(shí)具備多種功能的所謂知識集約型材料；可以說，環(huán)境材料就是考慮了系統(tǒng)功能的材料。 9/14/20227環(huán)境意義 從源頭間接減少對自然資源的消耗和對環(huán)

4、境的破壞，在末端直接減少廢棄物和處理所需的能耗，并大大拓寬了材料循環(huán)利用的方式和領(lǐng)域，是真正意義上的節(jié)能減排?？茖W(xué)意義 改變材料的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，探索新的材料技術(shù)體系和評價(jià)體系，消除對環(huán)境的負(fù)面影響或?qū)⑵錅p至最小成為研究熱點(diǎn)，并由此引導(dǎo)了生態(tài)循環(huán)設(shè)計(jì)和相應(yīng)技術(shù)的誕生。經(jīng)濟(jì)意義 為眾多企業(yè)的發(fā)展帶來新的商機(jī)。環(huán)境材料的開發(fā)日益體現(xiàn)出其巨大的潛在價(jià)值。目前，世界上很多中小微型企業(yè)都在這一領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)，通過精心構(gòu)思和設(shè)計(jì)，從材料設(shè)計(jì)和再生循環(huán)的新價(jià)值中獲得附加值，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益。 環(huán)境材料 idea 的意義9/14/202283環(huán)境材料對材料和產(chǎn)品開發(fā)帶來的影響9/14/2022103.1.1 數(shù)字電子

5、產(chǎn)品引起的環(huán)境問題與反思： 硅大規(guī)模集成電路：重0.5-3g，含有20-30種元素，常用塑料、陶瓷封裝，內(nèi)部為箔、薄片、厚膜、薄膜等，報(bào)廢后無法分離利用，只能焚燒。 現(xiàn)代數(shù)字電子產(chǎn)品的特征（從環(huán)境材料角度，多被視為弊端）： 組合器件、組合設(shè)計(jì)（功能過剩） 產(chǎn)品向縱深和橫向二維發(fā)展（發(fā)展過濫） 零部件微型化（吸引投資過熱） 材料含多種元素，有些是極微量元素（開采困難、成本高昂） 涉及材料種類繁多（回收利用困難） 產(chǎn)品壽命的不確定性；微小零件更換困難；修理費(fèi)用高 3.1 信息產(chǎn)業(yè)興起引發(fā)的材料開發(fā)觀念的轉(zhuǎn)變9/14/202211 啟發(fā)：針對上述情況，多功能化的社會效果受到質(zhì)疑。在產(chǎn)品和材料開發(fā)方面

6、開始全面注意更新觀念和技術(shù)： 必要的功能 倡導(dǎo)制造和使用只具有必要功能的機(jī)電產(chǎn)品，但與消費(fèi)觀和拉動內(nèi)需有沖突3.1.2 材料開發(fā)觀念的轉(zhuǎn)變9/14/202212 輕量化 蘊(yùn)含著傳統(tǒng)材料的高性能化。使用最少的資源，達(dá)到同樣目的。節(jié)省制造過程的能源和材料消耗鋼鐵材料的高強(qiáng)度化；和新型輕質(zhì)合金材料的開發(fā)，尤其以家用汽車材料為代表：小型化、輕量化。9/14/202214 無害化 吸取塑料薄膜的教訓(xùn)開發(fā)可自然降解的薄膜材料，例如： 自然光分解農(nóng)膜； 有機(jī)淬火介質(zhì)代替礦物油； 無鉛焊料合金； 紙漿飯盒代替泡沫塑料； 陶瓷超導(dǎo)體中添加金屬鉈（Tl）會提高超導(dǎo)體臨界溫度，但鉈劇毒，被否定采用； 干電池中Hg、

7、Cd的使用停止； 新能源汽車中鉛蓄電池的被淘汰禁止添加有害成分例如：9/14/202215 3.2.1 以生態(tài)循環(huán)設(shè)計(jì)為指導(dǎo)改革產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式 對于環(huán)境惡化、資源匱乏的關(guān)注，使得一些學(xué)者和產(chǎn)業(yè)界開始考慮改變資源流通模式。從傳統(tǒng)資源消費(fèi)垃圾場的線性流通模式，向資源消費(fèi)再生利用的閉合循環(huán)的流通模式轉(zhuǎn)變。 當(dāng)前,資源庫已經(jīng)由傳統(tǒng)意義上一個(gè)資源庫變成了兩個(gè)資源庫即“天然資源庫”和由各種廢棄物構(gòu)成的“再生資源庫”，而且前者在不斷的減少或貧化，后者正在迅速的增長。 當(dāng)今人類社會所面臨的挑戰(zhàn)，就是如何將天然資源庫與再生資源庫通過產(chǎn)業(yè)有機(jī)地組合起來，形成和建立作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)物質(zhì)基礎(chǔ)的新型循環(huán)產(chǎn)業(yè)。3.2 環(huán)境材料

8、引起產(chǎn)業(yè)模式的轉(zhuǎn)變9/14/202217目標(biāo)：到2020年時(shí)，我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）二氧化碳排放比2005年下降4045。措施：大力發(fā)展生物質(zhì)能、太陽能、地?zé)?、風(fēng)能等新型可再生能源。節(jié)能減排和提高能源利用效率，是我國發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)與控制碳排放量的基本國策。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)必須注意的四個(gè)方面： 1）把發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)提高到國家戰(zhàn)略高度； 2）逐步改變能源結(jié)構(gòu)，減小對不可再生能源（或高碳能源）的依賴度； 3）提供研究基金加強(qiáng)研究部署，進(jìn)行能源材料和技術(shù)的研究開發(fā)； 4）進(jìn)行環(huán)境意識教育，培育和促進(jìn)低碳消費(fèi)和低碳市場的成長。3.2.2 我國節(jié)能減排的目標(biāo)9/14/202218 生產(chǎn)過程和新建項(xiàng)目的環(huán)境

9、影響評價(jià)； 各行業(yè)的節(jié)能減排； 再生循環(huán)技術(shù)； 再制造技術(shù)； 清潔生產(chǎn)；3.3 環(huán)境材料對企業(yè)生產(chǎn)過程的影響9/14/2022193.4.1 立法和國際法規(guī) 國際法規(guī) “京都議定書”，限制CO2排放。 歐洲積極的環(huán)境保護(hù)政策推行者 歐洲各國對環(huán)境保護(hù)持有積極姿態(tài)，起步很早。 追求在設(shè)計(jì)及制造中的可分解性; 促進(jìn)貼商標(biāo)及再生循環(huán)的程序; 制造過程中的再利用與再生循環(huán)等。3.4 環(huán)境材料導(dǎo)致的社會環(huán)境改變9/14/202220環(huán)境材料學(xué)的主要研究進(jìn)展49/14/202221生態(tài)環(huán)境材料所研究的內(nèi)容較廣泛，可以概括為： 材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價(jià)； 生態(tài)環(huán)境材料的設(shè)計(jì)； 材料在制備加工中的環(huán)境協(xié)調(diào)性技術(shù)包

10、括零排放與零廢棄加工技術(shù)； 材料在使用中的環(huán)境協(xié)調(diào)性技術(shù)，如制備環(huán)境協(xié)調(diào)性制品及再生循環(huán)利用。 從國際材料科技界生態(tài)環(huán)境材料的研究趨勢來看，生態(tài)環(huán)境材料研發(fā)的主要領(lǐng)域是:4.1 環(huán)境材料的主要研究內(nèi)容和研究領(lǐng)域9/14/202222環(huán)境工程材料 用于治理大氣污染、水污染或處理固態(tài)廢棄物等的各種材料。環(huán)境負(fù)荷評價(jià)（或環(huán)境影響評價(jià)）材料壽命全程環(huán)境負(fù)荷問題的評價(jià)技術(shù)研究。569/14/202224 從與生物循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)系考慮，可將材料分為兩大類，即能利用自然循環(huán)的材料和不能利用自然循環(huán)的材料。 對不能利用自然循環(huán)系統(tǒng)的材料來說，需要極力降低其使用量，并從廢棄到再生的過程中盡可能使之處于不活潑狀態(tài)。

11、 而對于在自然界中可以循環(huán)的材料來說，應(yīng)盡可能地利用其循環(huán)系統(tǒng)，現(xiàn)在更著重考慮管理其自然的變換功能。 所以天然材料成為重要的研究對象。 純天然材料包括木材、竹材、石材等，現(xiàn)在，稻殼、木屑、淀粉等也可以作為天然材料。4.2 生態(tài)環(huán)境材料的研究進(jìn)展9/14/202225木材的環(huán)境特性 研究表明，天然材料木材具有優(yōu)異的環(huán)境性能，在樹木的生長、木材的加工和使用過程中具有非常友好的環(huán)境特性。 與鋼材、鋁合金、混凝土及紙材相比，加工木材的過程中，特別是自然干燥木材的礦物燃料消耗和CO2排放量都是最小的。 木材是有機(jī)體，在生長過程中，大量的碳以固體形態(tài)儲藏在其內(nèi)部（碳匯 Carbon sequestrati

12、on），綜合評價(jià)其溫室效應(yīng)，木材向大氣中排放的二氧化碳的總量為負(fù)值。 木材具有生物降解性，經(jīng)加工使用后，其廢棄物可通過自然生物過程進(jìn)行降解，對環(huán)境無大的不良影響。另外，廢舊木材還可以作為二次資源，進(jìn)行再循環(huán)利用。 最后，廢棄木材屬生物質(zhì)能源，無固態(tài)廢棄物遺留。 9/14/202227 (1) 再生性 木材是可再生資源，其再生性是礦產(chǎn)資源無法相比的。 人工林資源正在替代天然林資源。人工林木材具有環(huán)境友好型材料的優(yōu)勢。 通過對人工林的品種、生長方式等定向培育，縮短木材的成熟期，易于工業(yè)化利用，所以說木材是一種最早的、最標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境材料。 (2) 固碳作用 木材中含C，H，O，N，S等元素，占其中50

13、的C主要來源于大氣中的二氧化碳（Carbon Sequestration ）。 通過光合作用，每生長1t木材可吸收1.47t 二氧化碳，產(chǎn)生1.07t 氧氣，將碳元素固定在樹木中形成纖維材料。這種固碳作用和造氧機(jī)能是其他材料無法比擬的，對地球生物圈的生態(tài)平衡有著重要的作用。9/14/202228 強(qiáng)度： 在縱向、切向、徑向均不同?？v向的壓縮強(qiáng)度是橫向的數(shù)十倍。此外，縱向的拉伸強(qiáng)度為鋼鐵的1/43/5，壓縮強(qiáng)度為混凝土的1.32.5倍。 比重： 僅為鐵的1/20，混凝土的1/5，是一種輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。 熱傳導(dǎo)率： 比鐵小三個(gè)數(shù)量級,比混凝土小一個(gè)數(shù)量級。 適當(dāng)?shù)挠捕群土己玫挠|感；年輪和節(jié)疤形成美觀

14、的紋理和色調(diào)；其成分內(nèi)的羥基具有吸潮和脫潮性，從而具有調(diào)節(jié)濕度的功能。 木材利用需要進(jìn)行干燥、切削、粘接等各種加工，雖能耗也隨之增加，但比鐵、鋁等金屬小得多。 木材改性和應(yīng)用9/14/202229 整體改性方式： 物理改性： 外形修整、壓力加工、粘合組合等，如制成疊層木、三合板、復(fù)合板等； 化學(xué)改性： 浸漬處理、減壓注入、加熱注入、化學(xué)修飾等；防腐、阻燃、耐磨、抗裂、裝飾 新型的全天然疊壓木地板，經(jīng)過縱橫疊壓，并配以精制的樹脂膠粘結(jié)，再經(jīng)高溫、高壓處理，阻燃、耐磨、防蟲蛀、抗靜電、抗沖擊、防潮濕，遇沸水也不易脫層開裂。1) 整體改性9/14/202230 WPC木材-塑料復(fù)合體（Wood-Pl

15、astic-Composite） 將聚合性的單體類或低聚體類注入木材空隙中，通過聚合反應(yīng)使其硬化聚合形成高分子樹脂而制得。 單體類是通過減壓將木材內(nèi)的空氣排出后注入的，之后加壓處理。 聚合是利用放射性照射或者預(yù)先添加催化劑后再進(jìn)行加熱。 由于木材中生成了堅(jiān)硬的樹脂，因而硬度和強(qiáng)度可成倍提高，同時(shí)，耐磨性也提高。由于樹脂的覆蓋而顯示出獨(dú)特的表面光澤，不易污損，不易損壞，著色后色調(diào)美觀。 若利用親水性的單體類，或者預(yù)先進(jìn)行化學(xué)修飾導(dǎo)入疏水性的官能團(tuán)，之后再進(jìn)行WPC化，則細(xì)胞壁中也填充樹脂，從而改善吸濕性和尺寸穩(wěn)定性。 9/14/202231 WIC木材-無機(jī)物質(zhì)復(fù)合體（Wood-Inorgani

16、c-Composite） 將木材和無機(jī)物組分進(jìn)行復(fù)合處理，改善木材的阻燃性和耐腐蝕性。 工藝：將木材用無機(jī)鹽溶液浸泡，通過陽離子（如鋇離子）和陰離子（如磷酸二氫根離子）交替擴(kuò)散浸透到木材空隙中發(fā)生無機(jī)反應(yīng)，生成非水溶性鹽（磷酸鋇、磷酸氫鋇）而制成。 因填充的無機(jī)物質(zhì)可阻止木材的熱分解、腐朽真菌絲體的成長和白蟻的侵蝕等，可獲得良好的阻燃性、抗腐蝕性及抗蟻性。此外還可以通過化學(xué)處理改善木材的強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能。9/14/202232 仿生物材料是未來材料科學(xué)與工程發(fā)展的最重要方向之一，其原因在于仿生物材料在生物兼容性的基礎(chǔ)上，從制備到應(yīng)用都與環(huán)境、人體有著自然的協(xié)調(diào)性。從而與環(huán)境材料有著不可

17、分割的聯(lián)系。4.2.2 仿生物材料.tw/Publication/Newsletter/no89/p12.php9/14/202233 仿生物材料人工制備的、具有生物功能、生物活性，或與生物體相容的材料（非指工程結(jié)構(gòu)材料）。 主要類別： 天然生物材料通過由天然生物過程形成的材料，如結(jié)構(gòu)蛋白、生物軟組織、生物復(fù)合纖維及生物礦物等； 人造生物醫(yī)用材料人體植入材料、組織工程材料等。 環(huán)境性能主要體現(xiàn)： 生物兼容性：在成分設(shè)計(jì)方面要使材料在使用過程中，讓生物體對材料表面成分有可接受性，不發(fā)生排異反應(yīng)。 環(huán)境協(xié)調(diào)性：在制備工藝方面一般多采用與環(huán)境、生物友好的方式，產(chǎn)品的制備大都需模擬天然合成過程，自動體

18、現(xiàn)仿生過程。 仿生物材料的環(huán)境性能9/14/2022344.2.2 生物材料的成分、結(jié)構(gòu)和性能 天然生物材料的成分（四大類）： 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)； 結(jié)構(gòu)多糖及生物軟組織； 生物復(fù)合纖維； 生物礦物天然生物材料的結(jié)構(gòu)類別和常見構(gòu)成物 類 別 示 例 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì) 角、蠶絲等 結(jié)構(gòu)多糖及生物軟組織 韌帶、筋等 生物復(fù)合纖維 昆蟲表皮、肌腱等 生物礦物 骨、牙、貝殼等9/14/202235生物礦物 生物礦化區(qū)別于一般礦化的顯著特征是，它是通過有機(jī)大分子和無機(jī)礦物離子在界面處的相互作用，在分子水平上控制無機(jī)礦物相的析出，從而使生物礦物具有特殊的高級結(jié)構(gòu)和組裝方式。 生物礦化過程是一個(gè)在細(xì)胞調(diào)制下極為復(fù)雜的生物

19、微組裝過程，是在分子水平上對晶體成核和生長的精細(xì)控制，通過特殊的反應(yīng)介質(zhì)和細(xì)胞的參與對礦化過程進(jìn)行調(diào)制，并且因生物種類而異。在生物礦化過程中，細(xì)胞的調(diào)制對生物礦物的成核、長大以及微組裝的形成具有決定性的作用。 生物礦物是構(gòu)成生物材料的重要成分，主要是通過生物礦化過程形成。生物礦物包括骨骼、牙齒、珍珠、貝殼、鹿角、珊瑚等。生物礦物是由生命系統(tǒng)參與合成的天然陶瓷和天然高分子復(fù)合材料。9/14/2022364.2.3 仿生物材料的制備與應(yīng)用 生物陶瓷材料：在成分上與生物體具有相容性的一類仿生物無機(jī)陶瓷材料。 主要產(chǎn)品：生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷以及生物陶瓷復(fù)合材料等。 生物陶瓷材料早在上世紀(jì)70年代

20、就已開始用于臨床醫(yī)學(xué)上人體齒骨的修復(fù)和替代。 生物惰性陶瓷 生物活性陶瓷 表面生物活性陶瓷 可吸收生物陶瓷氧化鋁 氧化鋯 氧化鈦 生物碳 致密羥基磷灰石 熟石膏 玻璃陶瓷等 -雙相鈣磷陶瓷等 生物陶瓷及其復(fù)合材料9/14/202237 組織工程材料 器官和組織的缺損或衰竭是發(fā)生最為頻繁、最具破壞性和花費(fèi)最昂貴的人類醫(yī)療和保健問題。器官移植治療并不完美的關(guān)鍵問題是缺乏具有生物活性的人造機(jī)體。 組織工程材料是用于代替某些生物體組織器官或恢復(fù)、維持以及改善其功能的仿生物材料。例如： 用人工合成材料與活細(xì)胞或組織構(gòu)建雜化人工器官； 制備可移植的活體器件和其它生物相容性材料。 組織工程材料為利用細(xì)胞培養(yǎng)

21、制造生物仿生材料和人造器官開辟了光明的前景。9/14/202238 仿生智能材料 能模仿生命系統(tǒng)，同時(shí)具有感知和驅(qū)動雙重功能的材料，可響應(yīng)環(huán)境的刺激和變化，使無生命的材料具有生物特性。 仿生智能材料的三大要素是感知、反饋和響應(yīng)，這不僅與材料的成分、結(jié)構(gòu)和形態(tài)有關(guān)，而且與材料所處的環(huán)境有關(guān)。 仿生智能材料已發(fā)展成為生物材料領(lǐng)域最引人注目的研究熱點(diǎn)之一。 智能高分子凝膠材料：目前發(fā)展最快。其智能化特征在于其受到環(huán)境刺激時(shí)，其結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)可隨之變化。外刺激信號可以是溶液的成分、pH值、溫度、光照、電磁場等，這些信號可引起智能凝膠材料的體積發(fā)生數(shù)十至數(shù)千倍的突變，或收縮，或溶脹，從而體現(xiàn)智

22、能性。 用于蛋白質(zhì)分離、細(xì)胞培養(yǎng)、光能轉(zhuǎn)換的流量控制閥、人工肌肉驅(qū)動器、心臟起搏器、形狀記憶凝膠等。19/14/2022394.2.4 仿生工程技術(shù)模仿生物功能的凈化工程技術(shù) 在地球規(guī)模的物質(zhì)循環(huán)中，生物作用至關(guān)重要。模仿生物功能的凈化工程技術(shù)希望將生物長期培育而形成的功能應(yīng)用于材料工程，這是未來環(huán)境協(xié)調(diào)的重要課題。 模仿生物功能的技術(shù)包括： 直接利用自然界中存在的生物，或者利用使生物具有獨(dú)特功能的分子； 利用生物物質(zhì)（如蛋白質(zhì)）的活性，或具有類似結(jié)構(gòu)和功能的物質(zhì)； 雖然與生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)或原理不同，但可創(chuàng)造與生物具有同樣獨(dú)特功能的技術(shù)。9/14/202240 生物分子識別功能的利用 微生物為了

23、維持生命和繁殖，將其需要的物質(zhì)儲存于體內(nèi)，從而具有生成材料、濃縮金屬的功能（Bioreaching），成為回收稀有金屬的生物反應(yīng)器（Bioreactor）。 利用固定微生物作為催化劑使反應(yīng)過程連續(xù)進(jìn)行，從環(huán)境材料的觀點(diǎn)，可通過微生物或動植物細(xì)胞的固定，來實(shí)現(xiàn)材料生產(chǎn)過程的高效率。在水溶液中，微生物具有從多種材料的表面吸附某些離子的特性，將這種離子識別功能和腐蝕功能應(yīng)用于材料表面的改性。 在水污染治理中，模仿生物功能及生態(tài)中進(jìn)行的物質(zhì)遷移，對引起污染的特定離子進(jìn)行選擇性識別分離的功能性高分子材料的設(shè)計(jì)開發(fā)正在進(jìn)行。例如血紅素或鐵紫菜堿具有選擇性捕捉水溶液中微量氰離子的性質(zhì)。9/14/202241

24、 高分子凝膠人工合成物質(zhì)的生物功能利用 高分子凝膠具有其它物質(zhì)所沒有的獨(dú)特而復(fù)雜的性質(zhì)，例如體相變現(xiàn)象，在外界條件發(fā)生小的變化時(shí)，其體積可發(fā)生不連續(xù)的且可逆的變化。利用這種性質(zhì)可開發(fā)分子感知材料。 分子感知材料除以高分子凝膠體相變研究為基礎(chǔ)外，還需要探明： 產(chǎn)生這種獨(dú)特而復(fù)雜性質(zhì)的基本原理； 對組成高分子的分子間基本相互作用進(jìn)行深入研究； 通過酶反應(yīng)及生物化學(xué)刺激，識別引起其相變的特定分子和離子，用以控制相變過程。9/14/202242 利用生物物質(zhì)的材料工程技術(shù) 有的高分子材料具有模仿生物功能，這種功能以及生態(tài)中進(jìn)行的物質(zhì)遷移，對引起污染的特定的離子進(jìn)行選擇性識別與分離。 生物的高分子效應(yīng)利

25、用有助于酶功能顯示的分子識別及觸酶基的有效配置，研究開發(fā)選擇性消除陰離子（如氧離子、硝酸根離子、亞硝酸根離子、磷酸二氫根離子等）的水質(zhì)保護(hù)材料。 例如，金屬紫菜堿高分子絡(luò)合物可以用作凈化水功能的材料，用以去除廢水中的有害含氧化合物。9/14/2022434.2.5 生態(tài)建筑材料 構(gòu)成人居環(huán)境最重要的因素之一就是建筑材料。建筑材料是應(yīng)用最廣、用量最多的材料。長期以來，人們生產(chǎn)與使用建筑材料主要考慮其使用性能，而忽視其對生態(tài)環(huán)境與社會發(fā)展的影響。隨著環(huán)境問題成為人類發(fā)展的一種制約因素，對建筑材料也提出了生態(tài)化的要求。開發(fā)生產(chǎn)具有環(huán)境協(xié)調(diào)性的生態(tài)建材，對建材工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。9

26、/14/202244生態(tài)建材的基本特點(diǎn)： (1) 具有優(yōu)異的使用性能。 (2) 生產(chǎn)時(shí)大量使用廢棄物作為再生資源或能源，少用或不用傳統(tǒng)天然資源，盡量減少能耗。 (3) 采用清潔的生產(chǎn)技術(shù)，保持清潔的原料、工藝和產(chǎn)品。盡量減少廢氣、廢渣、廢水的排放，或經(jīng)有效的凈化處理。 (4) 使用過程中對人體健康及環(huán)境無害，并且功能復(fù)合化，如殺菌、防霉、除臭、調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)光、隔熱、阻燃、消聲、消磁、防射線、抗靜電等，有利于改善生態(tài)環(huán)境，與環(huán)境相和諧。 (5) 廢棄后使之作為再生資源或能源加以利用，或能作凈化處理。9/14/202245生態(tài)建材的類型： （1）天然型建材 采用天然成分的原材料作為建筑材料。除大

27、理石具有放射性外，常見的木、竹、石等材料一般對人類和環(huán)境都具有相容性，是一類自然的生態(tài)建材。 （2）節(jié)能型生態(tài)建材 在生產(chǎn)過程中能顯著降低能耗、采用免燒、低溫快燒、新預(yù)分解及其他新技術(shù)、新工藝生產(chǎn)的，或者是采用新型節(jié)能原材料生產(chǎn)的建材產(chǎn)品。 （3）利廢環(huán)保型生態(tài)建材 采用新技術(shù)、新工藝，利用工業(yè)廢渣或廢棄物生產(chǎn)的一類生態(tài)建材產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)廢棄物的再資源化，同時(shí)治理環(huán)境污染。 （4）先進(jìn)舒適型生態(tài)建材 具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、防火、防水、保溫、隔熱、隔音、調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)光等多種功能，在某種意義上是一類智能型建材。作為居室材料使人更具安全感、舒適感。9/14/202246 （5）保健型生態(tài)建材 具有促進(jìn)人體健康功能的一類生態(tài)建材產(chǎn)品，例如具有滅菌、消毒、防臭、防霉、吸附C02等功能的建材產(chǎn)品。 （6）特殊環(huán)境型生態(tài)建材 具有適用于惡劣環(huán)境的特殊功能的建材產(chǎn)品。例如適用于地下、海洋、河流、沙漠、沼澤等特殊環(huán)境的建材產(chǎn)品。這類產(chǎn)品具有超高強(qiáng)、長壽命、抗風(fēng)沙、抗腐蝕等方面的特殊功能。 總之，環(huán)境材料技術(shù)正在促使建筑材料向生態(tài)型轉(zhuǎn)變。隨著人類消費(fèi)水平和生活質(zhì)量需求的提高，要使居住條件更加安全、舒適和有利于健康，本世紀(jì)所使用的建筑材料應(yīng)該是具有多功能的、促進(jìn)健康的生態(tài)建筑材料。9/14/2022474.2.6 環(huán)境降解高分子材料 環(huán)境降解材料一般指可被環(huán)境自然吸收、消化、分解