打造綠色材料專業(yè)

建設綠水青山美麗中國01高分子材料概況及其環(huán)境負荷02高分子材料的可持續(xù)發(fā)展Contents目錄高分子材料的分類廢舊高分子材料的來源高分子材料的環(huán)境負荷高分子材料的綠色制造廢舊塑料的回收再生廢舊橡膠的回收利用可降解高分子材料高分子材料的長壽命設計第五章高分子材料的環(huán)境生態(tài)化治理一、高分子材料的分類/廢舊高分子材料的來源/高分子材料的環(huán)境負荷高分子化合物又稱高聚物或聚合物，是由小分子單體聚合而成的相對分子質量在10000以上的化合物。第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷高聚物原料高聚物粒料高聚物原料一、高分子材料的分類/廢舊高分子材料的來源/高分子材料的環(huán)境負荷為獲得實用性能或改善成型加工性能，一般需在高聚物中加入多種添加劑，即可獲得高分子材料。（如增塑劑、熱穩(wěn)定劑、阻燃劑等）按用途第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷高分子材料塑料橡膠纖維涂料膠黏劑功能高分子材料塑料制品一、高分子材料的分類/廢舊高分子材料的來源/高分子材料的環(huán)境負荷第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷橡膠制品纖維制品功能高分子材料涂料膠黏劑一、高分子材料的分類/廢舊高分子材料的來源/高分子材料的環(huán)境負荷第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷熱塑性樹脂與熱固性樹脂的區(qū)別熱塑性樹脂線型或支鏈型結構，可溶可熔；加熱熔融后能塑制成一定形狀，經(jīng)冷卻固化成型；（物理變化）可反復多次成型加工；如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等熱固性樹脂三維網(wǎng)狀結構，不溶不熔；熱固性樹脂在制成最終產(chǎn)品前，通常為分子量較小的液態(tài)或固態(tài)預聚體，經(jīng)加熱或加固化劑發(fā)生化學反應固化成型；（化學變化）不能反復成型加工；如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。一、高分子材料的分類/廢舊高分子材料的來源/高分子材料的環(huán)境負荷第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷塑料的注射成型塑料的吹塑成型高分子材料的分類/二、廢舊高分子材料的來源/高分子材料的環(huán)境負荷來源領域廢棄物品形式常見聚合物品種城市固體垃圾家用、商業(yè)活動和零售產(chǎn)生的垃圾，主要是一些塑料包裝制品、整理箱等。PE、PP、PS、PVC、PET等交通運輸領域塑料保險杠、油箱、橡膠輪胎、泡沫坐墊等。PP、ABS、PE、PU、PA等建筑行業(yè)領域管材、地板、窗框、電纜、瓷磚美縫劑等。PVC、PP等物流和大工業(yè)領域PE幾乎是二次包裝的專用材料，這類垃圾可以用來再生，制備高質量的用品。PE等農(nóng)業(yè)領域農(nóng)用地膜和棚膜，化肥、糧食的包裝編織袋，農(nóng)田水利管件，塑料繩索和網(wǎng)具。PE、PP、PA等家電行業(yè)領域電冰箱、電視機、攝像機、微波爐、電腦和通訊設備的外殼等。ABS、PC、PP等第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷高分子材料的分類/二、廢舊高分子材料的來源/高分子材料的環(huán)境負荷第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷數(shù)目龐大此部分內容作為文字排版占位顯示（建議使用主題字體）降解困難處理棘手品種繁多廢舊高分子材料的特點高分子材料的分類/廢舊高分子材料的來源/三、高分子材料的環(huán)境負荷高分子材料生產(chǎn)過程中的污染問題高聚物制備時的環(huán)境問題原材料所產(chǎn)生的廢氣；合成過程中產(chǎn)生的廢液；制備和加工時產(chǎn)生的廢渣加工過程中的環(huán)境問題使用重金屬添加劑引起的問題；氟氯烴（發(fā)泡劑）；殘留單體（如甲醛）；增塑劑（又名增塑劑）第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷高分子材料使用中的環(huán)境問題油漆中的苯系物、裝修板材中的游離甲醛高分子材料的分類/廢舊高分子材料的來源/三、高分子材料的環(huán)境負荷廢舊高分子材料引起的環(huán)境問題引起環(huán)境和社會問題“白色污染”和“黑色污染”第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷白色污染黑色污染影響人和動物健康一只死去的信天翁，肚中有很多塑料垃圾。一條被漁網(wǎng)纏住的魚。高分子材料的分類/廢舊高分子材料的來源/三、高分子材料的環(huán)境負荷第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷污染土壤和影響農(nóng)作物生長。廢棄農(nóng)膜廢棄農(nóng)膜高分子材料的分類/廢舊高分子材料的來源/三、高分子材料的環(huán)境負荷第一節(jié)高分子材料概況及其環(huán)境負荷高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展綠色高分子材料領域的閉環(huán)生命周期將可再生資源通過高效的催化策略轉化為綠色原料、單體、聚合物以及能夠規(guī)模化供應的高分子材料產(chǎn)品，廢舊高分子材料產(chǎn)品可通過多種循環(huán)途徑回收為原料、單體、能量等再利用。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展一、高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計高分子材料的綠色制造包括聚合物的綠色合成原料、聚合物的綠色合成技術和高分子材料的綠色加工技術等幾部分。（一）綠色合成原料可再生生物基原料。常見的可再生原料主要有植物多糖、植物油、松烯/萜烯等，這些可再生原料制備的單體可進一步合成高分子材料。催化劑。已報道的綠色催化劑主要有：綠色固體酸催化劑、分子篩催化劑、光催化劑及生物酶催化劑四類。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展一、高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（二）綠色合成技術高分子綠色合成的方法主要可歸納為三類，即改變聚合反應中傳統(tǒng)的能量交換方式、改變催化劑和改變反應條件。目前，這些合成方法主要有微波合成、超聲波合成、微生物發(fā)酵合成和電化學合成等。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展一、高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（三）綠色加工技術流體輔助加工輻射加工動態(tài)反應加工一體化基于拉伸流變的綠色加工成型廢舊高分子材料的回收和再利用既能解決環(huán)境污染問題，也能實現(xiàn)資源的再利用，是實現(xiàn)“雙碳計劃”的必然選擇。熱電蒸汽單體原料廢舊高分子材料應用成型加工合成樹脂化學循環(huán)物理循環(huán)能量循環(huán)廢舊高分子材料循環(huán)再利用過程示意圖第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計PET礦泉水瓶聚乙烯農(nóng)膜再生粒料滌綸PET瓶片第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（一）物理循環(huán)直接循環(huán)利用：不需經(jīng)過各類改性，將廢舊塑料經(jīng)過清洗、破碎、塑化直接加工成型或通過造粒后加工制成制品。優(yōu)點：工藝簡單、可直接處理成型，再生制品的成本低廉；缺點：再生料的制品力學性能下降較大，不宜制作高檔次的制品。廢舊塑料破碎助劑清洗、干燥分離擠出造粒成型加工再生料再生制品分選第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（一）物理循環(huán)改性循環(huán)利用，工藝復雜、制品成本高，制品使用價值高。物理改性法，即將再生料與其它聚合物或助劑通過機械共混，使再生制品的力學性能得到改善或提高，可以做檔次較高的再生制品；化學改性法，采用接枝、共聚或化學交聯(lián)等化學改性法在高分子鏈中引入其它鏈節(jié)和功能基團，可制得性能優(yōu)異的新的高分子材料，使其附加值更高。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計物理改性增韌改性增強改性共混改性填充改性（一）物理循環(huán)改性循環(huán)利用改善回收塑料的抗沖擊性能?？商砑訜崴苄詮椥泽w與回收料共混。改善回收塑料的拉伸強度?？商砑硬ＡЮw維等增強材料。與另一種高聚物共混。添加填充劑（也稱填料），改進塑料制品的性能和降低成本。填料的品種很多，如碳酸鈣、木粉、玻璃纖維等。高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計木塑復合材料利用木質纖維和回收塑料為主要原料，經(jīng)擠出、注塑或壓制成型而制得的復合材料。木質纖維包括木材下腳料及木材加工中的鋸末以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的麥秸、稻殼等。/v?pd=wisenatural&vid=11876505563336506411木塑復合材料第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計秸稈刨花稻殼鋸末木質纖維廢舊農(nóng)膜廢舊飲料瓶木塑復合材料再生塑料第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計多次物理循環(huán)后，塑料的性能會變差。有些混雜塑料不可分離或分離代價很高。廢舊熱固性塑料不易進行物理循環(huán)。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（二）化學循環(huán)在有氧或無氧條件下，經(jīng)熱或水、醇、胺等物質的作用使高分子發(fā)生降解反應，形成的低分子量產(chǎn)物，可進一步利用。常見的有解聚、熱裂解、加氫裂解和氣化。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展低分子氣體液體固體氫氣、乙烯、丙烯、甲烷等汽油、柴油、煤油等蠟、焦炭等高分子化學反應高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（二）化學循環(huán)1、解聚解聚是指將高分子材料降解成單體或低聚物，可再聚合為原始材料或轉化為其他化學品的方法，對逐步聚合型高聚物來說，解聚可分為水解、醇解等。醇解法是利用醇類的羥基來醇解某些聚合物及回收原料的方法。這種方法可用于聚氨酯塑料、聚酯塑料等的回收。水解法適用于含有水解敏感基團的高聚物，這類高聚物多由縮聚反應制得，水解反應實質是縮合反應的逆向反應。這類聚合物有聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯和聚酰胺。解聚法目前存在著分解速度慢、副反應多、單體和催化劑難以分離等問題。氨酯鍵酯鍵酰胺鍵高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計PET的甲醇解聚反應式第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（二）化學循環(huán)2、熱裂解裂解爐廢舊高分子材料熱裂解：是指在無氧或有氧氣氛下，大分子在熱作用下裂解成小分子的過程。裂解產(chǎn)物的組成依賴于裂解條件，如溫度、壓力、時間、氣氛等。燃料油炭黑裂解氣高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計一、廢舊塑料的循環(huán)回收再生/二、廢舊橡膠的循環(huán)回收利用/三、可降解高分子材料/四、長壽命設計第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展2、熱裂解廢舊聚苯乙烯（PS）塑料裂解生產(chǎn)苯乙烯反應器接收瓶阻聚劑成品分餾冷凝器阻聚劑物料催化劑第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（三）能量循環(huán)對于一些高度混合、不可以經(jīng)濟回收的、嚴重污染的廢舊高分子材料，通過燃燒利用其熱能是最好的解決方法。廢棄物氣體、粉塵處理后填埋處理后排放焚燒爐殘留物能量回收第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（三）能量循環(huán)廢舊塑料作為燃料回收具有多種優(yōu)點：可有效處理廢舊高分子材料；焚燒后的廢棄物質的質量和體積可減少90%；有助于廢舊高分子材料中有毒物質的消除，減少環(huán)境污染；該方法特別適用于結構復雜、已老化降解及含有毒殘留物的高分子材料制品作為能源回收利用；操作簡單、成本低且效益高。某些塑料燃燒時會產(chǎn)生有害物質，所以如何做到保護環(huán)境、不致產(chǎn)生二次公害是熱能利用的關鍵。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計案例與討論（一）：外賣造成的環(huán)境問題如何解決？“外賣塑料袋三天覆蓋一個西湖、外賣盒一天堆出770個珠穆朗瑪峰”的說法或許危言聳聽，但據(jù)高校研究團隊調研發(fā)現(xiàn)2020年外賣中塑料垃圾重量約160萬噸。無害化處理160萬噸塑料垃圾約花費24.5億元。外賣垃圾產(chǎn)生的“白色污染”過度包裝的外賣第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計“限塑令”國務院辦公廳下發(fā)的《關于限制生產(chǎn)銷售使用塑料購物袋的通知》生效時間：2008年6月1日主要內容：在全國范圍內禁止生產(chǎn)、銷售、使用厚度小于0.025毫米的塑料購物袋。在所有超市、商場、集貿(mào)市場等商品零售場所實行塑料購物袋有償使用制度，一律不得免費提供塑料購物袋?！敖芰睢眹野l(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部、商務部等9部委聯(lián)合下發(fā)的《關于扎實推進塑料污染治理工作的通知》生效時間：2021年1月1日主要內容：重點城市的商場、超市、藥店、書店等場所，餐飲打包外賣服務以及各類展會活動中，禁止使用不可降解塑料購物袋。全國范圍餐飲行業(yè)禁止使用不可降解一次性塑料吸管小貼士：“限塑令”與“禁塑令”案例與討論（二）：廢棄口罩如何處理？上海某地鐵口外市民一小時撿了367個廢棄口罩野生獼猴正在啃咬路人丟棄的口罩根據(jù)海洋保護組織OceansAsia發(fā)布的報告，2020年全球共生產(chǎn)了520億只口罩，其中至少有15.6億個被亂丟流入海洋中，相當于產(chǎn)生了4680噸~6240噸的海洋垃圾。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計聚丙烯（PP）氨綸、錦綸、滌綸等聚丙烯（PP）聚丙烯（PP）鋁塑鼻夾條案例與討論（二）：廢棄口罩如何處理？第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/二、廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（一）直接循環(huán)廢舊橡膠的直接循環(huán)利用是在不經(jīng)過化學變化（如再生、熱分解）或在其形狀不發(fā)生重大改變（如膠粉）的情況下，利用其原形或通過部分改制、修補而重新利用的方法。直接循環(huán)利用主要包括翻新和原形改制。翻新輪胎原形改制原形改制第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/三、廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（二）間接循環(huán)間接循環(huán)利用是將廢舊橡膠通過物理或化學方法加工而制得系列產(chǎn)品利用。間接利用主要有生產(chǎn)再生橡膠、制備膠粉、熱分解回收化學品和熱能利用等方式。1、再生橡膠再生橡膠是由廢舊橡膠制品或硫化橡膠經(jīng)破碎、除雜質（纖維、金屬等），再經(jīng)物理、化學處理消除彈性，重新獲得類似橡膠的剛性、黏性和可硫化性的一種橡膠代用材料。（使部分分子鏈和交聯(lián)點斷裂）切膠粉碎精煉再生洗膠再生橡膠/v_show/id_XNzE3MTU2MjE2.html高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/三、廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（二）間接循環(huán)2、制備膠粉由已硫化的廢舊橡膠經(jīng)打磨或進一步改性活化制得的粉狀膠料，可改善其摻用制品的力學性能。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/三、廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展粒徑/mm應用范圍1.0~6.0（粗膠粉）與聚氨酯混合用于運動場、網(wǎng)球場、健身房地坪、學校操場等的鋪設；制造地磚及隔音、隔熱材料0.5~1.0（粗膠粉）作再生膠原料及與瀝青混合做鋪路材料0.3~0.5（細膠粉）10%~20%配合量直接與生膠摻用<0.3（精細膠粉）可以100%配合量用于制造實心輪胎和減振橡膠制品等<0.02（超細膠粉）可以100%配合量用于輪胎胎面而不影響其力學性能高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/三、廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計可降解高分子光-生物共降解高分子光降解高分子生物降解高分子與光敏單體共聚添加光敏劑天然高分子：纖維素、淀粉、木質素共混型高分子：PE、PP、PVC等與淀粉共混合成高分子化學合成——聚乳酸、聚己內酯生物合成——聚酯添加光敏劑、生物降解劑等開發(fā)可降解高分子材料可從源頭減輕廢舊高分子材料造成的環(huán)境負荷。高分子材料的降解：高分子材料暴露在熱、機械、光、輻射、生物及化學物質等環(huán)境下，大分子中的化學鍵斷裂，并由此引發(fā)的一系列材料老化、性能劣化的過程，該過程包括多種物理的和化學的協(xié)同作用。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/四、可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（一）光降解高分子材料光降解機理光降解塑料中的高聚物吸收太陽光中的紫外線，使聚合物發(fā)生水解、胺解、酸解、氧化等化學反應，致使聚合物分子鏈斷裂，分子量變小，性能變差。光降解塑料（在塑料中加入光敏性物質）一種是在塑料中添加光敏劑；另一種是采用含羰基的光敏單體與常規(guī)的結構單體共聚，以光敏單體的加入量控制聚合物的降解時間。局限性：（1）日光作用下才可能降解；（2）廢棄光降解高分子材料被填埋時，由于缺少光、氧或水等條件而降解不完全；（3）光降解受地理、氣候影響較大，降解速度難控制。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/四、可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計（二）生物降解高分子材料生物降解機理生物降解是通過微生物及其分泌產(chǎn)物——酶的作用或化學分解反應而發(fā)生的，微生物在吞食、消化高分子的過程中產(chǎn)生機械、化學或酶解作用而破壞大分子的化學結構。生物降解塑料天然高分子型：淀粉、蛋白質、纖維素等共混型：淀粉與PE、PP等共混生物合成型：聚酯化學合成型：聚乳酸（PLA）、聚己內酯（PCL）淀粉餐盒可降解塑料袋可降解植入器械可吸收手術縫合線高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/四、可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計生物降解高分子材料在自然界中的循環(huán)過程第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/四、可降解高分子材料/高分子材料的長壽命設計高分子材料的原料主要來源于石油和煤炭，降解無疑是對石油和煤炭資源的浪費，對高分子材料進行長壽命化設計，可以提高資源利用率，降低資源開發(fā)速度。高分子材料的老化失效問題是制約其長壽命設計的關鍵問題之一。為防止高分子材料的老化，延長其使用壽命，通?？梢圆扇∫韵聨追矫娴拇胧禾砑痈鞣N防老劑，如抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、變價金屬離子抑制劑、紫外線吸收劑、光屏蔽劑等；物理防護，涂漆、涂膠、涂覆塑料、鍍金屬、著色、涂蠟等聚合物改性；改進聚合和成形加工工藝。原材料的預處理、加工方式、加工溫度及時間、冷卻速度等都會對制品的老化性能帶來不同程度的影響。第二節(jié)高分子材料的循環(huán)利用與生態(tài)化發(fā)展高分子材料的綠色制造/廢舊塑料的回收再生/廢舊橡膠的回收利用/可降解高分子材料/五、高分子材料的長壽命設計01復合材料概況及其環(huán)境負荷02復合材料的可持續(xù)發(fā)展Contents目錄復合材料的分類及特點增強纖維簡介復合材料的環(huán)境負荷低成本制造技術復合材料的回收生態(tài)復合材料的設計與加工第六章復合材料的環(huán)境生態(tài)化治理一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷復合材料的定義：復合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的組分材料通過適當?shù)闹苽涔に噺秃显谝黄鸬亩嘞喙腆w材料。第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷碳纖維復合材料金屬基復合材料樹脂基復合材料一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷某復合材料的截面顯微照片分散相，增強相使復合材料性能顯著增強。連續(xù)相，基體相賦形、傳遞載荷、保護增強體。增強體基體界面?zhèn)鬟f、誘導、散射和吸收等一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷復合材料的命名：一般根據(jù)增強體和基體的名稱來命名，通常有以下三種情況：以基體名稱命名。如樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等。以增強體名稱命名。如玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料、陶瓷顆粒增強復合材料等。一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷復合材料的命名：一般根據(jù)增強體和基體的名稱來命名，通常有以下三種情況：以基體和增強體共同命名。

常用來表示某一種具體的復合材料。

書寫格式：“增強體/基體”如“玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料”，或“玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復合材料”或“玻璃纖維/環(huán)氧”。我國常把這類復合材料通稱為“玻璃鋼”。玻璃鋼雕塑（一）聚合物基復合材料（PMC）PMC是目前復合材料的主要品種，其產(chǎn)量遠超其他基體的復合材料。與傳統(tǒng)的金屬材料相比，聚合物基復合材料具有高比剛度、高比強度、耐腐蝕、耐疲勞、易成型等優(yōu)點。缺點：耐熱性差、發(fā)煙燃燒、成型速度慢、表面易損傷等。熱固性樹脂基復合材料熱塑性樹脂基復合材料一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷風力發(fā)電葉片機組材料名稱密度/g·cm-3拉伸強度/MPa彈性模量/MPa比強度N·m/kg比模量N·m/kg鋼7.8102207×10313×10327×106鋁2.87669×10327×10325×106鈦4.595115×10321×10325×106E-玻璃2.5340072×1031360×10329×106環(huán)氧樹脂1.1697×10363×1036×106Al2O3晶須4.021000430×1035250×103107×106普通玻璃鋼2.010539×10353×10320×106E-玻璃（73.3%）/環(huán)氧樹脂2.2164056×103746×10325×106Al2O3（14%）/環(huán)氧樹脂1.677941×103486×10326×106碳纖維Ⅰ/環(huán)氧樹脂1.6105237×10366×103148×106硼纖維/環(huán)氧樹脂2.1136207×10365×10399×106硼纖維/鋁2.699197×10338×10376×106一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷（一）聚合物基復合材料（PMC）（二）金屬基復合材料（MMC）金屬基復合材料是指以金屬及其合金為基體，一種或幾種金屬或非金屬為增強相，人工復合成的材料。與傳統(tǒng)金屬材料相比，MMC具有較高的比強度和比模量；與聚合物基復合材料相比，它具有優(yōu)良的導電性和導熱性；與陶瓷基復合材料相比，它又具有較高的韌性和抗沖擊性能。一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷金屬基復合材料（三）無機非金屬基復合材料無機非金屬基復合材料包括陶瓷基復合材料、碳基復合材料和水泥基復合材料。陶瓷基和碳基復合材料是耐高溫及高力學性能的首選材料。碳/碳復合材料是耐溫最高的材料，具有良好的抗燒蝕性能和抗熱震性能。主要應用于導彈頭部的熱防護部件、固體發(fā)動機噴管和飛機剎車片等方面。它的缺點是不能在氧化性氣氛下耐受高溫。一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷剎車片增強體是在復合材料中起著增加強度、改善性能作用的組分。玻璃纖維（GF）最早開發(fā)出來的用于聚合物基復合材料的纖維。它是一種非晶型無機纖維，主要成分為SiO2與Ca、B、Na、Al、Fe等的氧化物?，F(xiàn)在市場上銷售的玻璃纖維主要為無堿（E型）玻璃纖維。一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷GF氈GF無捻粗紗GF短切絲一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷碳纖維（CF）——撐起大國重器的“小材料”被譽為“黑色黃金”。堅如磐石，韌如發(fā)絲。CF是一種由有機纖維(如，聚丙烯腈纖維)在保護氣氛下熱解碳化，形成的含碳量大于90%的多晶無機纖維。碳纖維因其具有低密度、高強度、高模量、低電阻、高導熱、低熱膨脹、耐高溫、耐疲勞、耐化學腐蝕和具有良好的生物相容性等特征，被廣泛用作復合材料的增強體。聚丙烯腈（腈綸）纖維200520142019T300級碳纖維量產(chǎn)日本東麗公司——

1971年應用：釣魚竿、體育器材T700/T800級碳纖維量產(chǎn)應用：軍事國防、航空航天T1000級超高強度碳纖維量產(chǎn)應用：軍事國防、航空航天2021年我國成為全球最大的碳纖維生產(chǎn)國2022年國產(chǎn)碳纖維用量首次超進口量T1100級超高強度碳纖維量產(chǎn)應用：軍事國防、航空航天2023美日兩國嚴禁對我國出口任何規(guī)格高于T800與M60J級（含）以上的碳纖維材料。一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷芳香族聚酰胺纖維（芳綸纖維，Kevlar纖維）芳香族聚酰胺樹脂是由酰胺鍵與兩個芳香環(huán)連接而成的線型聚合物。芳綸纖維具有超高比強度、高比模量、耐高溫、韌性好、質量輕等優(yōu)良性能。其強度是鋼絲的5~6倍、模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍、韌性是鋼絲的2倍、而質量僅為鋼絲的1/5左右。聚對苯二甲酰對苯二胺，PPTA一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷芳香族聚酰胺纖維（芳綸纖維，Kevlar纖維）一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷第一節(jié)復合材料概況及其環(huán)境負荷（一）生產(chǎn)制造中的環(huán)境問題高成本環(huán)境污染高能耗（二）回收和再生利用困難熱固性樹脂基體固化后，具有三維網(wǎng)狀結構，無法通過熔融或溶解再加工，回收極為困難。熱固性樹脂基復合材料目前的處理方式大多是掩埋或焚燒，對環(huán)保帶來巨大的壓力。如酚醛樹脂甚至不易像其他熱固性樹脂那樣利用燃燒來回收熱量。復合材料的設計中常?？紤]整體集成，以消除一些連接件、緊固件和配合件等，可以提高制作復雜制件的效率。這樣雖然能節(jié)約能量消耗，對環(huán)境有利，但是集成會使拆卸困難。一、復合材料的分類及特點/二、增強纖維簡介/三、復合材料的環(huán)境負荷一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（一）低溫固化復合材料技術通常是指固化溫度小于100℃、可以在自由狀態(tài)下進行高溫后處理的復合材料技術。低溫固化復合材料成型過程一般分為兩個階段：第一階段為低溫加壓或低溫真空壓力下固化；第二階段為在自由狀態(tài)和較高溫度下進行后處理?？山档蛷秃喜牧现圃斐杀镜闹饕夹g有低溫固化復合材料技術、復合材料液態(tài)成型技術、復合材料纏繞與自動鋪放技術、電子束固化復合材料技術和3D打印技術等。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（二）液態(tài)模塑成型技術它是指將液態(tài)聚合物注入鋪有纖維預成型體的閉合模腔中，或將預先放入模腔中的樹脂膜加熱熔化，使液態(tài)聚合物在流動充模的同時完成對纖維的浸漬并固化成型為制品的一類復合材料制備技術。液態(tài)成型工藝被稱為樹脂傳遞模塑（RTM）工藝，在此基礎上開發(fā)了一系列液態(tài)成型工藝，主要包括真空輔助樹脂傳遞模塑（VARTM）、樹脂浸漬模塑成型工藝（SCRIMP）、樹脂膜滲透成型工藝（RFI）和結構反應注射模塑成型（SRIM）等技術。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（三）復合材料纏繞與自動鋪放技術復合材料纏繞技術纏繞成型是將浸漬了樹脂的紗或絲束纏繞在回轉芯模上，常壓下在室溫或較高的溫度下將復合材料固化成型，制備各種尺寸的回轉體。纖維纏繞成型示意圖1—連續(xù)纖維；2—樹脂槽；3—纖維輸送架；4—輸送架驅動器；5—芯模驅動器；6—芯模一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（三）復合材料纏繞與自動鋪放技術復合材料自動鋪放技術自動鋪帶技術其鋪帶頭按一定的運動規(guī)律，并使預浸帶經(jīng)鋪帶頭傳送、切割、加熱等操作，在壓輥的作用下直接敷設于模具表面，實現(xiàn)復合材料鋪疊自動成型。自動鋪絲技術整合了纏繞成型中的預浸紗輸運技術和自動鋪帶成型中的壓力鋪放、切斷和重定位技術，使其具有更高的優(yōu)越性和適應性。它克服了纏繞成型“周期性、穩(wěn)定性、不架橋”和自動鋪帶“自然路徑”的限制，可實現(xiàn)連續(xù)變角度鋪放和變帶寬鋪放。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（四）電子束固化復合材料技術它是利用電子加速器產(chǎn)生的電子束沖擊待固化材料，通過與介質碰撞將能量在短時間內傳遞給介質分子，從而產(chǎn)生各種物理化學變化，引發(fā)樹脂交聯(lián)反應，使材料固化。（五）3D打印技術國內外用于制備纖維增強樹脂基復合材料的打印技術主要包括立體光固化成型（SLA）、熔融沉積成型（FDM）和選擇性激光燒結成型（SLS）。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（一）復合材料回收方法的分類目前復合材料的回收方法主要分為物理回收、能量回收和化學回收三種類別。類別適用范圍回收產(chǎn)物用途物理回收未被污染的廢棄物粉料涂料、鋪路料、替代初始短切纖維制備新復合材料等化學回收被污染的廢棄物熱解氣、熱解油、固體產(chǎn)物燃料、填料、替代初始短切纖維制備新復合材料等能量回收有機物含量高的廢棄物熱量替代煤或建筑廢棄物等發(fā)電、發(fā)熱等我國“十四五”規(guī)劃將“碳纖維復合材料廢棄物低成本回收以及應用技術”列為重點推進內容。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（二）聚合物基復合材料的循環(huán)回收與再生1、熱固性樹脂基復合材料的回收機械回收法（物理回收法）主要依靠機械設備，通過機械力將熱固性樹脂及其復合材料碾碎、壓碎或切碎等方式，獲得尺寸不一的塊狀顆粒、短纖維、粉末等物質。機械粉碎法無法得到長纖維。具有工藝簡單、不產(chǎn)生污染物等優(yōu)點?；厥疹w粒粒徑應用領域>25mm多用于建材，廢紙制造的紙板、輕型水泥板、農(nóng)用地面覆蓋材料和隔音材料等3.2~9.5mm屋頂瀝青、塊狀模塑料、混凝土等填料，鋪路材料補強劑等<60μm片狀模塑料、塊狀模塑料和熱塑性塑料填料一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（二）聚合物基復合材料的循環(huán)回收與再生1、熱固性樹脂基復合材料的回收化學回收法初步破碎的熱固性聚合物基復合材料可以通過化學方法分解成為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)物質，分別進行回收?；瘜W回收法既適用于熱固性基體復合材料，也能用于熱塑性基體復合材料?；瘜W方法通常有熱裂解法、反相氣化法和催化裂解法等?；瘜W回收方法分解條件特點熱裂解少量熱量（開始時需要引入燃料，一旦有氣體裂解產(chǎn)物即可切換，將產(chǎn)物改作燃料）操作簡便，不需要專門的設備，特別適用于處理被污染的復合材料廢棄物；技術難度大、對回收設備要求高，樹脂裂解產(chǎn)生某些低分子氣體對環(huán)境有污染；由于高溫作用，回收的纖維機械強度降低幅度較大。反相氧化法氧氣、少量熱量及催化劑回收的纖維結構并未破壞，僅在表面上殘留了少量樹脂，特別適用于回收碳纖維等貴重纖維。催化裂解催化劑反應溫度低，對纖維損傷小。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（二）聚合物基復合材料的循環(huán)回收與再生三種化學回收法比較一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（二）聚合物基復合材料的循環(huán)回收與再生1、熱固性樹脂基復合材料的回收超臨界流體回收法超臨界流體強大的溶解能力可分解復合材料廢棄物中的樹脂基體，從而得到干凈的增強纖維，且能夠很好地保留增強纖維的原始性能。超臨界流體回收法具有原料廉價、回收過程清潔無污染，且回收得到的增強纖維表面干凈且性能較為優(yōu)異等優(yōu)勢；但是超臨界條件要求較苛刻，大部分超臨界流體要求高溫高壓，對反應設備的要求比較高，且造價昂貴，安全系數(shù)低。超臨界反應裝置一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（二）聚合物基復合材料的循環(huán)回收與再生2、熱塑性樹脂基復合材料的回收與再生熱塑性樹脂的熔體/固體轉換是可逆的，除了前面熱固性樹脂基復合材料的回收方法，熱塑性聚合物基復合材料還有以下兩種回收與再生方法。熔融再生法將回收的熱塑性樹脂基復合材料清潔破碎后重新熔融，再擠出、注射或直接模壓成型加工成新的復合材料。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（二）聚合物基復合材料的循環(huán)回收與再生2、熱塑性樹脂基復合材料的回收與再生溶解再生法采用適當?shù)娜軇┦篃崴苄詷渲鶑秃喜牧蠌U棄料溶解，然后加入沉淀劑，通過過濾分離出聚合物和增強體，經(jīng)過進一步處理，分別得到回收的增強體和聚合物，可再次制成復合材料應用。聚合物基復合材料切碎物聚合物回收品過濾聚合物沉淀濾液濾出物聚合物溶液纖維（含少量殘余聚合物）溶解物溶劑分離干燥清洗案例與討論（一）：風電葉片規(guī)模化回收難題亟待解決隨著風電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，退役風機規(guī)模將越來越大。風電核心設備的設計壽命通常為20~25年，經(jīng)過十多年的規(guī)?；_發(fā)，到2025年左右，我國早期安裝的風電葉片將陸續(xù)進入退役期。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展正在服役的風電葉片機組正在運輸?shù)娘L電葉片案例與討論（一）：風電葉片規(guī)模化回收難題亟待解決目前全球范圍內使用較為廣泛的風機葉片材料由玻璃纖維(或碳纖維）增強的熱固性樹脂基復合材料構成，主要包括環(huán)氧樹脂、增強纖維、輕木等。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展大量廢棄的風電葉片風電葉片改造的自行車車棚案例與討論（二）：碳纖維復合材料廢棄物中低成本回收碳纖維一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展碳纖維的回收/v?pd=wisenatural&vid=8712720994638604655據(jù)預測，全球廢棄碳纖維復合材料制品至2020年約5萬噸，其中碳纖維2.5萬噸以上，按平均價格200元/kg計算，價值約合人民幣50億元以上。每100kg航空碳纖維復合材料廢棄物中，就有大約60~70kg的碳纖維，這些碳纖維仍然具有極高的再利用價值，其力學強度和電、磁、熱性能幾乎與原有碳纖維相當，可用來重新制備高性能復合材料。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展（三）金屬基復合材料的回收再生和分離對于短纖維和晶須增強的金屬基復合材料，通過煉制的方法可以部分回收，煉渣可以作為填料使用。金屬基復合材料的再生主要集中在顆粒增強金屬基復合材料上。MMC的主要回收方法有重熔再生法、熔融鹽處理法、電磁分離法和化學溶解分離法等。一、低成本制造技術/二、復合材料的回收/三、生態(tài)復合材料的設計與加工第二節(jié)復合材料的可持續(xù)發(fā)展生態(tài)復合材料的設計實例1、可回收的熱塑性樹脂基復合材料從20世紀90年代，陸續(xù)開發(fā)了系列化的高性能熱塑性樹脂，如聚醚醚酮（PEEK）系列、聚醚砜（PES）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚酰亞胺（PEI）等與連續(xù)纖維或長纖維復合制備的復合材料。2、可降解的熱固性樹脂由于環(huán)氧樹脂在高性能復合材料領域的作用和地位目前仍不能被取代，因此近年來出現(xiàn)了可降解環(huán)氧樹脂的研究。3、天然仿生型復合材料目前的不少復合材料就是人們模仿天然材料設計開發(fā)的結果，但這種模仿尚處于初級階段，有待進一步深入。材料與環(huán)境01大氣治理材料02水污染治理材料03土壤污染治理材料Contents目錄第七章環(huán)境治理材料第一節(jié)大氣污染治理材料大氣污染概況大氣污染：由于人類活動或自然過程中引起某些物質介入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此危害人體健康或環(huán)境的現(xiàn)象。氧化型污染尾氣還原型污染煤煙全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2℃之內，并為控溫1.5℃而努力。盡快實現(xiàn)溫室氣體排放達峰，繼而與本世紀下半葉實現(xiàn)溫室氣體零排放。大氣污染概況利用化學反應將大氣中的有害物質轉化為無害物利用外力等物理作用將污染物從大氣中分離出來工業(yè)排放交通排放生活排放農(nóng)業(yè)排放自然排放物理過程化學過程生物過程分離轉化燃燒、化學吸收、催化過濾、物理吸附等大氣污染治理第七章第一節(jié)大氣污染治理材料（1）吸附材料活性炭顆粒：吸附能力強、兼具原位脫氧及催化還原性能活性炭纖維：吸附脫附速度快、尤其對氮、硫化合物吸附明顯活性炭用于氮氧化物和硫氧化物選擇性催化還原堿性，可吸附大量酸性氣體水滑石類材料多孔性和吸收劑的高分散性用作其他吸收劑或催化劑的載體金屬氧化物對極性分子和不飽和分子有很高的親和力在苛刻條件（低分壓、低濃度、高溫）下都具有優(yōu)良的吸附性能沸石分子篩第七章第一節(jié)大氣污染治理材料（2）吸收材料水：含NO量大廢氣吸收有限酸：濃硫酸和稀硝酸，適用于NO2的尾氣吸收堿：氨水，適用于硝酸尾氣及硝化尾氣的凈化液體吸收材料還原吸收：亞硫酸銨、硫化鈉、尿素，用于NOx吸收；氧化吸收：先將NOx中NO氧化為NO2，再用堿吸收。氧化還原吸收材料利用NOx與某些物質能生成絡合物，再通過加熱使NOx游離出來并回收，主要適用于富含NO的氮氧化物尾氣。絡合吸收材料第七章第一節(jié)大氣污染治理材料（3）過濾材料聚酰亞胺：水泥、電力、鋼鐵、垃圾焚燒等行業(yè)除塵聚四氟乙烯：垃圾、火電廠燃煤除塵聚苯硫醚：火電除塵塑料基過濾材料玄武巖纖維：耐酸堿、集塵效率高，對煙氣含塵量濃度適應性強，處理煙塵量大高硅氧耐火纖維：耐高溫、耐燒蝕陶瓷基過濾材料泡沫合金：起燃速度快、背壓小、抗振動性強，用于汽車尾氣三元催化載體金屬纖維氈：高溫煙氣除塵、柴油尾氣處理金屬基過濾材料第七章第一節(jié)大氣污染治理材料（4）催化材料催化轉化處理法：利用催化劑的催化作用將大氣污染物進行化學轉化，使其變?yōu)闊o害且易于處理的物質。室內空氣凈化催化材料三效催化劑移動源尾氣凈化催化材料煙氣脫硫硝催化材料光催化工業(yè)脫硫硝脫硫脫硝第二節(jié)水污染治理材料水污染概況水污染：水體因某種物質的介入而導致其化學、物理、生物或者放射性等方面特性的改變，從而影響水的有效利用，危害人體健康或者破壞生態(tài)環(huán)境，造成水質惡化的現(xiàn)象。毒物型污染需氧型污染感官型污染其他污染富營養(yǎng)型污染水污染概況第七章第二節(jié)張瑞垚,周平.基于魯棒加權模糊聚類的污水處理過程監(jiān)測方法.自動化學報,2022,48(9):2198?2211去除懸浮固體和漂浮物質去除膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物去除難降解有機物及磷﹑氮等富營養(yǎng)物質水污染治理材料（1）氧化還原材料第七章第二節(jié)氧化還原法：通過在水中投加氧化劑或還原劑，使廢水中溶解的有機或無機的污染物與藥劑發(fā)生氧化還原反應，從而使廢水中的有毒污染物轉化為無毒或微毒物質。氧化劑空氣：處理含硫廢水氯系氧化物：處理含氰廢水等臭氧：處理難以生物降解的有機污染物高錳酸鉀：處理氰、硫化物等有害污染物過氧化氫：分解氧化鹵代脂肪經(jīng)、有機酸等光催化：處理有機廢水生物接觸氧化法：處理有機廢水還原劑電化學還原：在電流的作用下，廢水中的重金屬離子被還原，從而降低了廢水的毒性，去除重金屬污染物；化學還原：①電極電位較低的金屬，如鐵屑、鋅粒、鋁粉、銅屑等。②某些帶負電的離子，如硼氫化鈉中的B5-、聯(lián)胺、醛類。③某些帶正電的離子，如Fe2+等。第七章第二節(jié)水污染治理材料（2）沉淀分離材料原水沉淀出水濃縮后的污泥污泥循環(huán)沉淀池混凝池凝絮池混凝劑助凝劑沉淀分離法：向廢水中投加某些化學藥劑，使之與廢水中的污染物發(fā)生化學反應，形成難溶的沉淀物，然后進行固液分離，從而去除廢水中的污染物。凝絮沉淀混凝劑：鋁鹽混凝劑、高鐵酸鹽絮凝劑等助凝劑：酸和堿、水玻璃、氧化劑等化學沉淀氫氧化物沉淀劑：處理含重金屬離子硫化物沉淀劑：處理含汞、含銅離子鉻酸鹽沉淀劑：僅限于處理六價鉻離子碳酸鹽沉淀劑：去除堿土金屬和重金屬離子氯化物沉淀劑：處理含銀離子廢水沉淀分離工藝圖顆?；钚蕴浚喝コ鬯杏袡C物﹑顏色、臭味、油、苯酚等纖維活性炭：處理含有機污染物的工業(yè)廢水膨脹石墨：吸附非極性有機大分子，特別是油類物質第七章第二節(jié)水污染治理材料（3）吸附材料吸附法：多孔物質和細小顆粒由于具有巨大的表面積，具有較強的吸附能力，是污水處理的重要材料。吸附能力強、吸附選擇性好、吸附平衡濃度低，而且易再生和再利用。碳質吸附材料沸石：用于除氟除鐵、去除水中氨氮、除油膨潤土：含芳香類化合物有機廢水、印染廢水處理及農(nóng)藥吸附硅藻土：提高絮凝劑的絮凝效果海泡石：污水處理、過濾脫色無機吸附材料顆?；钚蕴坷w維活性炭沸石膨潤土海泡石離子交換樹脂：陽/陰離子交換樹脂、兩性離子交換樹脂、鰲合樹脂及氧化還原型樹脂等吸附樹脂：處理廢水中微溶于水，極易溶于甲醇、丙酮等有機溶劑，分子量略大和帶極性的有機物，如脫酚、除油、脫色等第七章第二節(jié)水污染治理材料（3）吸附材料吸附法：多孔物質和細小顆粒由于具有巨大的表面積，具有較強的吸附能力，是污水處理的重要材料。吸附能力強、吸附選擇性好、吸附平衡濃度低，而且易再生和再利用。高分子吸附材料細菌生物吸附劑：用于處理含有金屬廢水的各種接觸裝置中真菌生物吸附劑：用于吸附廢水中重金屬離子海藻生物吸附劑：用于回收金屬離子的填充柱生物吸附材料離子交換樹脂海藻生物吸附劑第七章第二節(jié)水污染治理材料（4）過濾材料過濾法：分離、收集分散于液體中顆粒狀物質。過濾材料是水處理濾池或除塵設備中最重要的組成部分，是完成過濾的主要介質。礦物濾料：廢水處理、截污（改性）合金濾料：生活用水深度凈化、工業(yè)給水凈化及廢水處理陶瓷基濾料：阻截懸浮物、微生物、病毒等顆粒濾料合成高分子材料濾料：去除非含油水中的固體物質、部分微生物復合濾料：深度去除水中的懸浮物、有機物﹑膠體等雜質纖維濾料多孔陶瓷Cu-Zn合金濾料纖維球濾料纖維束濾料第七章第二節(jié)水污染治理材料（5）膜材料原水原水調節(jié)池調節(jié)池預處理池預處理池曝氣池沉淀池清水池清水池膜池膜分離法：利用天然或人工合成的膜材料，以外界能量或化學位差作動力，對雙組分或多組分溶質和溶劑進行分離、分級﹑提純和富集的方法。第七章第二節(jié)水污染治理材料（5）膜材料纖維素類：醋酸纖維素等應用廣，改性后可提升性能殼聚糖類：天然多糖，有利于重金屬分離與油水處理聚酰胺類：耐化學性好，用于脫鹽，但需防氯腐蝕聚砜類：耐熱穩(wěn)定，但需改性改善疏水性與污染問題聚苯類：耐高溫腐蝕，用于苛刻條件水處理氟化合物類：化學穩(wěn)定性極佳，PTFE和PVDF應用廣泛有機高分子材料陶瓷：耐高溫、耐酸堿、機械強度高、抗生物污染強、滲透量大，廣泛應用于飲用水凈化、工業(yè)廢水處理、油水分離和海水淡化等領域金屬：優(yōu)異機械強度、耐高壓性及高導熱性，可實現(xiàn)高通量過濾與長壽命，在水處理中潛力顯著，但成本較高無機材料氧化物雜化：氧化物雜化膜用于海水淡化與工業(yè)廢水處理，性能可調，需解決界面穩(wěn)定性問題二維材料雜化：碳納米管、石墨烯等二維材料雜化膜選擇性高，用于染料廢水與溶劑凈化，面臨穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。有機框架材料雜化：MOFs/COFs雜化膜用于染料重金屬分離與脫鹽，分離性能優(yōu)異，需攻克成本等瓶頸無機-有機雜化復合材料第三節(jié)土壤污染治理材料土壤污染概況土壤污染：污染物通過多種途徑進入土壤，其數(shù)量和堆積速度遠超土壤自凈能力，導致土壤的組成、結構和功能發(fā)生變化，微生物活動受到抑制，有害物質或其分解產(chǎn)物在土壤中逐漸積累，通過“土壤-植物-人”、“土壤-植物-動物-人”、“土壤-水源-人”、“土壤-水源-動物-人”等途徑間接被人體吸收，進而危害人體健康的現(xiàn)象。無機物污染有機物污染放射性物質污染生物污染土壤污染概況第七章第三節(jié)（新華社記者秦迎編制）我國土壤污染現(xiàn)狀利用植物及其根系作用及微生物降解實現(xiàn)土壤修復利用熱脫附、蒸汽浸提等物理手段實現(xiàn)土壤修復通過固化-穩(wěn)定化、淋洗、氧化-還原、光催化降解和電動力學等手段實現(xiàn)土壤修復聯(lián)合修復土壤污染治理材料（1）碳基功能材料第七章第三節(jié)增強保水保肥能力提高有機質含量，吸附并穩(wěn)定游離態(tài)鉻改變土壤性質，增加有機結合態(tài)鉻活性炭吸附重金屬離子提高金屬離子發(fā)生離子交換促進游離態(tài)金屬離子吸附碳納米材料增加土壤有機物質，提高土壤肥力降低土壤重金屬和農(nóng)藥的污染生物炭改善土壤毛細管作用和溶液擴散情況，加速植物根部吸收改善土壤物理性質，促進微生物活性粉煤灰土壤污染治理材料（2）新型礦物材料第七章第三節(jié)具有較大的內、外表面和較強的吸附能力，與重金屬發(fā)生離子交換作用，固定重金屬凹凸棒土與重金屬離子發(fā)生交換作用，固定重金屬；吸水時會形成封閉障礙，防止污染物的擴散、滲入膨潤土沸石：增加土壤對銨、鉀離子的保持能力硅藻土：改善土壤結構，殺蟲蛭石：保持肥力，提高土壤通氣性鋁硅酸鹽礦物鋼渣：用作磷肥、硅肥和土壤改良劑錳礦廢石及尾礦：促進土壤有機體被吸收煤矸石：補充土壤中硼、硅、鎂等物質礦物廢料土壤污染治理材料（3）有機材料第七章第三節(jié)含有機質及氮、磷、鉀等元素，還含有各類微量元素和有益菌種，既可作為肥源，也可作為土壤改良劑；污泥堆肥，需要利用有機酸對其中重金屬進行去除?；钚晕勰嗤寥烙袡C質主要成分；能夠將重金屬離子還原，鈍化重金屬離子；形成土壤有機-無機復合體，將土壤中重金屬離子吸附固定；穩(wěn)定土壤結構，間接地影響土壤重金屬離子的活動能力。腐殖酸土壤污染治理材料（4）生物材料第七章第三節(jié)利用固定化酶去除土壤中潛在污染物或它們的衍生物，并使其恢復原狀，提高低產(chǎn)土壤的肥力酶制劑增加了疏水性有機污染物在水相中的溶解度進而增加了污染物的傳遞速率，提高土壤修復效率生物表面活性劑擴大植物根系吸收礦質養(yǎng)分，提高宿主對鋅、鐵、銅的吸收量，同時抑制有害金屬元素鉛和錳的過量吸收菌根利用活的有機體去打破污染有大分子結構，使其轉化成無毒，通過微生物的新陳代謝循環(huán)實現(xiàn)轉化和去除。微生物綠水青山

就是金山銀山材料與環(huán)境01高環(huán)境負荷原料的替代材料02環(huán)境友好型能源與節(jié)能材料Contents目錄第八章環(huán)境替代材料中國天眼量子科學衛(wèi)星天宮一號國產(chǎn)航母國產(chǎn)C919本章知識脈絡環(huán)境負荷：某一具體材料在其生產(chǎn)、使用或者消費過程中耗用的自然資源數(shù)量和能源數(shù)量，以及其向環(huán)境體系排放的各種廢棄物，如氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)廢棄物的總量。

第一節(jié)高環(huán)境負荷原料的替代材料環(huán)境負荷定量指標能耗環(huán)境影響因子環(huán)境負荷單位單位服務的材料消耗生態(tài)指數(shù)生態(tài)因子環(huán)境熵值生命周期評價環(huán)保型制冷材料第八章第一節(jié)傳統(tǒng)制冷材料的環(huán)境問題制冷劑的四代產(chǎn)品第一代第二代第三代第四代第八章第一節(jié)制冷劑的環(huán)境負荷評價指標ODP（大氣臭氧層損耗潛能值）：表示大氣中氯氟碳化物質對臭氧破壞的相對能力，指某種物質在其大氣壽命期內，造成的全球臭氧損失相對于同質量的CFC-11排放所造成的臭氧損失的比值，以R11為1.000做基準。GWP（全球變暖潛值）：

是在100年的時間框架內，各種溫室氣體的溫室效應對應于相同效應的二氧化碳的質量。ODP≤0.05四代制冷劑的ODP和GWP對比第一代第二代第三代第四代被認為是導致臭氧層破壞的主要原因之一，早在2010年全球范圍內已經(jīng)淘汰使用；此類制冷劑對臭氧層破壞較小，在歐美發(fā)達國家已基本淘汰，在我國應用廣泛，目前正處于加速淘汰的后半程；其ODP為零對臭氧層無破壞，但是GWP值較高，溫室效應較為顯著。第三代制冷劑在國外應用廣泛，目前在部分發(fā)達國家處于淘汰初期；擁有零ODP和極低的GWP，兼?zhèn)渥吭降男阅芘c環(huán)保性。但其成本、效率、安全等方面開發(fā)還非常不成熟。第八章第一節(jié)新型環(huán)保型制冷材料氨制冷優(yōu)點缺點氨是一種由氫和氮組成的天然氣體，屬于天然制冷劑。全球變暖潛能和臭氧消耗潛能都可以忽略不計，氨對環(huán)境無害。氨具有安全隱患，需要考慮，它既易燃又危害健康。CO2制冷優(yōu)點缺點CO2環(huán)境表現(xiàn)優(yōu)良、費用低易獲取、穩(wěn)定性好、有利于減小裝置體積。最重要的是，其安全無毒，不可燃。二氧化碳高的臨界壓力和低的臨界溫度也給它做制冷劑帶來了許多難題，同時二氧化碳制冷系統(tǒng)的效率相對較低。第八章第一節(jié)新型環(huán)保型制冷材料異丁烷制冷優(yōu)點缺點異丁烷為碳氫制冷劑，常溫下是無色氣體，蒸發(fā)潛熱大，冷卻能力強，流動性能好，輸送壓力低，耗電量低，負載溫度回升速度慢。異丁烷制冷節(jié)能低噪音、對大氣完全沒有破壞作用的優(yōu)勢分子篩制冷優(yōu)點缺點分子篩具有控制露點低、強度高、磨耗低，并可以不破壞制冷劑的化學穩(wěn)定性的特點。分子篩制冷劑種類繁多，且易發(fā)生化學反應。第八章第