環(huán)境材料學(xué).ppt課件

概念,用環(huán)境負(fù)荷小的材料替代環(huán)境負(fù)荷大的材料以減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，或?qū)h(huán)境負(fù)荷雖小，但對(duì)人體健康不利材料替換為對(duì)人體健康有利的材料，是21世紀(jì)新型生態(tài)環(huán)境材料應(yīng)用開發(fā)的一個(gè)重要內(nèi)容，也是提高人們生活質(zhì)量的關(guān)健。,如替代氟利昂的新型環(huán)保型制冷劑材料，工業(yè)和民用的無磷洗滌劑化學(xué)品材料，工業(yè)石棉替代材料及其他工業(yè)有害物(如水銀)的替代材料，與資源相關(guān)的鋁門窗的替代材料，用竹、木等天然材料替代那些環(huán)境負(fù)荷較大的結(jié)構(gòu)材料也屬于環(huán)境替代材料的一類,2.替代品的性質(zhì)要求（以氟利昂替代品為例）環(huán)保要求：替代品分子中不能含有氯原子，對(duì)臭氧分解潛能值(ODP)和全球變暖潛能值(即溫室效應(yīng)系數(shù))為零或近似于零。熱力學(xué)要求：替代品應(yīng)與原制冷劑、發(fā)泡劑有近似的沸點(diǎn)、熱力學(xué)特性及傳熱特性。,理化性質(zhì)要求：無毒、無味、無可燃性和爆炸性?？尚行砸螅壕哂锌晒?yīng)性(工藝成熟、價(jià)格適宜、能被市場(chǎng)接受),易采用性(無需對(duì)原有裝置進(jìn)行大改動(dòng)即可達(dá)到要求)。,三大環(huán)境替代材料,氟利昂,氟利昂之父米奇利,當(dāng)其他實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家對(duì)新冷媒一籌莫展的時(shí)候，托馬斯米奇利在接到任務(wù)的同一年，就發(fā)現(xiàn)了二氟二氯甲烷這種“最適宜”的氣體化合物。除了高效的制冷，米奇利為了證明它無毒，再次現(xiàn)身說法，他在新聞發(fā)布會(huì)上大口吸入這種氣體，以展示它的安全性，然后又將這種氣體吹向一支蠟燭，以顯示這種氣體是不燃燒的。,商業(yè)上用F-xyz(或R-xyz)表示氟利昂，其中x代表分子中碳原子數(shù)減1，當(dāng)x為0時(shí)可省略；y代表氫原子數(shù)加1；z表示分子中的氟原子數(shù)。如果還含有溴原子，則需在數(shù)字后面加上字母B及溴原子數(shù)。工業(yè)上重要的氟利昂是甲烷和乙烷的鹵代物(見表)，其中最重要的是二氟二氯甲烷（R-12）、一氟三氯甲烷(R-11)和二氟一氯甲烷(R-22),分類,氟利昂制冷劑大致分為3類一是氯氟烴類產(chǎn)品，簡稱CFC。主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于對(duì)臭氧層的破壞作用最大，被蒙特利爾議定書列為一類受控物質(zhì)。,二是氫氯氟烴類產(chǎn)品，簡稱HCFC。主要包括R22、R123、R141b、R142b等，臭氧層破壞系數(shù)僅僅是R11的百分之幾，因此，目前HCFC類物質(zhì)被視為CFC類物質(zhì)的最重要的過渡性替代物質(zhì)。在蒙特利爾議定書中R22被限定2020年淘汰，R123被限定2030年。,三是氫氟烴類：簡稱HFC。主要包括R134A、R125、R32、R407C、R410A、R152等，臭氧層破壞系數(shù)為0，但是氣候變暖潛能值很高。在蒙特利爾議定書沒有規(guī)定其使用期限，在聯(lián)合國氣候變化框架公約京都議定書中定性為溫室氣體。,我們目前所使用的所有制冷劑全部都是氟利昂制品，非氟利昂制冷劑到目前為止還沒有研發(fā)出來。政府明令禁止的是第一類氯氟烴類產(chǎn)品，對(duì)于氫氯氟烴類產(chǎn)品和氫氟烴類制冷劑，還要有相當(dāng)長的一段使用時(shí)間。,氟氯烴的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在大氣中的壽命極長。在早期氟氯烴的使用過程中，由于對(duì)它們的危害性缺乏認(rèn)識(shí)或回收利用困難等原因，大部分的氟氯烴被排放到大氣中，在平流層發(fā)生光化學(xué)降解反應(yīng)。CF2Cl2+hvCl+CF2ClCl+O3ClO+O2ClO+OCl+O2減少臭氧層、形成臭氧空洞，增強(qiáng)紫外線對(duì)地球表面的照射。,據(jù)分析,平流層臭氧減少萬分之一全球白內(nèi)障的發(fā)病率將增加0.6-0.8%即意味著因此引起失明的人數(shù)將增加1萬到1.5萬人。,氟利昂替代品,目前，氟利昂(CFC)的替代品有兩大類：一類是過渡性替代材料，另一類是永久性替代材料。過渡性替代材料主要有氟代烴類化合物(HCFC)、丙烷、異丁烷等；永久性替代材料目前開發(fā)出來的有環(huán)戊烷、HFC-134a等。,幾種目前廣泛應(yīng)用的氟利昂替代品：,異丁烷它是很早被使用的制冷劑，但由于其具有可燃性沒有得到推廣，后逐漸大規(guī)模用于冰箱制冷。由于其作為制冷劑具有原料易得、對(duì)臭氧層無破壞、高循環(huán)率和不用換壓縮機(jī)潤滑油等優(yōu)點(diǎn)因而有良好的應(yīng)用前景。,2.二氟乙烷與二氟一氯甲烷的混合劑它們具有良好的制冷性能，在我國和美國的部分冰箱生產(chǎn)線采用此物質(zhì)。它具有環(huán)保性能優(yōu)越、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。此外，還有三氟二氯乙烷與三氯甲烷、五氯己烷、四氯己烷的混合劑，三氯甲烷、五氟乙烷的混合劑等。這些制冷劑中仍含有對(duì)大氣臭氧層具有破壞性的氯，但由于有著比較理想的制冷效應(yīng)，目前尚沒有被淘汰，屬于過渡性替代品。,3.四氟乙烷(HFC-134a)一種無色、無毒、不燃燒的化學(xué)物質(zhì)，臭氧耗損潛能值為0，在安全性上與CFC-12可以相媲美，已被公認(rèn)為是CFC-12的最佳替代物，但仍存在溫室效應(yīng)。在工商制冷、汽車空調(diào)、中央空調(diào)、家用電冰箱、塑料發(fā)泡、醫(yī)藥、化妝品氣霧劑和醫(yī)用氣霧拋射劑等行業(yè)在世界范圍得到了廣泛應(yīng)用。,什么是石棉？,定義：石棉是指自然界中以纖維形式存在的、具有商業(yè)價(jià)值的鏈狀硅酸鹽。,石棉在日常生活中的應(yīng)用,石棉纖維在紡織中織成紗、線、繩、布等，作為傳動(dòng)、保溫、隔熱、絕緣等部件的材料或襯料。在建筑上主要用來制成石棉板，石棉紙防火板以及保溫、防熱、絕緣、隔音等材料。石棉纖維可與水泥混合制成石棉水泥瓦、板、屋頂板、石棉管等石棉水泥制品。石棉和瀝青摻合可制成石棉瀝青制品，作為高級(jí)建筑物的防水、保溫、絕緣、耐酸堿材料和交通工程材料。國防上石棉與酚醛、聚丙烯等塑料粘合，制成火箭抗燒蝕材料、飛機(jī)機(jī)翼、油箱以及魚雷高速發(fā)射器，船舶、汽車以及飛機(jī)、坦克、艦舶中的隔音、隔熱材料。石棉還可作防化學(xué)、防原子輻射的襯板、隔板或者過濾器及耐酸盤根、橡膠板等。,石棉本身無毒害，最大的危害來源于它的纖維，這些細(xì)小的纖維容易被吸入人體，附著在肺部造成肺部疾病。石棉的危害屬于軟性，病癥分為四類：石棉肺、肺癌、間皮瘤、消化系統(tǒng)癌癥。目前為止，石棉引起的疾病尚未找到可治的藥物，唯一的方法就是預(yù)防。,危害嚴(yán)重：,法國第一高樓巴黎的Montparnasse大廈石棉含量太高，在大廈內(nèi)上班的職員或參觀者有患上癌癥的危險(xiǎn)。,愛美之心人皆有之，專家提醒：化妝品中所含的香精、顏料大多是以煤焦油為原料的人工合成品，有些即有致癌作用，如口紅中的堿性蕊香紅、胭脂中的曙紅、焰紅都有較強(qiáng)的致癌性保寧制藥和Babyra等著名嬰幼兒用品制造企業(yè)所生產(chǎn)的嬰幼兒爽身粉中，被發(fā)現(xiàn)含有1級(jí)致癌物質(zhì)石棉。,膨脹石墨它是由天然鱗片石墨經(jīng)插層、水洗、干燥、高溫膨化得到的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質(zhì)，它既保留了天然石墨的耐熱性、耐腐蝕性、耐輻射性、無毒害等性質(zhì)，又具有天然石墨所沒有的吸附性、環(huán)境協(xié)調(diào)性、生物相容性等特性，不造成二次污染，在石油化工、原子能、電力、農(nóng)藥、建材、機(jī)械等工業(yè)中廣泛應(yīng)用。,柔性石墨它是用膨脹石墨軋制或壓制成箔或板制造的密封填料，由于柔性石墨的氣固兩相結(jié)構(gòu)使其具有良好的密封性能。改善性能、降低成本，更多使用柔性石墨材料，不僅有利于合理利用資源，而且更重要的是根除了石棉等材料在制造、使用、廢棄過程中給環(huán)境和人類帶來的危害。,陶瓷纖維陶瓷纖維是一種纖維狀輕質(zhì)耐火材料，具有重量輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率低、比熱小及耐機(jī)械震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因而在機(jī)械、冶金、化工、石油、陶瓷、玻璃、電子等行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用近幾年由于全球能源價(jià)格的不斷上漲、節(jié)能已成為中國國家戰(zhàn)略的背景下，比隔熱磚與澆筑料等傳統(tǒng)耐材節(jié)能達(dá)10-30%的陶瓷纖維在中國國內(nèi)得到了更多更廣的應(yīng)用，發(fā)展前景十分看好。,含磷洗滌劑,洗衣粉是現(xiàn)代合成洗滌劑的主要組成部分，自從現(xiàn)代洗滌劑問世以來，由于三聚磷酸鈉(STPP)所具有的化學(xué)性質(zhì)很符合理想助洗劑的特征，STPP就一直在洗滌劑用助洗劑市場(chǎng)上占據(jù)支配地位，其用量約占總助劑的95%。大量含磷洗衣粉流入不同水系中，造成水體的富營養(yǎng)化。當(dāng)某一湖泊中氮磷比超過7:1時(shí)，磷就成為湖泊富營養(yǎng)化的重要限制因子。,全球范圍內(nèi)地表水體中磷的富營養(yǎng)化問題，使人們對(duì)含磷洗滌劑的使用受到限制。能否通過改進(jìn)洗滌劑的組成和結(jié)構(gòu)來消除或降低環(huán)境富營養(yǎng)化是化學(xué)家關(guān)注與考慮的問題。一般認(rèn)為，開發(fā)新的助洗劑必須具備四個(gè)條件：對(duì)人安全、不污染環(huán)境、要有可靠的去污效果、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。,目前開發(fā)的助洗劑主要有以下幾類：1.無機(jī)系助洗劑4A沸石它是一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶高聚物固體，可與液體中的Ca2+和Mg2+進(jìn)行離子交換反應(yīng)，吸附纖維織物中含有的污垢和金屬離子，使其分散脫離、凝聚，最后形成難溶的沉淀物以達(dá)到去污的目的。分子篩對(duì)Ca2+交換容量大于STPP的交換容量，而Mg2+的交換容量卻不如STPP。近年來研究發(fā)現(xiàn)，分子篩與陰離子或非離子表面活性劑混配，既可彌補(bǔ)鎂離子交換的不足，又能提高鈣離子的交換容量，增強(qiáng)洗滌效果。分子篩洗滌劑的制備要比STPP簡單易行，耗能低，成本比STPP低，將