環(huán)境工程材料的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)的趨勢(shì)

1、環(huán)境工程材料的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)的趨勢(shì)姓名：蔡吉亮學(xué)號(hào)：6002110162班級(jí)：土木105班摘要：介紹了近幾年環(huán)境工程材料領(lǐng)域所取得的進(jìn)展。水污染控制材料中主要介紹了用于分離工藝的幾種新型吸附材料、絮凝材料和過(guò)濾材料，用于生化處理工藝的微生物固定化多孔陶瓷材料，以及用于化學(xué)處理工藝的二氧化鈦光催化材料；大氣污染控制材料中主要介紹了用于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化的催化材料、室內(nèi)空氣污染治理的光催化材料以及脫硫用吸附及離子交換材料；環(huán)境修復(fù)材料中主要介紹了固沙植被材料。關(guān)鍵詞：環(huán)境工程材料；環(huán)境凈化材料；環(huán)境修復(fù)材料引言：材料是人類(lèi)文明進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，材料科學(xué)的發(fā)展水平在一定程度上代表了一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的

2、高低，目前很多高新技術(shù)的瓶頸歸根結(jié)底都是要解決材料問(wèn)題。環(huán)境材料的出現(xiàn)是現(xiàn)代文明社會(huì)的理智決擇，也是人類(lèi)當(dāng)前和未來(lái)發(fā)展的必由之路。人口迅速增長(zhǎng)，資源嚴(yán)重短缺和環(huán)境污染是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的三大主要問(wèn)題。環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展所面臨的三大主要問(wèn)題之一。人們?cè)趧?chuàng)造空前巨大的物質(zhì)財(cái)富和前所未有的社會(huì)文明的同時(shí)，也在不斷破壞其賴(lài)以生存的環(huán)境。材料一方面推動(dòng)著人類(lèi)社會(huì)的物質(zhì)文明，而另一方面又大量消耗資源和能源，并在生產(chǎn)、使用和廢棄過(guò)程中排放大量的污染物，危害環(huán)境和惡化人類(lèi)賴(lài)以生存的空間?，F(xiàn)實(shí)要求人類(lèi)從環(huán)境保護(hù)角度出發(fā)，重新認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)人類(lèi)過(guò)去在材料研究、材料開(kāi)發(fā)、材料使用和材料回收等方面的行為。環(huán)境材料的出現(xiàn)是

3、現(xiàn)代文明社會(huì)的理智決擇，也是人類(lèi)當(dāng)前和未來(lái)發(fā)展的必由之路環(huán)境材料并不是一種完全獨(dú)立的材料種類(lèi)【1】，也不全是高新技術(shù)材料，有許多傳統(tǒng)材料本身就具有環(huán)境材料特征或可以發(fā)展成環(huán)境材料，事實(shí)上現(xiàn)存的任何一種材料，一旦引入環(huán)境意識(shí)加以改造，使之與環(huán)境有良好的協(xié)調(diào)性，就應(yīng)列為環(huán)境材料。另外，從發(fā)展現(xiàn)點(diǎn)看$環(huán)境材料是可才e續(xù)發(fā)展的【2】。環(huán)境材料包括許許多多的方面，環(huán)境工程材料就是其中的一個(gè)不可缺少的方面。環(huán)境工程材料包括環(huán)境凈化材料、環(huán)境修復(fù)材料以及環(huán)境替代材料【3】。治理大氣污染的吸附、吸收和催化轉(zhuǎn)化材料，治理水污染的過(guò)濾、吸附、氧化還原材料，減少有害固態(tài)廢棄物污染的固體隔離材料，噪聲控制材料、電磁防

4、護(hù)材料等，都屬于環(huán)境凈化材料；另外還包括過(guò)濾、分離、殺菌、消毒材料等。防止土壤沙漠化的固沙植被材料屬于環(huán)境修復(fù)材料。從材料的全生命周期進(jìn)行考慮，環(huán)境替代材料可以被劃歸在環(huán)境協(xié)調(diào)性材料里面。下面簡(jiǎn)單對(duì)環(huán)境工程材料的幾個(gè)方面作介紹：1、環(huán)境凈化材料，環(huán)境凈化材料包括水污染控制材料，大氣污染控制材料等其他的環(huán)境控制材料。（1）、水污染控制材料常用的廢水處理方法可分為以下3類(lèi)：分離處理，即通過(guò)各種外力的作用使污染物從廢水中分離出來(lái)，通常在分離過(guò)程中并不改變污染物的化學(xué)性質(zhì)；轉(zhuǎn)化處理，即通過(guò)化學(xué)或生化的作用，改變污染物的化學(xué)性質(zhì)，使其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物或可分離的物質(zhì)，再經(jīng)分離處理予以除去；稀釋處理，即將廢水進(jìn)

5、行稀釋混合，降低污染物的濃度，減少危害。針對(duì)不同的水處理方法，開(kāi)發(fā)了不同用途的環(huán)境工程材料。目前，用于廢水分離工藝的主要包括用于過(guò)濾、吸附的濾料、吸附劑、膜分離材料等；用于廢水生化處理的主要有用于固定微生物的金屬或陶瓷載體；用于廢水化學(xué)處理的主要有高效率并且不產(chǎn)生二次污染的各種催化劑，如二氧化鈦光催化劑等。利用吸附劑的物理吸附、離子交換、絡(luò)合等特點(diǎn)，能夠去除水中的各種金屬離子，主要用于處理含重金屬元素的廢水。止匕外，物理吸附還能夠吸附水中的顆粒物以及部分有機(jī)污染物。吸附劑的開(kāi)發(fā)主要考慮其吸附效率、選擇性、成本等性能。天然沸石由于來(lái)源廣泛、處理效果好、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，目前已逐漸替代傳統(tǒng)的活

6、性炭吸附劑成為主要的水處理吸附劑。文獻(xiàn)【4】利用天然沸石作為基體，在分子尺度范圍內(nèi)可控地破壞孔洞結(jié)構(gòu)，進(jìn)行造孔，制得了一種新型介孔復(fù)合吸附材料。近年來(lái)有很多關(guān)于改性多聚糖吸附劑的研究，文獻(xiàn)【5】中報(bào)道了由淀粉、糊精、殼素等天然生物質(zhì)中提取多聚糖，制備交聯(lián)多聚糖吸附劑的研究。沉淀分離方法也是水處理中經(jīng)常使用的分離工藝。治理水污染的沉淀分離工藝過(guò)程用材料，包括用于絮凝沉淀的絮凝劑和化學(xué)沉淀的沉淀劑2種。高鐵酸鹽絮凝劑是水處理中已廣泛使用的絮凝劑【6】，能夠有效降解有機(jī)物，去除懸浮顆粒及凝膠，其瓶頸在于產(chǎn)率比較低，前處理工藝對(duì)其治理效果有一定的影響。因此，研究主要集中在改善制備工藝、提高產(chǎn)率以及產(chǎn)物

7、的穩(wěn)定性、尋找替代次氯酸鹽以及氯化物的氧化劑等方面。市政生活污水通常采用生化處理工藝。固定化微生物技術(shù)是使用化學(xué)或物理的方法將游離細(xì)胞定位于材料的限定空間中，并使其保持生物活性且可反復(fù)利用的生物技術(shù)7o這種水處理方法具有生物濃度易控制、耐毒害能力強(qiáng)、菌種流失少、產(chǎn)物易分離、運(yùn)行設(shè)備小型化等特點(diǎn)，但是固定化材料性能的不足限制了其應(yīng)用。利用粘土礦為主要原料，添加適當(dāng)?shù)呐蛎泟┎⒂眉{米材料進(jìn)行改性,控制適當(dāng)?shù)臒乒に?，研制出了一種新型的水處理填料納米改性陶粒，在達(dá)到相同處理效率的條件下，水力負(fù)荷提高了14.3%,出水水質(zhì)好，運(yùn)行穩(wěn)定【8】。(2)、大氣污染控制材料目前，治理大氣污染通常使用吸附法、吸收

8、法和催化轉(zhuǎn)化法。相應(yīng)的大氣污染控制材料包括吸附劑、吸收劑和催化劑，主要應(yīng)用于工廠、住宅區(qū)鍋爐等固定源與機(jī)動(dòng)車(chē)等活動(dòng)源排放的氣體污染物的凈化。稀土汽車(chē)尾氣凈化催化劑是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)重要的環(huán)境工程材料，它能夠在一定條件下催化大氣中的有害氣體成分，如NOxCOCK轉(zhuǎn)化為N2WCO2汽車(chē)尾氣的凈化催化劑通常采用鋁、鉗、銘等貴金屬作為主要的活性組分。近年來(lái)，為了節(jié)約貴金屬資源，開(kāi)始研究利用過(guò)渡金屬、稀土元素部分替代或全部替代貴金屬，進(jìn)行汽車(chē)尾氣凈化處理，取得了很好的效果。目前，這方面的研究熱點(diǎn)主要集中在減少貴金屬用量、提高催化效率以及催化劑穩(wěn)定性等方面。吳曉東【10】等對(duì)鈣鈦礦型催化劑La0.7S

9、r0.3MnO3+人的催化活性進(jìn)行了廣泛而深入的研究，結(jié)果表明，這類(lèi)催化劑對(duì)于汽車(chē)尾氣具有很高的催化活性。作為稀土催化劑載體的多孔蜂窩陶瓷近年來(lái)也成為研究的熱點(diǎn)。二氧化鈦光催化劑的研究近年來(lái)成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，由于其化學(xué)性能穩(wěn)定、無(wú)毒、價(jià)廉以及光催化活性高而引起了廣泛的重視。文獻(xiàn)【11】利用Sol-Gel、磁控濺射2種方法分別制備了銳鈦礦相的納米TiO2粉末和固定化的薄膜，研究了微觀結(jié)構(gòu)對(duì)光催化性能的影響及催化機(jī)理。在此基礎(chǔ)上提出了利用離子注入和納米鑲嵌改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高TiO2光催化活性的目的近年來(lái)，TiO2光催化劑的多種類(lèi)型的產(chǎn)品陸續(xù)出現(xiàn)，如自清潔玻璃、衛(wèi)生潔具等。根

10、據(jù)王君【12等的研究，超聲波對(duì)二氧化鈦光觸媒可起到催化作用，從而促使二氧化鈦激發(fā)液體成分發(fā)生變化，釋放出殺菌成分。將大腸桿菌加入納米二氧化鈦水溶液，經(jīng)超聲波作用75min,殺滅率可達(dá)到100%室內(nèi)環(huán)境污染也是大氣污染的一種，污染源主要是外界大氣、房基或家居中的化工涂料、染料等。近年來(lái)利用TiO2光催化劑【13】將空氣中的有機(jī)物分解為CO2H2G相應(yīng)無(wú)機(jī)酸，日益成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。載人航天器座艙內(nèi)的空氣凈化主要采用生物空氣過(guò)濾器BAF(BiologicalAirFilter)【14。最初，這種過(guò)濾器主要采用的基質(zhì)是土壤，后來(lái)用一些質(zhì)量更輕、孔隙度和比表面積更大的天然有機(jī)物質(zhì)如堆肥、樹(shù)皮、泥炭等

11、。這種生物空氣過(guò)濾器比起物理/化學(xué)的方法，如化學(xué)清洗、吸附和催化轉(zhuǎn)化等的費(fèi)用要廉價(jià)得多，但是只適用于低濃度污染物的室內(nèi)空氣凈化。沸石和活性炭纖維良好的吸附性能也可以應(yīng)用于處理廢氣和凈化空氣。例如，沸石對(duì)于大氣中的碳?xì)浠衔?、硫氧、氮氧、一氧化碳、硫化氫等具有良好的吸附、凈化功能，可用于汽?chē)尾氣凈化劑。在二氧化硫煙氣凈化方面，開(kāi)發(fā)出了離子交換樹(shù)脂吸附型凈化材料以及利用稀土氧化物材料作為催化劑的干法脫硫【15】。離子交換樹(shù)脂是以丙烯、苯乙烯為原料，經(jīng)交聯(lián)懸浮共聚，制成多孔柱狀樹(shù)脂，再經(jīng)碳化處理而得到的。稀土氧化物CeO晶非常有應(yīng)用前景的新型吸收劑，能夠在很寬的范圍內(nèi)與SO農(nóng)應(yīng)，而且在適當(dāng)?shù)臈l件下可

12、再生，可以使吸收劑產(chǎn)生的廢氣轉(zhuǎn)化為硫。作為潛在白吸收劑CeO2T以同時(shí)脫去煙氣中的二氧化硫和氮氧化物，具脫氮和脫硫效率都大于90%目前此類(lèi)研究正處于實(shí)驗(yàn)室階段。2、環(huán)境修復(fù)材料，環(huán)境修復(fù)指對(duì)已破壞的環(huán)境進(jìn)行生態(tài)化治理，恢復(fù)被破壞的生態(tài)環(huán)境。常見(jiàn)的環(huán)境修復(fù)材料有防止土壤沙漠化的固沙植被材料、二氧化碳固化材料以及臭氧層修復(fù)材料等。(1)、固沙制備材料大力防治土地沙漠化和荒漠化是實(shí)現(xiàn)社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題。研制、開(kāi)發(fā)新型固沙植被材料，保持水土、減緩沙漠化是生態(tài)環(huán)境材料工作者義不容辭的責(zé)任。目前的固沙植被材料主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)是高吸水性樹(shù)脂，另一類(lèi)是高分子乳液。目前，這些材料主要用于沙

13、漠與荒漠化地區(qū)交通干線沿線的護(hù)路以及荒坡固定等。技術(shù)已經(jīng)成型的固沙劑具有固結(jié)速度快、強(qiáng)度高、無(wú)毒害、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，但通常成本較高。(2)其他環(huán)境修復(fù)材料全球氣候變暖、溫室效應(yīng)加強(qiáng)，是各國(guó)政府目前密切關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一。如采取積極的措施，將CO2專(zhuān)化為其他有用的材料，是控制co排放、治理氣候變暖的一個(gè)重要途徑。日本研制的用于保護(hù)臭氧層的轉(zhuǎn)化氟利昂的新型催化劑，以及用CO蚱原料來(lái)生產(chǎn)甲醇的技術(shù)是2個(gè)典型的例子。前者可大大降低臭氧層的破壞程度，使人們免遭紫外線照射之苦，而后者則可有效地降低CO所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。它們都可改善人類(lèi)居住的環(huán)境，同時(shí)還可帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著全球性生態(tài)環(huán)境的惡化，環(huán)境修

14、復(fù)材料在未來(lái)將遇到更大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。溫室效應(yīng)、臭氧層空洞、POPS虧染等重大環(huán)境問(wèn)題，無(wú)一不是依靠材料科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步才能夠解決的。開(kāi)發(fā)新型材料是今后發(fā)展的主要思路，如從各式各樣的廢棄物中提取有用成分制備可降解的固沙材料，既降低了成本，又可有效地解決廢棄物的處理問(wèn)題?？傊h(huán)境工程材料必將對(duì)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步起到巨大的推動(dòng)作用參考文獻(xiàn)：【1】LarryRBiodegradabilityofmodifiedplasticfilmincontrolledbiologicalenvironments1992(01)21范植堅(jiān)；馬德通國(guó)外適應(yīng)環(huán)境材料和工藝的發(fā)展期刊論文卜西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)1994(01)31

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