材料科學(xué)與人類文明課件

材料科學(xué)與人類文明

第十章材料與環(huán)境的關(guān)系及環(huán)境材料材料科學(xué)與人類文明人類的環(huán)境環(huán)境(environment)，指周圍所在的條件對(duì)生物學(xué)來(lái)說(shuō)，指生物生活周圍的氣候、生態(tài)系統(tǒng)、周圍群體和其他種群對(duì)文學(xué)、歷史和社會(huì)科學(xué)來(lái)說(shuō)，指具體的人生活周圍的情況和條件對(duì)建筑學(xué)來(lái)說(shuō)，指室內(nèi)條件和建筑物周圍的景觀條件對(duì)企業(yè)和管理學(xué)來(lái)說(shuō)，指社會(huì)和心理的條件，如工作環(huán)境等對(duì)熱力學(xué)來(lái)說(shuō)，指向所研究的系統(tǒng)提供熱或吸收熱的周圍所有物體從環(huán)境保護(hù)角度，環(huán)境是人類的家園地球《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》，從法學(xué)角度對(duì)環(huán)境概念進(jìn)行闡述“環(huán)境是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過(guò)人工改造的自然因素的總體，包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、野生生物、目然遺跡，人文遺跡、風(fēng)景名勝區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、城市和鄉(xiāng)村等”人類的環(huán)境環(huán)境(environment)，指周圍所在的條件從人類的環(huán)境亦稱地理環(huán)境，指人類周圍的自然界，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)包括大氣、水、土壤、生物和各種礦物資源等在自然地理學(xué)上，分為大氣圈、水圈、生物圈、土圈(巖石圈)等自然環(huán)境(naturalenvironment)原生環(huán)境(primitiveenvironment)天然的、未受人為活動(dòng)影響，或影響較少的自然環(huán)境生物地球化學(xué)性疾病某些地區(qū)原生環(huán)境的水、土壤中某些元素含量過(guò)多或過(guò)少，導(dǎo)致居民體內(nèi)這些元素過(guò)多或過(guò)少，產(chǎn)生疾病次生環(huán)境(secondaryenvironment)在人類活動(dòng)的影響下發(fā)生重大變化的自然環(huán)境這種變化可產(chǎn)生有利或有害的影響社會(huì)環(huán)境(societalenvironment)在自然環(huán)境基礎(chǔ)上，人類為不斷提高生活水平，通過(guò)長(zhǎng)期有計(jì)劃、有目的的發(fā)展，逐步創(chuàng)立起來(lái)的人工環(huán)境，如城市、農(nóng)村、工礦區(qū)等人類的環(huán)境亦稱地理環(huán)境，指人類周圍的自然界，是人類賴以生存和人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響

原始人類，從事狩獵和采集食物人類和其他動(dòng)物一樣，在生態(tài)系統(tǒng)中占一席位置人類會(huì)使用工具，節(jié)約食物，用有限食物維持日益壯大的種群

畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)階段，創(chuàng)造了人工生態(tài)系統(tǒng)隨人口數(shù)量增加，人工生態(tài)系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，自然生態(tài)系統(tǒng)不斷縮小，許多野生生物滅絕從開(kāi)采礦石、使用化石燃料以來(lái)，人類活動(dòng)侵入巖石圈工業(yè)革命以來(lái)，大規(guī)模開(kāi)采礦石，破壞了自然界的元素平衡自20世紀(jì)后半葉，工農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展，大量開(kāi)采水資源、化石燃料

向水體和大氣中排放大量廢水廢氣，大氣圈和水圈質(zhì)量惡化現(xiàn)在，人類活動(dòng)已延伸到外層空間幾千件垃圾廢物，在外層空間圍繞地球的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)人類的環(huán)境人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響

人類的環(huán)境生物圈(biosphere)指地球上出現(xiàn)并感受到生命活動(dòng)影響的地區(qū)。海平面以下約12公里~海平面以上約10公里在自然環(huán)境中，和人類生活關(guān)系最密切的是生物圈是地表有機(jī)體(包括微生物)及其自下而上環(huán)境的總稱是人類誕生和生存的空間是行星地球特有圈層地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)人類的環(huán)境生物圈外層熱層中間層平流層對(duì)流層水圈土壤圈硅鋁層硅鎂層地幔外核內(nèi)核大氣圈地殼生物圈是一個(gè)復(fù)雜的、全球性的開(kāi)放系統(tǒng)，是由生命物質(zhì)與非生命物質(zhì)構(gòu)成的自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)其形成，是生物界與水圈、大氣圈、巖石圈(土圈)長(zhǎng)期作用的結(jié)果生物圈存在的基本條件是可獲得來(lái)自太陽(yáng)的充足光能存大量液態(tài)水(可被生物利用)有適合生命活動(dòng)的溫度條件有生命所需的營(yíng)養(yǎng)元素，如O2、CO2、N、C、K、Ca、Fe、S生物圈(biosphere)指地球上出現(xiàn)并感受到生命活動(dòng)影人類活動(dòng)對(duì)生物圈的影響人在生物圈中占統(tǒng)治地位，能大規(guī)模改變生物圈，使其為人類服務(wù)然而，人類畢竟是生物圈中一員，必需依賴生物圈提供一切生活資料人類對(duì)生物圈的改造應(yīng)有一定限度；過(guò)度就會(huì)破壞生物圈的動(dòng)態(tài)平衡人類出現(xiàn)后約300萬(wàn)年間，人類與周圍生物和環(huán)境處于合理的平衡之中約1萬(wàn)年前，人類學(xué)會(huì)栽培，不再局限于采集食品，而能夠從事更多的創(chuàng)造性活動(dòng)隨生產(chǎn)力提高，人口逐漸增加并向城市集中，手工業(yè)日益發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響和沖擊日益增加產(chǎn)業(yè)革命后，開(kāi)礦、挖煤、采油、伐林、墾荒、捕撈等規(guī)模迅速擴(kuò)大，生物圈發(fā)生極大變化20世紀(jì)60年代來(lái)，人口膨脹、世界資源相對(duì)短缺、大范圍環(huán)境污染，迫使人類從生物圈的角度考慮問(wèn)題和解決問(wèn)題人類的環(huán)境人類活動(dòng)對(duì)生物圈的影響人在生物圈中占統(tǒng)治地位，能大規(guī)模改變生由近及遠(yuǎn)、由小到大，可分為聚落環(huán)境、地理環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、星際環(huán)境聚落環(huán)境，是人類利用和改造自然環(huán)境而創(chuàng)造出來(lái)的生存環(huán)境，與人類生產(chǎn)和生活的關(guān)系最密切在聚落環(huán)境中，人工環(huán)境因素占主導(dǎo)地位人類的聚落環(huán)境，從自然界中的穴居和散居，直到形成密集棲息地鄉(xiāng)村和城市人類的環(huán)境人類的環(huán)境地理環(huán)境，下起土壤圈，上至對(duì)流層頂，厚約10~20km，其范圍大致與水圈、生物圈相當(dāng)直接影響到人類衣、食、住、行地質(zhì)環(huán)境，指地表以下的堅(jiān)硬地殼層(巖石圈)，含巖石及其風(fēng)化產(chǎn)物-浮土巖石是地球表面的固體部分，平均厚度約30Km浮土是包括土壤和巖石碎屑組成的松散覆蓋層，厚為幾十米至幾公里宇宙環(huán)境(星際環(huán)境)，指大氣圈以外的宇宙空間環(huán)境太陽(yáng)輻射能，為地球上人類生存提供主要的能量太陽(yáng)輻射能量的變化、對(duì)地球的引力作用，會(huì)影響地球的地理環(huán)境(降水量、潮汐、風(fēng)暴和海嘯)人類活動(dòng)已經(jīng)延伸到大氣層以外的空間，飛行器本身失效和遺棄的廢物，將給宇宙環(huán)境帶來(lái)新問(wèn)題人口過(guò)度集中、人類對(duì)自然資源和能源超負(fù)荷索取，聚落環(huán)境乃至周圍生態(tài)環(huán)境受到巨大壓力，造成局部、區(qū)域、以至全球性的環(huán)境污染地理環(huán)境為人類提供生活資料，即可再生資源地質(zhì)環(huán)境為人類提供生產(chǎn)資料，即難以再生的礦產(chǎn)資源外層熱層中間層平流層對(duì)流層水圈土壤圈硅鋁層硅鎂層地幔外核內(nèi)核由近及遠(yuǎn)、由小到大，可分為聚落環(huán)境、地理環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、星際人類與環(huán)境的關(guān)系人與環(huán)境物質(zhì)的統(tǒng)一性人與環(huán)境之間不斷進(jìn)行物質(zhì)和能量交換人體元素組成及含量，與地殼和海水中的分布豐度明顯相關(guān)人對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性人體生理生化調(diào)節(jié)，與環(huán)境因素保持動(dòng)態(tài)平衡如海拔4000m以上青藏高原，人體會(huì)加速制造血紅蛋白以獲得更多氧氣

血紅蛋白的過(guò)度生產(chǎn)會(huì)導(dǎo)致血液黏稠，進(jìn)一步造成慢性高原疾病人類與環(huán)境的關(guān)系人與環(huán)境物質(zhì)的統(tǒng)一性生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)

生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境構(gòu)成的物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一整體生態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)和量相對(duì)穩(wěn)定、相互適應(yīng)，形成一種動(dòng)態(tài)平衡人類與環(huán)境的關(guān)系大量燃料燃燒森林砍伐CO2增多，溫室效應(yīng)物種減少生態(tài)系統(tǒng)的破壞全球氣候變暖：海平面上升，各種疾病發(fā)病率增多臭氧層破壞：皮膚癌、白內(nèi)障增多酸雨：人呼吸道疾病增加，肺功能下降生物多樣性銳減：物種滅絕速度加快，人類固有生活方式、生存面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)生物群落與無(wú)機(jī)環(huán)境構(gòu)成的物質(zhì)環(huán)境污染(environmentalpollution)大量有害物排入環(huán)境，破壞生態(tài)平衡、影響人體健康，造成資源破壞和經(jīng)濟(jì)損失公害(publicnuisance)人為造成的廣泛的環(huán)境污染，嚴(yán)重危害居民健康、破壞生態(tài)人類與環(huán)境的關(guān)系包括大氣污染、水體污染、固體廢棄物污染、噪聲污染等近年來(lái)，電磁波污染、光污染已引起人們的重視重金屬污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的累積效應(yīng)等問(wèn)題受到關(guān)注環(huán)境污染物及來(lái)源

自然污染來(lái)源

人為污染來(lái)源生產(chǎn)性污染工業(yè)生產(chǎn)三廢、農(nóng)業(yè)農(nóng)藥、化肥濫用等生活性污染垃圾、污水、糞便，室內(nèi)空氣污染(燃燒產(chǎn)物、烹調(diào)油煙、香煙煙霧、裝飾材料的揮發(fā)性有機(jī)物、建筑材料中的氡及空調(diào)場(chǎng)所的微生物等)其他污染交通運(yùn)輸、電磁輻射波、放射性廢氣物等環(huán)境污染(environmentalpollution)廣泛性污染影響范圍大，人口多，對(duì)象廣泛長(zhǎng)期性可長(zhǎng)時(shí)間作用于人群，甚至終生多樣性特異性的、非特異性的局部的、全身的急性的、慢性的近期的、遠(yuǎn)期的復(fù)雜性各種因素的聯(lián)合作用環(huán)境污染對(duì)健康的影響人類與環(huán)境的關(guān)系廣泛性污染影響范圍大，人口多，對(duì)象廣泛長(zhǎng)期性可長(zhǎng)時(shí)間作用于人材料生產(chǎn)、使用、廢棄，是將一種大量資源提取出來(lái)，又將大量廢棄物排回自然環(huán)境的循環(huán)過(guò)程人類在創(chuàng)造社會(huì)文明的同時(shí)，也在不斷破壞人類賴以生存的環(huán)境空間傳統(tǒng)材料追求良好的使用性能，不重視材料生產(chǎn)、使用、廢棄所消耗的能源和資源、所造成的環(huán)境污染1979，美國(guó)材料科學(xué)與工程調(diào)查委員會(huì)定義“材料科學(xué)與工程是關(guān)于材料成分、結(jié)構(gòu)、工藝和它們性能與用途之間的有關(guān)知識(shí)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的科學(xué)”傳統(tǒng)的材料四要素體系，沒(méi)有考慮材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性問(wèn)題?；蛘哒f(shuō)，環(huán)境協(xié)調(diào)性在當(dāng)時(shí)不突出傳統(tǒng)材料材料生產(chǎn)、使用、廢棄，是將一種大量資源提取出來(lái)，又將大量廢棄當(dāng)今使用的材料中，金屬占主導(dǎo)地位2000，世界鋼產(chǎn)量8.43億噸

我國(guó)1.28億噸，居世界第1位世界5500萬(wàn)噸/年鋁、銅、鋅、鉛、鎳、鎂、鈦、錫、銻、汞等10種常用有色金屬我國(guó)775萬(wàn)噸，居世界第2位有色金屬以非常分散的形式存在于地球上，原礦品位普遍很低在采、選、冶、加工過(guò)程中，消耗大量資源、能源、藥品

排放出大量有害氣體、液體、固體地球上最豐富的銅礦，含銅量?jī)H3%世界年產(chǎn)1100萬(wàn)噸銅，須使用大量化學(xué)藥品，消耗極大能量，扔掉近10億噸廢礦土傳統(tǒng)材料金屬材料1996，我國(guó)10種有色金屬產(chǎn)量523萬(wàn)噸消耗能源3102萬(wàn)噸標(biāo)煤排放廢水2.71億噸(世界平均水平的5倍)

SO257.42萬(wàn)噸固體廢棄物7310萬(wàn)噸氟化物6278噸粉塵8.2萬(wàn)噸1996，世界有色金屬產(chǎn)業(yè)排放工業(yè)廢水4.96億噸工業(yè)廢氣7180億標(biāo)m3固體廢物6億萬(wàn)噸是高消耗、重污染行業(yè)當(dāng)今使用的材料中，金屬占主導(dǎo)地位傳統(tǒng)材料金屬材料1996，我生產(chǎn)量和使用量最大，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和高新技術(shù)領(lǐng)域占有重要地位主要是指大宗無(wú)機(jī)建筑材料，包括水泥、玻璃、陶瓷與建筑(墻體)材料等，其產(chǎn)量占無(wú)機(jī)非金屬材料的絕大多數(shù)在制備過(guò)程中，一般要經(jīng)過(guò)高溫過(guò)程，是能源消耗大戶水泥工業(yè)，消耗標(biāo)煤9106萬(wàn)噸/年，電力650億度/年中國(guó)水泥生產(chǎn)能耗>>世界先進(jìn)水平，世界先進(jìn)水平為117Kg標(biāo)煤，中國(guó)為173.5Kg標(biāo)煤環(huán)境污染嚴(yán)重水泥工業(yè)，排放溫室氣體CO2約5.55億噸/年、SO268.6萬(wàn)噸/年、NOx約206萬(wàn)噸/年粉塵排放，先進(jìn)國(guó)家<1Kg/噸熟料，我國(guó)為13Kg

全國(guó)水泥生產(chǎn)排放粉塵>1000萬(wàn)噸/年無(wú)機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)材料生產(chǎn)量和使用量最大，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和高新技術(shù)領(lǐng)域占有重要地位無(wú)機(jī)從上世紀(jì)60年代，塑料進(jìn)入廣泛應(yīng)用階段塑料有很多優(yōu)點(diǎn)，一問(wèn)世便深受歡迎，迅速滲入到社會(huì)生活的方方面面，創(chuàng)造了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益塑料被列為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，被譽(yù)為白色革命隨著塑料產(chǎn)量不斷增大，成本越來(lái)越低，大量農(nóng)用薄膜、包裝袋、一次性塑料餐具被拋棄在環(huán)境中，給環(huán)境帶來(lái)巨大破壞世界塑料廢棄物約占其產(chǎn)量的60~70%橡膠廢棄物約占其產(chǎn)量的40%我國(guó)，橡/塑廢棄物共計(jì)約700萬(wàn)噸/年塑料包裝物大多呈白色，所造成的環(huán)境污染被稱為白色污染高分子材料傳統(tǒng)材料70%以上高分子原材料來(lái)源于石油以生產(chǎn)1kg高分子材料平均消耗3升石油計(jì)，700萬(wàn)噸/年高分子廢棄物，意味著浪費(fèi)21億升石油/年從上世紀(jì)60年代，塑料進(jìn)入廣泛應(yīng)用階段隨著塑料產(chǎn)量不斷增大，視覺(jué)污染，指塑料廢棄物散落于環(huán)境，影響環(huán)境美感，給視覺(jué)帶來(lái)不良刺激潛在危害是多方面的一次性發(fā)泡塑料飯盒和塑料袋盛裝食物，嚴(yán)重影響身體健康地膜使土壤環(huán)境惡化，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)殘膜中的某些有毒添加劑，會(huì)通過(guò)土壤富集于蔬菜、糧食、動(dòng)物體廢塑料直接焚燒，排放各種有毒物質(zhì)，給環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染填埋是我國(guó)處理城市垃圾的主要方法塑料密度小、體積大，很快填滿場(chǎng)地，降低填埋場(chǎng)處理垃圾的能力填埋后，地基松軟，垃圾中的細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)易滲入地下，污染地下水，危及周圍環(huán)境白色污染存在的2種危害：視覺(jué)污染和潛在危害高分子材料白色污染傳統(tǒng)材料高分子化學(xué)穩(wěn)定性好，難以分解，日積月累，會(huì)污染環(huán)境、危害生態(tài)視覺(jué)污染，指塑料廢棄物散落于環(huán)境，影響環(huán)境美感，給視覺(jué)帶來(lái)不20世紀(jì)90年代，在可持續(xù)發(fā)展理論和應(yīng)用推動(dòng)下，出現(xiàn)環(huán)境材料(Ecomatarial)要深刻認(rèn)識(shí)到自然資源的有限性，既要追求良好的使用性能，又要盡可能降低廢棄物排放量，在材料提取、制備、使用，直到廢棄與再生的整個(gè)過(guò)程中，盡可能減少對(duì)環(huán)境的影響生態(tài)環(huán)境材料同時(shí)具有滿意的使用性能、優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性對(duì)資源和能源消耗少、對(duì)生態(tài)和環(huán)境污染小、再生利用率高，或可降解化和可循環(huán)利用從材料制造、使用、廢棄，直至再生利用，整個(gè)壽命周期必須具有環(huán)境協(xié)調(diào)性生態(tài)環(huán)境材料賦予傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料、功能材料以特別優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性環(huán)境材料內(nèi)涵材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境材料的設(shè)計(jì)材料制備加工中的環(huán)境協(xié)調(diào)性技術(shù)，如零排放、零廢棄加工技術(shù)材料使用過(guò)程中的環(huán)境協(xié)調(diào)性技術(shù)，如制備環(huán)境協(xié)調(diào)性制品設(shè)計(jì)思路在追求優(yōu)異使用性能的基礎(chǔ)上，充分考慮資源有限性，盡可能降低環(huán)境負(fù)擔(dān)，使材料具有再生、循環(huán)利用的特性在保證良好的使用功能的前提下，其生產(chǎn)、使用、回收過(guò)程對(duì)資源的利用率高，且在上面的三個(gè)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)副作用20世紀(jì)90年代，在可持續(xù)發(fā)展理論和應(yīng)用推動(dòng)下，出現(xiàn)環(huán)境材料再生利用型材料，包括可再生的可降解塑料，在家電中可回收利用的電路基板，在生產(chǎn)/使

用過(guò)程中污染較少且能夠回收再生的紙張等可降解材料，天然高分子材料等，能經(jīng)自然界微生物分解或者能夠自動(dòng)降解具有凈化環(huán)境/防止污染功能的材料，如不釋放有害氣體的墻體材料，高吸油性樹(shù)脂替代傳統(tǒng)有污染的材料，如冰箱內(nèi)的全無(wú)氟制冷劑潔凈能源材料，如燃料電池中的儲(chǔ)氫材料環(huán)境材料分類特點(diǎn)①先進(jìn)性：能為人類開(kāi)拓更廣闊的活動(dòng)范圍發(fā)揮優(yōu)異性能在這一點(diǎn)上，環(huán)境材料與傳統(tǒng)材料是相同的②環(huán)境協(xié)調(diào)性(優(yōu)先目標(biāo))：材料及技術(shù)具備環(huán)境協(xié)調(diào)性能夠減輕地球環(huán)境負(fù)擔(dān)，使枯竭性資源可循環(huán)利用減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)中資源、能源消耗，減少溫室效應(yīng)氣體，廢棄后易于再生循環(huán)③舒適性：使人類生活環(huán)境更加舒適，人們樂(lè)于接受和使用再生利用型材料，包括可再生的可降解塑料，在家電中可回收利用的在整個(gè)壽命周期中，產(chǎn)品對(duì)環(huán)境帶來(lái)的負(fù)荷小、枯竭性資源再生循環(huán)利用率高、易于拆卸和分解在設(shè)計(jì)上，有以下特點(diǎn)凈化環(huán)境、防止污染、有害物的替代無(wú)公害生產(chǎn)、廢物量減少易拆卸、再資源化、可再次使用、可再生循環(huán)耐久性自然能源的利用、節(jié)能、省資源、節(jié)水可土肥化、可分解環(huán)境材料環(huán)境協(xié)調(diào)型產(chǎn)品評(píng)估方法

包括材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)估(材料的環(huán)境平衡、再生率的評(píng)估及表示方法等)、材料和產(chǎn)品的再生設(shè)計(jì)分為４部份資源耗費(fèi)(成本、壽命、所耗資源在地球上的儲(chǔ)量等)制造階段(對(duì)環(huán)境的污染程度、耗能情況)使用階段(產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的污染程度、替代產(chǎn)品的可能性、產(chǎn)品壽命)廢棄、回收、再生利用階段(廢棄后的社會(huì)危害性、資源再生化的難易程度、可拆卸性、可分解性等)在整個(gè)壽命周期中，產(chǎn)品對(duì)環(huán)境帶來(lái)的負(fù)荷小、枯竭性資源再生循環(huán)發(fā)展簡(jiǎn)史原始生態(tài)材料時(shí)期(原始生態(tài)模式)以天然資源為材料，很少有意識(shí)地改造自然，基本不危害自然生態(tài)系統(tǒng)準(zhǔn)原始生態(tài)材料時(shí)期(農(nóng)業(yè)時(shí)代)對(duì)自然資源進(jìn)行粗淺加工，出現(xiàn)制陶業(yè)、冶金業(yè)。生產(chǎn)規(guī)模不大，生態(tài)系統(tǒng)整體仍可長(zhǎng)期維持環(huán)境材料非生態(tài)材料時(shí)期(工業(yè)文明時(shí)代)18世紀(jì)初，人口迅速發(fā)展，大量開(kāi)采資源，大規(guī)模生產(chǎn)、大量使用和消費(fèi)材料，大量排放“三廢”20世紀(jì)50年代，能源消耗從世紀(jì)初10億噸煤當(dāng)量，猛增到25億噸煤當(dāng)量，石油消費(fèi)量增至5億多噸環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，但主要出現(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家資源、能源流動(dòng)限于局部地區(qū)，污染來(lái)源尚不復(fù)雜20世紀(jì)80年代后，資源、能源呈世界性流動(dòng)，出現(xiàn)全球性“溫室效應(yīng)”、臭氧層破壞和酸雨，污染源分布廣、來(lái)源復(fù)雜生態(tài)環(huán)境的破壞，威脅到全人類的生存和發(fā)展

地球所能提供的能源和資源、所能容納的環(huán)境污染物、所能供養(yǎng)的人口是有限的，無(wú)限增長(zhǎng)方式將導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)崩潰材料的大量生產(chǎn)、消費(fèi)、廢棄與自然生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)尖銳的矛盾發(fā)展簡(jiǎn)史原始生態(tài)材料時(shí)期(原始生態(tài)模式)以天然資源為材料，生態(tài)材料時(shí)期(后工業(yè)化社會(huì))材料持續(xù)發(fā)展的出路，在于材料的“社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然生態(tài)效益”的統(tǒng)一人類不能無(wú)視客觀的自然規(guī)律，隨意處理自然人類社會(huì)是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，其活動(dòng)一方面破壞大自然中舊的平衡，另一方面又建立有益于人類的新的平衡人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的沖擊和干擾，應(yīng)限制在其再生循環(huán)能力和自凈能力的合理限度內(nèi)建立生態(tài)系統(tǒng)使材料循環(huán)對(duì)外部支持系統(tǒng)有較小的破壞作用使傳統(tǒng)材料工業(yè)轉(zhuǎn)變成生態(tài)材料工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史環(huán)境材料生態(tài)材料時(shí)期(后工業(yè)化社會(huì))材料持續(xù)發(fā)展的出路，在材料的生態(tài)設(shè)計(jì)、可循環(huán)再生設(shè)計(jì)、產(chǎn)品可拆卸設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)階段，就綜合考慮材料整個(gè)生命周期減少原料使用量盡可能使用可再生原料盡可能使用再生原料生產(chǎn)和使用過(guò)程能耗較低使用后易于回收、再利用使用安全、壽命長(zhǎng)材料的清潔生產(chǎn)。將環(huán)境策略貫徹于生產(chǎn)中節(jié)約原材料和能源不使用有毒原材料使用再生原料盡可能減少生產(chǎn)排放物盡可能減少?gòu)U棄物的數(shù)量和毒性生態(tài)材料物質(zhì)流和能流循環(huán)再生及相關(guān)技術(shù)開(kāi)路技術(shù)以可再生資源為主，如生物合成、天然材料復(fù)合技術(shù)閉路技術(shù)以不可再生資源為主，包括可再生材料設(shè)計(jì)，回收技術(shù)，代用技術(shù)環(huán)境材料對(duì)策環(huán)境材料材料的生態(tài)設(shè)計(jì)、可循環(huán)再生設(shè)計(jì)、產(chǎn)品可拆卸設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)階段，就傳統(tǒng)材料的生態(tài)化及其相關(guān)技術(shù)提高材料壽命。材料壽命決定資源使用量、廢棄物排放量，與固體廢棄物總量成反比使用循環(huán)再生材料。由回收材料加工成最終產(chǎn)品，或構(gòu)成產(chǎn)品的一部分環(huán)境材料對(duì)策環(huán)境材料“1Z4R”技術(shù)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)三廢排放技術(shù)(zero-emission)使用易后處理的代用材料技術(shù)(refine)

減少材料生命周期各階段排放廢棄物的技術(shù)(reduce)材料廢棄物能夠有效利用的技術(shù)(recycle)材料能夠再生重新使用的技術(shù)(reuse)鋼鐵產(chǎn)業(yè)。直接還原鐵工藝，只用鐵礦石、煤和石灰石3種物料省去高爐煉鐵工藝的燒結(jié)、焦化工序，縮短煉鐵工藝流程降低生產(chǎn)中的環(huán)境負(fù)荷水泥工業(yè)。利用可燃廢料(包括廢輪胎、廢塑料)替代部分煤來(lái)煅燒熟料顯著降低生產(chǎn)能耗防治污染、保護(hù)環(huán)境摻加以工業(yè)廢渣為主的活性細(xì)料，使材料發(fā)揮高性能優(yōu)勢(shì)，減少水泥和混凝土用量傳統(tǒng)材料的生態(tài)化及其相關(guān)技術(shù)環(huán)境材料對(duì)策環(huán)境材料“1新型生態(tài)材料及其相關(guān)技術(shù)。包括可循環(huán)再生以外的降低環(huán)境負(fù)載的材料和技術(shù)環(huán)境修復(fù)和凈化材料智能材料，根據(jù)環(huán)境和使用條件變化，自我調(diào)整，自行修復(fù)，延長(zhǎng)壽命超導(dǎo)材料，節(jié)省大量資源和能源納米材料和技術(shù)，精確控制原子或分子，不產(chǎn)生廢物和副產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命仿生材料，從天然材料尋求啟迪，模擬制造新型生態(tài)材料環(huán)境材料對(duì)策環(huán)境材料新型生態(tài)材料及其相關(guān)技術(shù)。包括可循環(huán)再生以外的降低環(huán)境負(fù)載的許多天然材料(天然無(wú)機(jī)礦物、天然生物資源高分子)

具有極好的環(huán)境協(xié)調(diào)性天然礦物環(huán)境材料的功能包括防治污染、修復(fù)環(huán)境環(huán)境凈化(殺菌、消毒、分離等)環(huán)境替代(如替代環(huán)境負(fù)荷大的材料等)等環(huán)境功能體現(xiàn)在礦物表面吸附性、孔道過(guò)濾性、層間離子交換作用、熱效脫硫除塵作用天然高分子是地球上最豐富的可再生資源之一，最顯著的特點(diǎn)是生物可降解性自然環(huán)境中降解，進(jìn)入良性循環(huán)，微生物使其結(jié)構(gòu)、形態(tài)破壞，最終分解為水、CO2和其它小分子環(huán)境材料對(duì)策環(huán)境材料采用天然材料改性的新型環(huán)境功能材料、以廢治廢和資源化技術(shù)，來(lái)解決資源短缺及環(huán)境污染難題用沸石分子篩、硅膠、泡沫陶瓷等作為活性吸附劑來(lái)治理大氣污染用污水過(guò)濾材料、沸石及吸附樹(shù)脂、離子交換樹(shù)脂來(lái)治理污水用黏土、鐵礦石等天然礦物材料來(lái)吸附劑水中重金屬用黏土礦物治理土壤中重金屬污染用多孔材料、隔聲材料及消聲器實(shí)現(xiàn)噪聲污染控制用電子屏蔽材料治理電磁污染許多天然材料(天然無(wú)機(jī)礦物、天然生物資源高分子)具有極好的廢物循環(huán)再利用“廢物循環(huán)再利用”，又稱“資源綜合利用”，主要包括：礦產(chǎn)資源開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)共生、伴生礦，進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)與合理利用對(duì)生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的廢渣、廢水(液)、廢氣、余熱、余壓等，進(jìn)行回收和合理利用對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中產(chǎn)生的各種廢舊物資，進(jìn)行回收和再生利用對(duì)城市垃圾、農(nóng)林水產(chǎn)廢棄物等，進(jìn)行綜合利用環(huán)境材料對(duì)策環(huán)境材料是實(shí)現(xiàn)資源永續(xù)利用的重要措施可減少對(duì)原生資源的開(kāi)采，提高資源綜合利用水平節(jié)約大量資源，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變是治理污染、改善環(huán)境的必然要求我國(guó)垃圾累計(jì)量達(dá)60多億噸，占用土地5億m3，對(duì)土壤、地下水、大氣造成現(xiàn)實(shí)和潛在的污染相當(dāng)嚴(yán)重；推進(jìn)再生資源的回收利用，是治理污染的重要措施人們對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量的要求越來(lái)越高，加大環(huán)境污染綜合治理的力度，為資源回收利用的發(fā)展創(chuàng)造有利的條件和良好的社會(huì)環(huán)境再生資源回收利用廢物循環(huán)再利用“廢物循環(huán)再利用”，又稱“資源綜合利用”，主要廢鋼鐵3500多萬(wàn)噸，

回收率88%廢有色金屬175萬(wàn)噸，

回收率80%廢塑料300~400萬(wàn)噸，回收率15~20%廢橡膠40多萬(wàn)噸(不含廢輪胎)，回收率47%廢紙漿1200萬(wàn)噸，占國(guó)內(nèi)紙漿總產(chǎn)量的41%利用廢紙1500萬(wàn)噸(含進(jìn)口370萬(wàn)噸)煤矸石綜合利用量6600萬(wàn)噸，利用率43%粉煤灰綜合利用量7000萬(wàn)噸，利用率58%近十年來(lái)，全國(guó)公用火電廠粉煤灰綜合利用量累計(jì)達(dá)2.5億噸，相當(dāng)于節(jié)約土地4萬(wàn)畝，節(jié)約灰場(chǎng)建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用30億元人民幣新型墻體磚產(chǎn)量達(dá)2100億塊，占?jí)w材料磚總量的28%，實(shí)心粘土磚由1995年6300億塊減少到2000年5400億塊，累計(jì)節(jié)能6000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，利用廢渣2億噸，節(jié)約土地近40萬(wàn)畝2000，全國(guó)5大類廢舊物資年回收量分別為：環(huán)境材料對(duì)策環(huán)境材料中國(guó)資源綜合利用產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀煤灰化身環(huán)保輕質(zhì)磚廢鋼鐵3500多萬(wàn)噸，回收率88%2000，全國(guó)5大類對(duì)資源綜合利用的重要性和迫切性，還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)“資源意識(shí)”有待加強(qiáng)法規(guī)不完善某些地區(qū)難以落實(shí)資源綜合利用的優(yōu)惠政策資源回收率低，不易回收利用的再生資源丟棄現(xiàn)象嚴(yán)重年約500萬(wàn)噸廢鋼鐵、20萬(wàn)噸廢有色金