第10章-新型環(huán)境替代材料課件

第10章新型環(huán)境替代材料第10章新型環(huán)境替代材料110.1氟氯烴制冷劑的更新替代10.1.1氟氯烴制冷劑及臭氧層破壞地球大氣層按其高度和性質(zhì)分為對流層、同溫層及逸散層。在離地面10～50km高的同溫層中，分布著地球臭氧總量的90％。臭氧是一種具有強(qiáng)烈嗅昧的淡藍(lán)色氣體。臭氧可有效地吸收對生物有害的、波長小于295nm的太陽紫外線UV-C，及大部分對生物有一定危害的波長在295-320nm的紫外線UV-B，而對生物無害的波長大于320nm的紫外線UV-A卻可全部通過。大氣中的臭氧是由氧受太陽紫外光照射后產(chǎn)生的。由于氟氯烴具有化學(xué)性能穩(wěn)定、無毒、無臭、不可燃等特性，為此被廣泛作為致冷劑、噴霧劑、泡沫塑料發(fā)泡劑、電子器件清潔劑、氣溶膠推進(jìn)劑、有機(jī)溶劑和滅火劑而大量使用。經(jīng)過對流層擴(kuò)散到平流層的氟氯烴，在紫外光作用下發(fā)生光解產(chǎn)生氯原子：10.1氟氯烴制冷劑的更新替代10.1.1氟氯烴制冷劑及2CCl3F在太陽紫外線作用下變成CCl2F+Cl（紫外光波長小于230nm），CCl2F在太陽紫外線作用下變成2CClF2+Cl氯原子迅速與臭氧發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：Cl+O3→ClO+O2

ClO+O→Cl+O2而且，這一反應(yīng)的速度是一氧化氮與臭氧發(fā)生反應(yīng)速度的5.6倍?？梢?，氟氯烴所產(chǎn)生的氯原子是破壞大氣臭氧最主要的物質(zhì)。氟氯烴對大氣臭氧的破壞力極大，據(jù)計(jì)算，在同溫層中每生成一個(gè)氯原子，就有10萬個(gè)臭氧分子被破壞。隨著大氣臭氧層的破壞到達(dá)地球表面的太陽紫外線特別是UV-B會迅速增加，這將對地球生命系統(tǒng)及人類生態(tài)環(huán)境造成一系列災(zāi)難性的影響。

CCl3F在太陽紫外線作用下變成CCl2F+Cl（紫外光波長3氟氯烴在低層大氣中不會分解，只是在同溫層中光解。而排放至大氣中的氟氯烴雖然在對流層中會很快擴(kuò)散，但進(jìn)入同溫層卻需要很長時(shí)間。自1928年氟里昂問市以來，人類所使用的氟氯烴幾乎全部進(jìn)入了大氣。據(jù)計(jì)算，到1982年，大氣中已存在1200萬噸氟氯烴。還有人估計(jì)，1955～1975年間釋入大氣的氟氯烴有90％尚未進(jìn)入同溫層。

臭氧在大氣層中的總量是很小的，即使在其密度最大的區(qū)域（離地面20～25km的地方），十萬個(gè)氣體分子中也只有一個(gè)臭氧分子。若將地球上全部臭氧集中到地球表面，這個(gè)臭氧層也僅有3mm厚。正因?yàn)槌粞醯牧亢苄?，但它的作用很大，所以臭氧層中一點(diǎn)微小的變化都會對地球生命系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。

因此，若再不加節(jié)制地生產(chǎn)、使用氟氯烴，將必然給人類帶來災(zāi)難性的后果。氟氯烴在低層大氣中不會分解，只是在同溫層中光解。而排放至大4氟利昂類制冷劑就是鹵代烴類化合物的商品名稱，它是由鹵族元素，主要是氟(F)原子和氯(Cl)原子取代甲烷或乙烷中的氫(H)原子所生成的化合物。如CCl3F。該類制冷劑編號的特點(diǎn)是：兩位數(shù)屬鹵代甲烷系列如CFC-12。三位數(shù)、且首位數(shù)為1者，屬鹵代乙烷系列如HFC-134a。兩者的尾數(shù)均表示所含氟原子數(shù)。甲烷系列兩位數(shù)之和小于5者，乙烷系列三位數(shù)之和小于8者，其差值就是沒有在編號中表示(默認(rèn))的氯原子數(shù)。例如：CFC-12的尾數(shù)為2，就說明它含有兩個(gè)氟原子；兩位數(shù)之和為5的差數(shù)是2，說明它還含有2個(gè)氯原子。HFC-134a的尾數(shù)為4，就說明它含有4個(gè)氟原子；三位數(shù)之和為8，與8的差值為0，說明它里面不含氯原子。10.1.2氟利昂CFC編號的意義氟利昂類制冷劑就是鹵代烴類化合物的商品名稱，它是由鹵族5在鹵代烴中，有H原子被完全取代的，也有未被完全取代的。兩位數(shù)的甲烷系列，其首位數(shù)減去1后的得數(shù)就是所剩的H原子數(shù)；三位數(shù)的乙烷系列，其第二位數(shù)減去1后的得數(shù)就是所剩的H原子數(shù)。例如：CFC-12就不剩H原子；CFC-22剩1個(gè)H原子；HFC-134a就還剩2個(gè)H原子。

根據(jù)上述規(guī)律，鹵代烴可分為三類：第一類是H原子被完全取代了的含氯氟烴，它的編號冠以CFC，第一個(gè)C代表氯元素，F(xiàn)為氟元素，后面的C是碳元素。第二類是H原子沒有被完全取代的氫氯氟烴，它的編號冠以HCFC。第三類是H原子沒有被完全取代，但不含氯的氫氟烴，它在編號前冠以HFC。

在鹵代烴中，有H原子被完全取代的，也有未被完全取代的。兩6在氟利昂中，CFCs、哈龍(哈龍是英文“HALON”的譯音，是一種滅火劑的名稱，我國生產(chǎn)和消費(fèi)的哈龍種類主要有兩種：哈龍1211（一溴一氯二氟甲烷）和哈龍1301（一溴三氟甲烷）。

)和四氯化碳對臭氧破壞力最強(qiáng)，，而HFCs類物質(zhì)對臭氧層則無破壞作用，因此被用作CFCs的替代物。通常講的無氟概念，不論是說無氟利昂還是無氟無毒，都是不準(zhǔn)確的，應(yīng)該說“無氯”更確切些。1992年哥本哈根協(xié)定規(guī)定發(fā)達(dá)國家將提前于1996年1月1日起完全停止生產(chǎn)和禁止銷售CFCs產(chǎn)品。1993年我國國務(wù)院批準(zhǔn)了《中國消耗臭氧層物質(zhì)的逐步淘汰國家方案》，方案規(guī)定最遲于2010年淘汰全部CFCs，2040年以前淘汰HCFC。這樣制冷劑替代問題就日益迫切地?cái)[在我國制冷界的面前。在氟利昂中，CFCs、哈龍(哈龍是英文“HALON”的譯音710.1.3CFC的替代

既然破壞臭氧層的是含氯鹵代烴，那么前兩類含氯，便都在禁用范圍之列，只有HFC不含氯，允許繼續(xù)使用。

為了描述氟利昂對臭氧層的破壞能力和產(chǎn)生溫室效應(yīng)作用的大小，目前采用兩個(gè)參數(shù)值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)：ODP(OzoneDepletionPotential)值，即臭氧消耗潛能值，表明對臭氧層破壞能力的大小，以CFC-11(一氟三氯甲烷，CFCl3)的ODP值為1；GWP(GlobleWarmingPotentiall)值，即全球增溫潛能值，表明產(chǎn)生溫室效應(yīng)作用的大小，以CFC-12(二氟二氯甲烷，CF2Cl2)的GWP為1。1993年國際上興起“雙綠”制冷劑，即ODP和GWP都為零。

10.1.3CFC的替代既然破壞臭氧層的是含氯鹵代烴，8

1.CFC替代工質(zhì)的要求

(1)優(yōu)秀的環(huán)保性能：目前以破壞大氣層臭氧潛能值ODP<0.05和全球變暖系數(shù)值GWP<0.5兩項(xiàng)指標(biāo)作為替代工質(zhì)環(huán)保性能良好的評價(jià)指標(biāo)。

(2)安全無害：替代工質(zhì)必須對生物無毒，對機(jī)器零件無腐蝕，好的產(chǎn)品應(yīng)該達(dá)到不可燃或不易燃。

(3)節(jié)約能源：部分替代工質(zhì)使用后會增加能源消耗，但目前已出現(xiàn)了一些既能增加制冷量，又能降低能耗的產(chǎn)品。

(4)良好的匹配性：部分替代工質(zhì)由于性能的差異，在使用中會出現(xiàn)一些不良現(xiàn)象，如吸濕量，回油性能差、易泄漏等。

(5)兼容性強(qiáng)：部分替代工質(zhì)需要更換壓縮機(jī)的機(jī)件或潤滑油，且潤滑油價(jià)格較貴，因此，可現(xiàn)場直接置換、不需換部件和潤滑油的替代工質(zhì)就具有很強(qiáng)的兼容性。1.CFC替代工質(zhì)的要求9經(jīng)各國科學(xué)家研究較為成熟并已步入實(shí)用階段的就是HFC中的HFC-134a，它是美國杜邦(DuPont)公司率先開發(fā)出來的。主要特點(diǎn)是：①不含氯原子，對大氣臭氧層不起破壞作用；②具有良好的安全性能(不易燃、不爆炸、無毒、無刺激性和無腐蝕性)；③物理性能與CFC-12比較接近，所以制冷系統(tǒng)的改型比較容易；④傳熱性能比CFC-12好，因此制冷劑的用量可大大減少。

但是HFC134a與現(xiàn)有礦物質(zhì)的冷凍機(jī)油不溶合，因此必須尋找新的壓縮機(jī)油?，F(xiàn)已開發(fā)出兩種與HFC-134a溶合的油，它們的代號為PAG及ESTER，而PAG油應(yīng)用較為普遍。但仍存在如下問題：2.替代CFC制冷劑經(jīng)各國科學(xué)家研究較為成熟并已步入實(shí)用階段的就是HFC中的10①具有高吸濕能力，易使制冷系統(tǒng)的節(jié)流元件(毛細(xì)管或膨脹閥)發(fā)生冰堵，因此要加大系統(tǒng)中干燥劑的裝入量或提高其吸濕能力；②高溫下與HFC-134a的溶合性降低，甚至不可溶。因此要特別注意改善系統(tǒng)的冷凝條件，勿使冷凝溫度過高；③潤滑性比礦物油稍差；④對制冷系統(tǒng)現(xiàn)用的橡膠密封件有滲透或腐蝕作用，不僅涉及到橡膠密封件，還牽連到制冷劑的輸送軟管；⑤價(jià)格較現(xiàn)在冷凍機(jī)油貴4-5倍。①具有高吸濕能力，易使制冷系統(tǒng)的節(jié)流元件(毛細(xì)管或11為了在制冷劑替代的過渡期間，避免兩種系統(tǒng)的交叉污染，因此，生產(chǎn)廠在HFC-134a與CFC-12制冷系統(tǒng)作了以下的標(biāo)記：①存放HFC-134a的容器為淺藍(lán)色，而存放CFC-12的容器為白色；②HFC-134a制冷系統(tǒng)連接軟管是用橡膠和尼龍?zhí)刂贫傻模⑶以谄渫獠坑衅嚬こ虒W(xué)會的印記；而CFC-12制冷系統(tǒng)連接軟管常用一般橡膠管，另外專門為HFC-134a規(guī)定了特殊的快速接口，以便與CFC-12的管螺紋接口相區(qū)別。另外丙烷具有優(yōu)良的熱力學(xué)性能，可作為原CFC-12的替代品，且其來源豐富，價(jià)格比HFC-134a更有優(yōu)勢，在未來的替代品的發(fā)展和替代方案的選擇上，丙烷有它的一席之地，被歐洲，特別是德國看好。

為了在制冷劑替代的過渡期間，避免兩種系統(tǒng)的交叉污染，因此，12

3.我國制冷劑的更新替代

針對我國國情，要研究既能滿足對臭氧層和人類環(huán)境無破壞作用，又要考慮使近百年的CFC制冷設(shè)備系統(tǒng)不動或無需做大的改動以節(jié)約昂貴的設(shè)備成本。我國研制的ZCI的新型環(huán)保節(jié)能制冷劑完全可替代CFC，具有很高的兼容性，其性能數(shù)據(jù)與被替換的相近。按照目前的技術(shù)水平，ODP（臭氧層破壞潛能值）小于0.05、GWP（溫室效應(yīng)系數(shù)）小于0.5的制冷劑被認(rèn)為環(huán)境特性比較好。ZCI混合工質(zhì)制冷劑不含CFC，ODP小于0.03，GWP在0.10～0.26之間，無毒、無味、不可燃、無腐蝕性，化學(xué)性能安全。它的環(huán)保性能已得到國家消耗臭氧層物質(zhì)（ODS）替代品工程技術(shù)研究中心認(rèn)證，其節(jié)能效果也通過了上海市節(jié)能監(jiān)察中心的監(jiān)測。3.我國制冷劑的更新替代13

ZCI混合工質(zhì)制冷劑具有以下四大優(yōu)點(diǎn)：1.與被替換的制冷劑性能數(shù)據(jù)相近，可直接替換，無需更換設(shè)備、零部件以及冷凍油。2.替換后機(jī)組的制冷（熱）量大。3.減少結(jié)霜程度。4.可以改善機(jī)組的其他參數(shù)。此外，ZCI制冷劑在替換公交車空調(diào)制冷劑時(shí)，還有效解決了使用美國杜邦公司生產(chǎn)的替代氟里昂制冷劑過渡產(chǎn)品存在的問題。

ZCI混合工質(zhì)制冷劑具有以下四大優(yōu)點(diǎn)：1.14

4.研究和采用其它的制冷方法美國賓夕法尼亞大學(xué)最近研制出了一種用聲波制冷的技術(shù)，傳統(tǒng)的冰箱均通過化學(xué)制冷劑達(dá)到制冷效果，該技術(shù)完全以熱聲學(xué)原理為基礎(chǔ)，用空氣作制冷劑，不僅不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，而且還將成為化學(xué)制冷劑理想的替代產(chǎn)品。我國首臺污水資源熱泵空調(diào)研制成功，冬季污水水溫為13-17℃，高出氣溫20℃多；夏季污水水溫為22-25℃，又比氣溫低10℃以上。污水熱泵空調(diào)就是利用熱機(jī)循環(huán)原理，冬季從污水中吸取熱量，將循環(huán)水加熱至48℃左右向用戶供暖。而在夏季，則采取反向循環(huán)將循環(huán)水冷卻到7℃左右，向用戶提供冷氣。

4.研究和采用其它的制冷方法15其它的制冷方法有吸收式制冷、斯特林循環(huán)制冷、電熱制冷、磁熱制冷和半導(dǎo)體制冷等。電熱制冷和磁熱制冷的獨(dú)特之處在于，這兩種制冷系統(tǒng)完全沒有機(jī)械運(yùn)動部件，或者只有少量的機(jī)械運(yùn)動部件。實(shí)現(xiàn)磁熱效應(yīng)需要強(qiáng)磁場，得到這種磁場困難較大，而為了以電熱效應(yīng)工作的裝置獲得強(qiáng)電場則較容易?？傊?，氫氟烴的問題的徹底解決需要一個(gè)相當(dāng)長的過程，為了有效保護(hù)臭氧層，研究開發(fā)新的永久性CFC制冷劑替代材料也是生態(tài)環(huán)境材料領(lǐng)域今后的一個(gè)發(fā)展方向。

其它的制冷方法有吸收式制冷、斯特林循環(huán)制冷、電熱制冷、1610.2無磷洗滌劑的開發(fā)與應(yīng)用

10.2.1洗滌劑與環(huán)境合成洗滌劑的主要成分是表面活性劑、助洗劑、漂白劑、輔助劑。其中，三聚磷酸鈉俗稱五分子鈉，是助洗劑，去污力強(qiáng)，成本低，含量在15%-30%之間。但實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，1g磷可使藻類生長100g，而磷的大量排放使水生植物爆發(fā)性繁殖，最后導(dǎo)致水質(zhì)因缺氧而變黑、發(fā)臭，人不能飲用，魚類大量死亡。造成水質(zhì)富營養(yǎng)化的主要原因是磷、氮的平衡，如能有效地打破水體中磷、氮的營養(yǎng)平衡，使其中一種物質(zhì)受到限制，就能有效控制水質(zhì)富營養(yǎng)化。氮主要來源于人類、禽畜的排泄物或種植中沒有被植物吸收的氮肥。因此，控制氮進(jìn)入水體是很難做到的，但要控制含磷物質(zhì)進(jìn)入水體是完全可能的。10.2無磷洗滌劑的開發(fā)與應(yīng)用10.2.1洗滌劑17

洗滌劑中的磷成分是造成水體富營養(yǎng)化的四個(gè)主要原因(化肥、人畜、糞便、水土流失、含磷洗衣粉)之一，由于洗滌劑具有較高的生物效應(yīng)，所以嚴(yán)格控制含磷洗滌劑的污水排放，對于防止水的富營養(yǎng)化起到重要作用。目前，許多發(fā)達(dá)國家對洗滌劑產(chǎn)品已實(shí)行禁磷和限磷政策。我國也制定了低磷、無磷洗衣粉標(biāo)準(zhǔn)。洗滌劑中的磷成分是造成水體富營養(yǎng)化的四個(gè)主要原因(化肥1810.2.2無磷洗滌劑的原理國內(nèi)外無磷洗衣粉的開發(fā)主要采取以下措施：(1)調(diào)整洗衣粉配方，增加表面活性劑比例，由15%增加到25%甚至更高，以提高洗衣粉的去污除垢能力；(2)用α-烯基磺酸鹽和醇系表面活性劑替代目前使用的烷基苯磺酸鹽，提高了產(chǎn)品的生物降解性和去污能力，但同時(shí)產(chǎn)品成本有所增加；(3)尋找替代三聚磷酸鈉的助洗劑。目前，替代STPP作為洗滌劑助劑的材料有：4A沸石分子篩、水合偏硅酸鈉、碳酸鈉、層狀二硅酸鈉、氨基三乙酸鈉、二乙胺四醋酸(EDTA)等。10.2.2無磷洗滌劑的原理國內(nèi)外無磷洗衣粉的開發(fā)主要采取19

另外，4A沸石雖然在生物降解和螯合鈣、鎂離子方面可代替三聚磷酸鈉的功能，但它又存在以下危害：1.沸石用沸石作為無磷洗衣粉的助劑，主要是通過對鈉、鈣離子交換達(dá)到束縛鈣離子的目的，實(shí)現(xiàn)了硬水的軟化。沸石交換鈣離子的能力與三聚磷酸鈉螯合金屬離子能力相當(dāng)，因此可用來替代三聚磷酸鈉。但沸石的去污除垢能力不及三聚磷酸鈉，加之溶解性較差，價(jià)格亦不低，雖然可替代三聚磷酸鈉，但從各方面性能來說，比三聚磷酸鈉差。另外，4A沸石雖然在生物降解和螯合鈣、鎂離子方面可代替三20

(1)

它使水體中存在大量的鋁。生物吸收了鋁，會產(chǎn)生許多疾病，人食用了含高鋁的水，也會同樣造成危害；(2)它是一種不溶于水的物質(zhì)，在洗滌過程中以微粒懸浮于水中，也以微粒浸入衣物的纖維中，所以，衣物越洗越硬；(3)它是一種鋁鹽，在制作時(shí)消耗大量的鋁，如洗衣粉全部用其代替磷酸鹽，世界每年要浪費(fèi)幾百噸鋁資源；(4)制作4A沸石要消耗大量的能源；(5)因4A沸石是不溶物，大量廢渣流入江河湖海，容易導(dǎo)致堵塞管道。

21

層狀硅酸鹽具有(1)軟水功能；(2)調(diào)節(jié)pH值的性能；(3)抗再沉降能力：在中等硬度水中與用其它助洗劑相比，可節(jié)省20%的活性組分，可有效改變織物纖維的硬化板結(jié)現(xiàn)象，對污垢微粒和油漬具有較好的懸浮作用。另外，層狀硅酸鈉對穩(wěn)定洗衣粉中的漂白劑作用顯著，它不僅可提高漂白劑的貯存壽命，而且有很好的協(xié)同效果，對表面活性劑也有較好的吸附作用。2.層狀硅酸鹽2.層狀硅酸鹽22

層狀硅酸鹽的合成方法有以下幾種：(1)液體水玻璃(水含量50%)→550-800℃煅燒→層狀二硅酸鈉(α相、β相、δ相)；(2)固體水玻璃(粒徑小于2mm)→700-760℃煅燒→層狀二硅酸鈉(α相與δ相的混合物)；(3)液體水玻璃→噴霧干燥→固體水玻璃(含水18%-25%)→600-800℃煅燒→層狀二硅酸鈉(δ相)；(4)液體水玻璃+多價(jià)螯合物→200-400℃水熱合成→層狀二硅酸鈉。

23

3.研究開發(fā)其它類型洗滌劑研究和開發(fā)其它類型的洗滌劑是取代含磷洗衣粉的一項(xiàng)有效措施。硬表面洗滌劑和重垢洗滌劑是兩個(gè)主要的發(fā)展方向。(1)硬表面清洗劑硬表面清洗劑主要用于家庭及公共場所的地板、墻壁、門窗、浴盆等硬質(zhì)表面的清洗，在國內(nèi)一般家庭中，對于家用硬表面器具的清洗通常都用洗衣粉擦洗，開發(fā)無磷的硬表面清洗劑，替代有磷洗衣粉，也是減少磷污染的一條重要途徑。3.研究開發(fā)其它類型洗滌劑24

重垢液體洗滌劑是繼肥皂、洗衣粉之后的第三代民用洗滌用品，是肥皂和洗衣粉的替代產(chǎn)品，是洗滌產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無磷化的一個(gè)發(fā)展方向。重垢液體洗滌劑有洗滌效果好、去污除垢能力強(qiáng)；生產(chǎn)工藝簡單、配制容易；使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)；消除磷污染、保護(hù)環(huán)境；品種多樣，產(chǎn)品容易實(shí)現(xiàn)系列化等優(yōu)點(diǎn)。

(2)重垢液體洗滌劑(2)重垢液體洗滌劑25在無磷洗衣粉開發(fā)中可采取以下措施來彌補(bǔ)無磷洗衣粉的缺陷。(1)為了提高去污除垢能力，可加入少量酶制品；(2)適當(dāng)加入其它助劑，使無磷洗衣粉具有多功能化，例如消毒、柔軟、防靜電等功能；(3)可根據(jù)某些行業(yè)需要，開發(fā)專用無磷洗衣粉，如民用、工業(yè)用、醫(yī)用等；(4)在開發(fā)中要研究降低生產(chǎn)成本，保證洗滌性能，增強(qiáng)與液體洗滌劑的競爭能力。在無磷洗衣粉開發(fā)中可采取以下措施來彌補(bǔ)無磷洗衣粉的缺陷。(2610.3生物可降解塑料的研制與開發(fā)

10.3.1塑料與生態(tài)環(huán)境

通常所說的廢塑料主要有三種：一種是聚乙烯，主要用來作農(nóng)業(yè)上的塑料薄膜、購物袋；另一種是聚丙烯，一般用作裝水泥與化肥的紡織袋，建筑防護(hù)用的安全棚，包裝用的打包帶等；還有一種是聚苯乙烯，主要用作泡沫減震塑料，快餐飯盒，包裝填充物等。這三種成分占了廢塑料的70%-80%。近一半新塑料制品兩年后會成為廢塑料。廢塑料在自然環(huán)境下很穩(wěn)定，不易腐爛、降解，對環(huán)境的影響非常嚴(yán)重，構(gòu)成了典型的“白色”污染“。10.3生物可降解塑料的研制與開發(fā)10.3.1塑料與生27第10章-新型環(huán)境替代材料課件28

塑料廢棄物對生態(tài)環(huán)境的破壞表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)塑料廢棄物體積龐大；(2)塑料廢棄物對海洋污染；(3)塑料廢棄物對土壤的污染；(4)塑料廢棄物對大氣的污染；(5)破壞景觀

為了減少白色污染，近年來各國所采用的技術(shù)主要有少用塑料、廢品回收、化學(xué)利用、焚燒、掩埋、發(fā)展可降解塑料等。其中研制和應(yīng)用生物降解塑料，是解決白色污染的有效途徑。塑料廢棄物對生態(tài)環(huán)境的破壞表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：2910.3.2生物降解塑料的降解機(jī)理和特點(diǎn)

生物降解塑料的降解機(jī)理，即生物降解塑料被細(xì)菌等微生物作用而引起降解的形式大致有三種：生物物理作用，由于微生物侵蝕而使聚合物發(fā)生機(jī)械性破壞；生物化學(xué)作用，微生物對聚合物作用而產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，微生物侵蝕部分導(dǎo)致塑料分裂或氧化崩裂。10.3.2生物降解塑料的降解機(jī)理和特點(diǎn)生物降解塑料的3010.3.3生物降解塑料的分類生物降解塑料是指具有滿意的使用性能，且使用后能被自然界微生物或光最后完全分解成二氧化碳、水及其它低分子化合物，使之成為自然界中碳素循環(huán)的一個(gè)組成部分的一類高分子材料。根據(jù)降解機(jī)理和破壞形式，生物降解塑料可分為：完全生物降解塑料和生物破壞性塑料兩種。前者是在微生物作用下在一定時(shí)間內(nèi)完全分解為二氧化碳和水等小分子化合物，后者則僅分解為散亂碎片。按制造方法，生物降解塑料可分為：天然高分子類、微生物合成類和人工合成類三大類。10.3.3生物降解塑料的分類生物降解塑料是指具有滿意的311.天然高分子類

天然高分子材料中可作為降解材料的有纖維素、甲殼素、木質(zhì)素、淀粉等。天然高分子材料來自自然界又可消失在自然界，資源豐富、價(jià)格低廉、具有良好的生物降解性，但本身不具有塑性，通過自身化學(xué)改性或與聚合物共混、共聚改性或添加到聚合物中改性可制成降解高分子材料。

纖維素塑料主要是指纖維素與其它材料共混，如纖維素衍生物、殼聚糖、蛋白質(zhì)、聚乙烯醇等。這類材料具有完全生物降解性、良好透氣性，但屬非熱塑性材料，不易用吹塑成型方法加工，性能有待改進(jìn)，用途有待開發(fā)。目前已商品化的有醋酸纖維素生物降解材料。

1.天然高分子類天然高分子材料中可作為降解材料的有纖維素32

甲殼素又稱甲殼質(zhì)，是蝦、蟹等甲殼類動物或昆蟲外殼和菌類細(xì)胞壁的主要成分，在自然界儲量十分豐富，產(chǎn)量僅將次于纖維素。甲殼素不溶于水和普通有機(jī)溶劑。作為生物降解材料時(shí)，主要是將甲殼素在堿性條件下脫乙?；蓺ぞ厶?。殼聚糖易溶于甲酸、乙酸等有機(jī)酸中，易于改性和加工。殼聚糖和其它高分子材料共混制成生物降解材料。如將殼聚糖的醋酸水溶液、聚乙烯醇溶液、甘油按一定比例混合，流延到平板模具上，經(jīng)干燥除去溶劑得到的生物降解塑料膜，可望用于食品包裝等方面。用荷葉、蘆葦、谷殼、油菜籽殼、蝦殼等植物纖維和動物骨殼為原料也可生產(chǎn)天然降解塑料。這些生物降解性塑料在生產(chǎn)過程中，可通過增減動植物纖維和骨殼比例，控制其降解速度，最短僅需15天就可以完全降解。而且原料大量采用農(nóng)產(chǎn)品的廢棄物，其價(jià)格與普通塑料價(jià)格相當(dāng)。

甲殼素又稱甲殼質(zhì)，是蝦、蟹等甲殼類動物或昆蟲外殼和菌類細(xì)33

淀粉廣泛存在于植物中，薯類、玉米等淀粉含量豐富，可用作生物降解高分子材料。由于淀粉的原料來源容易、價(jià)廉、易于工業(yè)化、技術(shù)相對成熟。淀粉富有生物降解性，但熱塑性差，具有結(jié)晶性，極性強(qiáng)，高親水性。

淀粉和聚合物的結(jié)合方式有以下兩種。(1)共混；(2)共聚。另外，用天然淀粉作原料，用無毒、價(jià)格較低的甲基氧化嗎啉作溶劑，可制備出完全生物降解性纖維素薄膜，其性能與合成的聚丙烯材料薄膜相當(dāng)，而且避免了傳統(tǒng)工藝使用毒性溶劑CS2對環(huán)境造成的污染。淀粉廣泛存在于植物中，薯類、玉米等淀粉含量豐富，可用作生物342.微生物合成類

開發(fā)生物降解高分子材料的研究中，目前的一個(gè)熱點(diǎn)是采用生物工程技術(shù)來合成生物降解高分子材料，以得到更廉價(jià)的可降解塑料產(chǎn)品，其主要成分是微生物聚酯。如運(yùn)用遺傳工程把白楊木的葉子干燥，磨碎成細(xì)粉末，然后萃取出葉綠體，就可從白楊木的葉綠體中得到聚羥基丁酸酯(PHB)的母粒料，從而獲得PHB降解塑料。

由微生物合成的PHB及其共聚物具有優(yōu)良的物理性能，在環(huán)境中容易被生物分解。但推廣應(yīng)用的最大問題是價(jià)格昂貴，原因是共聚物是菌體內(nèi)貯藏物質(zhì)，培養(yǎng)和生產(chǎn)效率低，另外，提取、精制也比較復(fù)雜。

2.微生物合成類開發(fā)生物降解高分子材料的研究中，目前的353.人工合成類

可降解化學(xué)合成高分子材料中有生物可分解高分子材料和光降解高分子材料。其中生物可分解高分子材料有聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇等水溶性高分子和聚己內(nèi)酯(PCL)，但作為塑料它們的實(shí)用性差。目前達(dá)到商業(yè)性開發(fā)的有：聚乳酸(PLA)，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，改性聚乙烯醇。聚乳酸是從碳水化合物發(fā)酵制取乳酸聚合而成。聚乳酸具有生物分解性和生物體適應(yīng)性，強(qiáng)度高，但耐水性差，最初僅用作醫(yī)療用材料。聚己內(nèi)酯具有良好的生物降解性，并可通過與其它單體共聚或與其它聚合物共混來改善它的機(jī)械性能、熔點(diǎn)和降解性。聚丁二酸酯是由丁二酸酯與乙二醇、丁二醇脫水縮聚產(chǎn)生的高分子量脂肪族聚酯及共聚物，熔點(diǎn)達(dá)90-120℃，相當(dāng)于低密度聚乙烯，所以具有實(shí)用性。3.人工合成類可降解化學(xué)合成高分子材料中有生物可分解高3610.3.4生物降解材料存在的問題生物降解塑料存在以下問題：(1)價(jià)格高，生物降解塑料的價(jià)格要高出普通塑料2-15倍，較難推廣應(yīng)用。(2)生物降解塑料的降解控制問題有待于解決，如作為包裝材料要求有一定的使用期，而醫(yī)用材料要求降解快。(3)生物降解性評價(jià)問題，我國目前還沒有統(tǒng)一的國際、部標(biāo)和行標(biāo)，使得降解塑料課題的成果鑒定和技術(shù)轉(zhuǎn)讓缺乏必要的依據(jù)和準(zhǔn)則。

10.3.4生物降解材料存在的問題生物降解塑料存在以下3710.4生態(tài)建材10.4.1建材與環(huán)境作為建筑材料而言，在生產(chǎn)、使用過程中，一方面消耗大量的能源，產(chǎn)生大量的粉塵和有害氣體，污染大氣和環(huán)境；另一方面，使用中會揮發(fā)出有害氣體，長期居住，會對健康產(chǎn)生影響。居室內(nèi)污染物有化學(xué)物質(zhì)、放射物質(zhì)、細(xì)菌等生物性物質(zhì)。對某些裝修材料如花崗石衰變會產(chǎn)生氡氣，具有致癌的危險(xiǎn)；木材類復(fù)合板釋放出的游離甲醛，會導(dǎo)致癌癥的產(chǎn)生；涂料所用成膜助劑主要成分是毒性較大的乙二醇丁醚，二乙二醇和苯甲醇等；油性涂料中的氯化物溶液或芳香類碳?xì)浠衔锛八芰现破分惺褂玫你U類熱穩(wěn)定劑等對人體都有很大的危害性。10.4生態(tài)建材10.4.1建材與環(huán)境3810.4.2綠色建材的基本特征(1)其生產(chǎn)所用原料盡可能少用天然資源，大量使用尾礦、廢渣、垃圾、廢液等廢棄物；(2)采用低能耗制造工藝和不污染環(huán)境的生產(chǎn)技術(shù)；(3)在產(chǎn)品配制或生產(chǎn)中，不得使用甲醛、鹵化物溶劑或芳香族碳?xì)浠衔?；產(chǎn)品中不得含有汞及其化合物；不得用鉛、鎘、鉻等重金屬及其化合物的顏料和添加劑；(4)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是以改善生產(chǎn)環(huán)境、提高生活質(zhì)量為宗旨，即產(chǎn)品不僅不損害人體健康，而且應(yīng)有益于人體健康，產(chǎn)品具有多功能化，如抗菌、滅菌、防霉、除臭、隔熱、阻燃、防火、調(diào)溫、調(diào)濕、消磁、防射線、抗靜電等；(5)產(chǎn)品可循環(huán)或回收再利用，無污染環(huán)境的廢棄物。10.4.2綠色建材的基本特征(1)其生產(chǎn)所用原料3910.4.3建材工業(yè)發(fā)展的主要趨勢國際建材工業(yè)技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展趨勢：一是產(chǎn)品生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)一致，注重經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展；二是生產(chǎn)設(shè)備趨向大型化，過程向自動化和智能化發(fā)展，注重規(guī)模效益和節(jié)能降耗；三是全面提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善保溫、隔音等建筑功能，注重開發(fā)有助于人體健康的抗菌、防霉、殺蟲、凈化空氣等功能性材料；四是主要建材企業(yè)在以先進(jìn)的技術(shù)、管理和雄厚的資金實(shí)現(xiàn)全球性擴(kuò)張的同時(shí)，其市場營銷、服務(wù)逐步向網(wǎng)絡(luò)化、信息化方向發(fā)展。

10.4.3建材工業(yè)發(fā)展的主要趨勢國際建材工業(yè)技術(shù)與產(chǎn)4010.4.4生態(tài)水泥和生態(tài)混凝土生態(tài)水泥,就是以高性能為核心，以生態(tài)設(shè)計(jì)和綠色材料的理念，采用合成工藝生產(chǎn)的水泥。它的特點(diǎn)是，既具有節(jié)約資源、能源，減少環(huán)境污染，更多利用工業(yè)廢渣的特點(diǎn)，同時(shí)用這種水泥配制的混凝土具有更好的工作性能、力學(xué)性能和耐久性。它是水泥工業(yè)的發(fā)展方向。

傳統(tǒng)水泥工業(yè)由于工藝、設(shè)備、管理落后，對天然資源和能源消耗量大，利用效率低，排放粉塵及有害氣體污染環(huán)境。降低水泥生產(chǎn)和使用的環(huán)境負(fù)擔(dān)性的主要措施如下：

生態(tài)水泥10.4.4生態(tài)水泥和生態(tài)混凝土生態(tài)水泥,就是以高性能為41

(1)采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝采用自控及機(jī)電一體化堆、取料技術(shù)，在原、燃料進(jìn)廠后進(jìn)一步均化，徹底改變了傳統(tǒng)工藝中原、燃料儲庫僅可用于儲存物料的原始功能。使原、燃料預(yù)均化及儲存物料的雙重功能，不僅可減少物料儲期，更主要是為原料配料、生料制備和熟料煅燒創(chuàng)造了均衡穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。(2)采用低環(huán)境負(fù)荷原料

采用“超細(xì)粉磨”技術(shù)與裝備，將同硅酸鹽水泥成分近似的高爐礦渣、電廠粉煤灰、煤矸石等激活改性成為“功能調(diào)節(jié)型材料”。這樣，不僅徹底改變了僅將這些廢渣、廢料作為代替和減少熟料用量的單純混合材料，亦可進(jìn)一步增加廢渣用量。(3)廢棄物再生利用技術(shù)利用水泥生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，消化大量廢棄物，起到節(jié)省能源、資源、排放量的作用。(1)采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝42

生態(tài)混凝土是一類特殊的混凝土,是通過材料研選、采用特殊工藝、制造出來的具有特殊結(jié)構(gòu)與表面特性的混凝土,能減少環(huán)境負(fù)荷,并能與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào),從而為環(huán)保做出貢獻(xiàn)。生態(tài)混凝土可分為環(huán)境友好型(減輕環(huán)境負(fù)荷型)生態(tài)混凝土和生物相容型(環(huán)境協(xié)調(diào)型)生態(tài)混凝土兩大類。

生態(tài)混凝土生態(tài)混凝土43

所謂環(huán)境友好型生態(tài)混凝土,是指在混凝土的生產(chǎn)、使用直至解體全過程中,能夠降低環(huán)境負(fù)荷的混凝土。目前,相關(guān)的技術(shù)途徑主要有以下3條:1)降低混凝土生產(chǎn)過程中的環(huán)境負(fù)擔(dān)。這種技術(shù)途徑主要通過固體廢棄物的再生利用來實(shí)現(xiàn)。2)降低混凝土在使用過程中的環(huán)境負(fù)荷。這種途徑主要通過提高混凝土的耐久性來提高建筑物的壽命。3)通過提高性能來改善混凝土的環(huán)境影響。這種技術(shù)途徑是通過改善混凝土的性能來降低其環(huán)境負(fù)擔(dān)。環(huán)境友好型生態(tài)混凝土所謂環(huán)境友好型生態(tài)混凝土,是指在混凝土的生產(chǎn)、使用直44

生物相容型生態(tài)混凝土是指能與動植物等生物和諧共存、對調(diào)解生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、實(shí)現(xiàn)人類與自然協(xié)調(diào)具有積極作用的混凝土。根據(jù)用途,這類混凝土可分為植物相容型生態(tài)混凝土、海洋生物相容型生態(tài)混凝土、淡水生物相容型生態(tài)混凝土以及凈化水質(zhì)型生態(tài)混凝土等。1)植物相容型生態(tài)混凝土利用多孔混凝土空隙部位的透氣透水等性能,滲透植物所需營養(yǎng),生長植物根系這一特點(diǎn)來種植小草、低灌木等植物,用于河川護(hù)堤的綠化,美化環(huán)境。

生物相容型生態(tài)混凝土生物相容型生態(tài)混凝土是指能與動植物等生物和諧共存、對調(diào)45

2)海洋生物、淡水生物相容型混凝土是將多孔混凝土設(shè)置在河、湖和海濱等水域,讓陸生和水生小動物附著棲息在其凹凸不平的表面或連續(xù)空隙內(nèi),通過相互作用或共生作用,形成食物鏈,為海洋生物和淡水生物生長提供良好條件,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。3)凈化水質(zhì)用生態(tài)混凝土是利用多孔混凝土外表面對各種微生物的吸附,通過生物層的作用產(chǎn)生間接凈化功能,將其制成浮體結(jié)構(gòu)或浮島設(shè)置在富營養(yǎng)化的湖河內(nèi)凈化水質(zhì),使草類、藻類生長更加繁茂,通過定期采割,利用生物循環(huán)過程消耗污水的富營養(yǎng)成分,從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境。2)海洋生物、淡水生物相容型混凝土是將多孔混凝土設(shè)置在河46多孔透水性混凝土球多孔透水性混凝土球47在蘇州河沿岸景觀示范工程中就使用了生態(tài)混凝土。其外圈由鋼筋水泥做成，非常堅(jiān)固，中間由建筑廢料做成的多孔混凝土，具有良好的透水、透氣性，只要在施工時(shí)向孔隙中填充腐殖土、種子、緩釋肥料和保水劑等材料，植物根系就可以穿過孔隙進(jìn)入土壤。不但大大增強(qiáng)了河岸的抗沖刷能力，而且具有植物覆蓋景觀效果。生態(tài)混凝土在邊坡綠化固土護(hù)岸中的應(yīng)用在蘇州河沿岸景觀示范工程中就使用了生態(tài)混凝土。其外圈由鋼筋水48生態(tài)駁岸主要由連續(xù)孔隙的多孔混凝土構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)可以看成是由固相骨料、液相水泥漿和氣相空氣泡組成。

生態(tài)駁岸混凝土的孔隙率在20%～30%之間。植生型生態(tài)混凝土透水性系數(shù)為30mm/s以上?？箟簭?qiáng)度一般大于20MPa。生態(tài)駁岸主要由連續(xù)孔隙的多孔混凝土構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)可以看成是由固4910.4.5建筑裝飾材料1.涂料國內(nèi)外建筑涂料的發(fā)展向著低VOC涂料方向發(fā)展，即向水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料的方向發(fā)展；向著高裝飾性、高耐久性、高抗污染性等高性能和功能復(fù)合化的方向發(fā)展；向著省資源、省能源、無公害、無毒的方向發(fā)展；向著多品種、多功能、多樣化且施工簡便的方向發(fā)展。10.4.5建筑裝飾材料1.涂料50

(1)向水性化方向發(fā)展溶劑型涂料為改變其流動性以滿足生產(chǎn)和應(yīng)用的需要，使用了大量的有機(jī)溶劑，涂料成膜后，有機(jī)溶劑全部揮發(fā)，造成對人體的損害，這是室內(nèi)VOC的主要來源。而水性涂料是以水作溶劑或分散介質(zhì)，涂料成膜后，揮發(fā)的絕大部分是水。因此，以水性涂料代替溶劑型涂料進(jìn)行室內(nèi)裝飾，會大大地降低室內(nèi)VOC的揮發(fā)量。(1)向水性化方向發(fā)展51

(2)向高性能方向發(fā)展

作為涂料的一種理想性能，不僅是要保護(hù)底材，而且要賦予底材本身無法表現(xiàn)的特殊性能。防蟲防霉涂料主要是在保持涂料裝飾性的前提下，添加具有生物毒性的藥品制成的涂料。目前防腐蝕涂料的品種有環(huán)氧、環(huán)氧酚醛、環(huán)氧瀝青等環(huán)氧類、聚氨酯和氯化橡膠等產(chǎn)品。其中氯化橡膠作為防腐蝕涂料已廣泛應(yīng)用于各種海洋構(gòu)筑物。(2)向高性能方向發(fā)展52

(3)向高施工應(yīng)用技術(shù)方向發(fā)展

涂膜能否充分發(fā)揮其預(yù)期的功能效果，與使之形成涂膜的施工技術(shù)關(guān)系很大。我國在涂裝施工技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國家的差距較大。彈性聚合物水泥（EPC）防水涂料是近年來歐、美等發(fā)達(dá)國家興起的一種新型防水材料，它是用高聚物對特種水泥改性、并輔以多種助劑，采用特殊工藝制備而成。這種材料既有水泥類無機(jī)材料的Fig.1EPCapplicationexamples物理力學(xué)性能，又有橡膠類材料良好的彈性和變形性能，具有防水、防潮、抗裂、耐腐蝕、黏結(jié)力強(qiáng)等特點(diǎn)，是傳統(tǒng)防水材料的更新?lián)Q代產(chǎn)品，并可根據(jù)工程需要配制成各種色彩。(3)向高施工應(yīng)用技術(shù)方向發(fā)展Fig.1EPCapp53瑞典研制出一種硅藻土涂料，能吸收帶臭味的分子，而這些分子難以靠通風(fēng)來排除，從而達(dá)到凈化空氣的目的；美國也利用硅藻土制成了顏色隨室溫變化的涂料，具有調(diào)光性能；利用一種特殊的陶瓷粉做填料制成的涂料，能夠輻射出有利于人體健康的紅外線。瑞典研制出一種硅藻土涂料，能吸收帶臭味的分子，而這些分子難以542.玻璃吸熱玻璃或熱反射玻璃都是以吸收或反射的方式遮避太陽輻射熱，但傳熱系數(shù)卻很高。將這兩種玻璃與普通玻璃組合，中間封入特殊氣體做成中空玻璃，其傳熱系(1)吸熱中空玻璃或熱反射中空玻璃數(shù)大大降低。這種復(fù)合玻璃既能使太陽輻射的進(jìn)入得到適當(dāng)控制，又有較好的保溫性能。2.玻璃吸熱玻璃或熱反射玻璃都是以吸收或反射的方式遮避太陽55(2)低輻射中空玻璃這種玻璃也由低輻射與普通玻璃復(fù)合而成。由于低輻射中空玻璃對于太陽光的高透過率和對于長波輻射的高反射率，使其具有極好的保暖性能，適合于以采暖為主的寒冷地區(qū)使用。(2)低輻射中空玻璃56(3)低輻射-熱反射中空玻璃將熱反射玻璃放置在外側(cè)，低輻射玻璃放置在內(nèi)側(cè)復(fù)合而成。它既能極好地遮避太陽的輻射熱，又具有極低的傳熱系數(shù)，是一種理想的組合。(3)低輻射-熱反射中空玻璃57(4)硅氣凝膠特種玻璃硅氣凝膠是一種聚合物，外觀如同有機(jī)玻璃，輕質(zhì)透明而堅(jiān)硬，是一種效能特別高的保溫、隔熱材料，其保溫性能比同樣厚度的泡沫塑料大4倍，在未來的玻璃產(chǎn)品中摻入硅氣凝膠，可使門窗的保溫性能大幅度提高。(5)太陽能光電玻璃在建筑中，當(dāng)今最先進(jìn)的太陽能技術(shù)就是創(chuàng)造透明的太陽能光電池，用以取代窗戶和天窗上的玻璃。如日本的一些商用建筑中，已試驗(yàn)采用半透明的太陽能電池將窗戶變成微型發(fā)電站，將保溫-隔熱技術(shù)融入太陽能光電玻璃。(4)硅氣凝膠特種玻璃581.氟氯烴所產(chǎn)生的(氯)原子是破壞大氣臭氧最主要的物質(zhì)。2.為了描述氟利昂對臭氧層的破壞能力和產(chǎn)生溫室效應(yīng)作用的大小，目前采用兩個(gè)參數(shù)值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)：ODP值，即臭氧消耗潛能值，GWP值，即全球增溫潛能值。3.目前以（ODP小于0.05）和（GWP小于0.5）兩項(xiàng)指標(biāo)作