生态材料与可持续发展

生态材料与可持续发展 姓名:侯健学号:5701110054 专业:材料学院高分子材料与工程102班 摘要:生态材料是近年来在先进材料研究中提出的一个新研究领域。本文简要介绍了生态材料的概念、研究内容、发展状况和最新研究进展,并阐述了生态材料对可持续发展的意义。 关键词:生态材料研究内容最新进展可持续发展 1、引言 生态材料是由日本学者山本良一教授于20 世纪90 年代初提出的一个新的概念,这一概念是在全球环境问题日益突出,可持续发展呼声日益高涨的背景下产生的,它代表了21 世纪材料科学的一个新的发展方向。也是一个多学科交叉的新颖领域。生态材料是人类保护生存环境,实现材料工业可持续发展的有效途径,并已成为当前国内外研究的热点。因此,继续大力发展生态材料,实现可持续发展已成为国际社会的热门话题。 2、生态材料的研究内容 生态环境材料的研究内容主要包括两方面:①材料的环境协调性评价技术。这涉及到如何评价材料的环境协调性(即环境表现和环境性能),并由此产生了材料环境协调性评价研究。目前主要采用生命周期评价的基本概念、原则和方法对材料或产品全寿命周期进行评估。生命周期评价方法是指用数学物理方法结合实验对某一过程、产品或事件的资源、能源消耗,废物排放,环境吸收和消化能力等环境负担性进行评价,定量确定该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。②生态环境材料的、研制与开发。生态环境材料并非仅指新开发的新型材料、并不是排它的新材料体系,任何一种材料只要经过改造达到节约资源并与环境协调共存的要求,它就应视为生态环境材料。生态环境材料包括四种类型:①原料无害化材料,如:无铅材料、无铬材料、汞替代材料、环境友好半导体材料等;②绿色环境过程材料,如:使用可再生资源为原料、废弃物再利用、绿色生产过程;③可循环利用材料,如:循环利用合金、循环利用复合材料、低杂质合金、材料的循环设计等;④高资源生产率材料,如:精益结构设计材料、四要素材料(低损耗材料、高效率材料、生命周期评价设计材料、导向应用材料)等。 3、生态材料的发展状况与最新进展 环境是人赖以生存的空间,当前人类生活环境的日益恶化直接威胁到人类的健康。为开发出环境负荷最小,再循环利用率最高的生态材料,人们进行了一下几个方面的研究: 3.1生物降解高分子材料 3.1.1纯天然材料的开发和利用 天然高分子材料包括甲壳素、天然纤维素、淀粉等,利用来源丰富的天然高分子材料制造医用生物材料用品、生活用品、包装用品,不仅节省了资源,降低了成本,又减轻了环保的负担,更有利于人类自身的健康。如甲壳素广泛存在于低等动物,特别是虾、蟹和昆虫等节肢动物贝壳中,它的结构与纤维素类似。甲壳素可根据需要制成不同的产品:如医用敷料,甲壳素具有良好的组织相溶性,可灭菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物且不脱水收缩;因为其基本为中性,能 与任何药物配伍可做药物缓释剂;当向血管中注入高粘度的甲壳素时,可形成伤口愈合剂,达到止血的目的,较注射明胶海绵等常规止血方法,操作容易,感染少;利用其天然活性,可制成人工皮肤;甲壳素还可用于食品、饮料添加剂、美容化妆品、彩色电影胶片。也可用于印染纺织工业,若将它与纤维素混纺织成衣袜,则衣袜具有杀菌保健作用。近期我国以蚕丝为原料,制成丝素膜、丝素凝胶和丝素固体粉末等各种形式,并研究了其结构、性能以及在生物医学中的应用。近几年率先在国际上以丝素为原料研制成治疗烧伤和创伤的皮肤代用品,称为蚕丝蛋白人工皮或丝素创面保护膜。蚕丝蛋白膜的各种优良性能:无毒性及过敏反应,无抗原刺激作用,与人体的生物相容性好;有良好的机械强度和柔软性;不溶于水且有生物降解性。对用作人工皮材料来说,它既有良好的透水、运气性,又对创面有强的粘合力而无占位现。即不影响人工皮覆盖下自体皮肤的生长,这不仅是合成高分子材料无法比拟的,在天然高分子材料中亦极少见。丝素蛋白具有上述优良性能,它很有可能成为一种应用广泛的生物医用材料。 3.1.2微生物合成高分子材料 英国ICI公司首先以丙酸和葡萄糖为食物碳源,用发酵法合成了123(1 4 羟基戊酸脂)含量为47%的共聚物,克服了其他材料易脆的特点,能加工成丝并已经商品化,性能和通用塑料相当。日本东京大学的土肥义治等独立地用发酵法合成(1 4 羟基丁酸和4 羟基丁酸的共聚物),通过调节共聚物中组成可以得到从塑料到橡胶的一系列性能不同的产品。 3.2 循环再生材料 材料的再生利用是节约资源、实现可持续发的一个重要途径。同时,也减少了污染物的排放,避免了末端处理工序,追求了环境效益。 3.2.1利用废弃物生产建材陶瓷制品 利用各种废弃物研制生产各种陶瓷质建材产品也是消除污染、净化环境、变废为用的重大举措,对可持续发展战略的实施具有重要意义。日本已经开发研制成利用下水污泥焚烧灰生产陶瓷透水砖的技术。陶瓷透水砖的焚烧灰用量占总量的, 作为骨料的废瓷砖用量占总量的44.2%,该砖上层所用结合剂也是废釉, 所 以废弃物的总用量达48.5%。其它的如汽车材料的再生循环,农用薄膜的再生循环,废旧塑料、铁罐、玻璃瓶等旧包装材料的回收再利用,冶金炉渣的综合利用,废旧电池的再回收等已基本在工业上实施。目前研究的热点是各种先进的再生,再生循环利用的工艺及系统等。 3.3 绿色能源材料 绿色能源是指洁净的能源、废热能源等,如太阳能、风能、水能以及废热、垃圾发电等。其中燃料电池使人们在实现洁净能源技术中的一个典型应用。燃料电池是通过供给液化石油气和天然气,使其产生氢,并直接利用空气作为氧化剂,这种燃料氢从负极经由电解质抵达正极,同氧反应生成水,并释放出电荷而发电。它的特点是灵活性大、所需燃料来源广、适应性强、无声音、无污染。主要存在的问题是:光电、热转换效率较低。为此,绿色能源要解决光电、热电通用材料,解决能源和建筑材料合一的集成技术。 3.4 仿生材料 天然材料的自然循环特性是显而易见的。模仿这种材料的自然循环性,研究与开发了易解体材料。这其中的仿生过程常以水为介质进行传质和生物化学反应,并利用自然的物质循环过程,能在低温(常温)进行,无需外源能量,只需提供营养源,因而能耗低,环境负荷小。比如,为清除氰化物阴离子,可从牛血液中 取出血红蛋白,使此荷电的聚电解质和氰化物作用使其吸附。又如,将光敏发色基团氯卟啉三钠盐引入热响应性聚(2 9 异丙烯丙烯酰胺),在可见光辐射下,可使体积产生10倍变化。利用这类材料制成的执行元件可做洁净、安全的动力源。 4、生态材料对可持续发展的意义 可持续发展的核心还是发展。历史的经验和教训告诉我们,落后和贫穷不可能实现可持续发展的目标, 经济发展是我们办一切事情的物质基础, 也是实现人口、资源、环境与经济协调发展的根本保障。 我国在资源与环境方面需要解决的问题还很多很多。然而随着经济的急速发展, 人民文化教育水平和生活水平的提高, 关于生态设计、企业环境经营以及循环产业的建立等一系列问题将必然成为方方面面关心和解决的大课题,也将必然成为我国社会和经济发展重点关注的新领域。这其中生态材料作为及其重要的一环必将带动整个产业的发展。生态材料作为绿色、环保、可再生的新型材料,对我国经济社会的可持续发展有着重要意义。 5、结束语 生态材料符合可持续发展的要求,是目前材料科学与工程领域的必然趋势,这已在世界各国达成共识,并已逐渐兴起了全球性的生态材料的研究、开发和实施热潮。改造传统材料产业,开发新型生态环境材料,推进生态环境材料学的发展是各国科学家需要深入研究并解决的重大问题。生态材料必将有一个光明的未来! 参考文献: 【1】冯燕,生态材料——保护人类健康及生存环境的新兴材料。 【2】王程,施惠生,李艳,生态环境材料与可持续发展。, 【3】王天民,徐金城,中国材料研讨会论文集.,北京,1995。 【4】王莹,王天民,构筑可持续发展的基石——全球生态材料产业发展新趋势鸟瞰。 【5】黄顺基,黄天授,刘大椿,科学技术哲学引论- 科技革命时代的自然辩证,北京:中国人民大学出版社,1986。 【6】王天民, 徐金城, 左铁镛,兰州大学学报, 1996。 【7】舒炜光,陈可晶,林立主编,自然辩证法基础教程,兰州:兰州大学出版社,1990。 【8】张海源,生产实践与生态文明———关于环境问题的思考,北京:农业出版社,1992。 【9】肖纪美,梳理人、事、物的纠纷———问题分析方法,广州:暨南大学出版社,北京:清华大学出版社。 【10】周尧和,孙宝德,生态材料学——21世纪的材料科学。 Ecomaterials and Sustainable Development Abstract : Ecomaterials represent a new area in advanced materials research. In this paper, the concept of ecomaterials, the research content, the current situation ofthe project and new developments and progress of ecomaterials research were intruduced. Key words : ecomaterials ; the research content; new developments and progress of ecomaterials ;sustainable development