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环境材料概论复习参考资料环境材料概论复习思考题 1-1简述材料在社会经济发展中的地位及其重要作用。 答：1、材料是国民经济和社会发展的基础和先导，与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。 2、16实际以来，人类经历了两次世界范围的产业革命，均离不开新材料的开发。 3、21世纪的经济仍然是建立在物质基础之上，随着世界经济的快速发展和人类生活水平的提高，现代社会对材料及其产品的需求增长也更加迅猛。 1-2用自己的理解给出生态环境材料的定义。 答：1、生态环境材料是指那些具有满意的使用性能和可接受的经济性能，并在其制备、使用及废弃过程中对资源和能源消耗较少，对生态环境影响较小且再生利用率较高的一类材料。 2、生态环境材料实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，或者那些直接具有净化和修复环境等功能的材料。 1-3生态环境材料的特征是什么？ 答：从材料本身性质来看，主要特征是： 1、无毒无害、减少污染，包括避免温室效应和臭氧层破坏等。 2、全寿命过程对资源和能源消耗少。 3、可再生循环利用，容易回收。 4、材料的高使用效率等。 按照有关的研究报道和生态环境材料的要求，其特征有： 1、节约能源；2、节约资源；3、可重复使用；4、可循环再生；5、结构可靠性；6、化学稳定性；7、生物安全性；8、有毒、有害替代；9、舒适性；10、环境清洁、治理功能。 1-4你认为那些材料属于生态环境材料？举例说明。 答：比如：生态水泥、环保建材、降解树脂 环境工程材料 天然资源环境材料 电磁波防护类材料 电子功能材料领域的毒害元素替代材料 1-5画出传统材料和生态环境材料的材料环境系统图并说明两者的区别与联系。 2-1材料是如何分类的？研究材料的四要素是什么？ 答：根据材料的物理和化学属性分为：金属材料、非金属材料、有机高分子材料、复合材料； 研究材料的四要素是：组成、结构、加工工艺及性能与用途。 2-2在材料的合成与加工技术工艺过程中，如何赋予其环境协调功能? 答：通过分析材料的环境影响特征，得出环境负荷流动结构，将传统的材料和产品设计方法与LCA方法相结合，从环境协调性的角度对材料和产品进行设计，并结合LCA思想，从实际生产过程出发，提出切实可行的生产工艺的改进措施。对大量消耗的基础材料产业的生产等过程进行环境协调性改造，从根本上提高资源、能源利用效率，减少和消除污染以实现零排放工程，是材料产业环境协调性发展的治本之道。 2-3化学元素在环境中的分布特征是什么？ 答：1、普遍性 在自然界中，构成物质的元素有90多种，它们不仅广泛存在于宇宙中，而且均存在于地壳层中有矿物、岩石和土壤等构成的各种地质体中，从而体现出化学元素分布的普遍性。 2、富集性 化学元素在地壳中的含量分布不仅相差很大，而且很不均衡。由于某些地质条件的作用促使有用的化学元素发生富集现象，即表现出富集性。 3、共生性 地壳中的化学元素具有富集性，但这种富集是一种多组元的共生富集，体现出了其分布的第三个特性，即共生性或复合性。 2-4什么是材料流和材料流分析？ 答：材料流：也可以称为物质流，从材料的全寿命周期分析，从资源开车开始，包括采矿、选矿、提炼或冶金制备、加工、储运销售、使用、维修再使用，直至废弃，每一个环节都会向环境排放废弃物。 材料流也可以说是材料背负的生态负荷或称生态包袱. 材料流分析指的是对材料物理流动的分析，它通过对自然原始物质在开采、生产、转移、消耗和废弃等过程的分析，揭示物料在特定范围内的流动特征和转化效率，找出环境压力的直接来源，进而通过技术措施，提出相应的减少环境压力的解决方案，提高资源效率，作为评价该地区、产业和行业及产品等发展的可持续性指标，为实现可持续发展的近、中期目标提供科学依据。 2-5简述4倍因子和10倍因子理论含义？ 答：4倍西子理论提出的依据：为了既保持已有的高质量的生活，又努力消除贫富之间的差异，若能采取技术措施，将现在的资源和能源效率提高4倍，就有可能达到上述的目标。 其宗旨是在社会经济和生产活动中，通过采取各种技术措施，将能源消耗、资源消耗降低一半，同时将生产效率提高一倍，即在同样能源消耗和资源消耗的水平上，得到了4倍的产出。 10倍因子理论认为，为了保持现有的生态环境水平，我们必须通过提高资源效率来平衡和补偿对环境的破坏，必须继续减少全球的物质流量。据推测，人口按现在的水平发展对环境的影响将增加10倍，因此必须将资源效率和能源效率提高10倍。 3-1分别给出SETAC和ISO对LCA的定义。 答：SETAC对LCA的定义：通过确定和量化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废弃物排放，来评估某一产品、过程与事件的环境负荷；定量评价由于这些能源、物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响；辨别和评估改善环境的机会。评价过程应包括该产品、过程或事件的寿命全过程，包括原材料的提取与加工、制造、运输和销售、使用、再使用、维持、循环回收，直到最终的废弃。 ISO对LCA的定义：LCA是对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价。这里的产品系统是通过物质和能量联系起来的，具有一种或多种特定功能的单元过程的集合。在LCA标准中,“产品”既可以指产品系统，也可以指服务系统。生命周期是指产品系统中前后衔接的一系列阶段，从原材料的获取或自然资源的生产，直至最终处置。 3-2画出生命周期评价技术框架图并作简要说明。 3-3画图说明LCIA的主要步骤。 画了图后还要简要的对各个步骤说明一下！ 3-4LCA方法有那些局限性？根据LCA的原理，如何改进或避免这些不足？ 答1、应用范围的局限性：作为一种环境管理工具，LCA只考虑生态环境、人体健康、资源消耗等方面的环境问题，而不涉及技术、经济或社会效果方面，目前仅仅是众多有助于做出决策的工具中的一种，所以还必须结合其他方面的信息来确定方案并采取行动。 2、评估范围的局限性：LCA的评估范围没有包括所有与环境相关的问题。LCA方法也没有要求必须考虑环境法律的规定和限制。但在企业的环境政策和决策过程中，这些都是十分重要的方面。这种情况下应考虑结合其他的环境管理方法。 3、评估方法的局限性:LCA的评估方法既包括了客观，也包括了主观的成分，因此它并不完全是一个科学问题。在LCA方法中主观性的选择、假设和价值判断涉及到多个方面，所有LCA的结论需要完整的解释说明。 4、时间和地域的局限性：无论LCA中的原始数据还是评估结果，都存在时间和地域上的限制。在不同的时间和地域范围内，会有不同的环境清单数据，相应的评估结果也只适用于某个时间段和某个区域。由于研究结果通常针对对于全球和区域，所以可能不适用于一些具体地方；同时，某些地区或区域的实际情况也并不能完全代表全球或区域的状况。 3-5选择一种用工业固体废弃物作建筑材料的实例，应用LCA方法分析这种废弃物再循环利用的环境影响。 选择钢渣等,用材料流分析来说一下！ 4-1什么是生态设计？生态设计的目标是什么? 答：生态设计是指在材料和产品的设计中将保护生态、人类健康和安全的意识有机地融入其中的设计方法，故又称为生命周期工程设计、绿色设计，或为环境而设计。 生态设计的目标是降低各个过程综合环境负荷指标和降低总影响评价值。 4-2生态设计与传统设计的根本区别是什么？ 答：生态设计应使传统材料设计思想有新的转变。 传统设计是依据技术、经济性能、市场需求和相应的设计规范，着重追求生产效率、保证质量、自动化等以制造为中心的设计思想，将使用的安全、环境影响和废弃后的回收处理留给用户和社会。 生态设计的基本思想是在设计过程中考虑到材料和产品的整个生命周期对生态环境的负作用，将其控制在最小范围之内或最终消除；要求材料减少对生态环境的影响，同时做到材料设计和结构设计相融合，将局部的设计方法统一为一个有机整体，达到最优化。 4-3生态设计的准则与目标是什么？ 答：1、减少拆卸工作量 2、可预见性 3、易于处理 4、易于分离 5、减少多样性 4-4金属材料再生循环设计的基本原则及其相应的技术措施是什么？ 答：基本原则：材料可循环再生设计是在设计阶段就充分考虑材料的循环再生性，不仅比后期处理难度小，而且效益高。 相应的技术措施：通过加入最少的元素、循环容许的元素，或通过固溶强化、微细化强化、加工强化、相变组织强化等保障材料性能，使材料可以循环再生。 5-1清洁生产的含义是什么？ 答：对生产过程及其产品连续地实施集成的、预防性的环境保护战略，以减少生产对人类及其环境的风险，就过程而言，它包括节约原料和能源，革除有毒原材料的使用，减少各种废物排放量和危害性，对于产品而言，则要求减少从生产原材料到产品报废后最终处理的“产品生命周期”对人类及其环境的不利影响。 5-2清洁生产包括那些内容？ 答：1、选择清洁原材料和能源。 2、选择无污染和少污染的替代产品和清洁工艺、设备。 3、强化生产技术管理和技术改造，提高物质流在生产全过程中资源、能源综合利用率。 4、减少生产排泄物，以最小量的投入获得最高的产出、最少的污染，并高效率、低费用处理和处置必排的少量污染物。 5-3举例说明如何利用工业废渣实现减少固体废物排放。 答：冶金工业的废渣中的钢渣是量大面广的品种。为了适应钢铁工业的发展，消除渣害，不少国家注重于研究钢渣的利用，寻求利用量大、简易可行的钢渣利用途径。 1、用作冶金原料，在钢铁公司内部自行循环使用。 作烧结熔剂 作高炉或化铁炉熔剂 从钢渣中回收废钢铁 2、用于建筑材料，用于公路路基、铁路路基以及作为水泥原料、改良土壤等。 生产水泥 生产高炉渣、钢渣玻璃与陶瓷 代替碎石和细骨料，用于道路材料或用于其他利用途径 6-1简述无机非金属材料的分类及特点。 答：无机非金属材料通常可以分为普通的和先进的两大类。 1、传统的无机非金属材料是工业和基本建设以及人民生活所必需的基础材料，它们的产量大，用途广。 2、先进无机非金属材料是现代新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础，也是发展现代国防和生物医学所不可缺少的。 无机非金属材料的结构赋予其化学稳定性高、电绝缘性好、高熔点、高强度、高硬度、韧性差、耐腐蚀、耐磨损、耐高温和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的电导性、铁磁性和压电性、铁电、磁致伸缩、光电、电光、透红外、生物相容等性能。 6-2与金属材料和高分子材料相比，无机非金属材料具有那些性能特征？ 答：1、原料特性： 无机非金属材料原料蕴藏量巨大。 传统无机非金属材料原料大多直接取自天然矿物，原料的环境负荷低。新型无机非金属材料或采用严格精选的天然原料，或者采用人工合成原料，会加重环境负荷。 2、生产工艺、技术特性 其生产工艺都有经过以下工序：粉料制备、成形、高温烧成和后处理。新型无机非金属材料的生产工艺过程基本上和普通材料类似，但生产条件控制要精细严格得多。 3、产业特点 传统无机非金属材料由于品种繁多，决定了其生产企业不集中，规模差异大，技术水平悬殊，资源消耗巨大，能耗大，环境问题严重。 -传统无机非金属材料存在的主要生态环境问题有那些？需采取什么措施对其进行生态化改造？ 答：传统无机非金属材料存在的主要生态环境问题有： 1、使用性能与环境协调性的矛盾是主要生态环境问题 2、土地资源占用和消耗量大、破坏严重 3、制备过程中能耗高 4、很难再循环利用 5、固体废弃物难处理 6、有毒有害添加剂和排放物问题 对其进行生态化改造的措施： 1、环境协调设计 2、用高新技术提升改造传统材料产业，提高产品品质、节能降耗、提高效益、减少或消除排放 3、充分利用工业废渣、城市垃圾、尾矿改变原料体系，减轻对地表的破坏 4、循环再生利用，零排放零废弃 5、发展替代材料，淘汰环境负荷重、对人体有毒害的材料 7-1什么是3R原则？ 答：1、减量化原则：要求用较少的原料和能源投入，达到既定的生产目的或消费目的，以便从经济活动的源头就注意节约资源和减少污染。 2、再使用原则:要求产品和包装能够以初始形式使用和反复使用，减少一次性用品，延长产品使用寿命。 3、再循环原则:生产出来的制品在完成其使用功能后能重新变成可以利用的资源而不是不可恢复的垃圾。生产一件制品只是完成了一半工作，关键是应设计好在制品达到寿命期后如何处理。 7-2高分子生态环境材料研究的主要内容是什么？ 答：1、高分子合成工业的绿色化 2、可降解高分子材料 3、高分子废弃物的再生循环技术 4、长寿命材料 5、环境友好的新型高分子功能材料 8-1天然矿物环境材料具有哪些环境功能作用？ 答：天然矿物环境材料对环境的功能作用，有多种表现形式，主要体现在矿物表面吸附性作用与矿物吸附剂，矿物孔道过滤性作用与矿物过滤剂和分子筛、矿物层间离子交换作用与矿物交换剂、矿物热效脱硫除尘作用与矿物添加剂等方面。 1、表面吸附作用 2、孔道过滤效应 3、结构调整作用 4、化学活性作用 5、物理效应作用 6、矿物与生物的交互作用 8-2为什么说天然有机高分子材料是环境友好材料？ 答：1、环境友好就是环境无害，环境友好材料的特征首先是节约资源和能源；其次是减少环境负荷；最后就是容易回收和循环再生利用。 2、天然有机高分子材料最显著的特点是生物可降解性，通常也以复合的形式存在，但这些物质都可以在自然环境中降解进入良性循环，细菌、真菌等微生物使其结构、形态破坏，最终分解为水、二氧化碳和其他小分子即实现生物降解过程，从而减少了环境负荷，因而属于环境友好材料。 9-1净化大气中的氮氧化物通常有哪些方法？ 答：主要有吸收法、吸附法和催化还原法。 1、液体吸收法：用水或酸、碱、盐的水溶液来吸收大气中的氮氧化物，以达到净化的目的。 2、活性炭吸附法：活性炭对低含量的氮氧化物有很强的吸附能力。 3、催化还原法：在一定温度和有催化剂存在的条件下将氮氧化物还原为无害的氮气和水。 9-2综述全球气候变暖的技术措施。 答：1、保护森林、造林绿化是减少温室效应的重要措施。 2、减少CO2的排放量是减缓增温的重要保证。 因此，我们应提高能源利用效率和采用清洁能源。 -综述防治重金属污染有那些方法与途径。 答：重金属污染物治理传统上主要依靠化学处理法，优先控制排放的含六价铬废水的现行处理方法是化学还原法、电解法、离子交换法、活性炭吸附法和反渗透法等其中主要使用的是化学还原法，常用的还原剂有焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、连二亚硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫、水合獍和铁粉等。 至于对多数含低价态重金属污染物的治理还采用硫化法或絮凝法。通常会利用天然矿物材料作为吸附剂来处理水中或者土壤中的重金属污染。主要的黏土矿物有沸石、蒙脱土、高岭土等。可以分别说说水体重金属污染和土壤重金属污染的防治！