第四部分：天然資源環(huán)境材料、環(huán)境替代材料及凈化材料

1、第四部分：天然資源環(huán)境材料、環(huán)境替代材料及凈化材料 第四部分:天然資源環(huán)境材料、環(huán)境替代材料及凈化材料 4.1天然資源環(huán)境材料一、木材的開發(fā)和利用1、 木材的結(jié)構(gòu)和成分 木材是利用土壤中的水分、空氣中的二氧化碳以及太陽能通過光合作用而成良的有機(jī)體,具有各種各樣的年輪結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞形態(tài)、空隙結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成。其大致結(jié)構(gòu)及成分如表4-1所示。從結(jié)構(gòu)上看,木材主要由管狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)和軟組織構(gòu)成;從成分上看,木材主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。 木材是森林的主產(chǎn)品,是一種可以永續(xù)利用的再生資源,除了可以做建筑、家具、樂器、枕木、橋梁外,還可制成各種多功能的人造板。木材的易脹縮、易腐朽、易蛀蝕、

2、易燃等缺陷,可以通過改性、防腐、防蟲、阻燃等處理,提高其利用價(jià)值。 表4-2是木材與鋼材和水泥的部分性能比較?？梢娔静牡拿芏容^小,大約只有鋼材的1/20、水泥的1/4。而且,木材的導(dǎo)熱性最小,吸水串較大,具有鋼材和水泥所不具備的特點(diǎn),作為室內(nèi)結(jié)構(gòu)和裝飾材料有明顯的優(yōu)勢。2、 木材的環(huán)境特性 近年來越來越多的研究表明,作為一種天然材料,木材具有優(yōu)異的環(huán)境性能,在樹木的生長、木材的加工和使用過程中對環(huán)境具有非常友好的特性。 為了利用木材,需要進(jìn)行干燥、切削、粘結(jié)等各種加工。表4-3中列出了木材及其他材料加工過程中的一些環(huán)境特性數(shù)據(jù)。可見與鋼材、鋁合金、混凝土及紙材相比,加工木材的過程中,特別是自然

3、干燥木材的礦物燃料消耗和二氧化碳排放量都是最小的。隨著對木材加工程度的增加,其能耗和二氧化碳排放量相應(yīng)增加。相對來說,三合板和硬質(zhì)纖維板在加工過程中的能耗和二氧化碳排放量比混凝土加工要高,但也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼材和鋁合金加工過程的環(huán)境影響。 下面簡述木材的一些典型環(huán)境特性,如木材的再生性、固碳作用、調(diào)濕性,以及與人類有關(guān)的視覺特性和觸覺特性等。再生性 作為環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要內(nèi)容,廢棄物的再性利用是提高資源利用率.減少污染物排放的有效途徑。與不可再生的礦產(chǎn)資源相比,木材的可再生性是礦產(chǎn)資源不可比擬的,符合人類社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略構(gòu)想。 今天,世界上作為可利用的木材資源已發(fā)性重要變化,人工林資源正在替代天

4、然林資源。木材是一種最早的、最標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境材料。 (2)固碳作用 從1860年到現(xiàn)在,大氣中的二氧化碳濃度已由28010-6上升到35310-5,目前正以0.40%的速度繼續(xù)增長。據(jù)專家預(yù)測,到2050年以后大氣中二氧化碳的濃度將會是現(xiàn)在的兩倍。以二氧化碳為主的溫室氣體累積產(chǎn)生的溫室效應(yīng),將導(dǎo)致全球氣候逐漸變暖。 木材中的c,h,o,n等元素的來源各不相同,以占其中50%的c元素而論,主要來源于大氣中的二氧化碳。早期的樹木研究就已表明,二氧化碳濃度的增加時(shí)植物有“施肥效應(yīng)”,這非常有利于生物圈對大氣中二氧化碳的吸收。通過光合作用,每生長1t木材可吸收1.47t二氧化碳,產(chǎn)生1.07t氧氣,將碳元

5、素固定在樹木中形成纖維材料,這種固碳作用和造氧機(jī)能是其他材料所不能比擬的,對地球生物圈的生態(tài)平衡有著重要的作用。 (3)木材的調(diào)濕性 材料的調(diào)濕特性是指靠材料自身的吸濕或解吸作用,直接緩和環(huán)境的濕度變化,使?jié)穸确€(wěn)定在一定范圍內(nèi)。調(diào)濕性是木材的獨(dú)特性能之一,也是其廣泛作為室內(nèi)裝飾材料和家具材料的優(yōu)點(diǎn)所在,對人體健康和物品保存提供了一種環(huán)境調(diào)節(jié)作用。 判斷材料的調(diào)濕性通常有兩種方法:一種方法是以水蒸氣變化為基準(zhǔn)判斷不同材料的凋濕性,另一種是以溫度變化為基準(zhǔn)判斷不同材料的凋濕性。將這兩種方法進(jìn)行綜合來判斷常用居室裝飾材料的調(diào)濕性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)軟質(zhì)纖維板的調(diào)濕性能最好,實(shí)體木材、膠合板、刨花板、石膏板的調(diào)

6、濕性能也屬優(yōu)良。有些材料雖然基材的調(diào)濕性好,但若表面用調(diào)濕性不好的材料處理,仍然不能得到很好的調(diào)濕性能。 (4)木材的視覺特性 產(chǎn)品特點(diǎn):這款產(chǎn)品古典氣息濃厚,紋理逼真自然。地板表面獨(dú)特的v型槽設(shè)計(jì),鋪裝后使室內(nèi)的視覺效果更加開闊。并且快步地板可以保證多年使用不出現(xiàn)縫隙。 (5)木材的觸覺特性 產(chǎn)品特點(diǎn):木材具光澤、結(jié)構(gòu)細(xì)、紋理漂亮、木材穩(wěn)定性好、耐腐、抗蟻性強(qiáng),干燥性能良好3、 木材改性和應(yīng)用 木材也有許多不足之處,如硬度強(qiáng)度不夠高、易腐朽、變色等。為了增加使用的可靠性和避免其缺點(diǎn),通常要對木材進(jìn)行加工改性后再使用。改性方式包括整體改性、表面改性及細(xì)微復(fù)合處理等。 作為傳統(tǒng)家具的原材料,我們

7、祖先原來采用的是榆木、松木、櫸木,楠木等中度硬度的木材,后來由于材料的短缺才改用熱帶硬木。既然傳統(tǒng)家具已改用硬木,并且已被市場接受,那么,我們應(yīng)該利用現(xiàn)代的科技和手段,去改變木材的性能,以符合市場的需求。不應(yīng)該違反國際與國內(nèi)法,不應(yīng)該去破壞人類的熱帶雨林,而應(yīng)該以人工為材料,進(jìn)行改性。1 整體改性 木材的整體改性可用于各種功能和各種用途。目前,整體改性主要有物理改性和化學(xué)改性等方式。物理改性包括對木材進(jìn)行外形修飾、形狀加工、組合等,如制成疊層木、三合板、復(fù)合板等;化學(xué)改性包括浸漬處理、減壓注入、加熱注入、化學(xué)修飾等方法,可起到防腐、阻燃、耐磨、抗裂、裝飾等作用。例如,一種新型的全天然材料疊壓木

8、地板,經(jīng)過縱橫疊壓,并配以精制的樹脂膠粘結(jié),再經(jīng)高溫、高壓處理,具有阻燃、耐磨、防蟲蛀、抗靜電、抗沖擊、防潮濕的性能,即使在沸水中蒸煮十幾個(gè)小時(shí),也不會脫層開裂,而且,其甲醛釋放量幾乎為零,對人體無毒、無害。 另一種技術(shù)是將木材和無機(jī)物組分進(jìn)行復(fù)合處理,改善木材的阻燃性和耐腐蝕性。具體工藝是將木材浸泡在配好的無機(jī)鹽溶液中,通過陽離子和陰離子交替擴(kuò)散,使無機(jī)組分浸透到木材空隙中發(fā)生無機(jī)反應(yīng),在木材內(nèi)部形成一些非水溶性鹽。這些填充的無機(jī)物質(zhì)可阻止木材的熱分解、腐朽真菌絲體的生長和白蟻的侵食等,使木材獲得良好的阻燃性、耐腐蝕性及抗蟻性。 浸漬木的技術(shù)處理方法如下:木材放入水溶性低分子量樹脂的溶液中,

9、讓樹脂進(jìn)入木材細(xì)胞壁,然后進(jìn)行干燥。主要使用的材料是酚醛樹脂,也可以使用脲醛樹脂,糖醇樹脂及間苯二酚樹脂等。利用浸漬法處理速生楊木,硬度增強(qiáng)了很多。2表面改性 木材的表面改性是傳統(tǒng)的方法,包括涂層保護(hù)、裝飾處理等。最簡單的表面改性方法是表面壓實(shí)處理,主要利用木材在水和熱的作用下變軟的特性,將水浸透到表面一定深度,利用力學(xué)原理,用熱壓的方法將表面壓實(shí),然后對其進(jìn)行樹脂處理、化學(xué)修飾、熱處理等,使壓實(shí)的表面固定下來,從而使木材表面的密度和硬度等使用性能得到提高. 還有一種非電解鍍膜表面處理方法,將木材表面浸入金屬離子和還原劑的混合水溶液中進(jìn)行鍍膜,使木材表面得到一種金屬的光澤,具有裝飾性,同時(shí)也提

10、高抗細(xì)菌腐蝕和抗紫外線照射的耐久性。這種處理通常用于高級木材的表面處理,如汽車內(nèi)箱儀表板等。 用等離子體對木材表面進(jìn)行處理是一種新的木材表面改性技術(shù)。該方法是在真空下通過放電產(chǎn)生等離子體,使某些氣體分子在木材表面進(jìn)行化學(xué)結(jié)合的一種方法。等離子體表面改性有許多優(yōu)點(diǎn),如可以很快地改變表而組成而不影響其內(nèi)部整體的性質(zhì),特別是機(jī)械強(qiáng)度、介電性等。還可以通過調(diào)整各種工藝參數(shù).如氣體成分、壓力、功率.時(shí)間等,選擇最佳處理?xiàng)l件,在木材表面引入各種官能團(tuán),進(jìn)一步提高木材的使用性能,并改善其裝飾性能。3細(xì)微復(fù)合處理 木材表面細(xì)微復(fù)合處理是在分子水平上的處理技術(shù),目前尚屬新課題。簡單地說,細(xì)微復(fù)合處理是使木材表面

11、各個(gè)層次都形成具有過渡性的界面.在此基礎(chǔ)上既保持木材原有的舒適性和環(huán)境協(xié)調(diào)性,又創(chuàng)造出具有優(yōu)異性能和高耐久性的復(fù)合材料。目前有關(guān)木材細(xì)微復(fù)合處理的研究主要是木材在多成分系統(tǒng)界面上的親和性、相容性及組分間相互作用等,闡明各個(gè)層次中的界面現(xiàn)象及界面結(jié)構(gòu),理解化學(xué)反應(yīng)過程及機(jī)理,以及評價(jià)木材經(jīng)細(xì)微復(fù)合處理盾的性能改進(jìn)等。二、木材深加工和應(yīng)用 除整體改性使用外,對木材進(jìn)行深加上處理.開拓木材的使用范圍,是近年來木材應(yīng)用的一個(gè)研究熱點(diǎn)。表4-4列舉了一些常見的木材深加工產(chǎn)品的加工工藝及其特點(diǎn)。 一般認(rèn)為,從自然界中打離出來,在顏色.花紋上具有為人們所欣賞的美感,同時(shí),又能切割加上的石料統(tǒng)稱為石材。因此,

12、石材有兩電含義.一是它的巖石成因和成分,二是它聽具有的裝飾性和可加工性,兩者缺一不可。 地球上的巖石是各種礦物的集合,無確定的成分、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。同種巖石產(chǎn)地不同,其性質(zhì)和成分也有所不同。表4-5是常見的巖石成因及來源?？梢妿r石主要有3種成因,由巖漿冷卻而來的火成巖;由于地表組分在長期的外力作用下,如壓固、膠結(jié)、重結(jié)晶等作用而形成的沉積巖;以及由于地質(zhì)作用發(fā)生再結(jié)晶形成的變質(zhì)巖等。 從材料的環(huán)境性能考慮,石材由于其純天然成分、資源豐富、對人體及生物體無毒無害,而且來源方便、成本低廉,是一類環(huán)境性能優(yōu)異的材料。尤其在現(xiàn)代,環(huán)境污染比較嚴(yán)重。石材的應(yīng)用更加趨向廣泛。表4-6列舉了一些常用的石材種類及

13、用途,可見石材目前主要是用作建筑結(jié)構(gòu)材料和裝飾材料,以及一些化工行業(yè)的耐酸材料。 現(xiàn)代人利用的石材主要是經(jīng)過加工的塊材、板材和石制品。塊材主要用于砌筑大型建筑的基礎(chǔ)、堤壩、橋墩,鋪筑路面、橋面或作路邊石等,板材和石制品主要作為裝飾材料,用于外墻面、柱面、地面、臺階板、樓梯板、窗臺板、窗框、門楣及建筑花雕和裝飾小品等。三、其他天然材料的開發(fā)和利用1、竹材的綜合利用 竹為多年生木本,具有致密性好,材質(zhì)柔韌,結(jié)構(gòu)不均勻,價(jià)格低廉等特點(diǎn)。其化學(xué)成分與木材相比,含有較高的纖維素、半纖維素、淀粉、糖類及蛋白質(zhì)等有機(jī)物,故比木材更易產(chǎn)生蟲蛀,霉變和腐朽等損壞。 一般竹材密度約在0.6-0.8g/cm3。毛竹

14、中間桿材的平均化學(xué)成分見表4-7,可見毛竹主要由纖維素、多縮戊糖、木質(zhì)素及少量蛋白質(zhì)等物質(zhì)構(gòu)成。從表4-8的結(jié)果可見,毛竹的抗拉和抗壓強(qiáng)度都較好,延伸率也較高。 天然竹材是典型的長纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,其增強(qiáng)體-纖管束分布不均勻,外層致密,體內(nèi)逐步變疏。竹纖維中包含多層厚薄相間的層.每層中的纖維絲以不同的升角分布,相鄰層間升角漸變,避免了幾何和物理方面的突變。竹材的結(jié)構(gòu)符合以最少的材料發(fā)揮最大效能的原理。按竹材截面的纖維分布模式制成的碳纖維增強(qiáng)樹脂試樣.其抗彎能力比增強(qiáng)體均勻分布的試樣高81%;按其多層、漸變概念設(shè)計(jì)碳纖維-鋁復(fù)合材料,其高溫強(qiáng)度比未仿生的高出5倍以上。 竹材主要用于制漿造紙、各種

15、竹質(zhì)人造板、竹編制品、竹涼席、竹衛(wèi)生筷等。其中竹漿年產(chǎn)量約25萬t,年耗竹材100萬t左右。竹材人造板是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè),現(xiàn)年產(chǎn)量約27萬m2,年節(jié)伐木材80萬m3以上,對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要作用。表4-9紿出了常用竹材的加工工藝及其用途。 竹地板實(shí)際上屬竹材層壓板,是一種新的工程結(jié)構(gòu)用材,強(qiáng)度極高。用作鋪設(shè)地板,裝飾效果好。華碩(asus)竹質(zhì)外殼筆記本,刨切板采用的背襯是一種纖維素紙,用歐洲d3耐水標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保型膠水復(fù)合。這種纖維素背襯能夠承受攝氏220的高溫。 竹材結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)感爽滑、紋理清晰,是很好的裝飾材料。但竹材的淀粉、糖類、蛋白質(zhì)含量均比木材高,且纖維多縱

16、向排列,因此其最大缺點(diǎn)是在20-30溫度范圍內(nèi),30%濕度的條件下發(fā)生霉變,導(dǎo)致強(qiáng)度降低,耐久性削弱。目前常用的處理方法是對直接使用的原材進(jìn)行l(wèi)0%石灰水浸泡,對二次加工的竹材進(jìn)行復(fù)合改性處理。 2、稻殼 水稻是人類的主要糧食品種之一。除大米外,稻殼的質(zhì)量占水稻總質(zhì)量的18%-22%。由于對糧食的需求,每年全世界約產(chǎn)生6000萬t稻殼,是一種典型的農(nóng)業(yè)廢棄物。 表4-10給出了常見稻殼的主要成分及性質(zhì)?？梢姷練こ猩倭康拇值鞍?、角質(zhì)、粗脂肪及淀粉外,主要由木質(zhì)素、碳水化臺物及無機(jī)質(zhì)組成。其燃點(diǎn)較高,而密度較小。 稻殼來源于農(nóng)田,若堆積或焚燒,不僅浪費(fèi)資源,還會污染環(huán)境。到目前為止,作為二次資

17、源,已發(fā)現(xiàn)稻殼可以生產(chǎn)出許多有用的產(chǎn)品,如加工成木糖醇,生產(chǎn)出高純s,o:.活性炭,最后將殘余物焚燒后還可獲得熱能等。 關(guān)于稻殼的深加工綜合利用,目前有各種工藝途徑,圖4-1是其中一種稻殼綜合利用工藝流程;該工藝首先用水解法從稻殼中提取木糖醇,回收率可達(dá)10%-14%,若年處理量達(dá)2萬t,可得本糖醇l000-1500t。相對而言,從稻殼中提取木糖醇比從玉米芯,玉米桿、燕麥等原料中提取木糖醇的回收率要低。 稻殼經(jīng)水解處理提取本糖醇后,殘?jiān)袃煞N處理工藝,一種是將殘?jiān)ニ⑼ㄑ醴贌?通過燃燒獲得熱能用于發(fā)電或取暖。然后將燃燒后的稻殼灰分進(jìn)行漂洗,由于稻殼灰分中含96%si,漂洗后可得高純sio2粉

18、,這種高純sio2粉最初用于橡膠、塑料工業(yè)的防滑和耐磨填料。20世紀(jì)80年代后期,由于信息產(chǎn)業(yè)的興起,人們發(fā)現(xiàn)這種由生物過程獲得的高純sio2粉,礦物雜質(zhì)含最極低,可替代礦物sio2粉制備計(jì)算機(jī)芯片。另一種工藝如圖4-2所示,是將稻殼殘?jiān)訅A反應(yīng),經(jīng)過濾、水洗和酸洗處理后,液體可制備水玻璃,固體經(jīng)真空干燥、活化處理后制得活性炭。 利用稻殼燃燒進(jìn)行發(fā)電目前也有兩種工藝:一種是直接將稻殼殘?jiān)腿脲仩t通氧燃燒,通過蒸氣帶動汽輪機(jī)發(fā)電;另一種工藝是將稻殼殘?jiān)腿朊簹鉅t,通過煤氣氣化工藝驅(qū)動發(fā)動機(jī)發(fā)電。 除利用稻殼制備活性炭、高純硅粉,以及燃燒發(fā)電外,將稻殼經(jīng)簡單處理,可制成稻殼磚等生態(tài)建材。稻殼內(nèi)含有

19、20%左右無定形硅石,是制磚的好材料。日本有人將稻殼與水泥、樹脂混勻,再經(jīng)過快速模壓就可以得到磚塊,這種磚塊,具有防火、防水、隔熱、質(zhì)量低、不易碎裂等特點(diǎn)。另外,用稻殼作為原料,生產(chǎn)一次性環(huán)保餐具近日已走向市場。由于使用塑料餐具造成了白色污染,許多地方政府發(fā)布了禁用一次性塑料餐具的規(guī)定。用稻殼制一次性環(huán)保餐具,用稻殼與植物型、水溶性、可降解的粘合劑,通過冷壓成型即可。從材料成分上看,稻殼可自然降解,對環(huán)境無影響;從原料來源看,屬于固體廢棄物再生利用,提高了水稻生產(chǎn)過程的資源效率;從生產(chǎn)過程看,用稻殼生產(chǎn)一次性快餐盒,是一個(gè)冷成型物理生產(chǎn)過程,對環(huán)境無污染。3、其他天然資源的綜合利用1 纖維素、

20、甲殼素和蛋白質(zhì)等生物資源的綜合利用 從消除和緩解全球性環(huán)境問題,如溫室效應(yīng)、有機(jī)廢棄物的消化等方面看,目前還主要靠生物有機(jī)過程來完成。圖4-3是碳、氮元素在自然界中的主要循環(huán)途徑示意圖。植物利用太陽能,通過光合作用吸收二氧化碳,釋放出氧氣,將碳以生物碳的形式固定下來。這種生物過程年固碳量可達(dá)5000億t以上,占整個(gè)固碳量99%以上,為減緩溫室效應(yīng)做出了主要貢獻(xiàn)。氮的循環(huán)是在大氣中的氮?dú)?、微生物、動物、植物之間通過硝化作用、反硝化作用及固氮作用進(jìn)行的。植物的年固氮量可達(dá)108109t,占全部固氮量的95%以上。 從成分上分析,每年地球上由生物循環(huán)過程生產(chǎn)的原料數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由人工生產(chǎn)的原料數(shù)量。大

21、自然中年產(chǎn)量最大的3類原料是纖維素、甲殼素和蛋白質(zhì),數(shù)量都在100億t以上。因此,利用這些天然原料,為人類生產(chǎn)制造所需的產(chǎn)品,是環(huán)境材料學(xué)提倡的一個(gè)大方向。 天然纖維京對人體有一種自然的親和性.是一類典型的環(huán)境協(xié)調(diào)性材料。在合成纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的今天,天然棉纖維仍占纖維總產(chǎn)量的一半,比全合成纖維的產(chǎn)量大。目前,在天然纖維索的綜合利用方面,纖維素是生產(chǎn)粘膠人造絲及玻璃紙的原料;醋酸纖維素主要用作過濾嘴香煙的纖維束和裝飾硬紙板,同時(shí)也廣泛應(yīng)用于制造抗燃性電影膠片、清漆、塑料、人造絲及凈化分離膜等;硫酸酯纖維素主要用作抗凝血,抗病毒的醫(yī)用材料。 甲殼素是地球上第二大生物再生資源,也是自然界除蛋白質(zhì)外分子

22、量最大的含氮天然有機(jī)高分子材料。年生物合成量可達(dá)上百億t,產(chǎn)量僅次于天然纖維素。甲殼素廣泛存在于無脊椎動物的外殼、昆蟲的外角質(zhì)層和內(nèi)角質(zhì)層及真菌的胞壁中。目前甲殼素被廣泛用于制造生物醫(yī)用材料,如外科手術(shù)縫合線、人工透析膜、止血劑和傷口敷料、藥物釋放劑及隱形眼鏡等。另外,甲殼索還可用于制造膜分離材料、纖維功能材料及凈水絮凝劑等。 淀粉是自然界中蛋白質(zhì)最主要的存在形式。目前的應(yīng)用主要是用淀粉制造高性能粘合劑和生物降解膜。淀粉及其衍生物產(chǎn)品巳廣泛應(yīng)用于食品、造紙、紡織、醫(yī)藥、選礦、皮革、涂料,塑料、環(huán)保及日用化妝晶等工業(yè)部門。2 由辣椒提取天然紅色素3 廢棄羽毛的綜合利用4 由樹葉提取香精油、生物醫(yī)

23、藥制劑及食品添加劑5 木糖醇的生產(chǎn)和應(yīng)用4.2環(huán)境替代材料 常見的環(huán)境替代材料有替代氟里昂的制冷劑材料、工業(yè)和民用的無磷化學(xué)品材料、工業(yè)石棉替代材料以及其他有害物如水銀等的替代材料。還有,那些環(huán)境負(fù)荷較大的建筑材料,如鋁門窗替代材料等。另外,用竹、木等天然材料替代那些環(huán)境負(fù)荷較大的結(jié)構(gòu)材料事實(shí)上也屬于環(huán)境替代材料的一類。一、氟氯烴化合物替代材料 氯氟烴化合物cfc是廣泛應(yīng)用于制冷、空調(diào)、電子清洗和化妝品等行業(yè)中的一類化工產(chǎn)品。經(jīng)使用后釋放的cfc最終會上升到大氣中的平流層,在陽光中的紫外線照射下分解產(chǎn)生氯原子。這些氯原子與臭氧層中的臭氧發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),一個(gè)氯原子可連續(xù)消耗10萬個(gè)臭氧分子,嚴(yán)重破

24、壞大氣臭氧層,造成大氣層中的臭氧空洞。例如,在南極周圍,有一個(gè)非常寒冷的孤立氣團(tuán),使氯氟烴化合物更易與臭氧反應(yīng),形成南極上空一個(gè)巨大的臭氧空洞,其面積和美國國土面積相當(dāng)。 由于臭氧層破壞,來自太陽的紫外線對地球的輻射大大增加,給人類、動物、植物造成很大的危害。例如,降低人體免疫力,使某些傳染病如庖疹、瘧疾等發(fā)病率增加,損傷眼睛。引起白內(nèi)障,并使皮膚癌發(fā)病率增加。據(jù)估計(jì),由于臭氧層破壞,誘發(fā)眼疾白內(nèi)障,導(dǎo)致全世界每年將新增3萬失明的人。而且,到2000年,即使將cfc排放控制在現(xiàn)有水平上,由于臭氧層破壞,導(dǎo)致北美和西歐皮膚癌新增人數(shù)分別為44萬和17萬。 強(qiáng)烈的紫外線輻射.破壞地面作物和多種材料

25、的性能,使?多農(nóng)作物,微生物和海洋生物受損.影響到人類食物供應(yīng)。另外,紫外線輻射增加,使接近地面大氣中臭氧濃度反而增加,尤其是在人口密集的城市中心.這些地區(qū)臭氧增加,會引起光化學(xué)煙霧污染,影響人類身體健康。而且,氯氟烴也是造成全球溫室效應(yīng)的因素之一,其影響正在逐漸增加。 人類為了保護(hù)自己的生存環(huán)境,防止臭氧層破壞和減小全球溫室效應(yīng),正從3個(gè)方面探索解決cfc問題的途徑:一是對現(xiàn)用制冷劑的更新替代;二是擴(kuò)大現(xiàn)有天然制冷劑的應(yīng)用;三是研究和采用其他制冷方法。途徑一:對現(xiàn)用制冷劑的更新替代 替代制冷劑應(yīng)符合下列要求: 臭氧消耗潛能值,亦稱臭氧破壞能力值odp和全球增溫潛能值,亦稱溫室效應(yīng)值gwp應(yīng)為

26、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)所接受; 替代工質(zhì)應(yīng)與被禁止工質(zhì)的性能接近,以便和原工質(zhì)兼容; 有較好的經(jīng)濟(jì)性,能量消耗應(yīng)在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi); 有較可靠的安全性,無毒,不燃燒,在空氣中沒有爆炸的危險(xiǎn)。 目前的cfc替代品有兩大類:一類是過渡性替代材料,另一類是永久性替代材料。過渡性替代材料主要有氟代烴類化合物hcpc、丙烷、異丁烷等。永久性替代材料目前開發(fā)出來的有環(huán)戊烷、r134a等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,目前尚無一種滿意的cfc永久性替代品。例如,人們曾認(rèn)為采用不含氯的r134a制冷劑是長期解決問題的根本途徑,但是r134s屬于hfc類制冷劑,能阻擋紅外輻射能返回天空,對全球氣候變暖直接影響較大。途徑二:擴(kuò)大現(xiàn)有天然制冷劑的

27、應(yīng)用 有3種流體保留應(yīng)用于常規(guī)-40-4的制冷空調(diào)蒸發(fā)溫度范圍,即氨、碳?xì)浠衔锉榧捌浠旌衔锖投趸嫉?這些制冷劑適宜于所有制冷空調(diào)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。 在1930年前的半個(gè)世紀(jì)里,co2是一種常用制冷劑,氧氟烴化合物問世后,co2很快就被人們放棄。當(dāng)cfc問題出現(xiàn)以后,人們才重新重視co2的許多優(yōu)點(diǎn),并在國內(nèi)外開展co2作為制冷劑的深入研究。co2能否有效地應(yīng)用于制冷和空凋,取決于能否找到一種可以在接近和超過臨界點(diǎn)完成功耗運(yùn)行的適當(dāng)方法。為了使co2作為制冷系統(tǒng)的制冷劑,需要開發(fā)一種能適合co2熱力性能的壓縮機(jī)。這種壓縮機(jī)的壓力將比常規(guī)制冷壓縮機(jī)的壓力高3-4倍,因此必須對現(xiàn)有壓縮機(jī)進(jìn)行重新

28、設(shè)計(jì),這是應(yīng)用co2的主要缺點(diǎn)。co2能否成功地應(yīng)用于制冷和空調(diào)將取決于全球在這一領(lǐng)域的科技成就。途徑三:研究和采用其他制冷方法 其他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)動邪件,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,得到這種強(qiáng)磁場困難較大,而為了以電熱效應(yīng)工作的裝置獲得強(qiáng)電場卻沒有什么困難。例如,莫斯科能源研究所研制了一種電熱裝置的模型,在該模型中展示了帶熱媒循環(huán)的多級制冷裝置的結(jié)構(gòu)原理,模型工作穩(wěn)定,熱媒的冷卻和加熱與計(jì)算機(jī)的計(jì)算值相符。 由于半導(dǎo)體材料沒有大的突破進(jìn)展,故半導(dǎo)體

29、的制冷效率低,且造價(jià)昂貴,一時(shí)難以普及應(yīng)用。斯特林制冷機(jī)目前僅用于夜間紅外線觀測的低溫冷卻,但被認(rèn)為是有發(fā)展前途的制冷裝置。吸收式制冷機(jī)是當(dāng)前空調(diào)中廣泛采用的、有生命力的制冷機(jī),溴化鋰吸收式制冷機(jī)是其典型的代表。目前,正在開發(fā)研制的三效溴化鋰吸收式降水機(jī)組的性能系數(shù)可達(dá)1.5,在制冷機(jī)領(lǐng)域中頗具競爭力。 總之,cfc問題的徹底解決需要一個(gè)相當(dāng)長的過程,人類在這一環(huán)境保護(hù)問題上邁出的每一步都將付出很大的代價(jià)。為有效保護(hù)臭氧層,研究開發(fā)新的永久性cfc致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)努力方向。二、無磷洗滌劑的開發(fā)與應(yīng)用含磷洗滌劑污染水體: 磷是一種植物營養(yǎng)素,如果水體中磷的濃度過高,會

30、引起水體的富營養(yǎng)化,水生低等植物(如藍(lán)藻)大量繁殖,消耗水中的氧氣,并阻隔空氣中的氧氣進(jìn)入水體,引起魚類及其他水生動物的死亡,動物的尸體和藻類死亡后腐爛變質(zhì),對水質(zhì)造成影響。不久前太湖水發(fā)臭變質(zhì)就和太湖水富營養(yǎng)化、藍(lán)藻爆發(fā)有關(guān)。如果不采取措施對水體富營養(yǎng)化進(jìn)行治理,水體中淤泥會逐漸增多,水體將會萎縮、沼澤化。使用無磷的洗滌劑,可以減少水體中磷的含量,防止水體富營養(yǎng)化,保護(hù)水環(huán)境。 從國內(nèi)外無磷洗衣粉的開發(fā)、應(yīng)用和發(fā)展過程來看,洗衣粉實(shí)現(xiàn)無磷化主要采取以下措施: 調(diào)整洗衣粉配方,增加表面活性劑比例,由15%增到加25%甚至更高,以提高洗衣粉的去污除垢能力; 用-烯基磺酸鹽和醉系表面活性劑替代目前

31、使用的烷基苯磺酸鹽,提高產(chǎn)品的生物降解性和去污能力,但產(chǎn)品成本有所增加: 用沸石替代三聚磷酸鈉,作為無磷洗衣粉的助劑,主要是通過鈉、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。 在無磷洗衣粉開發(fā)中,可以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,可以加入少量酶制品;2適當(dāng)加入其他助劑,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可以根據(jù)某些行業(yè)需要,開發(fā)專用無磷洗衣粉,例如民用、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。三、石棉替代材料 石棉制品對人體有強(qiáng)烈的刺激作用和致癌傾向,石棉的危害主要是長期吸入石棉塵可導(dǎo)致

32、石棉沉著病。石棉沉著病患者的臨床改變待征是支氣管內(nèi)膜炎和肺氣腫,導(dǎo)致石棉肺。我國早在20世紀(jì)80年代初就已禁止生產(chǎn)和銷售石棉制品。但是,石棉制品具有理想的保溫、隔熱、耐磨等性能,如高溫防護(hù)服。汽車剎車墊、隔熱墊等產(chǎn)品,以前大多用石棉材料制成。 根據(jù)用途不同,目前市場上已有許多種石棉替代材料。如汽車剎車片現(xiàn)大多用含石墨無機(jī)纖維材料制成。日本已有用樹皮陶瓷材料制得的汽車剎車片上市。耐隔熱墊或其他保溫絕熱材料,現(xiàn)大多數(shù)用硅酸鋁、硅酸鋅陶瓷纖維材料,原料來源簡便,加工成本低廉。對高溫防護(hù)服,國內(nèi)外已有用芳族聚酰胺纖維替代石棉纖維制成的高溫防護(hù)紡織品。這種新材料具有優(yōu)良的阻燃、耐熱性能,其分解溫度可達(dá)3

33、85,在火焰中不延燃,可用于冶金服、消防服以及特種部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗服等。 隨著科學(xué)技術(shù)出發(fā)展,新的環(huán)境友好型的保溫隔熱材料不斷涌現(xiàn)。特別是許多地方,發(fā)揮當(dāng)?shù)氐馁Y源優(yōu)勢,開發(fā)了許多就地取材的保溫隔熱材科,基本替代了石棉制品。 石棉替代品生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展很快,目前已知有150多種,但最常用的有:玻璃棉、巖棉、渣棉及漂白土纖維、綠坡石、海泡石等,由于其仍具有生物活性和致病力,已受到重視。 1. 石棉替代品的生產(chǎn)使用現(xiàn)狀 1.1. 巖棉 巖棉r(nóng)ock wool是以精選玄武巖或輝綠巖為主要原料,加一定比例的礦渣,經(jīng)高溫熔融制成的人造無機(jī)纖維,深加工制成巖棉板、巖棉管、巖棉氈等系列產(chǎn)品。具有絕緣、消音、耐火、導(dǎo)熱系

34、數(shù)小、隔冷熱,自重輕,價(jià)格較低,且具有優(yōu)越的防火性能等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、建筑、冶金等行業(yè),是管道、貯罐、煙道、車船等工業(yè)設(shè)備理想的保溫建筑材料。由于用途廣泛,發(fā)展迅速,是目前作為石棉替代品之一。 1.1.1. 建筑行業(yè)使用巖棉型材種類: (1) 防水保溫復(fù)合卷材 上海市建筑研究院研制的防水保溫復(fù)合卷材,采用半硬質(zhì)巖棉板條與各種新型卷材復(fù)合,半硬質(zhì)棉板條寬約10cm,用熱熔型膠粘劑成排粘結(jié)于卷材上,以便此復(fù)合卷材作為產(chǎn)品可以成卷搬運(yùn)。 (2) 鋼絲網(wǎng)巖棉夾芯復(fù)合板 這是一種十分靈活的多功能、多用途復(fù)合板材。采用兩層鋼絲網(wǎng)片為主要骨架,中間填充半硬質(zhì)巖棉板。兩層鋼絲網(wǎng)之間用短鋼絲聯(lián)系

35、,組成一個(gè)十分穩(wěn)固的半空間網(wǎng)架體系,運(yùn)到現(xiàn)場安裝后,在鋼絲網(wǎng)兩外表面分別噴涂或抹涂2.5cm厚水泥砂漿,即成為可作為內(nèi)、外墻體及屋面的鋼絲網(wǎng)巖棉夾芯復(fù)合板。 (3) 巖棉彩鋼復(fù)合板 采用彩鋼框架,其芯材采用100kg/m3容重的巖棉板。其厚度為10cm,傳熱系數(shù)僅為0.38w/m2k,每平方米重量只有20kg,十分輕便。 巖棉彩鋼復(fù)合板因全部為非燃燒材料制作,因此防火性能優(yōu)越,且可工廠化大批量生產(chǎn),便于機(jī)械化作業(yè)施工,是今后工業(yè)與民用建筑的發(fā)展方向。尤其可實(shí)現(xiàn)靈活隔斷,便于住宅戶型隨人口的增減而自由改變。但目前成本還較高,每平方米約近200元,在住宅建設(shè)中尚難大量推廣。 1.1.2. 噪聲控制

36、材料: 巖棉因具有吸聲系數(shù)高、容重輕、不燃、不腐不蛀、不老化等特性,為當(dāng)今重要的吸聲材料,廣泛應(yīng)用于噪聲控制工程中吸聲降噪,消聲器和輕薄結(jié)構(gòu)隔聲,以及廳堂音質(zhì)中控制混響時(shí)間。 上海新型礦物棉制品廠于八十年代中期從國外(日本)引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù),生產(chǎn)的巖棉板質(zhì)量較高,品種規(guī)格齊全,是一種性能良好的強(qiáng)吸聲材料。 聚氯乙烯?巖棉復(fù)合發(fā)泡吸聲材料,不僅在高頻處保持了良好的吸聲性能,而且在中低頻處極大地改善了材料的吸聲性能。并且這種材料的制作工藝簡單,成本低廉,有良好的阻燃性能,在工業(yè)和民用建筑中有廣闊的應(yīng)用前景。 1.1.3. 船用防火材料: 由巖棉制作的復(fù)合巖棉板是當(dāng)今國際上最先進(jìn)的船用內(nèi)裝飾

37、板材,可作為耐火分隔用的圍壁板、襯板里子板和天花板“望天”里子板。 1.2. 玻璃棉 玻璃棉是將石灰石、葉臘石、石英砂、硼鎂石、螢石等巖石粉碎成粉末,攪拌均勻并配以硫酸鈉、芒硝等物質(zhì)后,在1000?1500下熔融,通過不同技術(shù)如拉絲、吹絲、離心等制成的人造無機(jī)纖維。 由于玻璃棉作為一種新型的無機(jī)非金屬材料,具有絕熱、隔音、耐高溫、抗腐蝕、強(qiáng)度高、密度小、柔軟回彈性強(qiáng)、保溫性能好、吸聲強(qiáng)、防潮性好等性能,深受市場歡迎。其應(yīng)用范圍逐步推廣到航空、造船、石油化工、建筑、冶金、電氣、醫(yī)療等領(lǐng)域。 目前市場對玻璃棉制品的需求主要是離心玻璃棉板,它不僅適用于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫與吸聲,還可噴、貼飾物作吊

38、頂材料,檔次較高,用途廣泛。而濕法板、超細(xì)玻璃棉的市場需求并不旺盛。由此也可以看出,90年代以來,各類建筑對中高檔建筑材料的需求殷切。 從離心玻璃棉的使用來看,主要用于公用設(shè)備和管道保溫,建筑墻體保溫。應(yīng)用增長的應(yīng)用領(lǐng)域主要是建筑業(yè)。北京地區(qū)對采用玻璃棉作圍護(hù)墻體的保溫進(jìn)行了有益的探索,而目前對玻璃棉的應(yīng)用僅限于室內(nèi)吊頂裝飾。 3. 石棉替代品的防護(hù)措施 由于石棉替代品的生物學(xué)作用與石棉相似,但其危害嚴(yán)重度遠(yuǎn)低于石棉,且在人體內(nèi)的行為、轉(zhuǎn)移、清除與石棉相似,其致癌機(jī)理也相仿。致纖維化和致癌效應(yīng)的產(chǎn)生,都必須以在組織中積累足夠數(shù)量的纖維為前提。因此,減少接觸是防治石棉替代品職業(yè)危害的根本對策。主

39、要防護(hù)措施有: 密閉塵源:主要是生產(chǎn)機(jī)械的密閉、整體、局部。 通風(fēng)除塵:在必須敞開處,安裝局部排風(fēng)設(shè)備,將纖維粉塵收集后排出。 濕式作業(yè):預(yù)先將材料濕潤,或噴霧灑水,可大大減少粉塵的產(chǎn)生量。 個(gè)體防護(hù):在其它措施達(dá)不到要求或不能采取措施時(shí),佩戴合適的防塵面具、防護(hù)服。其他替代材料 鋁合金是一種環(huán)境負(fù)擔(dān)性較高的材科。原料加工的固體廢棄物排放量大,冶煉過程能耗高,使用過程中保溫隔熱效果差。部分地區(qū)已明令禁止用鋁合金作住宅建筑門窗材料。開發(fā)建筑用鋁合金替代材料是材料科學(xué)工作者的一項(xiàng)任務(wù)。目前市場上已有大量的塑鋼材料用作住宅建筑材料,替代鋁合金門窗,具有保溫、裝飾效果好等優(yōu)點(diǎn)。 對于鋁合金結(jié)構(gòu)材料的替

40、代,已開發(fā)出竹-鋁、萱麻-鋁等天然纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。萱麻-鋁復(fù)合材料板的密度僅為工業(yè)純鋁的60%,成本為工業(yè)純鋁的2/3,但抗拉強(qiáng)度卻是純鋁的1.2倍;竹-鋁復(fù)合板材料的密度為工業(yè)純鋁的44%,抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度分別是工業(yè)純鋁的2.6倍和1.6倍。顯然,這兩種天然纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能有獨(dú)到之處,可以替代某些工業(yè)鋁合金作為結(jié)構(gòu)材料。 萱麻,多年生野草,葉子上長有細(xì)細(xì)的白毛,人的皮膚一挨上它,就泛起了紅疹,火辣辣的發(fā)疼,嚴(yán)重的還會引起全身癥狀。4.3凈化材料 常見的環(huán)境凈化材料有大氣污染控制材料、水污染控制材料以及其他污染控制材料防噪聲污染和電磁波污染材料 等。大氣污染控制材料 大氣污染

41、是指大氣中污染物濃度達(dá)到有害程度,超過了環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生活條件,對人和物造成危害的現(xiàn)象。凡是能使空氣質(zhì)量變壞的物質(zhì)都是大氣污染物。 大氣污染源可分為天然源(如森林火災(zāi)、火山爆發(fā)等)(和人為源如工業(yè)廢氣、生活燃煤、汽車尾氣、核爆炸等),且以后者為主,尤其是工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸所造成的。主要過程由污染源排放、大氣傳播、人與物受害這三個(gè)環(huán)節(jié)所構(gòu)成。影響大氣污染范圍和強(qiáng)度的因素有污染物的性質(zhì)(物理的和化學(xué)的),污染源的性質(zhì)(源強(qiáng)、源高、源內(nèi)溫度、排氣速率等),氣象條件(風(fēng)向、風(fēng)速、溫度層結(jié)等),地表性質(zhì)(地形起伏、粗糙度、地面覆蓋物等)。防治方法很多,根本途徑是改革生產(chǎn)工藝,綜合利

42、用?？刂品椒?從物理化學(xué)角度:利用大氣中各成分之間不同的物理化學(xué)性質(zhì),如溶解度.吸附飽和度。露點(diǎn)、泡點(diǎn)、選擇性化學(xué)反應(yīng)等,借助分子間和分子內(nèi)的相互作用來進(jìn)行分離、轉(zhuǎn)化。從工藝看,處理大氣污染物通常有吸收法、吸附法和催化轉(zhuǎn)化法。 從材料科學(xué)與工程的角度看,無淪是吸附法,吸收法還是催化轉(zhuǎn)化法,都要借助于一定的材料介質(zhì)才能實(shí)現(xiàn)。因此,在環(huán)境工程材料里,相應(yīng)地有吸附劑、吸收劑以及催化劑等材料介質(zhì)。可以說,環(huán)境凈化材料是構(gòu)成凈化處理的主體,是大氣污染治理的關(guān)鍵技術(shù)之一。 由于各類氣態(tài)污染物的性質(zhì)不同,使得每一種氣態(tài)污染物的凈化具有不同的特點(diǎn),需要綜合采用吸收劑、吸附劑和催化劑等不同的處理方式。下面依據(jù)目

43、前大氣污染的幾種主要污染物,如燃煤過程中產(chǎn)生的低濃度二氧化硫煙氣以及城市機(jī)動車排放的含氮氧化物廢氣等,介紹國內(nèi)外控制技術(shù)和凈化材料的開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀。(1)低濃度二氧化硫煙氣凈化 根據(jù)大氣污染控制技術(shù)的原理和流程來分類,煙氣脫硫方法大致分為下列3類: 用各種液體和固體物料優(yōu)先吸收或吸附二氧化硫; 在氣流中將二氧化硫氧化為三氧化硫,再冷凝為硫酸; 在氣流中將二氧化硫還原為單質(zhì)硫,再將單質(zhì)硫冷凝分離出來。(2含氮氧化物的廢氣凈化 氮氧化物主要來自各種大型燃油鍋爐的燃燒過程;城市機(jī)動車尾氣排放,特別是柴油車和柴油發(fā)動機(jī);硝酸生產(chǎn)和各種硝化過程;冶金企業(yè)中的煉焦、燒結(jié)、冶煉等高溫過程和金屬表面的硝酸處理

44、等。 目前氮氧化物污染的主要防治技術(shù)是廢氣物理化學(xué)方法脫硝處理。按處理工藝可分為催化還原法,吸收法,吸附法、等離子體活化法,微生物轉(zhuǎn)化法等。按處理氮氧化物的過程可分為干法脫硝和濕法脫硝。干法脫硝包括非催化還原法、催化還原法、熱分解法、吸附法、吸收法、等離子法處理等;濕法脫硝包括酸吸收、堿吸收、氧化吸收、絡(luò)鹽吸收等。 催化法處理含氮氧化物廢氣 選擇性催化還原所用的催化劑是鉑、鈀系貴金屬,以及釩、鉻、錳、鐵.銅.鋅.鈷,鎳等過渡金屬氧化物,或是這些成分的混和物。目前,用于選擇性催化還原法處理含氮氧化物廢氣的催化劑有三大類:以-氧化鋁為載體的催化劑、鐵鉻催化劑和以銅為主要組分的混和催化劑。 吸收法處

45、理含氮氧化物廢氣 為了提高氮氧化物的吸收效率,可采用氧化吸收法、吸收還原法及配位吸收法。采用氧化吸收法時(shí)先將組分中的一氧化氮氧化為二氧化氮,再用堿液吸收除去。常用的氧化劑有濃硝酸、氧氣、高錳酸鉀等。吸收還原法的原理是用還原劑將氮氧化物還原成氮?dú)?。常用的還原劑有硫酸銨、硫酸氫銨、亞硫酸鈉等。 吸附法處理含氮氧化物廢氣 吸附法處理含氮氧化物廢氣的原理是,利用多孔性固體將廢氣中的氮氧化物組分進(jìn)行吸附凈化處理。常用的吸附劑有雜多酸、分子篩、活性炭、硅膠及含氮的泥煤等。 吸附法是大氣污染凈化的一種基本方法。吸附,就是流體混合物與多孔性固體接時(shí),流體中的某些組分可被固體表面吸收,并在固體表面濃集。常用的吸

46、附劑主要有:活性炭、硅膠、活性氧化鋁、分子篩。活性炭 把木炭、煤等含炭原料經(jīng)炭化和活化以后,得到活性炭。活性炭具有不規(guī)則的石墨結(jié)構(gòu),比表面積非常大,有的甚至超過2000m3/g是一種優(yōu)良的吸附劑。粒狀炭 維尼綸催化劑載體炭,是用果殼作原料,經(jīng)水蒸氣活化制得的不定形顆粒炭。回收及吸附用炭,是以煤粉為原料,以煤焦油作調(diào)和劑,經(jīng)成型、炭化及活化制得的圓柱形顆粒炭。粉末炭粒度在200目以下,可分為用于糖類、油脂、酒類等脫色用的脫色炭,以及活性碳纖維、氮化活性炭及碳分子篩等?；钚蕴祭w維是將合成纖維或木素纖維經(jīng)過藥劑處理、干燥 ,再經(jīng)水蒸氣活化 等過程制得。 活性炭材料,尤其是活性炭纖維,由于其本身具有分

47、散性極好的微孔活性中心和巨大的比表面積,在氧氣和水蒸氣存在下,可將二氧化硫連續(xù)不斷地吸附轉(zhuǎn)化為硫酸?；钚蕴坷w維脫除二氧化硫的能力除與其比表面積和孔結(jié)構(gòu)有關(guān)外,還與表面的化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)?；钚蕴课教匦匀菀孜脚R界溫度及沸點(diǎn)較高的物質(zhì);容易吸附分子鏈較長的物質(zhì);有利于在低溫下吸附;相對來說,蒸汽壓較大的物質(zhì)容易吸附。硅膠硅膠是多聚硅酸經(jīng)分子間脫水而形成的一種多孔性透明或乳白色粒狀固體?；瘜W(xué)組成為sio2.xh2o。其中的基本結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)為si-o四面體相互堆積形成硅膠的骨架。堆積時(shí),質(zhì)點(diǎn)間的空間即為硅膠的空隙。具有開放的多孔結(jié)構(gòu),吸附性強(qiáng),能吸附多種物質(zhì)。如吸收水分,吸濕量約達(dá)40%。如加入氯化鈷,

48、干燥時(shí)呈藍(lán)色,吸水后呈紅色。可再生反復(fù)使用。一般來說,硅膠按其性質(zhì)及組分可分為有機(jī)硅膠和無機(jī)硅膠兩大類。硅膠根據(jù)其孔徑的大小分為:大孔硅膠、粗孔硅膠、b型硅膠、細(xì)孔硅膠。由于孔隙結(jié)構(gòu)的不同,因此它們的吸附性能各有特點(diǎn)。粗孔硅膠在相對濕度高的情況下有較高的吸附量,細(xì)孔硅膠則在相對濕度較低的情況下吸咐量高于粗孔硅膠,而b型硅膠由于孔結(jié)構(gòu)介于粗、細(xì)孔之間,其吸附量也介于粗、細(xì)孔之間。大孔硅膠一般用作催化劑載體、消光劑、牙膏磨料等。因此應(yīng)根據(jù)不同的用途選擇不同的品種。一、硅膠吸附水蒸汽后的再生 硅膠吸附水份后,可通過熱脫附方式將水份除去,加熱的方式有多種,如電熱爐、煙道余熱加熱及熱風(fēng)干燥等。 二、硅膠

49、吸附有機(jī)雜質(zhì)后的再生 焙燒法 對于粗孔硅膠,可放在焙燒爐內(nèi)逐漸升溫至500-600,約經(jīng)6-8小時(shí)至膠粒呈白色或黃褐色即可。對細(xì)孔硅膠,焙燒溫度不能超過200。 漂洗法將硅膠在飽和水蒸汽中吸附達(dá)到飽和后放熱水中浸泡漂洗,并可結(jié)合使用洗滌劑以除去廢油或其它有機(jī)雜質(zhì),再經(jīng)凈水洗滌后烘干脫水。 溶劑沖洗法 根據(jù)硅膠吸附有機(jī)物種類,選用適當(dāng)?shù)娜軇⑽皆诠枘z內(nèi)的有機(jī)物溶出,然后將硅膠加熱以脫除溶劑。活性氧化鋁用做吸附劑、催化劑及催化劑載體的多孔性氧化鋁,一般稱為“活性氧化鋁”,是一種多孔性、高分散度的固體物料,有很大的比表面積,其微孔表面具有吸附性能。活性氧化鋁 用做吸附劑、催化劑及催化劑載體的多孔性

50、氧化鋁,一般稱為“活性氧化鋁”,是一種多孔性、高分散度的固體物料,有很大的比表面積,其微孔表面具有吸附性能。 活性氧化鋁一般是由氫氧化鋁加熱脫水得到的,在整個(gè)熱轉(zhuǎn)化過程中,起始水合物的形態(tài)(如晶型、粒度),加熱的氣氛與快慢,雜質(zhì)含量等均會對氧化鋁的形態(tài)有很大影響。由于對水有很強(qiáng)得吸附能力,主要用于氣體和液體干燥。分子篩 又稱泡沸石或沸石,是一種結(jié)晶型的鋁硅酸鹽,其晶體結(jié)構(gòu)中有規(guī)整而均勻的孔道,孔徑為分子大小的數(shù)量級,它只允許直徑比孔徑小的分子進(jìn)入,因此能將混合物中的分子按大小加以篩分。 分子篩因是籠形孔洞骨架的晶體,經(jīng)脫水后空間豐富,具有很大的內(nèi)表面積,可以吸附相當(dāng)數(shù)量的吸附質(zhì);還可以選擇性吸

51、附;與其他吸附劑相比,還具有特殊吸附性。即在低分壓或低濃度、高溫下仍有很高的吸附量。吸收液 吸收是一種化工單元操作,是根據(jù)氣體混合物中各組分在液體中溶解度的不同,有選擇的使氣相中的一種或幾種組分溶解于液體中,實(shí)現(xiàn)氣體混合物分離的質(zhì)量傳遞過程。 采用適當(dāng)?shù)囊后w作吸收液,使含有有害物質(zhì)的氣體與吸收液接觸,氣體中的有害物質(zhì)液吸收于吸收液中,從而達(dá)到凈化氣體的目的。通常根據(jù)有害氣體在液體中的溶解度大小來選擇適當(dāng)?shù)奈找?如用水吸收co2或so2 ,用堿液吸收co2,用硫酸溶液吸收氨氣等。常用的吸收液有水、氨氣溶液、氫氧化鈉及碳酸鈉溶液等。2 、水凈化控制材料 水在自然循環(huán)過程中,進(jìn)入水體的污染物超過了

52、水體自凈化能力和消納能力,從而使水體喪失了規(guī)定的使用功能.這類現(xiàn)象稱為水污染。 廢水排放引起的水體污染主要有以下幾種類型: 需氧型污染:廢水中有機(jī)物被微生物吸收利用時(shí),消耗水中的溶解氧,從而影響水生生物的正常循環(huán),降低水的質(zhì)量。我國絕大多數(shù)水環(huán)境污染屬于這種類型。 毒物型污染:廢水中有毒物質(zhì)排入水體后,導(dǎo)致水生生物中毒,并通過食物鏈危害人體健康.對生物圈來說,由重金屬引起的毒物型污染,其毒性危害尤其嚴(yán)重。 富營養(yǎng)型污染:氮.磷含量較高的廢水排入水環(huán)境,會大量滋生藻類及其他水生植物,使水中的需氧量猛增,惡化水質(zhì), 感官型污染:廢水中許多污染物使人感到很不愉快.如顏色、嗅味、泡沫.渾濁等,尤其對旅游環(huán)境有較大的影響。 其他類型的水污染還有生物污染、酸堿鹽圬染,油類污染.熱污染等。 為了表征廢水水質(zhì),規(guī)定了許多污染物指標(biāo),常見的有懸浮物濃度。生化需氧量?；瘜W(xué)需氧量?？偣腆w濃度、重金屬離子濃度.有毒物質(zhì).有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌總數(shù)。ph值,色度、溫度等。一種水質(zhì)指標(biāo)可能包括幾種污染物,而一種污染物也可以屬于幾種水質(zhì)指標(biāo)。 水污染中最普遍最重要的污染源是工業(yè)、