生態(tài)環(huán)境材料

1、生態(tài)環(huán)境材料摘 要：本文主要對現(xiàn)階段的生態(tài)材料的研究方向，發(fā)展趨勢做了簡要介紹， 而著重敘述了生態(tài)環(huán)境材料的一些具體應用，主要包括生物降解材料、綠化混泥土、仿生物材料以及一些用于河道治理中的生態(tài)環(huán)境材料。關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境材料；生物降解材料；仿生物材料；綠化混泥土；河道治理生態(tài)材料.Abstract: This paper focuses on research, development trend of eco-materials stage to do a brief introduction, and focus on the specific application described

2、some ecological materials, including biodegradable materials, green concrete, and some imitation of biological materials for river training the eco-materials.Key words: Eco-materials; Biodegradable materials; Imitation of biological materials; Green concrete; River training ecological materials.1、引言

3、全球性生態(tài)環(huán)境的迅速惡化和資源面臨枯竭的問題，是 21世紀人類生存和 發(fā)展所面臨的重大危機，已成為國際社會普遍關(guān)注的焦點之一，持續(xù)發(fā)展的思想和具體行動計劃已在全世界被普及和實施，努力實現(xiàn)社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展已成 為世界各國共同追求的目標。發(fā)展是人類永恒的主題，而如何解決發(fā)展進程中的 資源與環(huán)境問題，是人類生存的前提。而對生態(tài)材料的應用和研發(fā)也就顯得迫在 眉睫，生態(tài)環(huán)境材料是指那些具有良好的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料。 良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性是指資源、能源消耗少，環(huán)境污染小，再生循環(huán)利用率高。生 態(tài)環(huán)境材料是人類主動考慮材料對生態(tài)環(huán)境的影響而開發(fā)的材料，是充分考慮人類、社會、自然三者相互關(guān)系的前

4、提下提出的新概念，這一概念符合人與自然和諧發(fā)展的基本要求，是材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。2、研究方向生態(tài)環(huán)境材料研究的主要方向有：（1）減少人均材料流量，減少材料集約化 程度；（2）減少壽命周期中的環(huán)境負荷，使用生態(tài)化的生產(chǎn)工藝；（3）開發(fā)天然能源，使用藏量豐富的礦物和天然材料；（4）避免使用有害物質(zhì)，使用“清潔” 材料；（5）使用長壽命材料，強化再生利用，強化生物降解性；（6）修復環(huán)境， 強調(diào)生態(tài)效率（性能一環(huán)境負荷比）；（7）環(huán)境負荷小的高分子合金設計；（8）可 再生循環(huán)高分子材料的設計；（9）完全降解高分子材料設計；（10）高分子材料 加工和使用過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)無害化處理技術(shù)。3、

5、生態(tài)環(huán)境材料的具體應用生物降解材料生物降解材料是指在一定條件下，能被土壤微生物（如細菌、霉菌、藻類等） 或其分泌物在酶或化學分解作用下降解的材料。 理想的生物降解材料是一種具有 優(yōu)良使用性能，廢棄后可被環(huán)境微生物完全分解為二氧化碳和水，最終被無機化而成為自然界中碳元素循環(huán)的一個組成部分的高分子材料。生物降解性高分子材料的降解通常是以化學方式進行的， 即在微生物活性的作用下，酶進入聚合物的 活性位置并滲透至聚合物的作用點后， 使聚合物發(fā)生水解，從而使聚合物的分子 骨架發(fā)生斷裂，成為小的鏈段，并最終斷裂成穩(wěn)定的小分子產(chǎn)物，完成降解過程。 一般高分子材料通過生物物理作用、生物化學作用和酶的直接作用等

6、途徑而進行 降解。接下來，是幾種生物降解材料的介紹。聚乳酸聚乳酸（PLQ是一種新型的生物降解材料，也稱為聚丙交酯，屬于聚酯家 族。聚乳酸由可再生的植物資源（如玉米）所提取的淀粉原料制成，淀粉原料經(jīng) 由發(fā)酵過程制成乳酸，再通過化學合成轉(zhuǎn)換成聚乳酸。 聚乳酸的熱穩(wěn)定性好，加 工溫度為170-230 C ,有好的抗溶劑性，可用多種方式進行加工，如擠壓、紡絲、 雙軸拉伸、注射吹塑等，在自然條件下可生物降解為二氧化碳和水，不會產(chǎn)生任何環(huán)境問題，被業(yè)界視為最有前途的生物降解塑料之一。聚乳酸材料具有無毒、 無刺激性、強度高、良好的生物降解和生物相容性等特點，可用作可降解生物包 裝材料、藥物控釋載體、組織工程

7、支架材料、骨科內(nèi)固定材料等領(lǐng)域。聚羥基脂肪酸酯聚羥基脂肪酸酯（PHA屬于天然高分子聚酯，是很多細菌在特定條件下合 成的一種細胞內(nèi)聚酯。PHA是聚羥基脂肪酸酯類材料的總稱。PHA生物材料及其 改性材料的熱性能、力學性能、加工性能成了科研工作者的研究熱點。研究主要 集中在兩個方面：一是PHAS本性能的研究，如高聚物的力學性能、熱降解性能 及其結(jié)晶性能；二是PHAR具改性聚酯纖維成形的研究，通過靜電紡絲或熔融紡 絲進行纖維成形，研究初生纖維性能，為 PHA千維的工業(yè)化奠定理論基礎。聚丁二酸丁二醇酯聚丁二酸丁二醇酯（PBS由丁二酸和丁二醇經(jīng)縮聚而得，是目前世界公認 的綜合性能最好的生物降解塑料，用途極

8、為廣泛，可用于包裝、餐具、化妝品瓶 及藥品瓶、一次性醫(yī)療用品、農(nóng)用薄膜、農(nóng)藥及化肥緩釋材料、生物醫(yī)用高分子 材料等領(lǐng)域。淀粉基生物降解塑料淀粉基生物降解塑料是淀粉經(jīng)過改性、接枝反應后與其他聚合物共混加工而 成的一種塑料產(chǎn)品，在工業(yè)上可代替一般通用塑料等，用作包裝材料、防震材料、 地膜、食品容器、玩具等。淀粉基生物降解塑料已有 30年的研發(fā)歷史，是研發(fā) 歷史最久、技術(shù)最成熟、產(chǎn)業(yè)化規(guī)模最大、市場占有率最高的一種生物降解塑料。 淀粉與PE PR PVA PCL聚乳酸等聚合物共混粒料已批量生產(chǎn)。仿生物材料人工制造的具有生物功能、生物活性或者與生物體相容的材料稱為仿生物材 料。仿生物材料在生物兼容性的

9、基礎上， 從材料的制備到應用都與環(huán)境、 人體有 著自然的協(xié)調(diào)性。已經(jīng)研究開發(fā)的仿生物材料主要有生物陶瓷及其復合材料、組織工程材料和仿生智能材料等。組織工程材料是用于取代某些生物體組織器官或 恢復、維持以及改善其功能的一類仿生物材料。 常見的組織工程材料包括組織引 導材料、組織誘導材料、組織隔離材料、組織修復材料和組織替換材料等。仿生 智能材料是指能模仿生命系統(tǒng)，同時具有感知和驅(qū)動雙重功能的材料。仿生智能 材料剛剛出現(xiàn)十余年，但已經(jīng)發(fā)展成為生物材料領(lǐng)域最引人注目的研究熱點之 一。目前主要有智能高分子凝膠材料、智能藥物釋放體系以及仿生薄膜材料等。河道生態(tài)材料生態(tài)石籠生態(tài)石籠是由經(jīng)特殊防腐處理的低碳

10、鋼絲用機器編織成六邊形雙絞合鋼絲 網(wǎng)組合成的箱籠，并在箱籠內(nèi)充填石料形成整體結(jié)構(gòu)。 該結(jié)構(gòu)具有撓性大、抗沖 刷等特點，允許岸坡一定的變形，并且石料之間的孔隙保證了水土、動植物、微 生物之間聯(lián)系。水生植物可以在其間茂密生長，植物繁茂的根須可緊縛土壤，增 強抗洪能力、穩(wěn)定岸坡及延長石籠使用壽命。為延長石籠的使用壽命，防止鋼絲銹蝕及腐蝕，對鋼絲表面可采用鍍鋅層及PVC涂層處理?？蓪⑹\產(chǎn)品制作成各種形狀及尺寸，適用性較廣。植被型生態(tài)混凝土植被型生態(tài)混凝土由多孔混凝土、 保水材料、難溶性肥料和表層土組成，其 中多孔混凝土由粗骨料、混有高爐爐渣和硅灰的水泥、 適量的細粒組成，是植被 型生態(tài)混凝土骨架。保

11、水材料常用無機人工土壤、吸水性高分子材料、苔泥炭及 其混合物。表層土鋪設于多孔混凝土表面，形成植被發(fā)芽空間，同時提供植被發(fā) 芽初期的養(yǎng)分。綠化混泥土孔洞型綠化混凝土在混凝土板上預留的孔洞內(nèi)填充具有適合植物生長的營養(yǎng)性土壤，然后再種植綠化植物，這種混凝土稱之為孔洞型綠化混凝土。它主要分為孔洞型塊體綠化 混凝土和孔洞型多層綠化混凝土。前者如 8字型孔洞塊體綠化混凝土，以及很多 城市的人行道上鋪設的植草磚等。后者指上層為孔洞型多孔混凝土板，底層為凹槽型，上層與底層復合，中間形成有一定空間的培土層。這種綠化混凝土往往用于 城市樓臺的陽臺、圍墻頂部、墻體上部等。敷設式綠化混凝土在普通混凝土表面固定植被網(wǎng)

12、，并噴涂按一定比例配制的膠粘材料、保水劑、 肥料、植物秸殼粉末、草籽混合物、填料等，構(gòu)成植物生長基體并使其長草。該 方法多用于既有混凝土表面、裸露巖石面的綠化。隨機多孔型綠化混凝土曾稱生態(tài)多孔型混凝土、多孔連續(xù)型混凝土。是將無砂混凝土作為植物生長 基體，并在孔隙內(nèi)充填植物生長所需的物質(zhì)，植物根系深入或穿過無砂混凝土至 被保護土中。因其孔洞結(jié)構(gòu)特征是隨機分布的，故將其命名為隨機多孔型綠化混 凝土。具護砌及播種性能較好，可使安全護砌與環(huán)境綠化有機結(jié)合起來。其關(guān)鍵 技術(shù)是孔隙內(nèi)的鹽堿性水環(huán)境改造、特定生長環(huán)境下植物生長所需元素的配置、 植物生長環(huán)境及規(guī)律。要求使用低堿性 pH值在89左右的高爐B ,

13、C型水泥， 植物已基本可以適應；在混凝土孔隙內(nèi)充填苔鮮類土、保水劑、緩釋肥等材料，并在表面覆蓋一層客土，則可使植物生長。該技術(shù)可播種性較好，可綠化面積大。輕質(zhì)綠化混凝土羅仁安、樊建超等研究成一種輕質(zhì)綠化混凝土 ，是一種性能介于普通混凝土 和耕植土之間的新型輕質(zhì)綠化混凝土材料。 它以輕質(zhì)多孔細料巖石（珍珠巖等）、 生物有機肥料、耕植土、減水劑等為原料，用水泥膠凝材料膠結(jié)而成。具有一定 的強度和耐沖刷性能，自重輕，能形成一個個“蜂窩狀”空隙，能滿足植物生長所 需的孔隙率、持水性和滲透系數(shù)、酸堿性等要求，既利于植被根系生長，又能為植 被生長提供所必需的養(yǎng)分和存儲空間。其在水中浸泡24h后不但不會松散

14、而且仍有0120MPa-0145MPa的抗壓強度，而普通土壤數(shù)小時后便會在水中完全松 散、分離?？纱罅坑糜谛蓍e綠地、小區(qū)綠化、屋頂花園等。4、生態(tài)環(huán)境材料發(fā)展趨勢生態(tài)環(huán)境材料經(jīng)過十幾年的發(fā)展和研究 （1）材料的環(huán)境性能將成為21世紀 新材料的一個基本性能；（2）用LCA方法評價材料產(chǎn)業(yè)的資源和能源消耗、 三廢 排放等將成為一項常規(guī)的評價方法；（3）結(jié)合資源保護、資源綜合利用，對不可 再生資源的替代和再資源化研究將成為材料產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向；（4）各種生態(tài)環(huán)境材料及其產(chǎn)品的開發(fā)和廣泛應用是其發(fā)展的重點。5、結(jié)語生態(tài)環(huán)境材料必將成為未來新材料的一個重要分支，作為跨材料科學、環(huán)境 科學以及生態(tài)科學等

15、學科的新型材料，在保持資源平衡、能源平衡和環(huán)境平衡， 實現(xiàn)社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展等方面將起到非常重要的作用。如果在生產(chǎn)和生活中廣泛使用該類材料，就可以實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展，使資源和能源得到有效的 利用，使我們的生產(chǎn)和生活環(huán)境得到有效的保護。現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展，使資源和能源得到有效的利用，使我們的生產(chǎn)和生活 環(huán)境得到有效的保護。該類材料代表著科學技術(shù)發(fā)展的方向和社會發(fā)展進步的趨 勢，必將對人類社會進步起到巨大的推動作用。參考文獻:1王天民，郝維昌，王瑩，周和敏.生態(tài)環(huán)境材料一一材料及其產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向J.中國材料進展.2011 (30): 8-162崔百元，張振飛，孔謙.天然生物可降解性材料

16、在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應用J.中國農(nóng)學通報.2013(24).3 Zou T Y, WangT M Nie Z R Ecomaterials Research in China J. Materials and Design , 2001, 22: 107 110 .4馮輝榮，聶麗華，羅仁安，樊建超 .綠化混泥土的研究進展J.混泥土. 2005 (12)：25-315辛輝,張巖.綠色生態(tài)水泥發(fā)展研究J. 廣東化工.2013(22).6董建偉，肖新民.隨機多孔型綠化混凝土主要生長環(huán)境與構(gòu)造特性J. 吉林水利,2003 (8) :1 - 4.7Paul KOLTUN. Materials and sust

17、ainable developmentJ. Progress in Natural Science:Materials International.20108 Chedkoop M. Tools for Life Cycle Assessment and Ecodesign J. Trans Mat Res Jpn, 1994, 18A: 81 84 .9樊建超，羅仁安，馮輝榮.植物相容型生態(tài)混凝土的制備試驗與研究J.福建林業(yè)科技,2005 ,32 ：11 - 14.10張貴忠.鐵路綠化通道噴混凝土植生技術(shù)J.西北水資源與水工程,2003 , (14)4 :33.11 P. K. metha. Building durable structures in 21st centuryJ . Concrete international ,2001 , (3) :5 - 8.12陳禮英，陳福民.新一代“綠色水泥” J.化工管理.2014(04).13張錄平，李暉，劉亞平，孫巖.高分子生態(tài)環(huán)境材料的研究進展及應用J.工程塑料應用.2009 , (37) 9 :87-90.14 王俊宏.生態(tài)材料在河道生態(tài)工程治理中的應用J.人民長江.2013 , (44):86-88.15 馮瑞華.生物降解材料研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析J