生物質(zhì)材料及應(yīng)用課件

生物質(zhì)材料緒論1編輯版ppt同學(xué)們，上課啦~！AreYouReady?2編輯版ppt1.1環(huán)境、資源與材料

1.1.1環(huán)境環(huán)境：指與人類密切相關(guān)、影響人類生活和生產(chǎn)活動的各種自然（包括人工干預(yù)下形成的）力量或作用的總和。分為自然環(huán)境和社會環(huán)境。自然環(huán)境：由水、土、氣、礦藏、熱、動物、植物、微生物等各種自然要素構(gòu)成，主要包括大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等；社會環(huán)境：人類與自然要素在長期共處所產(chǎn)生的各種依存關(guān)系。主要包括居住環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境、文化環(huán)境、交通環(huán)境等。3編輯版ppt環(huán)境對人類的功能主要表現(xiàn)在兩方面：一方面，它是人類生存與發(fā)展的終極物質(zhì)來源；4編輯版ppt另一方面，它承受著人類活動產(chǎn)生的廢棄物和各種作用結(jié)果。

5編輯版ppt全球十大環(huán)境問題全球氣候變暖極地冰川融化，海平面每10年將升高6厘米，使一些海岸地區(qū)被淹沒。影響降雨和大氣環(huán)流的變化，使氣候反常，易造成旱澇災(zāi)害

6編輯版ppt臭氧層的耗損與破壞紫外線輻射能破壞生物蛋白質(zhì)和基因物質(zhì)脫氧核糖核酸，造成細(xì)胞死亡；使人類皮膚癌發(fā)病率增高；傷害眼睛，導(dǎo)致白內(nèi)障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜類、蔬菜等的生長，并穿透10米深的水層，殺死浮游生物和微生物，從而危及水中生物的食物鏈和自由氧的來源，影響生態(tài)平衡和水體的自凈能力。7編輯版ppt生物多樣性減少每年至少有5萬種生物物種滅絕，平均每天滅絕的物種達(dá)140個8編輯版ppt酸雨蔓延酸雨是指大氣降水中酸堿度（pH值）低于5.6的雨、雪或其他形式的降水水中的生物生活土地質(zhì)量建筑物（特別是古跡）9編輯版ppt森林銳減森林正以每年4000平方公里的速度消失。森林的減少使其涵養(yǎng)水源的功能受到破壞，造成了物種的減少和水土流失，還加劇了溫室效應(yīng)10編輯版ppt土地荒漠化全球陸地面積占60%，其中沙漠和沙漠化面積29%。每年有600萬公頃的土地變成沙漠。經(jīng)濟損失每年423億美元。11編輯版ppt大氣污染大氣污染的主要因子為懸浮顆粒物、CO、O3、CO2、氮氧化物、鉛等。大氣污染導(dǎo)致每年有30-70萬人因煙塵污染提前死亡，2500萬的兒童患慢性喉炎，400-700萬的農(nóng)村婦女兒童受害。12編輯版ppt水污染如此水還是生命之源嗎？水是我們?nèi)粘Ｗ钚枰采辖佑|最多的物質(zhì)之一，然而就是水如今也成了危險品

13編輯版ppt海洋污染赤潮石油泄漏14編輯版ppt危險性廢物越境轉(zhuǎn)移危險性廢物是指除放射性廢物以外，具有化學(xué)活性或毒性、爆炸性、腐蝕性和其他對人類生存環(huán)境存在有害特性的廢物。15編輯版ppt面對未來的地球，我們真的值得迷茫...

我們的地球在幾千萬年的進(jìn)化中始終保持著美麗的面貌，可現(xiàn)在，人類“掌管”地球才這么短的時間，他就滿面瘡痍16編輯版ppt17編輯版ppt18編輯版ppt1.1.2資源一、定義廣義的資源：指人類生存發(fā)展和享受所需要的一切物質(zhì)的和非物質(zhì)的要素。既包括一切為人類所需要的自然物，如陽光、空氣、水、礦產(chǎn)、土壤、植物及動物等等，也包括以人類勞動產(chǎn)品形式出現(xiàn)的一切有用物，如各種房屋、設(shè)備、其它消費性商品及生產(chǎn)資料性商品，還包括信息、知識和技術(shù)、人類本身的體力和智力等無形的資財。19編輯版ppt狹義的資源：僅指自然資源聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）的資源定義：“所謂自然資源，是指在一定時間、地點的條件下能夠產(chǎn)生經(jīng)濟價值的、以提高人類當(dāng)前和將來福利的自然環(huán)境因素和條件的總稱”。包括太陽能、土地、水、大氣、巖石、礦物、森林、草地、礦產(chǎn)、海洋、生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境機能、地球物理化學(xué)的循環(huán)機能等。20編輯版ppt1.可耗竭資源定義：在任何對人類有意義的時間范圍內(nèi)，資源質(zhì)量保持不變，資源蘊藏量不再增加的資源稱為可耗竭資源。二、自然資源分類21編輯版ppt(1)可回收的可耗竭資源資源產(chǎn)品的效用喪失后，大部分物質(zhì)還能夠回收利用的可耗竭資源稱為可回收的可耗竭資源。主要指金屬等礦產(chǎn)資源，例如汽車報廢后，汽車上的廢鐵可以回收利用。資源的可回收利用程度是由經(jīng)濟條件所決定的。只有當(dāng)資源的回收利用成本低于新資源的開采成本時，回收利用才有可能。影響可耗竭資源開采量的因素有兩個：價格因素和技術(shù)進(jìn)步。22編輯版ppt(1)可回收的可耗竭資源可回收的可耗竭資源最終仍無法逃脫被耗竭的命運，但耗竭的速率是可變的，它取決于市場需求、資源產(chǎn)品的耐用性和回收利用該產(chǎn)品的程度。需要強調(diào)的是：可回收的可耗竭資源不可能100%地循環(huán)利用。根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)第二定律，“在一個封閉的系統(tǒng)內(nèi)，無限的內(nèi)循環(huán)是不可能的”。23編輯版ppt(2)不可回收的可耗竭資源使用過程不可逆，且使用之后不能恢復(fù)原狀的可耗竭資源稱為不可回收的可耗竭資源。其主要指煤、石油、天然氣等能源資源，這類資源被使用后就被消耗掉了。由于不可回收的可耗竭資源使用過程的不可逆性，決定了使用機會只有一次。24編輯版ppt2.可更新/可再生資源能夠通過自然力以某一增長率保持或增加蘊藏量的自然資源是可更新資源。例如太陽能、大氣、森林、魚類、農(nóng)作物以及各種野生動植物等。25編輯版ppt(1)可更新商品性資源財產(chǎn)權(quán)可以確定，能夠被私人所有和享用，并能在市場上進(jìn)行交易的可更新資源是可更新商品性資源。例如，私人土地上的農(nóng)作物、森林等。26編輯版ppt(2)可更新公共物品資源不為任何特定的個人所有，但是卻能為任何人所享用的可更新資源是可更新公共物品資源。如公海魚類資源、物種、空氣等。特征：消費具有不可分性或無競爭性，是指某人對某物品的消費完全不會減少或干擾他人對同一物品的消費；再是消費無排他性，指不能阻止任何人免費消費該物品。27編輯版ppt公共物品的可更新資源的非專有性屬于公共物品的可更新資源是非專有的，非專有性是財產(chǎn)權(quán)的一種減弱，它將導(dǎo)致低效率。這種配制的結(jié)果是可更新資源過度開發(fā)，以及在管理、保護(hù)和提高生產(chǎn)能力方面投資不足。28編輯版ppt三、自然資源的蘊藏量

1已探明儲量已探明儲量是利用現(xiàn)有的技術(shù)條件、資源位置、數(shù)量和質(zhì)量可以得到明確證實的儲量。又分為：（1）采儲量：為在目前的經(jīng)濟技術(shù)水平下有開采價值的資源。（2）待開采儲量：定義為儲量雖已探明，但由于經(jīng)濟技術(shù)條件的限制，尚不具備開采價值的資源。29編輯版ppt30編輯版ppt2.未探明儲量未探明儲量是指目前尚未探明但可以根據(jù)科學(xué)理論推測其存在或應(yīng)當(dāng)存在的資源，分為：（1）測存在的儲量：可以根據(jù)現(xiàn)有科學(xué)理論推測其存在的資源。（2）應(yīng)當(dāng)存在的資源：今后由于科學(xué)的發(fā)展可以推測其存在的資源。31編輯版ppt3.蘊藏量資源蘊藏量等于已探明儲量與未探明儲量之和，是指地球上所有資源儲量的總和。因為價格與資源蘊藏量的大小無關(guān)，所以蘊藏量是一個物質(zhì)概念而非經(jīng)濟概念。對于可耗竭資源來說，蘊藏量是絕對減少的；對于可更新資源來說，蘊藏量是一個可變量。這個概念之所以重要，是因為它代表著地球上所有有用資源的最高極限。32編輯版ppt4.三個重要的物質(zhì)循環(huán)自然界內(nèi)處于千變?nèi)f化中的物質(zhì)欲維持質(zhì)量——能量守恒，只有通過物質(zhì)的循環(huán)來實現(xiàn)。一旦物質(zhì)循環(huán)的程序局部發(fā)生故障，即發(fā)生環(huán)境污染，則整個自然系統(tǒng)就要遭到破壞。其中碳循環(huán)、氮循環(huán)、氧循環(huán)是三個最重要的循環(huán)。33編輯版ppt(1)碳循環(huán)：碳是構(gòu)成有機物質(zhì)的中心元素和構(gòu)成地殼巖石及礦物燃料（煤和石油）的主要成分，也是構(gòu)成各種材料，例如鋼鐵材料、高分子材料或陶瓷材料的基本元素之一。碳在鋼鐵中以間隙原子的形式和化合物的形式存在，是鋼鐵材料的一個重要化學(xué)元素和強化元素。34編輯版ppt(1)碳循環(huán)：在自然環(huán)境內(nèi)，碳的循環(huán)主要是通過二氧化碳來進(jìn)行的。由動物呼吸或礦物燃料的燃燒生成二氧化碳并放出熱量。在生物圈中二氧化碳的循環(huán)（亦構(gòu)成氧循環(huán)的一部分）主要表現(xiàn)在光合反應(yīng)中。反應(yīng)：6CO2+6H2O+2822J→C6H12O6+6O235編輯版ppt(1)碳循環(huán)：碳循環(huán)始于CO2經(jīng)綠色植物光合作用固定，以各種碳化物的形式儲存，經(jīng)過營養(yǎng)級的傳遞、分解，有一部分經(jīng)過動植物的呼吸作用及動植物尸殘體的分解轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2，回歸到大氣中去；另一部分轉(zhuǎn)入土壤或地下深層，經(jīng)過漫長的演化轉(zhuǎn)變成礦物。由于礦物燃料的燃燒，人類已經(jīng)在全球尺度上影響CO2的生物地球化學(xué)循環(huán)，每年排放到大氣中的CO2總量與日俱增，導(dǎo)致了地球表面熱量不斷積累，破壞了原來的熱量平衡，形成“溫室效應(yīng)”。36編輯版ppt北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 (1)碳循環(huán)：37編輯版ppt(2)氮循環(huán)氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要元素，而所有生物體內(nèi)均含有蛋白質(zhì)，所以氮的循環(huán)涉及到自然界的各個領(lǐng)域。氮在材料工業(yè)中也起著重要作用。例如氮在鐵中以間隙原子的形式和化合物的形式存在，是鋼鐵材料中的一個重要強化元素。同時氮還是金屬基復(fù)合材料的一個強化相的組成元素，如AlN，TiN等等。38編輯版ppt(2)氮循環(huán)氮與碳不同，氮是一個變價元素，它有多種價態(tài)，如：+5，+3，+1，-1，-3等。這使得氮的循環(huán)通過各種價態(tài)化合物組成復(fù)雜的途徑。39編輯版ppt(2)氮循環(huán)盡管大氣圈中的分子態(tài)氮N2約占大氣組成的79%（v/v），但是分子態(tài)氮對于生命是無效的。只有通過各種反應(yīng)將N2轉(zhuǎn)化成其它形態(tài)后，氮才能顯示出生命活力。因此，氮與人類的生存密切相關(guān)。40編輯版ppt(2)氮循環(huán)在生物圈中氮的循環(huán)基本模式是植物吸收N2經(jīng)生物固氮作用形成硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨、氨基酸，進(jìn)而合成蛋白質(zhì)和核酸，并和其他化合物進(jìn)一步合成為植物有機體。除生物固氮以外，閃電和宇宙射線也能使氮被氧化成硝酸鹽。食物鏈中成員的分解產(chǎn)物、排泄物在細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)變成氨，亞硝化細(xì)菌把氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，硝化細(xì)菌又進(jìn)一步將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，在循環(huán)的末端，反硝化細(xì)菌把硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿討B(tài)氮，又重新返回大氣。41編輯版ppt(2)氮循環(huán)在自然界中，氮的化合物傾向于還原狀態(tài)，常常存在于和氫化合的物質(zhì)中，而較少存在于氧化狀態(tài)。然而由于工業(yè)生產(chǎn)和人為原因帶進(jìn)環(huán)境中的氮幾乎都是氧化狀態(tài)，如NO，N2O等。42編輯版ppt(2)氮循環(huán)保持環(huán)境中氮氧化物的低濃度，對于自然界的平衡和生態(tài)系統(tǒng)的安全是非常重要的。由于礦物燃料燃燒及工業(yè)生產(chǎn)活動強度的日益劇增，使氮的循環(huán)受到了嚴(yán)重的干擾。目前，大氣中的NO2以每年0.2～0.3%的速度增加，NO2的凈增量每年達(dá)到了4×1012mol。43編輯版ppt(2)氮循環(huán)44編輯版ppt(2)氮循環(huán)氮在自然循環(huán)中的不平衡，將給生態(tài)系統(tǒng)帶來極其嚴(yán)重的惡果。首先是因硝酸鹽過量而污染天然水體，造成水體的富營養(yǎng)化，藻類過量繁殖。其次是硝酸鹽對人類和動物生存的潛在危害。硝酸鹽被人或動物攝取后，在細(xì)菌的作用下可能轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽。而亞硝酸鹽除了能同血液中的紅血球結(jié)合而破壞血液的輸氧能力之外，還會同食物中的某些有機化合物起反應(yīng)生成有致癌作用的亞硝胺化合物。氣態(tài)的氮氧化物幾乎都是劇毒性物質(zhì)，在太陽輻射下還會與碳?xì)浠锓磻?yīng)形成光化學(xué)煙霧。45編輯版ppt(3)氧循環(huán)正是由于氧在自然界中有巨大的含量及其活潑性的特征，致使環(huán)境中無處無氧（游離態(tài)或化合態(tài)），所以氧在自然界中的循環(huán)是非常復(fù)雜的。在前面所述的兩種循環(huán)中均有氧的參與，也構(gòu)成了氧循環(huán)的一部分。46編輯版ppt氧循環(huán)47編輯版ppt氧循環(huán)在自然界中參與上述循環(huán)的碳、氮、氧實際上僅為其總量的幾分之一，而大部分則儲存在各自的“儲庫”之中。例如海洋是H2O的總儲庫，地殼的巖石為C和O的總儲庫，大氣則為氮的總儲庫。因為參與循環(huán)的物質(zhì)量相對其總量而言是極少的，所以各種物質(zhì)循環(huán)一周所需的時間很長。且由于各類物質(zhì)總儲存量的不同，它們的循環(huán)周期的長短差別也很明顯。48編輯版ppt氧循環(huán)據(jù)估計，水、氧和二氧化碳在四個圈層中的循環(huán)情況是：所有地球上的水被植物的光合作用所分解，到再次由于動植物細(xì)胞的生物氧化而生成，約需時間200萬年。在此過程中產(chǎn)生的氧進(jìn)入大氣并約在2000年內(nèi)進(jìn)行再循環(huán)。CO2為動植物細(xì)胞所呼出并進(jìn)入大氣中，平均停留300年，再被植物細(xì)胞固定。49編輯版ppt北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 水、氧和二氧化碳的循環(huán)50編輯版ppt五、我國的資源狀況1、水資源狀況：

水資源總量位居世界第6位。但人均淡水資源量只是世界人均占有量的1/4。目前有16個省、自治區(qū)、直轄市的人均水資源擁有量低于國際公認(rèn)的1700m3用水緊張線。10個低于500m3嚴(yán)重缺水線。51編輯版ppt52編輯版ppt2、耕地資源狀況：耕地資源總量18.51億畝,居世界第4位。但人均耕地面積不到世界平均水平的40%。在2000多個縣（市）中，目前有600多個縣（市）人均耕地面積在世界公認(rèn)的人均耕地警戒線0.8畝以下。53編輯版ppt54編輯版ppt3、主要礦產(chǎn)資源狀況：已發(fā)現(xiàn)171種礦產(chǎn)資源,總量約占世界的12%，僅次于美國和俄羅斯，居世界第三位。但人均占有量僅為世界平均水平的58%居世界第53位。其中：鐵礦石＜9%

銅礦＜5%

鋁土礦＜2%55編輯版ppt4、能源資源狀況：能源資源探明儲量中，90%以上是煤炭。人均儲量為世界平均水平，煤炭79％石油11%

天然氣4.5%56編輯版ppt每百萬美元GNP的能耗國別能耗（TOE）相對比例日本1501

美國3912.6

歐洲2871.9

前蘇聯(lián)5633.8

中國1,76311.757編輯版ppt5、我國礦產(chǎn)資源的特點

人均礦產(chǎn)資源占有量低，主要有色金屬儲量人均占有量不到世界平均水平的1/2。礦產(chǎn)資源質(zhì)量差別懸殊、低質(zhì)資源比重大。呆滯的礦產(chǎn)資源多、開發(fā)難度大。58編輯版ppt6、我國礦產(chǎn)資源的利用狀況（1）礦產(chǎn)資源消耗大。水泥、陶瓷、鋼鐵產(chǎn)量均為世界第一。（2）礦產(chǎn)資源綜合利用率低，如有色金屬綜合利用率只有30-35%，國外先進(jìn)水平為70%。（3）二次資源開發(fā)利用技術(shù)落后，如再生鉛的比例僅為國外的50%。礦產(chǎn)資源總回收率為30－50％，比世界平均水平低10－20％；（4）礦產(chǎn)資源浪費嚴(yán)重。（5）礦產(chǎn)資源不能保證經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展?；咎卣鳎司Y源少、資源消耗大、利用率低、浪費嚴(yán)重。59編輯版ppt對我國材料工業(yè)產(chǎn)生重大影響的礦產(chǎn)資源供需狀況分析

石油：1993年已成為石油凈進(jìn)口國。鐵：富鐵礦石供不應(yīng)求，鐵礦進(jìn)口量逐年攀升。銅：供需矛盾十分尖銳。地處偏遠(yuǎn)或品位低，開發(fā)難度大，短期內(nèi)難以滿足國內(nèi)需求。鉀鹽：長期依靠進(jìn)口。錳礦：絕大部分是低品位難選的碳酸錳鐵礦。鉻鐵礦：資源嚴(yán)重不足，主要依靠進(jìn)口煤：資源充足，但統(tǒng)計中有不少非經(jīng)濟可開采。60編輯版ppt7、存在的主要問題

與中國人口數(shù)量、科技水平、財力狀況等社會經(jīng)濟條件相聯(lián)系，中國的資源情況不容樂觀。我國自然資源的地區(qū)分布不平衡，影響了資源利用與生產(chǎn)力的匹配。礦產(chǎn)資源的相對不足和高強度消耗，將嚴(yán)重制約中國經(jīng)濟和社會的健康發(fā)展。61編輯版ppt我國材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對資源的消耗資源產(chǎn)出率低我國GDP約占世界的4％，但重要資源消耗占世界的比重卻很高。消耗每噸標(biāo)準(zhǔn)煤實現(xiàn)的GDP為世界平均水平的30％。

資源利用率低我國能源轉(zhuǎn)換效率、單位GDP能耗、單位能源效率、主要耗能設(shè)備能源效率等幾個指標(biāo)與世界水平相差甚遠(yuǎn)。62編輯版ppt資源綜合利用水平低我國礦產(chǎn)資源總回收率為30%，比國外先進(jìn)水平低20個百分點。共生、伴生礦的資源綜合利用率為35％左右。我國銅、鉛、鋅伴生金屬冶煉回收率為50％左右，而發(fā)達(dá)國家的平均水平在80％以上。再生資源回收利用率低再生銅產(chǎn)量約占銅產(chǎn)量的22％，而世界平均水平為37％；再生鋁產(chǎn)量占鋁產(chǎn)量的21％，而世界平均水平為40％。63編輯版ppt我國資源儲量與實際需求存在矛盾水資源—我國淡水資源人均占有量僅為世界人均水平的1/4土地資源—我國土地資源人均占有量僅為世界人均水平的1/3森林資源—我國森林蓄積量僅為世界人均蓄積量的1/8礦產(chǎn)資源—鐵礦石、銅礦、鋁土礦人均儲量分別為世界人均水平的9%、5%、2%。45種重要礦產(chǎn)資源儲量對消費需求的保證程度十分嚴(yán)峻2010年可保證消費需求的礦產(chǎn)21種，其它24種礦產(chǎn)難以保證；2020年可保證需求的礦產(chǎn)僅為9種，其他36種礦產(chǎn)難以保證。64編輯版ppt1.1.3材料一、定義材料：指具有一定結(jié)構(gòu)、組分和性能，具有一定用途的物質(zhì)。是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。65編輯版ppt材料推動著人類文明的進(jìn)步嚴(yán)重威脅人類生存的自然環(huán)境66編輯版ppt材料流

典型材料生產(chǎn)、使用、廢棄過程示意圖67編輯版ppt以鋼鐵材料為例，經(jīng)過采選、儲運、煉鐵等步驟，最后平均8噸礦石可煉成1噸鋼。再經(jīng)過軋制、車、鉗、刨、銑等金屬加工，最后得到約700公斤的金屬制品。這些金屬制品按質(zhì)量計算，能被有效使用的不到500公斤。即使這些被有效使用的金屬制品，也有一定的服役壽命，最后都被廢棄而排放進(jìn)入環(huán)境，由環(huán)境來承擔(dān)吸收、消納和分解的任務(wù)。68編輯版ppt二、我國材料產(chǎn)業(yè)的能源消耗

主要材料產(chǎn)品的能耗占全國工業(yè)總能耗的40%，全國工業(yè)部門中黑色冶金、化學(xué)原料工業(yè)及建材工業(yè)位居綜合能源消耗前三位。

我國材料工業(yè)能耗大大高于國外先進(jìn)水平。

我國水泥噸熟料平均燒成熱耗比國外約高45%左右。69編輯版ppt我國材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對能源的消耗2005年主要材料能源消耗材料種類能源消耗/萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤占工業(yè)總能耗比例/%礦品采選業(yè)13251.58.38化學(xué)原料及制品制造業(yè)22494.0714.23化學(xué)纖維制造業(yè)1342.00.85非金屬礦物制造業(yè)18849.9411.93黑色金屬冶煉及加工業(yè)35988.2322.77有色金屬冶煉及加工業(yè)7188.694.55金屬制品業(yè)2220.381.40合計103861.065.71工業(yè)總能耗158058.3770編輯版ppt我國材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對能源的消耗我國單位產(chǎn)品能耗高。總體上主要耗能產(chǎn)品的能耗水平比國際先進(jìn)水平高出20～40%；

我國發(fā)電廠供電煤耗比世界先進(jìn)水平高20%左右，每噸鋼可比能耗比國際先進(jìn)水平高47.3％，每噸水泥熟料燃料比國際先進(jìn)水平高58.1%。我國能源系統(tǒng)的總效率與上世紀(jì)90年代發(fā)達(dá)國家相比低10-20個百分點。71編輯版ppt我國能源儲量與實際需求存在矛盾中國的能源資源居世界第三位，但已探明的煤炭儲量僅占世界探明總量的11%，原油占3%，天然氣占1%，能源總量不到全世界的10%。石油和天然氣人均儲量分別占世界人均水平的1.8%和0.2%；據(jù)專家預(yù)測，到2010年中國石油對外依存度高達(dá)45%~49%；到2020年，形勢更為嚴(yán)峻，對外依存度將上升到60%~66%。72編輯版ppt三、我國材料工業(yè)面臨的環(huán)境問題

材料工業(yè)的廢氣排放量占全國排放總量的77.2%，固體廢棄物占93.1%，工業(yè)廢水占58.6%。鋼鐵工業(yè)位于污染排放第2位，全國水泥工業(yè)產(chǎn)生的粉塵造成城鎮(zhèn)嚴(yán)重污染，有色金屬生產(chǎn)中造成的尾礦和廢渣為主的工業(yè)固體廢棄物每年超過6000萬噸，生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳、氟化氫、砷等廢氣，是有毒氣體的主要源頭之一。材料工業(yè)的生產(chǎn)對我國城鄉(xiāng)環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成了很大的威脅。73編輯版ppt我國的SO2、NOx排放量超過3000萬t/a，30%以上的國土面積遭受酸雨污染，全國酸雨造成的損失超過1000億元/a；中國工業(yè)廢渣累計堆存量已超過70億噸，占地5.5萬公頃（其中占用農(nóng)田3700公頃）。這樣不僅占用了寶貴的土地資源，而且對空氣、地表水和地下水造成嚴(yán)重污染。74編輯版ppt我國材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對環(huán)境的影響材料種類工業(yè)廢水/萬噸工業(yè)廢氣/億立米固體廢物產(chǎn)生量/萬噸礦品采選業(yè)116741572548714化學(xué)原料及制品制造業(yè)339052158879233化學(xué)纖維制造業(yè)485162886342非金屬礦物制造業(yè)48248498603237黑色金屬冶煉及加工業(yè)1699345619023506有色金屬冶煉及加工業(yè)33734131834779金屬制品業(yè)21057846121合計78568814571790067占工業(yè)排放總量百分?jǐn)?shù)/%32.3354.1766.975編輯版ppt我國材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對環(huán)境的影響2005年材料制造業(yè)污染物排放情況材料種類二氧化硫/萬噸煙塵/萬噸粉塵/萬噸礦品采選業(yè)41.123.640.3化學(xué)原料及制品制造業(yè)116.853.617.5化學(xué)纖維制造業(yè)11.54.60.1非金屬礦物制造業(yè)178.4133.9565.7黑色金屬冶煉及加工業(yè)142.269.3125.7有色金屬冶煉及加工業(yè)70.719.218.7金屬制品業(yè)2.61.71.0合計569.0308.5769.0占工業(yè)排放總量百分?jǐn)?shù)/%26.2532.5184.4176編輯版ppt我國材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展對環(huán)境的影響我國每單位GDP產(chǎn)生的NOx是日本的27.7倍、德國的16.6倍、美國的6.1倍、印度的2.8倍；所產(chǎn)生的SO2是德國的26.4倍、美國的60倍；已有約1/3的國土受到酸雨污染77編輯版ppt

2007年排放量(萬噸)SO22468.1NOx2200

煙塵986.6

粉塵698.778編輯版ppt全國近年廢氣中主要污染物排放量單位:萬噸年度SO2煙塵合計工業(yè)生活合計工業(yè)生活

20021926.61562.0364.61012.7804.2208.520032158.71791.4367.31048.7846.2202.520042254.9891.4363.51095.0886.5208.520052549.32168.4380.91182.5948.9233.620062588.81078.4854.81223.6807.520072468.12140328.1986.6771.1215.579編輯版ppt環(huán)境承載能力與經(jīng)濟快速發(fā)展存在矛盾05年，28個國控重點湖（庫）

Ⅱ類水質(zhì)的湖，占7％；Ⅲ類水質(zhì)的湖（庫）占21％；Ⅳ水質(zhì)的湖（庫）占11％；Ⅴ類水質(zhì)的湖（庫）占18％；劣Ⅴ類水質(zhì)湖（庫）占43％。太湖、滇池和巢湖水質(zhì)均為劣Ⅴ類。主要污染指標(biāo)為總氮和總磷。80編輯版ppt我國工業(yè)產(chǎn)品能源、原材料的消耗占企業(yè)生產(chǎn)成本的75％左右，若降低1％就能取得100多億元的效益。我國能源利用率若能達(dá)到世界先進(jìn)水平，每年可減少3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗。我國固體廢棄物綜合利用率若提高1％，每年就可減少約1000萬噸廢棄物的排放。

81編輯版ppt材料工業(yè)污染產(chǎn)生的主要原因工藝技術(shù)裝備落后，成為環(huán)境污染大戶。礦山資源的亂采濫挖，造成大片森林被砍伐，綠草毀掉，尾礦隨意丟放，污水任意流淌，也是造成環(huán)境破壞和污染的原因。冶煉生產(chǎn)效率低，CO2、SO2、NOx不處理，直接排放，對環(huán)境造成極大影響。82編輯版ppt四、材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的對策堅持“3R”原則減量化原則Reduce:從源頭節(jié)約資源使用和減少污染排放再利用原則Reuse:產(chǎn)品多次使用或修復(fù)、翻新或再制造后繼續(xù)使用再循環(huán)原則Recycle:廢棄物轉(zhuǎn)化為資源，實現(xiàn)再循環(huán)利用核心：資源的有效保證、資源的合理應(yīng)用、與環(huán)境的相容83編輯版ppt材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的對策1.解決礦產(chǎn)資源問題2.提高礦產(chǎn)資源開發(fā)的技術(shù)水平3.強化資源保護(hù)管理4.重視具有優(yōu)勢的礦產(chǎn)資源的開發(fā)5.提高材料性能和生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)，減少消耗6.提高材料工業(yè)技術(shù)水平，降低能耗，減少污染7.搞好“三廢”治理，提高資源綜合利用水平8.科技進(jìn)步與環(huán)境治理有機結(jié)合84編輯版ppt堅持“3R”原則---建材行業(yè)水泥工業(yè)實施窯外分解技術(shù)，可將燒成熱耗從落后窯型的5862kJ/kg熟料的熱耗降低到2931kJ/kg；將實心磚改成空心率為50％的空心磚，可實現(xiàn)成倍的節(jié)省資源和能源，建筑物的功能和居住節(jié)能也將大為改善；大力發(fā)展廢型墻體材料：大量消納和利用工業(yè)廢渣和農(nóng)業(yè)廢棄物，如利用粉煤灰、煤矸石、礦渣、稻草、秸稈，來替代天然資源制造環(huán)保利廢型墻體材料，實現(xiàn)廢物再利用。85編輯版ppt目標(biāo)：1.推行生態(tài)工業(yè)鏈，實現(xiàn)循環(huán)型社會

2.材料工業(yè)的生態(tài)化材料工業(yè)生態(tài)化是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑86編輯版ppt材料，為人類文明做出重大貢獻(xiàn)，卻也嚴(yán)重破壞了人類家園。從原材料的開采、提煉、生產(chǎn)、加工、使用一直到廢棄的過程，無不以資源和能源的極大消耗，生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重污染為代價。87編輯版ppt傳統(tǒng)的材料研究、開發(fā)與生產(chǎn)追求最大限度發(fā)揮材料的性能和功能。對材料生產(chǎn)、使用和廢棄過程中的環(huán)境問題重視不夠。

材料及其制品的制造、使用及廢棄過程是造成能源短缺、資源過度消耗和枯竭以及環(huán)境污染的主要原因之一。88編輯版ppt材料與環(huán)境的關(guān)系89編輯版ppt解決問題的思路①在盡可能滿足用戶對材料性能的要求的同時，必須考慮盡可能節(jié)約資源和能源，盡可能減少對環(huán)境的污染，改變片面追求性能的觀點；②在研究、設(shè)計、制備材料以及使用、廢棄材料產(chǎn)品時，一定要把材料及其產(chǎn)品整個壽命周期中，與環(huán)境的協(xié)調(diào)性作為重要評價指標(biāo)，改變只管設(shè)計生產(chǎn)，而不顧使用和廢棄后資源再生利用及環(huán)境污染的觀點；走與資源、能源和環(huán)境相協(xié)調(diào)的道路必然趨勢90編輯版ppt五、環(huán)境材料20世紀(jì)90年代初,日本學(xué)者山本良一提出了環(huán)境材料（ecomaterials)的概念,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。是充分考慮人類、社會、自然三者相互關(guān)系的前提下提出的新概念，它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。91編輯版ppt比較一致的定義：

在加工、制造、使用和再生過程中具有最低環(huán)境負(fù)荷、最大使用功能的人類所需材料。既包括經(jīng)改造后的現(xiàn)有傳統(tǒng)材料也包括新開發(fā)的環(huán)境材料。

生態(tài)環(huán)境材料、環(huán)境協(xié)調(diào)材料、環(huán)境意識材料、生態(tài)材料、綠色材料、環(huán)保型材料等。其它名稱92編輯版ppt環(huán)境材料的內(nèi)涵

(2)環(huán)境協(xié)調(diào)性(區(qū)別于傳統(tǒng)材料)

生產(chǎn)環(huán)節(jié)中資源和能源的消耗少工藝流程的環(huán)境負(fù)荷小廢棄后易于再生循環(huán)。（優(yōu)先爭取的目標(biāo)）(1)材料的先進(jìn)性

(3)舒適性93編輯版ppt主要研究課題環(huán)境材料與產(chǎn)品的環(huán)境設(shè)計材料與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系和相互作用材料及產(chǎn)品的環(huán)境影響的定量評估方法及其數(shù)據(jù)庫材料與產(chǎn)品的再生循環(huán)設(shè)計及工藝技術(shù)清潔、無污染、生態(tài)環(huán)境負(fù)擔(dān)性低的材料生產(chǎn)、加工和制造技術(shù)材料的超長壽命化技術(shù)現(xiàn)用材料中有害元素、自然資源中枯竭性金屬元素的替代材料與替代工藝技術(shù)可循環(huán)性的環(huán)境分解和分離材料環(huán)境凈化材料可再生材料，生態(tài)資源材料的工程技術(shù)廢物再資源化技術(shù)94編輯版ppt環(huán)境材料的分類

1.金屬類環(huán)境材料無鉛焊料發(fā)展高效率使用的金屬材料冶金工業(yè)廢渣的綜合利用再生金屬資源利用95編輯版ppt2.無機非金屬類環(huán)境材料長壽命化再生循環(huán)利用生態(tài)化新型無機非金屬新材料96編輯版ppt3.高分子環(huán)境材料高分子廢棄物的再生循環(huán)技術(shù)可降解高分子材料長壽命材料環(huán)境友好的新型高分子功能材料97編輯版ppt生態(tài)環(huán)境材料的研究進(jìn)展98編輯版ppt環(huán)境相容性材料谷殼——高純硅化物、活性碳、一次性環(huán)保餐具或生態(tài)建材天然漆木材——木材陶瓷、木材復(fù)合材料、木材混凝土甲殼素(殼聚糖)——生物醫(yī)用材料、膜分離材料天然纖維素——纖維素衍生物及產(chǎn)品仿生材料生物陶瓷及其復(fù)合材料純天然材料99編輯版ppt環(huán)境相容性材料生態(tài)水泥和混凝土

以木代鋼制備增強型混凝土用廢舊聚酯塑料生產(chǎn)有機增強混凝土、用城市固體垃圾生產(chǎn)水泥生態(tài)建材綠色建筑裝飾材料

涂料、地板、貼面膠合板環(huán)境功能玻璃100編輯版ppt生物降解材料天然物質(zhì)利用型淀粉、植物纖維、木質(zhì)素、甲殼素、海藻酸鈉等天然高分子化學(xué)合成型

脂肪族聚酯塑料制品可降解無機磷酸鹽陶瓷材料生物降解塑料101編輯版ppt可再循環(huán)制備和使用的材料可多次重復(fù)循環(huán)使用;廢棄物可作為再生資源來利用;廢棄物的處理消耗能量最少;廢棄物的處理對環(huán)境不產(chǎn)生二次污染或?qū)Νh(huán)境影響最小通用合金和簡單合金塑料合金無機非金屬固體廢棄物——無機非金屬材料特征102編輯版ppt環(huán)境工程材料二氧化硫煙氣凈化：離子交換樹脂吸附型凈化材料、稀土氧化物材料汽車尾氣(氮氧化物)凈化：稀土替代貴金屬環(huán)境凈化材料大氣污染控制材料其它污染控制材料噪聲控制材料、電磁波防護(hù)材料

水污染控制材料TiO2光催化材料103編輯版ppt環(huán)境工程材料固沙植被材料高吸水性樹脂、高分子乳液二氧化碳樹脂新材料聚碳酸酯、聚氨酯材料、生物降解材料、隔氧材料……環(huán)境修復(fù)材料104編輯版ppt環(huán)境工程材料氯氟烴化合物替代材料氨、碳?xì)浠衔?丙烷)、二氧化碳無磷洗滌劑重垢液體洗滌劑石棉替代材料含石墨無機纖維材料、硅酸鋁、硅酸鋅陶瓷纖維材料、聚酰胺纖維鋁合金替代材料塑鋼、竹-鋁、萱麻-鋁等天然纖維增強鋁基復(fù)合材料環(huán)境替代材料105編輯版ppt環(huán)境材料應(yīng)具有的特征對資源和能源消耗最少對生態(tài)環(huán)境影響最小再生循環(huán)利用率最高或可分解使用的具有優(yōu)異使用性能和特別優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性直接具有凈化環(huán)境、修復(fù)環(huán)境能力106編輯版ppt材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價

某一具體材料在其生產(chǎn)、使用、消費或再生過程中耗用的自然資源數(shù)量和能源數(shù)量，以及其向環(huán)境體系排放的各種廢棄物，例如氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)廢棄物之總量。材料的環(huán)境負(fù)荷LCA(LifeCycleAssessment)方法——生命周期評價方法107編輯版ppt六、生物質(zhì)Biomass生物質(zhì)：由光合作用產(chǎn)生的所有生物有機體的總稱，包括植物、農(nóng)作物、林產(chǎn)廢棄物、海產(chǎn)物(各種海草)和城市廢棄物(報紙、天然纖維)等。生物質(zhì)資源的特點：①無毒、價廉；②可收獲又能再生、永不枯竭；③具有生物可降解特性；④污染小，符合環(huán)境保護(hù)及人身安全等法規(guī)。108編輯版ppt由于生物質(zhì)的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化利用構(gòu)成了碳的封閉循環(huán)，其碳中性的特點將對減緩全球氣候變化問題具有重要作用。生物質(zhì)還有污染物質(zhì)少（含硫、含氮量較小），燃燒相對清潔、廉價，將有機物轉(zhuǎn)化為燃料可減少環(huán)境污染等優(yōu)點。109編輯版ppt生物質(zhì)每年以約1700億噸的速度不斷再生，如以能量換算，相當(dāng)于目前石油年產(chǎn)量的15～20倍。生物質(zhì)來源于CO2(光合作用)，燃燒后產(chǎn)生CO2，但不會增加大氣中的CO2的含量，因此生物質(zhì)與礦物質(zhì)燃料相比更為清潔。110編輯版ppt發(fā)達(dá)工業(yè)國家生物質(zhì)利用的方案PortionofrenewableresourcesofthetotalproductionofenergyandproductsintheUnitedStates(aimsandprognosis)殼牌公司到2050年化學(xué)品和能源用30%生物質(zhì)資源替代，杜邦公司到2010年用生物質(zhì)生產(chǎn)25%的產(chǎn)品。111編輯版ppt生物質(zhì)資源的開發(fā)利用成為

可持續(xù)發(fā)展和綠色化學(xué)的重要方面112編輯版ppt1.2生物質(zhì)材料1.2.1定義生物質(zhì)材料：是指由動物、植物及微生物等生命體衍生得到的材料，主要上由有機高分子物質(zhì)組成，在化學(xué)成分上生物質(zhì)材料主要由碳、氫和氧三種元素組成。

113編輯版ppt相關(guān)概念區(qū)分天然高分子（naturematerial）：指由自然界產(chǎn)生的非人工合成的高分子材料，它相對于合成高分