环境材料导论

　　本书主要介绍环境材料科学与技术及其发展方向，内容包括：材料对环境的影响，环境与材料的相互作用关系，材料的环境负荷及其评价方法和应用，环境材料的基础及其分类。全书共分5章：1.导论（环境与材料）；2.化学元素的环境特征；3.材料的环境负荷；4.材料的环境影响综合评价方法；5.环境材料基础及其分类。本书可供金属材料、无机材料、高分子材料、材料工程、材料加工、汽车、机械制造、工模具、铸造、锻造、焊接、热处理等行业从事科研或生产一线的科技、管理等工程技术人员参考，也可供大学相关专业的高年级学生、研究生参考。本书的观念新颖，所有关心地球资源、环境问题及可持续发展问题的人都有可能成为其热心的读者。片断：事实上，环境问题的根本原因在于现代文明，即人类一直在单方面地消费有限的石油、煤炭、金属和其它资源。从自然环境的角度看，对于人类所需的金属材料而言，实际上存在两个有限性。第一个是地球所含的金属资源是有限的，即金属材料资源不是可以无限开采或取之不尽的。第二个是地球所能容纳的污染物量是有限的，即在制造、提取、使用、再生材料的过程中所形成的废弃物，如二氧化碳、废高炉渣等，地球表层并不是可以无限地容纳和消化它们。现实要求人类从环境保护的角度出发，重新评价人类过去的开发材料、使用材料、研究材料的活动。在现代文明社会，人类既期望获得大量高性能或高功能的各种材料，又迫切要求有一个良好的生存环境，以提高人类的生存质量，并使文明社会可持续发展。但是大规模地生产人类生存所必需的材料总是意味着在一定程度上损害生态环境，因而研究人类发展和生存所必需的材料及其工程技术与自然环境间的关系已引起材料科学工作者的关注和重视。人们开始更新忽视生存环境，单纯追求高性能、高附加值的材料发展的思路，探索发展既有良好性能或功能，又对资源和能源消耗较低，并且与环境协调较好的材料及其制品。1.2环境材料1.2.1环境材料的概念在1990～1991年间，日本东京大学生产技术研究所教授山本良一在研究材料与环境间的关系时指出：以前的材料工程学的基本出发点是力求最大限度地发挥材料的潜在性能和功能。从环境的角度出发，山本良一教授提出了环境调和型材料的概念。译成中文为“与环境协调材料”或“环境意识材料”。通常简称环境材料，英文单词为：ecomaterials。环境材料可以定义为那些具有良好的使用性能和与环境具有良好的协调性的材料。在这里涉及几个基本概念：（1）所谓与环境具有良好的协调性表现在两个方面，即材料具有低的环境负荷值和材料具有高的可循环再生率。事实上开发或生产一种材料而不产生环境负荷值是不可能的，只能是寻求相对较低的环境负荷值。另一方面，这种材料作为一种资源还应当充分地循环再生，以达到材料资源的综合循环利用。从某种意义上讲，材料具有高的可循环再生率本身就是具有较低环境负荷的表现形式之一。（2）作为一种材料，如果不考虑其性能或功能，仅追求其与环境的协调性，那么这种材料对于人类而言本身没有多大的存在价值。所以在定义环境材料时必须考虑这一基本因素。（3）应考虑材料寿命周期的全过程。这具有非常重要的现实意义。材料的寿命周期是指从原材料获取、生产、加工、使用、再生、废弃这样一个完整过程。如有些高分子材料在其制备过程中，其环境污染相对较小，而在其废弃处置过程中的环境污染很大，如果从这些材料的某一过程来看它们是与环境协调的，但其全程就不一定了。显然环境材料的定义包含了三个内容。它既满足了人类对材料的基本要求，同时也表达了人类对环境的关注和重视。根据定义，环境材料的本质特征在于其寿命周期的整个过程中具有低的环境负荷值。上述环境材料的定义是由重庆大学首先提出来的。在过去很长一段时间里，环境材料的概念是模糊的，含混的。环境材料的倡导者山本良一教授最早认为环境材料是那些环境负荷减至最低，再生率增至最大的材料（1993年10月）。并进一步指出所谓环境材料，它与传统材料明显不同，它是赋于传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，或者说是指那些直接具有净化环境、修复环境等功能的材料（1994年6月）。同年9月，山本再次提出上述观点。但是他又认为环境协调材料是一个指导性的原则，其目的是防止对环境的损伤；在人类活动中对自然资源的保护；和保证材料有较好的性能（1994年10月）。1995年4月山本再次提出环境材料是指那些具有最低环境负荷和最大再生率的材料。本书前言前言环境材料是90年代初开始形成的一个新的材料科学与工程学的研究方向。本书作者在国内较早开始从事该领域的教学和研究工作，因而有义务将我们的研究工作及国内外的研究成果较系统和全面地介绍给广大读者，使读者获得较系统的知识和以新的视野来观察人类的材料研究、开发、应用、制备、加工、再生的实践，以推动该研究的发展和应用，同时主动地、积极地、有效地参与保护环境和保证人类文明社会的可持续发展的实践活动。物质材料与地球环境、资源、能源有着十分密切的关系。作为人类文明社会存在和发展的支柱——物质材料将来应该以怎样的模式发展和存在下去呢？材料科学家正是在深刻反思和考虑这些问题的基础上提出了环境材料这一概念。环境材料是人类保护环境、走可持续发展道路的意识在材料科学与工程学科的具体体现和实践。显然，环境材料是一个涉及材料科学、材料工程学、环境科学、环境工程学、管理学等多学科的一个综合和交叉的新领域。这里要强调指出的是，环境材料的研究不同于其它材料的研究。它具有两重性。一方面，环境材料是一大类具体的物质材料，其研究与开发有助于减轻材料对环境的不良影响。另一方面，环境材料涉及到材料的环境负荷评价体系与方法，其研究与应用有助于人们客观地评价材料，为发展新材料和改造传统材料提供新的思路。本书的目的在于向广大读者介绍环境材料的基础和相关知识，力求做到在内容上具有一定的深度和系统性，同时具有较强的可读性、通俗易懂，使读者在读完本书之后有所收获、有所悟、有所思，这将使作者感到欣慰。本书适合于关心、从事这一新兴领域及其相关领域的科研、教学、管理、工程技术人员及高年级大学生和研究生选用。作者期望本书的出版对推动环境材料的基础研究和应用研究具有积极的作用。另外，由于所涉及的科学领域发展的不平衡，以及作者的个人兴趣所造成的片面性，这难免使本书存在一些缺陷，欢迎读者予以斧正。最后，作者要感谢重庆大学的丁培道教授。正是在与他无数次的讨论和漫谈中，作者获得了启迪。刘江龙1998年7月22日于重庆大学东林村

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