環(huán)境材料導論

　　本書主要介紹環(huán)境材料科學與技術及其發(fā)展方向，內容包括：材料對環(huán)境的影響，環(huán)境與材料的相互作用關系，材料的環(huán)境負荷及其評價方法和應用，環(huán)境材料的基礎及其分類。全書共分5章：1.導論（環(huán)境與材料）；2.化學元素的環(huán)境特征；3.材料的環(huán)境負荷；4.材料的環(huán)境影響綜合評價方法；5.環(huán)境材料基礎及其分類。本書可供金屬材料、無機材料、高分子材料、材料工程、材料加工、汽車、機械制造、工模具、鑄造、鍛造、焊接、熱處理等行業(yè)從事科研或生產一線的科技、管理等工程技術人員參考，也可供大學相關專業(yè)的高年級學生、研究生參考。本書的觀念新穎，所有關心地球資源、環(huán)境問題及可持續(xù)發(fā)展問題的人都有可能成為其熱心的讀者。片斷：事實上，環(huán)境問題的根本原因在于現(xiàn)代文明，即人類一直在單方面地消費有限的石油、煤炭、金屬和其它資源。從自然環(huán)境的角度看，對于人類所需的金屬材料而言，實際上存在兩個有限性。第一個是地球所含的金屬資源是有限的，即金屬材料資源不是可以無限開采或取之不盡的。第二個是地球所能容納的污染物量是有限的，即在制造、提取、使用、再生材料的過程中所形成的廢棄物，如二氧化碳、廢高爐渣等，地球表層并不是可以無限地容納和消化它們?，F(xiàn)實要求人類從環(huán)境保護的角度出發(fā)，重新評價人類過去的開發(fā)材料、使用材料、研究材料的活動。在現(xiàn)代文明社會，人類既期望獲得大量高性能或高功能的各種材料，又迫切要求有一個良好的生存環(huán)境，以提高人類的生存質量，并使文明社會可持續(xù)發(fā)展。但是大規(guī)模地生產人類生存所必需的材料總是意味著在一定程度上損害生態(tài)環(huán)境，因而研究人類發(fā)展和生存所必需的材料及其工程技術與自然環(huán)境間的關系已引起材料科學工作者的關注和重視。人們開始更新忽視生存環(huán)境，單純追求高性能、高附加值的材料發(fā)展的思路，探索發(fā)展既有良好性能或功能，又對資源和能源消耗較低，并且與環(huán)境協(xié)調較好的材料及其制品。1.2環(huán)境材料1.2.1環(huán)境材料的概念在1990～1991年間，日本東京大學生產技術研究所教授山本良一在研究材料與環(huán)境間的關系時指出：以前的材料工程學的基本出發(fā)點是力求最大限度地發(fā)揮材料的潛在性能和功能。從環(huán)境的角度出發(fā)，山本良一教授提出了環(huán)境調和型材料的概念。譯成中文為“與環(huán)境協(xié)調材料”或“環(huán)境意識材料”。通常簡稱環(huán)境材料，英文單詞為：ecomaterials。環(huán)境材料可以定義為那些具有良好的使用性能和與環(huán)境具有良好的協(xié)調性的材料。在這里涉及幾個基本概念：（1）所謂與環(huán)境具有良好的協(xié)調性表現(xiàn)在兩個方面，即材料具有低的環(huán)境負荷值和材料具有高的可循環(huán)再生率。事實上開發(fā)或生產一種材料而不產生環(huán)境負荷值是不可能的，只能是尋求相對較低的環(huán)境負荷值。另一方面，這種材料作為一種資源還應當充分地循環(huán)再生，以達到材料資源的綜合循環(huán)利用。從某種意義上講，材料具有高的可循環(huán)再生率本身就是具有較低環(huán)境負荷的表現(xiàn)形式之一。（2）作為一種材料，如果不考慮其性能或功能，僅追求其與環(huán)境的協(xié)調性，那么這種材料對于人類而言本身沒有多大的存在價值。所以在定義環(huán)境材料時必須考慮這一基本因素。（3）應考慮材料壽命周期的全過程。這具有非常重要的現(xiàn)實意義。材料的壽命周期是指從原材料獲取、生產、加工、使用、再生、廢棄這樣一個完整過程。如有些高分子材料在其制備過程中，其環(huán)境污染相對較小，而在其廢棄處置過程中的環(huán)境污染很大，如果從這些材料的某一過程來看它們是與環(huán)境協(xié)調的，但其全程就不一定了。顯然環(huán)境材料的定義包含了三個內容。它既滿足了人類對材料的基本要求，同時也表達了人類對環(huán)境的關注和重視。根據(jù)定義，環(huán)境材料的本質特征在于其壽命周期的整個過程中具有低的環(huán)境負荷值。上述環(huán)境材料的定義是由重慶大學首先提出來的。在過去很長一段時間里，環(huán)境材料的概念是模糊的，含混的。環(huán)境材料的倡導者山本良一教授最早認為環(huán)境材料是那些環(huán)境負荷減至最低，再生率增至最大的材料（1993年10月）。并進一步指出所謂環(huán)境材料，它與傳統(tǒng)材料明顯不同，它是賦于傳統(tǒng)結構材料、功能材料以特別優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調性的材料，或者說是指那些直接具有凈化環(huán)境、修復環(huán)境等功能的材料（1994年6月）。同年9月，山本再次提出上述觀點。但是他又認為環(huán)境協(xié)調材料是一個指導性的原則，其目的是防止對環(huán)境的損傷；在人類活動中對自然資源的保護；和保證材料有較好的性能（1994年10月）。1995年4月山本再次提出環(huán)境材料是指那些具有最低環(huán)境負荷和最大再生率的材料。本書前言前言環(huán)境材料是90年代初開始形成的一個新的材料科學與工程學的研究方向。本書作者在國內較早開始從事該領域的教學和研究工作，因而有義務將我們的研究工作及國內外的研究成果較系統(tǒng)和全面地介紹給廣大讀者，使讀者獲得較系統(tǒng)的知識和以新的視野來觀察人類的材料研究、開發(fā)、應用、制備、加工、再生的實踐，以推動該研究的發(fā)展和應用，同時主動地、積極地、有效地參與保護環(huán)境和保證人類文明社會的可持續(xù)發(fā)展的實踐活動。物質材料與地球環(huán)境、資源、能源有著十分密切的關系。作為人類文明社會存在和發(fā)展的支柱——物質材料將來應該以怎樣的模式發(fā)展和存在下去呢？材料科學家正是在深刻反思和考慮這些問題的基礎上提出了環(huán)境材料這一概念。環(huán)境材料是人類保護環(huán)境、走可持續(xù)發(fā)展道路的意識在材料科學與工程學科的具體體現(xiàn)和實踐。顯然，環(huán)境材料是一個涉及材料科學、材料工程學、環(huán)境科學、環(huán)境工程學、管理學等多學科的一個綜合和交叉的新領域。這里要強調指出的是，環(huán)境材料的研究不同于其它材料的研究。它具有兩重性。一方面，環(huán)境材料是一大類具體的物質材料，其研究與開發(fā)有助于減輕材料對環(huán)境的不良影響。另一方面，環(huán)境材料涉及到材料的環(huán)境負荷評價體系與方法，其研究與應用有助于人們客觀地評價材料，為發(fā)展新材料和改造傳統(tǒng)材料提供新的思路。本書的目的在于向廣大讀者介紹環(huán)境材料的基礎和相關知識，力求做到在內容上具有一定的深度和系統(tǒng)性，同時具有較強的可讀性、通俗易懂，使讀者在讀完本書之后有所收獲、有所悟、有所思，這將使作者感到欣慰。本書適合于關心、從事這一新興領域及其相關領域的科研、教學、管理、工程技術人員及高年級大學生和研究生選用。作者期望本書的出版對推動環(huán)境材料的基礎研究和應用研究具有積極的作用。另外，由于所涉及的科學領域發(fā)展的不平衡，以及作者的個人興趣所造成的片面性，這難免使本書存在一些缺陷，歡迎讀者予以斧正。最后，作者要感謝重慶大學的丁培道教授。正是在與他無數(shù)次的討論和漫談中，作者獲得了啟迪。劉江龍1998年7月22日于重慶大學東林村

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