環(huán)境友好材料及其應(yīng)用

前言

　　近年來由于工業(yè)化的擴(kuò)大，全球環(huán)境污染問題嚴(yán)重惡化和加劇，因此清潔生產(chǎn)工藝受到了很大的重視。清潔生產(chǎn)主要包括從源頭削減污染以及對生產(chǎn)或服務(wù)的全過程實(shí)施控制。清潔生產(chǎn)工藝可以采用環(huán)境友好的工藝進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，減少廢棄物和污染物的環(huán)境排放，減少末端治理的污染負(fù)荷，提高企業(yè)污染防治的效果，使環(huán)境中的能源和資源得到有效的利用并促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行。從源頭上減少污染的一種方法就是將過去一些劇毒的化工原料改為低毒或少毒的化工原料進(jìn)行化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境友好材料的制備工藝過程?！　…h(huán)境友好材料是指對環(huán)境不產(chǎn)生危害，甚至對環(huán)境有保護(hù)或改善作用、有利于人類健康、對環(huán)境沒有排放有污染物質(zhì)的一類材料?！　…h(huán)境友好材料主要是指在其生命周期的過程中具有無毒的化合物、可采用清潔方法生產(chǎn)、可循環(huán)利用、易生物降解等對環(huán)境有保護(hù)或改善作用、有利于人類健康、對環(huán)境沒有排放有污染物質(zhì)的一類材料。環(huán)境友好材料應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性、功能性、環(huán)境協(xié)調(diào)性和舒適性4個(gè)原則。　　針對化工生產(chǎn)過程中的特點(diǎn)，環(huán)境友好材料不但可以從產(chǎn)品生產(chǎn)源頭進(jìn)行污染控制，盡可能采用無毒無害的原料替代對環(huán)境有害的材料，如環(huán)境友好綠色水性建筑涂料，環(huán)境友好綠色汽車涂層材料等；而且還可以在生產(chǎn)過程中，將廢料再循環(huán)利用，如粉煤灰的綜合利用等；同時(shí)在化工生產(chǎn)過程末端，采用這種材料對工業(yè)三廢進(jìn)行修復(fù)與治理，有利于環(huán)境質(zhì)量控制和改善，如環(huán)境凈化材料天然高分子改性絮凝劑、環(huán)境催化材料脫硫劑等。　　本書介紹了幾種典型環(huán)境友好材料的研究進(jìn)展、制備方法、表征方法、性能及其應(yīng)用性能。結(jié)合作者的工作實(shí)踐，重點(diǎn)放在環(huán)境友好水性建筑乳液涂料、環(huán)境友好綠色汽車涂層材料、環(huán)境催化材料和環(huán)境凈化材料天然高分子絮凝劑上，這些內(nèi)容均為作者多年來科研工作的總結(jié)。本書可供從事環(huán)境友好材料生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、科研和教學(xué)的科技人員在工作時(shí)參考，也可作為大專院校研究生和本科生的教材和教學(xué)參考書。　　本書的撰寫和思路，得到了我的博士生導(dǎo)師張高勇院士的精心指導(dǎo)，反復(fù)修改和多次審閱，并提出了很多建設(shè)性的意見，在此表示由衷的感謝。感謝武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院龔淑玲教授、董金鳳教授、周曉海教授、洪昕林講師、龔楚清老師的大力支持和幫助，同時(shí)還得到了中國海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李春虎教授、教育部和山西省煤科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室樊惠玲副教授、上官炬教授、廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院李彥旭教授和太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院很多老師的幫助。他們對書稿提出了不少寶貴意見，對本書的多次修改起到了積極的作用。另外感謝萬鵬、賈文珍、郝軒、石翔、郭惠等同學(xué)在材料的輸入和實(shí)驗(yàn)操作上所做的工作?！　「兄x山西省自然科學(xué)基金（2008011020）對本書第五章科研內(nèi)容的資助。在本書的撰寫過程中，得到了化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持，在這里一并表示感謝。　　由于作者水平和知識面所限，本書雖多次修改，疏漏不當(dāng)之處在所難免，懇請有關(guān)專家和廣大讀者批評指正，不吝賜教。

內(nèi)容概要

　　《環(huán)境友好材料及其應(yīng)用》介紹了清潔生產(chǎn)工藝重要組成部分之一的環(huán)境友好材料的制備，主要介紹了幾種典型材料的研究、制備、表征、性能等，包括水性建筑涂料、綠色汽車涂層材料、環(huán)境催化材料、環(huán)境凈化材料等?？晒┫嚓P(guān)專業(yè)科技人員及大專院校師生教學(xué)參考。

書籍目錄

第1章 環(huán)境材料概論1.1 環(huán)境材料的概念1.2 環(huán)境材料的研究內(nèi)容與分類1.2.1 綠色友好材料1.2.2 環(huán)境工程材料1.2.3 環(huán)境相容材料1.2.4 環(huán)境可降解材料1.2.5 固體廢棄物利用材料1.2.6 環(huán)境修復(fù)材料1.3 各種環(huán)境材料的研究進(jìn)展1.3.1 綠色汽車涂層材料研究進(jìn)展1.3.2 綠色建筑乳液涂料研究進(jìn)展1.3.3 綠色建筑細(xì)乳液涂料研究進(jìn)展1.3.4 環(huán)境凈化材料天然高分子絮凝劑研究進(jìn)展1.3.5 環(huán)境催化材料高溫煤氣脫硫劑研究進(jìn)展參考文獻(xiàn)第2章 綠色汽車涂層材料——有機(jī)硅改性高固體分羥基丙烯酸樹脂2.1 前言2.2 合成工藝2.2.1 合成用材料2.2.2 合成裝置和工藝2.2.3 合成產(chǎn)物的性能檢測方法2.3 有機(jī)硅改性高固體分羥基丙烯酸樹脂的基本性質(zhì)與結(jié)構(gòu)表征2.4 合成條件的影響因素2.4.1 溶劑的選擇2.4.2 引發(fā)劑的選擇2.4.3 鏈轉(zhuǎn)移劑的選擇2.4.4 聚合溫度的影響2.4.5 硅含量對熱學(xué)性質(zhì)的影響2.4.6 硅含量和固化溫度對水接觸角的影響2.4.7 分子量對涂膜水接觸角的影響2.4.8 表面能估算方法的選擇2.4.9 聚合物分子量對涂膜表面能的影響2.4.10 硅含量對涂膜形貌特征（AFM）的影響2.4.11 硅含量對涂膜表面結(jié)構(gòu)（XPS）的影響2.5 有機(jī)硅改性高固體分羥基丙烯酸樹脂的應(yīng)用性能2.6 結(jié)論參考文獻(xiàn)第3章 環(huán)境友好綠色建筑涂料——有機(jī)硅改性聚丙烯酸酯乳液3.1 前言3.2 制備工藝3.3 表征方法3.3.1 紅外?全反射的測定3.3.2 透射電鏡3.3.3 動態(tài)光散射3.3.4 熱失重分析3.3.5 接觸角測定方法3.3.6 表面能的估算方法3.3.7 AFM3.3.8 XPS3.3.9 乳液聚合單體轉(zhuǎn)化率測試3.3.10 乳液固含量測試3.3.11 乳液的穩(wěn)定性測試3.4 綠色水性建筑涂料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.5 影響聚合反應(yīng)的因素3.5.1 乳化劑配比對轉(zhuǎn)化率的影響3.5.2 乳化劑濃度對轉(zhuǎn)化率的影響3.5.3 反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率的影響3.5.4 有機(jī)硅單體含量對轉(zhuǎn)化率的影響3.5.5 有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的粒徑分布3.5.6 有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的結(jié)構(gòu)表征3.5.7 形貌及粒徑3.5.8 熱重分析3.5.9 有機(jī)硅含量對有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液薄膜水接觸角的影響3.5.10 有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的表面粗糙度3.5.11 XPS3.5.12 流變性分析3.6 有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液建筑涂料的應(yīng)用3.7 結(jié)論參考文獻(xiàn)第4章 環(huán)境友好綠色建筑涂料——有機(jī)硅改性聚丙烯酸酯核殼細(xì)乳液4.1 前言4.2 制備工藝4.2.1 制備所需原料4.2.2 制備方法4.2.3 表征方法4.3 細(xì)乳液結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4 影響細(xì)乳液聚合的因素4.4.1 乳化劑濃度的影響4.4.2 反應(yīng)溫度的影響4.4.3 有機(jī)硅單體含量的影響4.4.4 FTIR結(jié)果4.4.5 細(xì)乳液產(chǎn)物的形態(tài)結(jié)構(gòu)4.4.6 熱穩(wěn)定性4.4.7 有機(jī)硅含量對水接觸角的影響4.4.8 有機(jī)硅改性丙烯酸酯細(xì)乳液的微觀形貌4.4.9 XPS結(jié)果4.4.1 0流變性能4.5 水性細(xì)乳液建筑涂料的應(yīng)用4.6 結(jié)論參考文獻(xiàn)第5章 環(huán)境凈化材料——天然高分子改性絮凝劑5.1 概述5.2 殼聚糖制備工藝5.3 高分子絮凝劑制備工藝5.3.1 制備方法5.3.2 分離方法5.3.3 表征方法5.4 影響因素5.4.1 反應(yīng)溫度對聚合反應(yīng)的影響5.4.2 引發(fā)劑濃度對聚合反應(yīng)的影響5.4.3 單體用量對聚合反應(yīng)的影響5.4.4 反應(yīng)時(shí)間對聚合反應(yīng)的影響5.4.5 殼聚糖改性丙烯酸酯絮凝劑的紅外光譜分析5.5 改性天然高分子絮凝劑在水處理中的應(yīng)用5.6 結(jié)論參考文獻(xiàn)第6章 環(huán)境催化材料——高溫煤氣脫硫劑6.1 前言6.2 高溫煤氣脫硫劑的制備與物性參數(shù)6.2.1 高溫煤氣脫硫劑的制備6.2.2 高溫煤氣脫硫劑的成型6.2.3 高溫煤氣脫硫劑的煅燒6.2.4 高溫煤氣脫硫劑的工藝6.2.5 高溫煤氣脫硫劑的物性參數(shù)6.2.6 高溫煤氣脫硫劑的表征方法6.3 含不同助劑高溫煤氣脫硫劑的脫硫性能6.3.1 脫硫反應(yīng)機(jī)理6.3.2 不同高溫煤氣脫硫劑的脫硫性能6.3.3 不同高溫煤氣脫硫劑硫化性能橫向比較6.3.4 高溫煤氣脫硫劑的壽命研究6.3.5 小結(jié)6.4 新型高溫煤氣脫硫劑的再生性能6.4.1 高溫煤氣脫硫劑的再生6.4.2 各種高溫煤氣脫硫劑多次循環(huán)的再生變化規(guī)律6.4.3 高溫煤氣脫硫劑再生規(guī)律的橫向比較6.4.4 高溫煤氣脫硫劑的再生壽命研究6.4.5 小結(jié)6.5 影響高溫煤氣脫硫劑的因素6.5.1 助劑對高溫煤氣脫硫劑機(jī)械強(qiáng)度的影響6.5.2 不同高溫煤氣脫硫劑比表面積的變化6.5.3 冷卻方式對高溫煤氣脫硫劑性能的影響6.5.4 冷卻方式對高溫煤氣脫硫劑再生曲線的影響6.5.5 煅燒溫度對高溫煤氣脫硫劑脫硫性能的影響6.5.6 煅燒溫度對高溫煤氣脫硫劑再生曲線的影響6.5.7 煅燒時(shí)段對高溫煤氣脫硫劑再生曲線的影響6.5.8 硫化溫度對高溫煤氣脫硫劑脫硫性能的影響6.5.9 硫化溫度對脫硫時(shí)間的影響6.5.10 H2S濃度對脫硫劑反應(yīng)速率的影響6.6 結(jié)論參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　環(huán)境材料概論　　1.1　環(huán)境材料的概念　　材料是人類生活和生產(chǎn)中極為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展過程促進(jìn)了人類社會的進(jìn)步。在社會發(fā)展的進(jìn)程中，材料的進(jìn)步帶來了人類生產(chǎn)和生活的變化，使人類進(jìn)入文明而穩(wěn)定舒適的生活環(huán)境。近年來由于過度使用自然界的資源作為材料，造成資源枯竭、能源短缺等一系列環(huán)境污染、生態(tài)破壞問題，因此在這種條件下產(chǎn)生了新材料的概念。新材料是新技術(shù)發(fā)展的必要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)代新技術(shù)革命的先導(dǎo)?！　?0世紀(jì)90年代視，資源及環(huán)境開始嚴(yán)重制約社會的發(fā)展，日本的山本良一教授首次提出了“環(huán)境材料”的概念，他認(rèn)為環(huán)境材料是指具有較低環(huán)境負(fù)荷和較大再生率的材料，環(huán)境材料的生產(chǎn)目的是防治對環(huán)境的損害，在人類活動中對自然資源的保護(hù)和保證材料有較好的性能等。1993年4月日本的山本良一教授成立了“日本環(huán)境材料研究會”。隨后又先后召開了．3屆國際環(huán)境材料大會。我國也于2004年成立了中國材料學(xué)會生態(tài)環(huán)境材料分會，開始了專門性的學(xué)術(shù)研究活動。此后，又進(jìn)一步提出了生態(tài)環(huán)境材料、Ecomaterials（環(huán)境材料）、Ecological Mat．erials（生態(tài)環(huán)境材料）和Ecoproducts（環(huán)境協(xié)調(diào)性產(chǎn)品）以及Ecodesign（環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)）等一系列新的概念。

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