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材料科学概论结课论文

院系：化学与环境工程学院

班级：环境工程11102班

材料科学与环境工程相结合近期的发展

材料是人类文明进步的物质基础和先导，材料科学的发展水平在一定程度上代表了一个国

家工业水平的高低，目前很多高新技术的瓶颈归根结底都是要解决材料问题。但是，材料科

学在其发展的历史上，也是造成资源、能源过度消耗，自然生态环境不断恶化的主要元凶之

一。环境污染和生态平衡破坏已经严重地制约了我国经济的发展。这其中与材料有关的环境

污染占到了一半以上。因此，材料产业只有走与资源、能源和环境相协调的道路才是可持续

发展的。也正是在这样一个背景下，必须要环境工程与材料科学相结合进行发展。

环境问题是当今社会发展所面临的三大类主要问题之一，人们在创造空前巨大的物质财富

和前所未有的社会文明的同时，也在不断破坏其赖以生存的环境。从资源、能源和环境的角

度考虑，材料的提取、制备、生产、使用和废弃的过程，实际上是一个资源和能源消耗及环

境污染的过程。材料一方面推动着人类社会的物质文明，一方面又大量消耗资源和能源，并

在生产、使用和废弃过程中排放大量的污染物，危害和恶化人类赖以生存的空间。材料产业

一方面成为环境污染的主要来源之一，另一方面环境的净化与修复在很大程度上都依赖于更

高性能材料的开发。用于防止、治理或修复环境污染的材料称为环境工程材料。

环境工程材料包括环境净化材料、环境修复材料以及环境替代材料。治理大气污染的吸附、

吸收和催化转化材料，治理水污染的过滤、吸附、氧化还原材料，减少有害固态废弃物污染

的固体隔离材料，噪声控制材料、电磁防护材料等，都属于环境净化材料；另外还包括过滤、

分离、杀菌、消毒材料等。防止土壤沙漠化的固沙植被材料属于环境修复材料。从材料的全

生命周期进行考虑，环境替代材料可以被划归在环境协调性材料里面。

1环境净化材料

1.1水污染控制材料

常用的废水处理方法可分为以下3类：①分离处理，即通过各种外力的作用使污染物从

废水中分离出来，通常在分离过程中并不改变污染物的化学性质；②转化处理，即通过化

学或生化的作用，改变污染物的化学性质，使其转化为无害物或可分离的物质，再经分离处

理予以除去；③稀释处理，即将废水进行稀释混合，降低污染物的浓度，减少危害。针对

不同的水处理方法，开发了不同用途的环境工程材料。目前，用于废水分离工艺的主要包括

用于过滤、吸附的滤料、吸附剂、膜分离材料等；用于废水生化处理的主要有用于固定微生

物的金属或陶瓷载体；用于废水化学处理的主要有高效率并且不产生二次污染的各种催化剂，

如二氧化钛光催化剂等。

利用吸附剂的物理吸附、离子交换、络合等特点，能够去除水中的各种金属离子，主要用

于处理含重金属元素的废水。天然粘土能吸收重金属、多环芳烃、碳氢化合物和苯酚等，可

用于石油化工厂的污水净化。此外，物理吸附还能够吸附水中的颗粒物以及部分有机污染物。

吸附剂的开发主要考虑其吸附效率、选择性、成本等性能。

天然沸石由于来源广泛、处理效果好、不产生二次污染等优点，目前已逐渐替代传统的活

性炭吸附剂成为主要的水处理吸附剂。目前对于天然沸石的研究主要集中在通过物理化学方

法对材料的表面性质进行改性，制备介孔复合体材料，降低其制备成本以及进一步提高吸附

效率。文献利用天然沸石作为基体，在分子尺度范围内可控地破坏孔洞结构，进行造孔，制

得了一种新型介孔复合吸附材料。

近年来有很多关于改性多聚糖吸附剂的研究，文献中报了由淀粉、糊精、壳素等天然生物

质中提取多聚糖，制备交联多聚糖吸附剂的研究。实验证明，这种多糖吸附剂具有非常优秀

的去除水体中污染物的能力，与传统的吸附剂相比更具竞争实力。

沉淀分离方法也是水处理中经常使用的分离工艺。治理水污染的沉淀分离工艺过程用材料，

包括用于絮凝沉淀的絮凝剂和化学沉淀的沉淀剂2种。高铁酸盐絮凝剂是水处理中已广泛

使用的絮凝剂，能够有效降解有机物，去除悬浮颗粒及凝胶，其瓶颈在于产率比较低，前处

理工艺对其治理效果有一定的影响。因此，研究主要集中在改善制备工艺、提高产率以及产

物的稳定性、寻找替代次氯酸盐以及氯化物的氧化剂等方面。

市政生活污水通常采用生化处理工艺。固定化微生物技术是使用化学或物理的方法将游离

这种水处理方法具有生物浓度易控制、耐毒害能力强、菌种流失少、产物易分离、运行设备

小型化等特点，但是固定化材料性能的不足限制了其应用。使用高岭土、长石、石灰石、石

英等制备了符合要求的固定化微生物的多孔陶瓷，根据实验确定了最佳的制备参数，达到了