材料与环境
姓名：吴其军学号：205130130 班级：材料工程131
摘要：材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
材料与我们的生活息息相关，无论是吃穿住行，我们都离不开对材料的应用，材料的应用的改变和研制正式是社会发展的基础。
但是我们不得不看到由于材料的生产、制造、使用和废弃，也对人类环境带来了称重的负担，因此使得全世界的人们不得不重新审视材料与生态环境的关系。
关键词：材料环境可持续发展
一、材料的发展
材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史，因此历史学家往往根据当时有代表性的材料将人类社会划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代等。
公元前6000年，人类发明了火，掌握了钻木取火的技术。
有了火，不仅可以熟食、取暖、照明和驱兽，还可以烧制陶器。
陶瓷材料的发明和应用，创造了新石器时代的仰韶文化，后来在制陶技术的基础上又发明了瓷器。
这是陶瓷材料发展的一次飞跃，瓷器（英译名为China）的出现已成为中华民族文化的象征之一，对世界文化产生过深远的影响。
人们在大量地烧制陶瓷的实践中，熟练地掌握了高温加工技术，利用这种技术来烧炼矿石，逐渐冶炼出铜及其合金青铜。
可以说这是人类社会最早出现的金属材料，它使人类社会从新石器时代转入到青铜器时代。
炼铜技术发展为炼铁应是顺理成章的事。
用铁作为材料来制造农具，使农业生产力得到空前的提高，并促使奴隶社会解体和封建社会兴起。
我国从公元前3世纪起，即秦汉时代起就进入农业经济发达社会，到了唐宋时代，经济繁荣，科学文化发达，社会安定，国泰民安，处于盛世，形成了我国封建社会的科学文化高峰。
正如英国李约瑟博士所说的：“在3～13世纪，中国保持一个让西方人望尘莫及的科学知识水平”。
18世纪发明了蒸汽机，爆发了产业革命，小作坊式的手工操作被工厂的机械操作所代替。
工业迅猛发展，生产力空前提高，迫切要求发展铁路、航运，使生产出来的产品远销他国，占据国际市场。
社会经济的发展推动和促进了以钢铁为中心的金属材料大规模发展，有力地摧毁了封建社会的生产方式，萌发了资本主义社会。
次世界大战后各国致力于恢复经济，发展工农业生产，对材料提出质量轻、强度高、价格低等一系列新的要求。
具有优异性能的工程塑料部分地代替了金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶粘剂等都得到相应的发展和应用。
合成高分子材料的问世是材料发展中的重大突破，从此以金属材料、陶瓷材料和合成高
分子材料为主体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学。
进入20世纪80年代以来，在世界范围内高新技术迅猛发展，国际上展开激烈的竞争，各国都想在生物技术、信息技术、空间技术、能源技术、海洋技术等领域占有一席之地。
发展高新技术的关键往往与材料有关，因此新型材料的开发本身就成为一种高新技术，可称为新材料技术，其标志技术是材料设计或分子设计，即根据需要来设计具有特定功能的新材料。
二、材料对生态环境的影响
人类在创造社会文明的同时，也在不断破坏人类赖以生存的环境空间，人口膨胀、资源短缺、环境恶化成了当今社会经济发展面临的三大问题。
资源枯竭、环境恶化正对人类社会生存和社会经济稳定高速发展造成严重威胁。
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，并使文明社可持续发展。
从资源、能源和环境的角度出发，材料的提取、制备、生产、使用、再生和废弃的过程，实际上是一个资源消耗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，而另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，污染环境和恶化人类赖以生存的空间，显然材料及其产品生产是导致能源短缺、资源过度消耗乃至枯竭和环境污染的主要原因之一。
这促使各国材料研究者从头审视材料的环境负担性，研究材料与环境的相互作用，定量评价材料生命周期对环境的影响，研究开发环境协调性的新型材料。
材料与环境之间的关系极为密切。
首先，材料的性能和使用行为在很大程度上受环境的影响，这是过去材料工作者所侧重的研究内容；其次，材料的生产、使用和报废又对环境（包括资源、能源）产生重大的影响———有益作用或有害作用，而这点恰恰是以往人们所忽视的，由此而造成了资源和能源的极大浪费，环境的严重污染，如涂镀材料的生产、使用与废弃，含有害元素的易切削钢，难降解塑料所造成的“白色污染”，复合材料的难于回收与再生等。
因此，必须改变只考虑性能、经济原则的传统选材用材思想；先进的选材思想应综合考虑材料的性能（使用性能和工艺性能）、经济和环境等三大要素。
环境工程材料指对环境进行修复、净化或替代等防治环境污染过程中所使用的材料。
开发种类齐全的用于环境保护和修复的工程材料，是改善地球生态环境和环境材料研究的重要方面。
一般来说，环境工程材料可分为治理大气污染、水污染或处理固态废弃物等不同用途的几类材料。
在治理大气污染方面，目前的主要热点是开发脱除、转化燃煤和汽车废气排放的氮氧化物技术和材料H 4|，主要有吸附技术、分离技术和催化转化技术及其相应的材料。
废水中各种重金属离子吸附材料的开发，是水治理的一个重要组成部分。
如Cr(vI)离子的光催化型¨
引，采用吸附有Zr的多孔性高聚物，在合适的pH值范围内As(m)，As(V)和se(V)被显著去除i采用某些天然粘土吸收重金属、多环芳烃、碳氢化合物和苯酚，可用于石油化工的污水净化等。
重复利用是现阶段处理固态废弃物最切实可行的一步，如啤酒、饮料、酱油、醋等玻璃瓶的多次使用。
绿色包装材料包括各种以纸代塑、以木代塑或采用可降解塑料的绿色包装袋、绿色包装容器等。
目前绿色包装材料已经由过去的可降解塑料发展到“以纸代塑、以纸代铁、以纸代木”的阶段。
国外已研制出不易起化学反应的木质包装材料，这种材料采用杏仁壳、椰子壳、核桃壳等为原料，粉碎后与天然或合成树脂混合，然后采用压制或注射的方法成形，制成仿木材料。
从我国的角度考虑，因为森林资源贫乏(森林覆盖率不足国土面积的15％)，所以应大力提倡采用芦苇、竹子、甘蔗、棉杆、麦秸等替代木材造纸以及使用再生纸制品等。
环境建筑材料指无毒、无污染、环境协调性好的绿色建材和绿色装饰材料等。
目前，国内外正在出现各种各样称之为生态建材的新型建筑材料，如利用废料或城市垃圾生产的“生态水泥”等。
如有一种新型的绿色建材一一自洁玻璃能够实现玻璃的自我清洁，从而解决了高层建筑中玻璃清洁的困难。
环境降解材料包括生物降解塑料和可降解无机磷酸盐陶瓷材料等。
自20世纪70年代起，白色污染成为生态环境的一大公害。
普通高分子材料在自然环境中的分解速度很慢，人类大量使用和废弃的高分子塑料，在环境中长期积累，是白色污染遍及全球的主要原因。
可降解塑料生物降解塑料是指使用后能在自然界微生物或光的作用下最后完全分解成二氧化碳、水及其他低分子化合物，成为自然界中碳循环的一个组成部分的一种生态材料。
这种材料在方便人们的同时可以最大限度的减少对环境的破坏。
环境修复指已破坏的环境进行生态化治理，恢复被破坏的生态环境口⋯。
包括治理大气污染的吸附、吸收和催化转化材料；治理水污染的沉淀、中和、氧化还原材料；减少有害固态废弃物污染的固体隔离材料，防止土壤沙漠化的固沙植被材料等。
这样，人们也不必再在饱受沙尘暴的侵扰，许多由于过度开发和污染而遭受破坏的自然风光又能恢复往日生机。
涉及替代氟利昂的致冷剂材料、工业和民用的无磷洗涤剂以及其他化学品材料等。
另外，用竹、木等天然材料代替那些环境负荷较大的结构材料的事实也属于环境替代材料的一类。
木材是地球上数量最多的植物材料。
日本已有好几处全部用木材建造的大型体育场馆。
从生态观点看，木材加工能耗低和再生循环利用易于处理，因此对木材的开发与应用研究受到越来越多的重视。
使用这些材料后，夏日享受空调的凉爽时以及洗净衣服时再也不必担心这样会破坏珍惜的环境。
总之，许多材料在方便人们生活的同时也极大的损害了我们赖以生存的环境，我们现在要做的便是开发和使用更多新型的性质优越的替代材料，使其对环境的危害降到最低，并开发更多可靠的环境材料来净化已经受到破坏的自然环境，使他们能够重现往日生机。
三、如何实现材料的可持续发展
综上所述，可持续发展战略下的材料选择，就是要充分考虑材料的绿色特性或环境协调性与材料的功能、成本之间的平衡关系。
具体来讲，在材料选用时应考虑以下几点。
（一）选择绿色材料
这是从材料角度保证可持续发展战略的根本出路。
绿色材料具有环境协调性，是材料发展史上一个重要的转折点，并已成为全球材料科学工作者追逐的热点，如国际材料联合会曾于1995年在中国广州召开环境材料国际学术会议。
真正的绿色材料尚处在开发之中，预计在不久的将来会有较大的突破与进展。
（二）减少所用材料种类
即设计时尽量避免选用多种不同的材料或采用易拆卸分离的结构设计，以便产品维修或报废后的回收、分类和再利用。
例如，Whirlpool 公司的德国合作伙伴的包装工程师将用于包装的材料从 20 种减少到 4 种，在满足基本功能要求的前提下，不仅降低了材料成本，且使处理废弃物的成本减少了一半。
设计一个金属工具箱时，在结构上既应避免采用不同的金属焊接；又要提倡将工具箱设计成可分拆的、独立的多个分部箱体组成，且每个独立分箱只宜用一种材料。
（三）尽量选用不加涂、镀层的原材料
现代产品设计中为了美观、耐蚀等目的，大量使用了涂、镀材料。
这不仅给产品报废后的材料回收、再利用带来了困难，而且大部分涂料本身就有毒，且涂、镀工艺过程也给环境带来了极大的污染（如涂料挥发毒性溶剂气体，电镀时产生的含铬等重金属的废液、废渣污染等）。
（四）选用产品报废后能自然分解并为自然界吸收的材料
当产品使用报废后，其废弃物材料若不易分解且难于为自然界吸收，将对环境产生极大的污染，高分子材料的加工和使用后的废弃物就属此例，尤其是塑料包装材料造成的污染极为严重。
如现在国内外均在研究在光合作用或生物作用下能自然分解的塑料用以制作包装材料和农用薄膜，这种新型塑料在废弃后，能在一定的时间内经光合作用而脆化、降解成碎片，再经自然界的侵蚀进入土壤而被微生物消化（即生化作用），不再给环境造成污染。
再如，恒温发热伴体采用 PTC 材料（如 BaTiO3 陶瓷）代替导电塑料，使用报废后将不对环境造成污染。
（五）选用易回收再生的材料
产品加工与报废后所废弃的材料，若易于回收、再生，则不仅可减轻环境污染，而且还利于资源的循环再使用，节约能源，减少废弃垃圾占放地，具有明显的社会效益和经济效益。
如在国外，有人设计了一种纸板床，它全部是由再生材料制造的双层波纹纸板制成。
值得提及的是，这种波纹纸板床在废弃后还可多次回收再生，当用这种波纹纸板代替木板来制造包装用的托架时，在等强度的条件下，其重量只有木板托架的 1／4 ，这将大大降低运输成本。
当然，更具意义的是节约了木材而减少了对森林资源的滥用和破坏，进而有利于防止水土流失、沙尘暴等灾害，意义重大。
绿色材料的研究与应用对可持续发展战略的实施影响重大。
虽然目前的工作还主要局限在材料的回收和重复利用技术、减少“三废”的材料技术与工艺、减少环境污染的代用材料、环境净化材料、可降解材料等方面，但随着环境意识的加强，在研究和应用材料时，考虑环境因素已是必然趋势，绿色材料制造的绿色产品时代也将随之到来。
参考文献：
[1] 蒋国良，袁超.生物质转化技术与应用研究进展.河南农业大学学报，2005,39（4）：464-471.
[2] 孙永明.我国生物质能源与生物质利用现状与展望.可再生能源，2006,126（2）：78-82.
[3] 张坤民, 温宗国. 中国可持续发展与环保产业[J]. 重庆环境科学, 2002, 24(2):3-5.
[4] 师昌绪. 材料与可持续发展[J]. 自然杂志, 1998(2):63-68.
[5] 李金桂, 张启富, 袁训华. 材料与环境[C]// 2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷). 2011.
[6] 袁敏. 建筑材料与环境[J]. 科教文汇旬刊, 2010(3):123-124.。
