环境材料学 环境替代材料ppt课件

1、环境工程资料环境工程资料环境替代资料环境替代资料环境替代资料环境替代资料?氟里昂替代品氟里昂替代品?石棉替代品石棉替代品?含磷洗涤替代品含磷洗涤替代品氟里昂氟里昂?化学组成化学组成?氟里昂是卤代烃的总称。最早商品化的氟里昂是二氟氟里昂是卤代烃的总称。最早商品化的氟里昂是二氟二氯甲烷二氯甲烷(1932) 、一氟三氯甲烷、一氟三氯甲烷(1931) ,还有四氟二还有四氟二氯乙烷、五氟一氯乙烷、二氟二氯甲烷等。氯乙烷、五氟一氯乙烷、二氟二氯甲烷等。?用途：用途：?由于其优良的性能由于其优良的性能,20 世纪世纪30 年代以来年代以来,氟里昂被广氟里昂被广泛用作制冷剂、发泡剂、清洗剂、灭火剂和喷雾剂。泛

2、用作制冷剂、发泡剂、清洗剂、灭火剂和喷雾剂。?致命缺陷致命缺陷?它是一种它是一种“温室效应气体温室效应气体,温室效应值比二氧化碳温室效应值比二氧化碳大大1700 倍倍,更危险的是它会破坏大气层中的臭氧。更危险的是它会破坏大气层中的臭氧。氟里昂氟里昂臭氧层破坏臭氧层破坏?CFCs (氟氯烃氟氯烃)在紫外线的作用下放出氯原子在紫外线的作用下放出氯原子,氯原子与臭氧发生自在基链反响氯原子与臭氧发生自在基链反响,一个氯原子就一个氯原子就可以耗费上万个臭氧分子。可以耗费上万个臭氧分子。?CFCl3UvCFCl2Cl?CF2Cl2UvCF2ClCl?ClO3ClOO2?ClOOClO2?后两个反响中后两个

3、反响中Cl和和ClO都未被耗费，其净效果都未被耗费，其净效果是：是：?OO32O2臭氧层维护臭氧层维护 ? 1985年年3月，月，22个国家签署了关于臭氧层维护的个国家签署了关于臭氧层维护的。这是原那么上限制运用含氯氟烃化合物的初步协议。这是原那么上限制运用含氯氟烃化合物的初步协议。? 1987年年4月，月，30多个国家的代表出席了日内瓦关于多个国家的代表出席了日内瓦关于的暂时磋商会议，并经过一项条约，将的暂时磋商会议，并经过一项条约，将CFCs的消费与运用冻结在的消费与运用冻结在1986年的程度上。只需有年的程度上。只需有2/3主要签约国家的努力，主要签约国家的努力，68年内年内CFCs就会

4、降低就会降低30。? 1987年年9月，月，46个国家的代表在蒙特利尔经过了关于臭氧层耗损个国家的代表在蒙特利尔经过了关于臭氧层耗损物质的物质的，并于，并于1989年年1月月1日生效。此协议要求日生效。此协议要求1993年各国削减年各国削减CFC11、CFC12实践耗费量的实践耗费量的20，1998年消年消减减50。? 1988年年10月，在海牙召开了关于维护臭氧层的国际会议。与会代月，在海牙召开了关于维护臭氧层的国际会议。与会代表以为，即使实施了表以为，即使实施了，也不能消除南极臭氧洞，也不能消除南极臭氧洞的存在，因此，需求更严峻的措施。的存在，因此，需求更严峻的措施。臭氧层维护臭氧层维护

5、?1989年，年，缔约国第一次会议经过缔约国第一次会议经过关于臭氧层维护的关于臭氧层维护的。?1990年，年，缔约国第二次会议在伦缔约国第二次会议在伦敦举行，经过敦举行，经过修正案。修正案。2000年年1月月1日全部淘汰日全部淘汰CFCs。?1991年，年，缔约国第三次会议，呼缔约国第三次会议，呼吁对臭氧耗损进展新的紧急科学评价。吁对臭氧耗损进展新的紧急科学评价。?1992年年11月，月，缔约国第四次会议缔约国第四次会议在哥本哈根举行。在哥本哈根举行。氟里昂氟里昂?一些新型制冷剂一些新型制冷剂,如四氯乙烷、二氟乙烷、五如四氯乙烷、二氟乙烷、五氟乙烷、二氟甲烷、三氟甲烷以及它们的混合氟乙烷、二氟

6、甲烷、三氟甲烷以及它们的混合物虽然不破坏臭氧层物虽然不破坏臭氧层,但它们大都是温室气体但它们大都是温室气体,也被结合国气候变化框架公约大会也被结合国气候变化框架公约大会(1997) 在在日本京都经过的日本京都经过的“京都议定书列为限制运用京都议定书列为限制运用的物质。的物质。?因此寻觅替代氟里昂类物质的无公害的新型制因此寻觅替代氟里昂类物质的无公害的新型制冷剂已成为目前研讨的热点。冷剂已成为目前研讨的热点。替代制冷剂替代制冷剂?目前广泛运用的有目前广泛运用的有:?(1) 异丁烷异丁烷?它是很早被运用的制冷剂它是很早被运用的制冷剂,但由于其具有可燃性没有但由于其具有可燃性没有得到推行。德国绿色和

7、平组织在上世纪重新论证了其得到推行。德国绿色和平组织在上世纪重新论证了其在小型制冷系统上运用的可靠性后逐渐大规模用于冰在小型制冷系统上运用的可靠性后逐渐大规模用于冰箱制冷。由于其作为制冷剂具有原料易得、对臭氧层箱制冷。由于其作为制冷剂具有原料易得、对臭氧层无破坏、高循环率和不用换紧缩机光滑油等优点无破坏、高循环率和不用换紧缩机光滑油等优点,因因此有着良好的运用前景。此有着良好的运用前景。?1999 年年,该种物质占到冰箱制冷剂的该种物质占到冰箱制冷剂的15 % ,我国和美我国和美国的小型冰箱运用的是这种制冷剂国的小型冰箱运用的是这种制冷剂,在日本在日本,平安法规平安法规不允许运用这种制冷剂。这

8、种制冷剂的缺陷除了运用不允许运用这种制冷剂。这种制冷剂的缺陷除了运用上的平安性外上的平安性外,碳氢化合物具有比碳氢化合物具有比HFCS 类物质高的类物质高的光化学烟雾光化学烟雾,也是值得思索的问题。也是值得思索的问题。替代制冷剂替代制冷剂?(2) 二氟乙烷与二氟一氯甲烷的混合剂二氟乙烷与二氟一氯甲烷的混合剂?它们具有良好的制冷性能它们具有良好的制冷性能,在我国和美国的部在我国和美国的部分冰箱消费线用了此物质。它具有环保性能优分冰箱消费线用了此物质。它具有环保性能优越、节能等优点越、节能等优点,在我国可以自行消费在我国可以自行消费,适宜我适宜我国国情。到国国情。到1999年年,这种制冷剂占到这种

9、制冷剂占到15%。?此外还有三氟二氯乙烷与三氯甲烷、五氯己烷、此外还有三氟二氯乙烷与三氯甲烷、五氯己烷、四氯己烷的混合剂。三氯甲烷、五氟乙烷的混四氯己烷的混合剂。三氯甲烷、五氟乙烷的混合剂等。合剂等。?这些制冷剂其中仍含有对大气臭氧层具有破坏这些制冷剂其中仍含有对大气臭氧层具有破坏性的氯性的氯,但由于有着比较理想的制冷效应但由于有着比较理想的制冷效应,目前目前尚没有被淘汰尚没有被淘汰,属于过渡替代品。属于过渡替代品。替代制冷剂替代制冷剂?据报道据报道,国内有公司选择多元混合物作为替代国内有公司选择多元混合物作为替代品品,于于1997 年底胜利地开发出无毒、难燃的年底胜利地开发出无毒、难燃的KL

10、B 绿色制冷剂绿色制冷剂,其废品破坏臭氧层值仅为其废品破坏臭氧层值仅为0. 008 ,温室系数仅为温室系数仅为0. 015 ,远远低于国际组织远远低于国际组织对氟利昂替代品所规定的环保指数。对氟利昂替代品所规定的环保指数。KLB 制制冷剂不但能直接替代氟利昂冷剂不但能直接替代氟利昂,而且节能效果也而且节能效果也非常显著。非常显著。替代制冷剂替代制冷剂?此外此外,科研人员还开展了磁致冷和吸附致冷等科研人员还开展了磁致冷和吸附致冷等替代技术。替代技术。?磁致冷又叫磁致冷又叫“顺磁盐绝热致冷。顺磁盐绝热致冷。?顺磁盐中包含铁或稀土元素顺磁盐中包含铁或稀土元素,其其3d、4f 层电子层电子未充溢未充溢

11、,因此具有磁性因此具有磁性,在励磁和退磁过程中会在励磁和退磁过程中会吸热或放热吸热或放热,例如以硝酸镁铈为致冷剂的磁致例如以硝酸镁铈为致冷剂的磁致冷机降温可接近冷机降温可接近0 K。?利用这种性质开展的制冷技术具有效率高、本利用这种性质开展的制冷技术具有效率高、本钱低、构造简单等优点钱低、构造简单等优点,其最大益处在于不污其最大益处在于不污染环境。染环境。替代制冷剂替代制冷剂?吸附致冷是利用吸附吸附致冷是利用吸附- 脱附时吸热或放热的性质制冷脱附时吸热或放热的性质制冷,常用的制冷剂体系包括金属氢化物常用的制冷剂体系包括金属氢化物- 氢、沸石分子筛氢、沸石分子筛- H2O、活性炭、活性炭- 氮气

12、、氧化镨氮气、氧化镨- 氧化铈体系等。氧化铈体系等。?目前世界上关于氟利昂的替代方案很多目前世界上关于氟利昂的替代方案很多,但都不很令但都不很令人称心。迄今为止人称心。迄今为止,世界上还没有发现一种经济和能世界上还没有发现一种经济和能效超越氟利昂的电冰箱制冷、发泡替代品在未来能最效超越氟利昂的电冰箱制冷、发泡替代品在未来能最大满足人与自然的和调和可继续开展的制冷剂应为自大满足人与自然的和调和可继续开展的制冷剂应为自然物质然物质,如氨、二氧化碳、异丁烷等如氨、二氧化碳、异丁烷等,是今后值得关注是今后值得关注和研讨的方向。和研讨的方向。石棉石棉石棉概述石棉概述?石棉按矿物组成和化学成分不同石棉按矿

13、物组成和化学成分不同,可以分为蛇可以分为蛇纹石石棉纹石石棉(温石棉温石棉) 和角闪石石棉。和角闪石石棉。?通常所称石棉多指蛇纹石石棉通常所称石棉多指蛇纹石石棉,化学组成为化学组成为Mg6 (Si4 O10 ) (O H) 8 ,浅黄绿色或蓝绿色浅黄绿色或蓝绿色,常含少量常含少量Fe 、Al 、Ca 等机械混入物等机械混入物,单斜晶单斜晶系系,呈层状构造呈层状构造,在高倍电子显微镜下在高倍电子显微镜下,纤维呈平纤维呈平行陈列的极细空心管。行陈列的极细空心管。石棉概述石棉概述?石棉是一种能劈分有弹性、弧度高的耐热和耐化学腐石棉是一种能劈分有弹性、弧度高的耐热和耐化学腐蚀的天然硅酸盐矿物纤维。蚀的天

14、然硅酸盐矿物纤维。?石棉经加工后的各种制品过去曾被广泛采用石棉经加工后的各种制品过去曾被广泛采用,主要有主要有?(1) 石棉纺织制品石棉纺织制品,用作隔热保温资料用作隔热保温资料,密封填料。其产密封填料。其产品基体用作水电解、食盐电解的隔膜资料。品基体用作水电解、食盐电解的隔膜资料。?(2) 石棉摩擦资料石棉摩擦资料,有刹车片、离合器片、火车闸片、有刹车片、离合器片、火车闸片、石油钻机刹车块等。石油钻机刹车块等。?(3) 石棉橡胶制品石棉橡胶制品,有高压板、中压板、绝缘板、耐油有高压板、中压板、绝缘板、耐油板和耐酸板等。板和耐酸板等。?(4) 石棉保温制品石棉保温制品,如石棉粉、石棉板、石棉纸

15、、石棉如石棉粉、石棉板、石棉纸、石棉砖、石棉管等作保温绝热绝缘衬垫等资料。砖、石棉管等作保温绝热绝缘衬垫等资料。石棉的危害石棉的危害?石棉本身并无毒害，它的最大危害来自于它的纤维。石棉本身并无毒害，它的最大危害来自于它的纤维。?这是一种非常细小，肉眼几乎看不见的纤维，当这些这是一种非常细小，肉眼几乎看不见的纤维，当这些细小的纤维被吸入人体内，就会附着并堆积在肺部，细小的纤维被吸入人体内，就会附着并堆积在肺部，呵斥肺部疾病，如：石棉肺，胸膜和腹膜的皮间瘤。呵斥肺部疾病，如：石棉肺，胸膜和腹膜的皮间瘤。?这些肺部疾病往往会有很长的埋伏期这些肺部疾病往往会有很长的埋伏期(肺癌普通肺癌普通1520年、

16、间皮瘤年、间皮瘤2040年年)，严重时引起肺癌。石棉已，严重时引起肺癌。石棉已被国际癌症研讨中心一定为致癌物。被国际癌症研讨中心一定为致癌物。?美国环保局曾经对一些石棉制品进展限制运用，如美国环保局曾经对一些石棉制品进展限制运用，如1972年公布的有关制止喷涂含石棉纤维的耐火涂料年公布的有关制止喷涂含石棉纤维的耐火涂料的条例。的条例。?因此我国早在因此我国早在20 世纪世纪80 年代初就限制运用、消费和年代初就限制运用、消费和销售石棉制品。销售石棉制品。石棉替代品石棉替代品?(1) 膨胀石墨膨胀石墨?膨胀石墨是由天然鳞片石墨经插层、水浇、枯膨胀石墨是由天然鳞片石墨经插层、水浇、枯燥、高温膨化得

17、到的一种疏松多孔的蠕虫状物燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。质。?它既保管了天然石墨的耐热性、耐腐蚀性、耐它既保管了天然石墨的耐热性、耐腐蚀性、耐辐射性、无毒害等性质辐射性、无毒害等性质,又具有天然石墨所没又具有天然石墨所没有的吸附性、环境协调性、生物相容性等特性有的吸附性、环境协调性、生物相容性等特性,不呵斥二次污染不呵斥二次污染,在石油化工、原子能、电力、在石油化工、原子能、电力、农药、建材、机械等工业中广泛运用。农药、建材、机械等工业中广泛运用。?油类污染是当今世界面临的一个严峻问题油类污染是当今世界面临的一个严峻问题,据据估计因海上运输、消费、事故和陆地注入海洋估计因海上运输

18、、消费、事故和陆地注入海洋的油量达的油量达105 t/ a ,严重要挟着人类的生存。严重要挟着人类的生存。?膨胀石墨对油类有很强的吸附作用膨胀石墨对油类有很强的吸附作用,且吸附油且吸附油类物质后仍漂浮于水面类物质后仍漂浮于水面,便于分别。因此它是便于分别。因此它是一种很有出路的去除水面油污染的环保资料。一种很有出路的去除水面油污染的环保资料。膨胀石墨膨胀石墨?膨胀石墨的孔构造有开放和封锁孔膨胀石墨的孔构造有开放和封锁孔2 种种,孔容孔容积占积占98 %左右左右,孔径分布范围孔径分布范围1 nm103 nm ,峰值峰值- 103 nm。?由于它是以大孔、中孔为主由于它是以大孔、中孔为主,所以与活

19、性炭、所以与活性炭、分孔筛等微孔资料在吸附特性上也有所不同。分孔筛等微孔资料在吸附特性上也有所不同。?它适于液相吸附它适于液相吸附,而不适于气相吸附。在液相而不适于气相吸附。在液相吸附中它亲油疏水。吸附中它亲油疏水。1 g 膨胀石墨可吸附膨胀石墨可吸附80 g 以上重油。以上重油。?(2) 柔性石墨柔性石墨?用膨胀石墨轧制或压制成箔或板制造的密封填料用膨胀石墨轧制或压制成箔或板制造的密封填料,称称为柔性石墨为柔性石墨,由于柔性石墨的气固两相构造使其具有由于柔性石墨的气固两相构造使其具有良好的密封性能。良好的密封性能。?我国鳞片石墨年产量我国鳞片石墨年产量35 万吨万吨,加工成膨胀石墨的年消加工

20、成膨胀石墨的年消费才干不少于费才干不少于3 万吨万吨,但目前国内柔性石墨的产量约为但目前国内柔性石墨的产量约为1000 多吨多吨,仅占全球产量的仅占全球产量的5 %左右左右,而且种类单一而且种类单一,根根本上是含碳本上是含碳98 %99 %、残硫质量分数、残硫质量分数1. 310 - 3 左右的普通工业级别左右的普通工业级别,这与我国作为石墨产量第一大这与我国作为石墨产量第一大国很不相称。国很不相称。?改善性能、降低本钱改善性能、降低本钱,更多的运用石墨柔性资料更多的运用石墨柔性资料,不仅不仅有利于合理利用资源有利于合理利用资源,而且更重要的是而且更重要的是,根除了石棉等根除了石棉等资料在制造

21、、运用、废弃过程中给环境和人类带来的资料在制造、运用、废弃过程中给环境和人类带来的危害。危害。?(3) 其他替代品其他替代品?日本已有用树皮陶瓷资料制得的汽车刹车片上日本已有用树皮陶瓷资料制得的汽车刹车片上市。对隔热垫或其他保温绝热资料市。对隔热垫或其他保温绝热资料,如今大多如今大多用硅酸铝、硅酸锌陶瓷纤维资料。用硅酸铝、硅酸锌陶瓷纤维资料。?国内外已有用芳族聚酰胺纤维替代石棉纤维制国内外已有用芳族聚酰胺纤维替代石棉纤维制成的高温防护资料成的高温防护资料,它有优良的阻燃、耐热性它有优良的阻燃、耐热性能能,分解温度可达分解温度可达385 ,在火焰中不延燃在火焰中不延燃,可用可用于冶金服、消防服以

22、及特种部队战斗服等。于冶金服、消防服以及特种部队战斗服等。?随着科学技术的开展随着科学技术的开展,新的环境友好型的保温新的环境友好型的保温隔热资料不断涌现隔热资料不断涌现,根本替代了石棉制品。根本替代了石棉制品。含磷洗涤替代品含磷洗涤替代品?洗衣粉是现代合成洗涤剂的主要组成部分。我国年产洗衣粉是现代合成洗涤剂的主要组成部分。我国年产量超越量超越250 万吨万吨,人年均用量超越人年均用量超越2 kg。?大量洗衣粉流入不同水系中大量洗衣粉流入不同水系中,呵斥水体的富营养化。呵斥水体的富营养化。?当某一湖泊中氮磷比超越当某一湖泊中氮磷比超越7 1 时时,磷就成为湖泊富营磷就成为湖泊富营养化的重要限制

23、因子。养化的重要限制因子。?生活污水中的洗涤废水是磷的外源污染物的一大组成。生活污水中的洗涤废水是磷的外源污染物的一大组成。?我国目前每年有约我国目前每年有约50 万吨含磷化合物排入地表水中万吨含磷化合物排入地表水中,而生活污水中的而生活污水中的17 %20 %的磷来源于洗涤剂所用的磷来源于洗涤剂所用三聚磷酸钠三聚磷酸钠STPP。无磷洗涤剂的开发无磷洗涤剂的开发?由于三聚磷酸钠由于三聚磷酸钠(STPP) 所具有的化学性质很符合理所具有的化学性质很符合理想助洗剂的特征想助洗剂的特征, STPP就不断在洗涤剂助洗剂市场上就不断在洗涤剂助洗剂市场上占居支配位置占居支配位置,其用量约占总助剂的其用量约

24、占总助剂的95 %。?在兴隆国家在兴隆国家, 洗衣粉中洗衣粉中STPP 含量在含量在20 世纪世纪60 至至70 年代到达年代到达40 % ,目前含磷洗衣粉的目前含磷洗衣粉的STPP 含量已降为含量已降为20 %。?如今世界上出现了很多无磷洗涤剂如今世界上出现了很多无磷洗涤剂,新种类超越了几新种类超越了几百种。百种。?普通以为普通以为,开发新的助洗剂必需具备开发新的助洗剂必需具备4 个条件个条件:对人平对人平安不污染环境、要有可靠的去污效果、经济适用。安不污染环境、要有可靠的去污效果、经济适用。无机系助洗剂无机系助洗剂?分子筛合成洗涤剂分子筛合成洗涤剂?分子筛是一种具有网状构造的不溶高聚物固体

25、分子筛是一种具有网状构造的不溶高聚物固体,它可它可与液体中的与液体中的Ca2 + 和和Mg2 + 进展离子交换反响进展离子交换反响,吸附吸附纤维织物中含有的污垢和金属离子纤维织物中含有的污垢和金属离子,使其分散脱离使其分散脱离,凝凝聚聚,最后构成难溶的沉淀物以到达去污的目的。最后构成难溶的沉淀物以到达去污的目的。?分子筛对分子筛对Ca2 + 交换容量大于交换容量大于STPP 的交换容量的交换容量,而而Mg2 + 的交换容量却不如的交换容量却不如STPP。?近年来研讨发现近年来研讨发现,分子筛与阴离子或非离子外表活性分子筛与阴离子或非离子外表活性剂混配剂混配,既可弥补镁离子交换的缺乏既可弥补镁离子交换的缺乏,又能提高钙离子又能提高钙离子的交换容量的交换容量,加强洗涤效果。其中加强洗涤效果。其中2烯烃磺酸钠烯烃磺酸钠(AOS)外表活性剂混配效果最为突出。外表活性剂混配效果最为突出。无机系助洗剂无机系助洗剂?