生态环境材料

1、生态环境材料摘 要：本文主要对现阶段的生态材料的研究方向，发展趋势做了简要介绍， 而着重叙述了生态环境材料的一些具体应用，主要包括生物降解材料、绿化混泥土、仿生物材料以及一些用于河道治理中的生态环境材料。关键词：生态环境材料；生物降解材料；仿生物材料；绿化混泥土；河道治理生态材料.Abstract: This paper focuses on research, development trend of eco-materials stage to do a brief introduction, and focus on the specific application described

2、some ecological materials, including biodegradable materials, green concrete, and some imitation of biological materials for river training the eco-materials.Key words: Eco-materials; Biodegradable materials; Imitation of biological materials; Green concrete; River training ecological materials.1、引言

3、全球性生态环境的迅速恶化和资源面临枯竭的问题，是 21世纪人类生存和 发展所面临的重大危机，已成为国际社会普遍关注的焦点之一，持续发展的思想和具体行动计划已在全世界被普及和实施，努力实现社会和经济可持续发展已成 为世界各国共同追求的目标。发展是人类永恒的主题，而如何解决发展进程中的 资源与环境问题，是人类生存的前提。而对生态材料的应用和研发也就显得迫在 眉睫，生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料。 良好的环境协调性是指资源、能源消耗少，环境污染小，再生循环利用率高。生 态环境材料是人类主动考虑材料对生态环境的影响而开发的材料，是充分考虑人类、社会、自然三者相互关系的前

4、提下提出的新概念，这一概念符合人与自然和谐发展的基本要求，是材料产业可持续发展的必由之路。2、研究方向生态环境材料研究的主要方向有：（1）减少人均材料流量，减少材料集约化 程度；（2）减少寿命周期中的环境负荷，使用生态化的生产工艺；（3）开发天然能源，使用藏量丰富的矿物和天然材料；（4）避免使用有害物质，使用“清洁” 材料；（5）使用长寿命材料，强化再生利用，强化生物降解性；（6）修复环境， 强调生态效率（性能一环境负荷比）；（7）环境负荷小的高分子合金设计；（8）可 再生循环高分子材料的设计；（9）完全降解高分子材料设计；（10）高分子材料 加工和使用过程中产生的有害物质无害化处理技术。3、

5、生态环境材料的具体应用生物降解材料生物降解材料是指在一定条件下，能被土壤微生物（如细菌、霉菌、藻类等） 或其分泌物在酶或化学分解作用下降解的材料。 理想的生物降解材料是一种具有 优良使用性能，废弃后可被环境微生物完全分解为二氧化碳和水，最终被无机化而成为自然界中碳元素循环的一个组成部分的高分子材料。生物降解性高分子材料的降解通常是以化学方式进行的， 即在微生物活性的作用下，酶进入聚合物的 活性位置并渗透至聚合物的作用点后， 使聚合物发生水解，从而使聚合物的分子 骨架发生断裂，成为小的链段，并最终断裂成稳定的小分子产物，完成降解过程。 一般高分子材料通过生物物理作用、生物化学作用和酶的直接作用等

6、途径而进行 降解。接下来，是几种生物降解材料的介绍。聚乳酸聚乳酸（PLQ是一种新型的生物降解材料，也称为聚丙交酯，属于聚酯家 族。聚乳酸由可再生的植物资源（如玉米）所提取的淀粉原料制成，淀粉原料经 由发酵过程制成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸。 聚乳酸的热稳定性好，加 工温度为170-230 C ,有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、 双轴拉伸、注射吹塑等，在自然条件下可生物降解为二氧化碳和水，不会产生任何环境问题，被业界视为最有前途的生物降解塑料之一。聚乳酸材料具有无毒、 无刺激性、强度高、良好的生物降解和生物相容性等特点，可用作可降解生物包 装材料、药物控释载体、组织工程

7、支架材料、骨科内固定材料等领域。聚羟基脂肪酸酯聚羟基脂肪酸酯（PHA属于天然高分子聚酯，是很多细菌在特定条件下合 成的一种细胞内聚酯。PHA是聚羟基脂肪酸酯类材料的总称。PHA生物材料及其 改性材料的热性能、力学性能、加工性能成了科研工作者的研究热点。研究主要 集中在两个方面：一是PHAS本性能的研究，如高聚物的力学性能、热降解性能 及其结晶性能；二是PHAR具改性聚酯纤维成形的研究，通过静电纺丝或熔融纺 丝进行纤维成形，研究初生纤维性能，为 PHA千维的工业化奠定理论基础。聚丁二酸丁二醇酯聚丁二酸丁二醇酯（PBS由丁二酸和丁二醇经缩聚而得，是目前世界公认 的综合性能最好的生物降解塑料，用途极

8、为广泛，可用于包装、餐具、化妆品瓶 及药品瓶、一次性医疗用品、农用薄膜、农药及化肥缓释材料、生物医用高分子 材料等领域。淀粉基生物降解塑料淀粉基生物降解塑料是淀粉经过改性、接枝反应后与其他聚合物共混加工而 成的一种塑料产品，在工业上可代替一般通用塑料等，用作包装材料、防震材料、 地膜、食品容器、玩具等。淀粉基生物降解塑料已有 30年的研发历史，是研发 历史最久、技术最成熟、产业化规模最大、市场占有率最高的一种生物降解塑料。 淀粉与PE PR PVA PCL聚乳酸等聚合物共混粒料已批量生产。仿生物材料人工制造的具有生物功能、生物活性或者与生物体相容的材料称为仿生物材 料。仿生物材料在生物兼容性的

9、基础上， 从材料的制备到应用都与环境、 人体有 着自然的协调性。已经研究开发的仿生物材料主要有生物陶瓷及其复合材料、组织工程材料和仿生智能材料等。组织工程材料是用于取代某些生物体组织器官或 恢复、维持以及改善其功能的一类仿生物材料。 常见的组织工程材料包括组织引 导材料、组织诱导材料、组织隔离材料、组织修复材料和组织替换材料等。仿生 智能材料是指能模仿生命系统，同时具有感知和驱动双重功能的材料。仿生智能 材料刚刚出现十余年，但已经发展成为生物材料领域最引人注目的研究热点之 一。目前主要有智能高分子凝胶材料、智能药物释放体系以及仿生薄膜材料等。河道生态材料生态石笼生态石笼是由经特殊防腐处理的低碳

10、钢丝用机器编织成六边形双绞合钢丝 网组合成的箱笼，并在箱笼内充填石料形成整体结构。 该结构具有挠性大、抗冲 刷等特点，允许岸坡一定的变形，并且石料之间的孔隙保证了水土、动植物、微 生物之间联系。水生植物可以在其间茂密生长，植物繁茂的根须可紧缚土壤，增 强抗洪能力、稳定岸坡及延长石笼使用寿命。为延长石笼的使用寿命，防止钢丝锈蚀及腐蚀，对钢丝表面可采用镀锌层及PVC涂层处理。可将石笼产品制作成各种形状及尺寸，适用性较广。植被型生态混凝土植被型生态混凝土由多孔混凝土、 保水材料、难溶性肥料和表层土组成，其 中多孔混凝土由粗骨料、混有高炉炉渣和硅灰的水泥、 适量的细粒组成，是植被 型生态混凝土骨架。保

11、水材料常用无机人工土壤、吸水性高分子材料、苔泥炭及 其混合物。表层土铺设于多孔混凝土表面，形成植被发芽空间，同时提供植被发 芽初期的养分。绿化混泥土孔洞型绿化混凝土在混凝土板上预留的孔洞内填充具有适合植物生长的营养性土壤，然后再种植绿化植物，这种混凝土称之为孔洞型绿化混凝土。它主要分为孔洞型块体绿化 混凝土和孔洞型多层绿化混凝土。前者如 8字型孔洞块体绿化混凝土，以及很多 城市的人行道上铺设的植草砖等。后者指上层为孔洞型多孔混凝土板，底层为凹槽型，上层与底层复合，中间形成有一定空间的培土层。这种绿化混凝土往往用于 城市楼台的阳台、围墙顶部、墙体上部等。敷设式绿化混凝土在普通混凝土表面固定植被网

12、，并喷涂按一定比例配制的胶粘材料、保水剂、 肥料、植物秸壳粉末、草籽混合物、填料等，构成植物生长基体并使其长草。该 方法多用于既有混凝土表面、裸露岩石面的绿化。随机多孔型绿化混凝土曾称生态多孔型混凝土、多孔连续型混凝土。是将无砂混凝土作为植物生长 基体，并在孔隙内充填植物生长所需的物质，植物根系深入或穿过无砂混凝土至 被保护土中。因其孔洞结构特征是随机分布的，故将其命名为随机多孔型绿化混 凝土。具护砌及播种性能较好，可使安全护砌与环境绿化有机结合起来。其关键 技术是孔隙内的盐碱性水环境改造、特定生长环境下植物生长所需元素的配置、 植物生长环境及规律。要求使用低碱性 pH值在89左右的高炉B ,

13、C型水泥， 植物已基本可以适应；在混凝土孔隙内充填苔鲜类土、保水剂、缓释肥等材料，并在表面覆盖一层客土，则可使植物生长。该技术可播种性较好，可绿化面积大。轻质绿化混凝土罗仁安、樊建超等研究成一种轻质绿化混凝土 ，是一种性能介于普通混凝土 和耕植土之间的新型轻质绿化混凝土材料。 它以轻质多孔细料岩石（珍珠岩等）、 生物有机肥料、耕植土、减水剂等为原料，用水泥胶凝材料胶结而成。具有一定 的强度和耐冲刷性能，自重轻，能形成一个个“蜂窝状”空隙，能满足植物生长所 需的孔隙率、持水性和渗透系数、酸碱性等要求，既利于植被根系生长，又能为植 被生长提供所必需的养分和存储空间。其在水中浸泡24h后不但不会松散

14、而且仍有0120MPa-0145MPa的抗压强度，而普通土壤数小时后便会在水中完全松 散、分离。可大量用于休闲绿地、小区绿化、屋顶花园等。4、生态环境材料发展趋势生态环境材料经过十几年的发展和研究 （1）材料的环境性能将成为21世纪 新材料的一个基本性能；（2）用LCA方法评价材料产业的资源和能源消耗、 三废 排放等将成为一项常规的评价方法；（3）结合资源保护、资源综合利用，对不可 再生资源的替代和再资源化研究将成为材料产业的重要发展方向；（4）各种生态环境材料及其产品的开发和广泛应用是其发展的重点。5、结语生态环境材料必将成为未来新材料的一个重要分支，作为跨材料科学、环境 科学以及生态科学等

15、学科的新型材料，在保持资源平衡、能源平衡和环境平衡， 实现社会和经济的可持续发展等方面将起到非常重要的作用。如果在生产和生活中广泛使用该类材料，就可以实现社会的可持续发展，使资源和能源得到有效的 利用，使我们的生产和生活环境得到有效的保护。现社会的可持续发展，使资源和能源得到有效的利用，使我们的生产和生活 环境得到有效的保护。该类材料代表着科学技术发展的方向和社会发展进步的趋 势，必将对人类社会进步起到巨大的推动作用。参考文献:1王天民，郝维昌，王莹，周和敏.生态环境材料一一材料及其产业可持续发展的方向J.中国材料进展.2011 (30): 8-162崔百元，张振飞，孔谦.天然生物可降解性材料

16、在农业领域中的应用J.中国农学通报.2013(24).3 Zou T Y, WangT M Nie Z R Ecomaterials Research in China J. Materials and Design , 2001, 22: 107 110 .4冯辉荣，聂丽华，罗仁安，樊建超 .绿化混泥土的研究进展J.混泥土. 2005 (12)：25-315辛辉,张岩.绿色生态水泥发展研究J. 广东化工.2013(22).6董建伟，肖新民.随机多孔型绿化混凝土主要生长环境与构造特性J. 吉林水利,2003 (8) :1 - 4.7Paul KOLTUN. Materials and sust

17、ainable developmentJ. Progress in Natural Science:Materials International.20108 Chedkoop M. Tools for Life Cycle Assessment and Ecodesign J. Trans Mat Res Jpn, 1994, 18A: 81 84 .9樊建超，罗仁安，冯辉荣.植物相容型生态混凝土的制备试验与研究J.福建林业科技,2005 ,32 ：11 - 14.10张贵忠.铁路绿化通道喷混凝土植生技术J.西北水资源与水工程,2003 , (14)4 :33.11 P. K. metha. Building durable structures in 21st centuryJ . Concrete international ,2001 , (3) :5 - 8.12陈礼英，陈福民.新一代“绿色水泥” J.化工管理.2014(04).13张录平，李晖，刘亚平，孙岩.高分子生态环境材料的研究进展及应用J.工程塑料应用.2009 , (37) 9 :87-90.14 王俊宏.生态材料在河道生态工程治理中的应用J.人民长江.2013 , (44):86-88.15 冯瑞华.生物降解材料研究和产业发展分析J