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环境材料学 — 环境修复材料

环境材料学 — 环境修复材料. 主要内容. 概述 固沙材料及沙漠植被技术 高吸水树脂修复材料 其他修复材料. 概述. 环境修复指对已破坏的环境进行生态化治理，恢复被破坏的生态环境， 常见的环境修复材料有防止土壤沙漠化的固沙植被材料、二氧化碳固化材料，以及臭氧层修复材料等。. I 、 固沙材料及沙漠植被技术. 土地荒漠化 指在干旱，半干旱和某些半湿润地区，由于气候变化和人类活动等各种因素所造成的土地退化。 结果导致土地生物和经济生产潜力减少，甚至基本丧失。 引起土地荒漠化的直接过程 是水土流失。. 一般防治沙漠化的固沙技术措施：. (1) 保持水土；

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Presentation Transcript

  1. 环境材料学—环境修复材料

  2. 主要内容 • 概述 • 固沙材料及沙漠植被技术 • 高吸水树脂修复材料 • 其他修复材料

  3. 概述 • 环境修复指对已破坏的环境进行生态化治理，恢复被破坏的生态环境，常见的环境修复材料有防止土壤沙漠化的固沙植被材料、二氧化碳固化材料，以及臭氧层修复材料等。

  4. I、固沙材料及沙漠植被技术 • 土地荒漠化指在干旱，半干旱和某些半湿润地区，由于气候变化和人类活动等各种因素所造成的土地退化。 • 结果导致土地生物和经济生产潜力减少，甚至基本丧失。 • 引起土地荒漠化的直接过程是水土流失。

  5. 一般防治沙漠化的固沙技术措施： (1)保持水土； (2)培养和种植长寿命、耐寒、耐旱的植物； (3)开发新型的高分子固沙植被材料，将表面沙尘进行粘合固化； (4)采用塑料网进行表面覆蔓，再进行种植、培养植物。

  6. 目前的固沙植被材料主要有两大类，一类是高吸水性树脂，一类是高分子乳液。目前的固沙植被材料主要有两大类，一类是高吸水性树脂，一类是高分子乳液。 • 其中高吸水性树脂有丙烯酸型等类型，加以淀粉接枝、天然纤维接枝等措施改性；高分子乳液类固沙植被材料是把增粘剂、养生剂等高分子乳液和草籽、肥料、水混和在一起制成。

  7. II、高吸水树脂修复材料 • 概述 • 高吸水树脂的性能 • 高吸水树脂的制备 • 在环境保护中的应用

  8. 1、概述 • 高吸水树脂（Super - absorbent Polymer，简称SAP），又称超强吸水剂，是一类可吸收自身重量数百乃至数千倍水，且在受热、受压情况下具有良好水分保持性能的功能高分子材料。 • 高吸水树脂多为交联的高分子聚电解质。 • 高吸水树脂分为六大系：淀粉系列、纤维系列、蛋白质系列、其他天然物及其衍生物系列、合成系列和共混物及复合物系列。

  9. 2、高吸水树脂的性能 （1）吸水机理 实质是聚电解质高分子链在水中“溶解”。由于高 吸水树脂中的聚电解质高分子链是交联的，故而不 能像线性聚电解质高分子那样完全游离于水中，而 呈溶胀状态。

  10. 高吸水性树脂与水的相互作用：

  11. （2）SAP的性能研究 • 吸水(液)速率 • 加强SAP凝胶强度 • 改善缓/控释放性能

  12. 吸水(液)速率 单位质量的SAP在单位时间内吸收的液体的体积或质量。 目前,提高SAP吸水速率的方法主要有引入非离子基团、增大SAP表面积及对SAP表面进行亲水改性等。

  13. SAP凝胶强度： • 一般而言,凝胶强度与吸水倍率互为矛盾,水凝胶的强度随交联度上升而提高,但交联度太高又会降低吸水率,影响吸水保水性能。对复合材料颗粒进行后处理如进行表面交联以及在SAP中引入无机矿物都可以改善SAP凝胶强度。 • 另外,离子型的吸水树脂与非离子型高分子进行共混复合也可产生吸水后凝胶强度相当高的材料。

  14. 改善缓/控释放性能：控制释放是指可根据外界需求条件的变化来调整控释体系中物质的释放速率或释放量。 由于高吸水树脂水凝胶的体积相变性能而使其具有一定的环境应答功能，即可根据所处环境的温度变化、电磁变化、光强变化、离子强度变化，而使水凝胶发生体积相变而达到控制释放的目的。

  15. 近年来，研制保水缓释肥料已是肥料研究的国际方向。SAP与肥料可以通过物理混合(吸附或造粒) 、包膜或化学合成3种方式结合为材料与功能复合一体化的保水缓/控释肥料，具有肥料养分缓释和保水的双重功能。

  16. 3、高吸水树脂的制备 • SAP的制备主要包括亲水基团的引入(羧化)以及不溶化处理(交联) 。 • 制备方法有本体聚合法、溶液聚合法、悬浮及反相悬浮聚合法、乳液及反相乳液合成法、辐射聚合法等。

  17. （1）本体聚合法 • 本体聚合法指不加其它介质，只有反应物本身在引发剂作用下进行的合成反应。溶液本体聚合法在反应过程中一方面反应热难以排除，加上自动加速效应，易造成局部过热，严重者发生爆聚。另一方面随着转化率的提高,体系粘度增加，易凝聚成为固体，聚合产物往往不易出料。 • 因此，本体聚合法的应用受到了限制。

  18. （2）溶液聚合法 • 溶液聚合法是反应物和添加剂(如分子质量调节剂等)溶于适当的溶剂中在光照或加热、辐射、引发剂(或催化剂)的作用下而进行的合成方法。 • 有两种实施方法: (1) 先制得聚合物,后加交联剂法; (2) 交联剂与单体同时加入法。 • 该法反应速率较快适合于连续化生产，产品比表面积大，吸水快而匀，因此是目前普遍采用的方法,不足的是技术要求高，一般需要有后道粉碎工序。

  19. （3）反相悬浮聚合法 • 反相悬浮合成法以油相为分散介质，水溶性的单体为水相液滴，亲水性的或水溶性的引发剂(或催化剂)溶解在单体水相中借机械搅拌(或震荡)和悬浮剂使单体呈液滴分散于悬浮介质中进行聚合反应的方法。可经喷雾干燥等而得到粉末产品。 • 这种方法反应较平稳，容易控制，而且产品粒度可根据其用途和吸水量的要求加以调节，但只能采用间歇式生产，效率较低。且成本较高，难以实现工业化生产。

  20. （4）辐射聚合法 • 辐射聚合是指在不加引发剂和交联剂的情况下，利用高能的电子束或者γ射线辐照单体溶液，使之产生自由基聚合。 • 近年来国内外对微波促进有机合成反应的研究进行了大量报道，微波技术可以促进溶液聚合，用于SAP制备可以大大减少反应时间。另外还有人探索其它辅助技术，如丙烯酰胺固相超声波合成、紫外光引发淀粉接枝丙烯腈、等离子体引发以及超临界流体中的SAP生产等。

  21. 4、在环境保护中的应用 • （1）农林方面 • （2）土木建筑方面 • （3）医疗保健方面 • （4） 其　他

  22. III、其他修复材料 • 固碳技术措施有： • (1)节约能源，少用能源，减少二氧化碳的排放总量； • (2)开发用二氧化碳人工合成甲醇的技术并早日实用化，用合成的甲醇作燃料，燃烧后再合成甲醇，实现碳元素的人工循环； • (3)利用光合作用，培养植物，消耗二氧化碳，加强对天然植物的综合利用； • (4)将二氧化碳进行液化，送入海底，使之变成碳酸盐加以储存； • (5)利用热管，将赤道上的热量送到极地带，减少寒冷地区的取暖能源消耗，等等。

  23. 谢谢 ！

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