绿色复合材料论文

绿色复合材料论文

提纲：
1、问题的由来
2、现在的情况
3、解决目标
4、东西的大致述说
5、经济费用

资料：
人居环境，又叫"人类住区"或者叫"人类聚居"。含义是：人类生存，从事生产，进行各种社会活动所在的环境。狭义的人居环境常理解为人的居室、住宅及其生活区。而广义的人居环境是一个可以被无限分割的空间连续统一体。从个人家庭活动的房间和住宅，到各式各样的建筑和聚落，再到可供人类开发利用的整个地球表面空间，都可以被视作人居环境。
一、 人居环境的发展
（一）人居环境的发展途径
人居环境从20世纪60年代的"聚居"理念，发展至今，已有近半个世纪的历程。已经形成了人居环境科学体系，并为全世界所认可。
1972年，联合国在斯德哥尔摩召开"人类环境"大会，113个国家的代表和团体参加了会议。这是人类历史上第一次将人类环境问题纳入世界各国政府和国际政治议程，也是全世界各国代表第一次讨论环境对地球的影响。
1976年，在加拿大的温哥华召开的第一次人类住区国际会议正式接受了人类聚居的概念。
1982年，西班牙里约热内卢的"世界环境与发展"大会通过了《里约环境与发展宣言》和《21世纪议程》。
1996年6月，在土耳其的伊斯坦布尔召开的第二次人类住区国际会议，进一步讨论了人居环境问题。
中国于1994年3月将"人类住区可持续发展"作为一项重要内容写进了《中国21世纪议程》，体现了中国政府对环境问题的高度重视。1998年国家自然科学基金对人居环境可持续发展指标体系研究给予了重点支持。于2000年，签署《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》。
2002年，第二次地球峰会--世界可持续发展会议在南非约翰内斯堡举行。
由此可见，人居环境问题已经引起了全世界的关注，人居环境的改善已经成为全球性的普遍纲领。以可持续发展为宗旨的人居环境问题已经成为时代发展的最强音。
（二）人居环境所面临的问题
科学的发展，已经使人类能够在一定范围、一定程度上左右和支配自然。然而，一旦人们沉醉于对自然的战胜之时，人们的忘乎所以就会给自然带来伤害和破坏，造成资源的极度浪费和各种污染的加剧。
1．人口膨胀，各种资源面临短缺
1999年，世界人口达到60亿，以滚雪球式增长的人口，无疑给地球带来沉重的压力。有专家预测，到2040年，将出现全球性的粮食不足。到2070年左右，将出现金属资源的枯竭。到2090年，将出现煤、石油等化石燃料的枯竭。所有这些，势必将对人居环境和人类的生存质量产生不良影响。
2．城市环境污染严重
首先是大气污染。在2000年，全国SO2排放总量已达到1995万吨，其中工业排放量为1612万吨。烟尘排放量1165万吨，其中工业来源1092万吨。CO2会造成"温室效应"，由SO2产生的酸雨还会使水质下降、土壤酸化、破坏植被、侵蚀建筑物；NOx严重刺激人的呼吸器官；粉尘颗粒则大大增加心肺疾病以及癌症的得病几率。
其次是室内环境的污染。时下，室内装修正为流行。由此便产生装饰材料对室内空气的污染，由甲醛、挥发性有机化合物（VOC），重金属颗粒，氨气，氡气等有害物质造成的污染超出室外空气的数倍，而人的绝大部分时间是在室内度过的。因此，室内环境是人居环境改善的重点。
3．建筑材料对人居环境的影响
建筑材料在人类历史上曾扮演了积极的角色，创造了人类的历史和文化。然而随着人口的增加，建筑规模的增大，建筑材料被大宗生产，传统建材的生产也暴露了一些问题，严重危及人类的人居环境。
传统的建筑材料，不但消耗大量的资源、能源，还严重危害环境。炼铁要开山采矿，破坏自然景观。同时每生产1吨钢耗能为1．66吨标准煤，48．6m3水。水泥对环境的危害更是严重。每生产1吨水泥要消耗1．4吨石灰石，0．23吨标准煤和75千瓦时电，同时排出CO2和粉尘。占混凝土体积70～80％的砂石骨料，需要开山和挖取河床，易造成水土流失和河床改道。高密实性混凝土，使城市空间透气性差，雨天雨水四溢，而地下水却得不到补给。城市气温普遍较郊区高，有人称之为"灰色的热岛"或"混凝土森林"。
由此可以看出，人居环境的改善与建筑材料的清洁生产以及建筑材料的绿色化密切相关。可以说，人居环境要求绿色建材，而绿色建材创造并改善人居环境。
二、 绿色建材的发展过程
（一）绿色建材的涵义
绿色建材，即绿色建筑材料，是指具有生态型、环保型、健康型等属性的建筑材料。
其属性是首先它是生态环境材料可再生资源，设计者应立足于可持续发展的角度，对其进行设计，使其在原料采集、生产、加工使用以及废弃的整个过程中，做到零污染。其次绿色建材的"绿"，还应表现在其具有消化和利用工业废物、净化环境的功能上。
（二）改善人居环境，发展绿色建材
现代的绿色文明要求我们要崇尚自然，顺应自然，天人合一。就建筑材料方面，我们应该致力以下几方面的研究：
1． 绿色水泥
所谓"绿色水泥"是指将资源利用率和二次能源利用率均提高到最高水平，并能循环利用的其他工业废渣和废料。且在技术装备上更强化了环境保护的技术和措施；产品除了全面实行质量管理体系外，还真正实行全面环境保护的保证体系，粉尘、废渣、废气的排放几乎接近于零，真正做到自身实现零污染、无公害。
目前，我国的水泥厂90％处于"粗放型"阶段，只有约2％的部分能算得上"集约型"的"绿色水泥"厂。为了保护环境必须采取清洁的生产工艺，有效的利用自然资源和能源，使其向外界排放的各种粉尘，有害气体，有害物质以及废渣废料的数量均小于或远小于各物质所允许的排放量，不致危及生态平衡，达到零污染。传统的硅酸盐水泥中CaO含量较高，需要消耗大量的石灰石，并排放大量CO2；熟料中C3S含量高，其烧成温度高，不仅增加能耗，还增加了耐火材料的消耗。同时，中国的水泥企业还面临设备陈旧、技术落后、劳动生产率低下、企业质量意识淡薄，职工文化素质低等问题。因此要改革传统的水泥企业，发展"绿色水泥"产业。应从以下几方面入手：
（1）改进熟料矿物组分，对传统的熟料矿物水泥进行改型、改性，发展生产能耗低的新品种水泥。如生产以C2S为主的高贝利特水泥，其石灰石用量少，能耗低，废气少，强度和耐久性好。用C4A3 取代C3A，且C3S含量低的水泥熟料构成的为阿利特硫酸盐水泥，具有节能、抗渗、抗冻，耐磨等特点。此外还有硫酸盐贝利特水泥，铝酸盐贝利特水泥，铁铝酸盐贝利特水泥，氟铝酸盐贝利特水泥等，均为绿色节能水泥。
（2）改进水泥生产工艺，更新生产设备，大力扶持具有经济规模的大中型回转窑，对技术落后，产品质量差，能耗大，污染重的小型企业实行淘汰。
（3）最大限度利用工业固体废弃物、粉煤灰、煤矸石及各种尾矿。
2．高性能混凝土
高性能混凝土一词最初由美国国家标准与技术研究院（NIST）与美国混凝土协会（ACI）提出，距今已有十几年的历史。它是一种理想的混凝土，除具有优良的力学性能外，还具有良好的工作性，较高的耐久性，较好的体积稳定性以及经济合理性。优良的力学性能可以使之达到100MPa以上的高强。因此可以应用在高层和大跨结构中。良好的工作性能可以制得高流态、自密实、免振捣混凝土，从而减少施工能耗和降低噪音污染。它具有很好的耐久性，不易被外界环境所腐蚀，从而节省了大量的维修费用。现在不少重要的建筑物已按100年安全使用期进行设计，气候条件适中的陆上建筑已按200年安全使用期设计。日本正在研制使用期为500年的钢筋混凝土。此外，它还能掺入磨细矿渣、粉煤灰、硅灰和稻壳灰等掺合料，既节省了水泥，又帮助吸收工业废渣。还表现在具有高抗炭化能力、低吸湿率、高抗冻性等特点，是一种优良的建筑材料。因此，高性能混凝土也被称作"绿色混凝土"或"生态混凝土"。
尽管高性能混凝土在很多方面弥补了传统混凝土的缺陷，但并非就是完美无缺的，它也存在着一些问题：
（1）由于各方面性能决定了其制备上的特点：低水灰比，选用优质原料；由于各方面指标较为严格，因而用于生产管理的造价也会相应提高。将比普通混凝土提高50％左右。
（2）因为水胶比低，因而早期开裂问题严重。另外，单位体积水泥用量高，水化放热大，也易出现裂缝。
3．干粉砂浆
干粉砂浆又叫砂浆干粉（混）料。指由专门厂家生产的，经干燥筛分处理的细集料与无机增稠材料、矿物掺合料和添加剂按一定比例混合而成的一种颗粒状或粉状混合物。它是一种"绿色环保建材"，它克服了传统砂浆的质量差、效率低、原材料占用施工现场等弊端，而以其高强度、多功能、耐久性好的优点受到全世界的青睐。同时干粉砂浆的应用还有利于缩短工期、保证砌筑质量、减轻劳动强度、减少资源浪费以及改善施工环境等。
干粉砂浆的特点是其在出厂之前已按要求混合完毕，使用时除加水外，不需要也不允许加入任何其它物料。
干粉砂浆在我国尚处于起步阶段（最先在上海推行）。由于其商品化生产，使得砂浆质量得以保证，所以在一定程度上提高了成本。但从长远来看，其优良的质量，以及减少的维护费用和减少对环境污染治理的费用远大于提升的成本，所以是一种集约型建筑材料。因此，深入研究干粉砂浆的工作性能，设计清洁的生产工艺，加强对其使用力度的推广，对人居环境的改善，具有重大意义。
4．其他方面
以上三个方面，是当今土木工程界研究的热点。除此之外，还要研究以下几点：
（1）混凝土分离技术：深入研究混凝土分离技术，提纯出其中一种或几种成分，重复利用。用以解决城市固体垃圾堆放问题，同时又达到了资源的循环利用。
（2）骨料和水泥石之间的过渡层是影响混凝土强度的薄弱部位，如果研制一种既和混凝土有良好衔接性，又和骨料之间有良好粘接力的试剂，将大大改善混凝土的强度和耐久性。
（3）大力发展人造骨料和积极利用生活垃圾和工业废弃物，减少天然砂石料的消耗。
（4）积极利用工业废液，研究以黑纸浆为原料的改性减水剂。在此基础上，研制其他外加剂，帮助处理和吸收其他工业难以处理的废液。
（5）发展高标号水泥熟料，调整水泥产品结构，使其成为绿色水泥，同时在满足工程要求的前提下，减少水泥用量。
（6）研制新型节能墙体材料，改革传统的墙体材料。
（7）大力推广商品混凝土，以减少现场搅拌所带来的噪音污染和粉尘污染，并有利于控制混凝土的质量。
（8）对城市地面，应开发透水性、排水性的生态混凝土以及植被生长型混凝土，以解决城市雨水排泄不畅，空气干燥，温度高等问题。在城市道路两侧，水边护坡等部位，应用能植被的绿化混凝土，使人们有更多的机会贴近自然。同时，也美化城市环境。
（9）研究对环境友好、无污染，对人体健康有益的健康环保型涂料。比如抗菌自洁净涂料和空气净化涂料。再有就是功能性涂料，具有健康功能和释放负离子的功能。
（10）研究能自我诊断、预告破坏、自我调节、自我修复的智能化材料。
（三）建材绿色化的实施措施
1． 设计者要用发展的眼光进行材料设计
在设计中要充分考虑建筑的使用年限，今后的扩建或改装，力争使自己的建筑在未来几年乃至几十年内不会落后，以最大程度减少重复建设。
2． 对绿色建材要加强宣传工作
在宣传中要更多的提倡应用绿色建材。使绿色产品在人们心目中得到认可。
3． 国家要建立健全法规制度
加强立法和监督，建立完善的法律法规，加大质量监督力度，规范建材市场，必要时采取强制措施，以帮助绿色建材的推广。
农业文明为人类生产了食物，满足了人们生存的需要；工业文明为人类创造了财富，满足了人们越来越多的物质需求；而生态文明将使人类生活在更安全、美好的环境中。新世纪的今天，我们需要的是更多的绿色，我们要与自然和睦相处，和谐是最高层次的文明。
人居环境的领域是广泛的，边界是模糊的。它既可以被理解为一种物质产品，也可以被理解为一种变迁的过程，还可以被理解为一种文化现象。这是时代发展的结果，我们应该重新审视自己的行为，更多的关注我们的聚居环境，装饰我们居室的是绿色建材；装扮我们心灵的是绿色文明。

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有关材料学的论文范文

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论高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成

石墨烯是一种二维单原子层碳原子SP2杂化形成的新型碳材料，因其非凡的导电性和导热性、极好的机械强度、较大的比表面积等特性，引起了国内外研究者极大的关注.石墨烯已经被探索应用在电子和能源储存器件、传感器、透明导电电极、超分子组装以及纳米复合物[8]等领域中.而rGO因易聚集或堆叠而导致电容量较低(101 F/g)[9]，这限制了其在超级电容器电极材料领域的应用.

另一方面，PANI作为典型的导电高分子之一，由于合成容易，环境稳定性好和导电性能可调等特性备受关注.具有纳米结构的导电材料，由于纳米效应不但能提高材料固有性能，并开创新的应用领域.PANI纳米结构的合成取得了许多的成果.PANI作为超级电容器电极材料因具有高的赝电容，其电容量甚至可高达3 407 F/g[10];然而，当经过多次充放电时PANI链因多次膨胀和收缩而降解导致其电容损失较大.碳材料具有高的导电性能和稳定的电化学性能，为了提高碳材料的电化学电容和PANI电化学性能的稳定性，人们把纳米结构的PANI与碳材料复合以期获得电容较高且稳定的超级电容器电极材料[11].

作为新型碳材料的石墨烯和PANI的复合引起了极大的关注[12].但是用Hummers法合成的GO直接与PANI复合构建PANI/GO复合电极因导电率低而必须还原GO，化学还原剂的加入虽然还原了部分GO而提高了导电性能，但也在一定程度上钝化了PANI [13]，另外排除还原剂又对环境造成一定程度的污染.因而开拓一条简单且环境友好的制备PANI/rGO复合材料作为超级电容器的电极路线仍然是一个难题.

基于以上分析，首先使PANI和GO相互分散和组装，借助水热反应这一绿色环境友好的还原方法制备PANI/rGO复合材料，以期获得高性能的超级电容器电极材料.

1实验部分

1.1原材料

苯胺(AR， 国药集团)，经减压蒸馏后使用;氧化石墨烯(自制);过硫酸铵(APS， AR， 湖南汇虹试剂);草酸(OX， AR， 天津市永大化学试剂);十六烷基三甲基溴化铵(CTAB， AR， 天津市光复精细化工研究所).

1.2PANIF的制备

PANIF的制备按我们先前提出的方法 [14]，制备过程如下：把250 mL去离子水加入三口烧瓶后，依次加入1.82 g CTAB，0.63 g 草酸以及0.9 mL苯胺，在12 ℃水浴上搅拌8 h;随后，往上述溶液中一次性加入20 mL含苯胺等量的过硫酸铵水溶液，同样条件下使反应保持7 h.所制备的样品用大量去离子水洗涤至滤液为中性，随后30 ℃真空干燥24 h. 　　1.3GO的制备

采用Hummers法制备GO，具体过程如下：向干燥的2 000 mL三口烧瓶(冰水浴)中加入10 g天然鳞片石墨(325目)，加入5 g硝酸钠固体，搅拌下加入220 mL浓硫酸，10 min后边搅拌边加入30 g高锰酸钾，在冰水浴下搅拌120 min，再将三口烧瓶移至35 ℃水浴中搅拌180 min，然后向瓶中滴加460 mL去离子水，同时将水浴温度升至95 ℃，保持95 ℃搅拌60 min，再向瓶中快速滴加720 mL去离子水，10 min后加入80 mL双氧水，过10 min后趁热抽滤.将抽干的滤饼转移到烧杯中，加大约800 mL热水及200 mL浓盐酸，趁热抽滤，随后用大量去离子水洗涤直至中性.所得产品边搅拌边超声12 h后5 000 r/min下离心10 min，得氧化石墨烯溶液.

1.4PANIF/rGO复合材料制备

按照一定比例将含一定量的PANIF液与一定量的6.8 mg/mL 的GO溶液混合，使混合液总体积为30 mL， GO在混合液中的最终浓度为0.5 mg/ mL，磁力搅拌10 min后，将混合液转移到含50 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，在180 ℃保温3 h;待反应釜自然冷却至室温后取出，用去离子水洗涤产物直至洗液无色后，于60 ℃真空干燥24 h，待用.按照上述步骤制备的PANIF与GO的质量比分别为5，10以及15，相应命名为PAGO5，PAGO10和PAGO15，对应的PANIF质量为75 mg，150 mg和225 mg.

1.5仪器与表征

用日本日立公司S4800场发射扫描电镜(SEM)分析样品的形貌;样品经与KBr混合压片后，用Nicolet 5700傅立叶红外光谱仪进行红外分析;用德国Siemens公司Xray衍射仪进行XRD分析;电化学性能测试使用上海辰华CHI660c电化学工作站.

电极制备和电化学性能测试：将活性物质(PANIF或PANIF/rGO)、乙炔黑以及PTFE按照质量比85∶10∶5混合形成乳液，将其均匀地涂在不锈钢集流体上，在10 MPa压力下压片，之后烘干得工作电极.在电化学性能测试过程中，使用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，铂片(Pt)作为对电极，在三电极测试体系中使用1 M H2SO4作为电解液进行电化学测试，电势窗为-0.2～0.8V.

比电容计算依据充放电曲线，按式(1)[15]计算：

Cs=iΔtΔVm.(1)

式中：i代表电流，A;Δt代表放电时间，s;ΔV代表电势窗，V;m代表活性物质质量，g.

2结果与讨论

2.1形貌表征

图1为PANIF和PAGO10形貌的SEM图.低倍的SEM(图1(a))显示所制备PANIF为大面积的纳米纤维网络;高倍的图1(b)清晰地显现该3D纳米纤维网络结构含许多交联点.PANIF和PAGO10混合液经过水热反应后，从低倍的SEM(图1(c))可以看出，PAGO10复合物具有交联孔状结构;提高观察倍数(图1(d)和图1(e))后可以发现样品中rGO 与PANIF共存;而高倍的图1(d)清晰地显示出了rGO与PANIF紧密结合，且合成的褶皱rGO因层数较少而能观察到其遮盖的PANIF.从图1可知：成功合成了大面积的PANIF以及互相均匀分散的PANIF/rGO复合材料.

2.2FTIR分析

图2为PANIF，GO以及PAGO10 3种样品的FTIR图.图2中a曲线在1 581 cm-1，1 500 cm-1，1 305 cm-1，1 144 cm-1，829 cm-1等波数处展现的尖锐峰为PANI的特征峰，它们分别对应醌式结构中C=C双键伸缩振动、苯环中C=C双键伸缩振动、C-N伸缩振动峰、共轭芳环C=N伸缩振动、对位二取代苯的C-H面外弯曲振动.图2中b曲线为GO的红外谱图，在3 390 cm-1， 1 700 cm-1的峰分别对应-COOH中的O-H，C=O键振动，1 550～1 050 cm-1范围内的吸收峰代表COH/ COC中的C-O振动[16]，可以看出，GO中存在大量的含氧官能团.图2中c曲线为PAGO10复合物红外吸收谱图，与GO，PANIF谱图比较， 可以发现PAGO10中的GO特征峰不太明显而PANI的特征峰全部出现，这个结果归结于GO含量少以及GO经水热反应后形成了rGO，另外也表明水热反应对PANI品质无大的影响.

2.4电化学性能分析

图4为样品的CV曲线，其中图4(a)为不同样品在1 mV/s扫描速率下的CV图，可以看出，4个样品均出现明显的氧化还原峰，这归因于PANI掺杂/脱掺杂转变，表明PANIF以及复合物显示出优良的法拉第赝电容特性.图4(b)为PAGO10在不同扫描速率下的CV曲线，由图可知PAGO10电极的比电容随着扫描速率减小而稳步增加，在扫描速率为1 mV/s时，PAGO10电极的比电容为521.2 F/g.

图5为PANI，PAGO5，PAGO10和PAGO15的充放电曲线以及交流阻抗图.图5(a)为电流密度为1 A/g时样品的放电曲线图，由图可知：4种样品均有明显的氧化还原平台，这与前述CV分析中的结果相吻合.根据充放电曲线，借助式(1)，计算了4种样品在不同电流密度下的比电容，结果如图5(b)所示，很明显，相同电流密度下PAGO10比电容最大，当电流密度为1 A/g时，其比电容为517 F/g，这个结果表明PAGO10的电化学性能明显优于PANI/石墨烯微球和3D PANI/石墨烯有序纳米材料(电流密度为0.5 A/g时，比电容分别为 261和495 F/g)[18-19]， 而PANIF比电容最小，仅为378 F/g;且在10 A/g电流密度下PAGO10的比电容仍保持在356 F/g 左右，这表明PAGO10电极具有优异的倍率性能.该复合材料比电容以及倍率性能得到极大提高源于rGO与PANIF两组分间的协同效应.在充放电过程中连接在PANIF间的rGO为电子转移提供了高导电路径;同时，紧密连接在rGO上的PANIF有效阻止水热还原过程中石墨烯的团聚，增加了电极/电解质接触面积，从而提高了PANIF的利用率而使得容量增加. 　　为了更清晰地了解所制备材料的电子转移特点以及离子扩散路径，对样品进行了交流阻抗测试，图5(c)为4个样品的Nyquist图.从图5(c)可知：在高频区、低频区均分别具有阻抗弧半圆、频响直线.在高频区，电荷转移电阻Rct大小顺序为RPAGO5

值说明rGO的加入提高了电极材料的导电性.在低频区，直线形状反映了样品电化学过程均受扩散控制，并且PAGO5所展现的直线斜率最大，说明其电容行为最接近理想电容，即频响特性最好，这也是源于rGO的加入提高了材料导电性以及复合物的独特微观结构.

氧化还原反应的发生，导致PANIF具有十分高的赝电容，但由于在大电流充放电过程中高分子链重复膨胀和收缩，导致其循环稳定性差而限制了其实际应用.为此，对ANIF和PAGO10进行循环稳定性分析.图6显示，PAGO10在5 A/g电流密度下经过1 000次充放电后，电容保持率为77%，而不含rGO的PANIF电极在2 A/g电流密度下充放电1 000次电容保持率仅为54.3%，这个结果表明PANIF循环稳定性较差;另外，rGO的加入形成的PANIF/rGO紧密的连接，降低了PANI链在充放电过程中的膨胀与收缩，使得链段不容易脱落或者断裂，从而PAGO10具有出色的循环稳定性.

3结论

采用自组装的方法，经水热反应，制备了PANIF/rGO复合电极材料.研究发现，rGO与PANIF紧密连接;而且，当PANIF与GO质量比为10∶1时，复合材料展现了最佳的电化学性能，当电流密度为1和10 A/g时，其比电容分别为517， 356 F/g.从上可知：合成的PAGO10具有高的比电容、较好的倍率性能和稳定性能，从而有望作为超级电容器电极材料在实践中应用.

浅谈水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用

1 概述

随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及，我国水泥工业得到飞速发展，2012年，水泥总产量达21.8亿吨，占世界总产量55%左右。在20世纪六、七十年代，镁铬质耐火材料因具有良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性能，而被广泛应用于新型干法水泥窑的烧成带[1]，并取得了良好的使用效果，但由于镁铬砖在使用过程中砖内的Cr2O3组分与窑气、窑料中的碱、硫等相结合，形成有毒的Cr6+化合物[2]。再加上原燃料中所带入的硫，碱与硫共存时形成另一种水溶性Cr6+有毒性致癌物质：R2(Cr，S)O4。水泥窑在正常运转中，其窑衬中镁铬砖内的一部分Cr6+化合物随着窑气和粉尘外逸，飘落在厂区及周边环境中，造成厂区大气的污染; 另一部分则残留在拆下的废砖中，废弃的残砖一遇到水就会造成地下水的污染;更直接的危害是在水泥窑折砖和检修作业时，窑气和碎砖粉尘中的Cr+6会给现场人员造成毒害，据有关专家论证，Cr6+腐蚀皮肤，使人易患上大骨病，进而致癌。因此，镁铬质耐火材料作为水泥窑内衬会对环境和人类造成长期污染和公害。

发达工业国家在水源、环境和卫生方面有着一系列配套的规范，其中德国对水泥厂预防“铬公害”的规定最普遍，执行也是最严格的，具体内容如表1所示：

我国于1988年4月颁布国家标准GB3838-88，对地面水中Cr6+含量进行明确规定，如表2所示：

这就使得水泥企业在使用镁铬砖做水泥窑内衬投入的环保费用加大，特别是用过镁铬残砖处理费用非常昂贵，因此，水泥窑用耐火材料无铬化是必然的发展趋势。

2 水泥窑烧成带新型环保耐火材料的研制

2.1 研制思路

目前，用于水泥回转窑烧成带的无铬环保耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性，但是抗热震性差，抗水化性差;镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性，但是挂窑皮性差[3，4]。镁砖中引入铁铝尖晶石制成的第二代新型环保耐火材料―新型环保耐火材料，结构韧性好，抗碱盐及水泥熟料侵蚀能力强，具有良好的挂窑皮性能，在烧成带能有效延长使用寿命，是目前适合我国国情的新一代水泥窑烧成带用无铬耐火材料。但该产品的关键是铁铝尖晶石原料的合成、加入量、加入方式及有关工艺条件对制品性能的影响。

2.2 试验与研究

2.2.1 铁铝尖晶石的合成。铁铝尖晶石是一种自然界少有的矿物，化学分子式为FeAl2O4，其中含58.66%A12O3和41.34%FeO。铁铝尖晶石为立方体结构，二价阳离子占据四面体位置，三价阳离子填充在由氧离子构成的面心立方中。其理论密度为4.39g/cm3，莫氏硬度为7.5。要形成铁铝尖晶石，必须保证氧化亚铁(FeO或FeOn)是处于其稳定存在的条件下。只有在FeO能稳定存在的区域内，才能保证与Al2O3形成的化合物是FeO? Al2O3尖晶石，而在FeO稳定存在的区域以外的条件下，铁的氧化物与Al2O3作用得到的产物很难说是FeO?Al2O3尖晶石，而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3的固溶体[5]。FeOn- Al2O3的系相图如图1所示：

为了得到高质量的合成铁铝尖晶石，我们特聘请了欧洲知名耐材专家进行专业技术指导，经过大量试验，掌握了烧结合成铁铝尖晶石的关键技术，为生产达到国际水平的新型环保耐火材料打下了良好的基础。在生产中把FeO与Al2O3按一定比例混合均匀后压制成荒坯，在保证“FeO”稳定存在的气氛下，经高温烧成，制得FeO? Al2O3尖晶石含量为97%以上的烧结铁铝尖晶石。产品衍射如图2所示：

2.2.2 原料与制品的性能 ①原料的选择。根据我们的生产经验，结合水泥窑烧成带对耐火材料的要求，我们选用优质镁砂、合成尖晶石为原料，并加入特殊添加剂来强化制品的性能，研制生产出第二代无铬镁尖晶石砖―新型环保耐火材料。所用原料理化指标如表3所示。②制品的性能。将原料破碎成所需的粒度，采用四级配料，经强力混碾、高压成型、高温烧成。产品的显微结构见图3，产品理化指标与国外同类产品对比情况如表4所示。

2.2.3 铁铝尖晶石对制品性能的影响 ①铁铝尖晶石加入量对制品耐压强度的影响。从图4可以看出：随着铁铝尖晶石增加制品的耐压强度呈现出先升后降的趋势，这是由于铁铝尖晶石与镁砂互溶的结果，铁铝尖晶石的加入量在10%时，制品的强度达到最大值。②铁铝尖晶石加入形式对制品抗热震性能的影响。从实验结果表5可以看出：以颗粒形式加入铁铝尖晶石制品的抗热震性比以细粉形式加入铁铝尖晶石制品相对较好。

2.3 产品的性能

2.3.1 结构韧性好、热震稳定性优良。新型环保耐火材料在烧成及使用过程中Fe2+离子扩散进入周边的氧化镁基质中，同时部分Mg2+离子扩散进入铁铝尖晶石颗粒，与铁铝尖晶石分解残留的氧化铝反应生成镁铝尖晶石，这一活化效应使制品在烧成或使用过程中，内部形成大量的微裂纹，重要的是铁铝尖晶石的分解过程、Fe2+离子和Mg2+离子的相互扩散在高温下持续进行，使得MgO-FeAl2O4耐

火材料在整个高温使用过程中，可以形成大量的微裂纹，这些微裂纹的存在有利于缓冲热应力、提高制品的结构柔韧性和热震稳定性。

2.3.2 强度高。从制品显微结构可以看出：制品内部铁铝尖晶石与高纯镁砂互溶，结构非常均匀致密，晶粒发育良好，颗粒与基质间通过晶间尖晶石相连接，结合良好，明显的提高了砖的密度和高温强度。

2.3.3 具有良好的粘挂窑皮性能。在使用过程中，制品中的Fe2O3与Al2O3都易与水泥熟料中的CaO反应生成C2F、C4AF等低熔点矿物，该矿物具有一定的粘度，可牢固粘附在新型环保耐火材料的热面，形成稳定的窑皮。我们把新型环保耐火材料和直接结合镁铬砖分别制成40mm×40mm×60mm样块，用90%水泥生料+5%煤粉+5%K2SO4，压制成Φ30×10mm圆饼，把圆饼放在两个样块中间，放入电炉内加热，温度升到1500℃，保温3小时，冷却后测其抗折强度，二者基本相同。由此可见，新型环保耐火材料粘挂窑皮性能优良。

2.4 产品的应用

新型环保耐火材料自2012年研制成功投放市场以来，通过河北鹿泉曲寨水泥公司、宁夏瀛海天琛水泥公司、内蒙古哈达图水泥公司、陕西尧柏水泥集团、北方水泥集团、河南锦荣水泥公司、新疆天基水泥公司、安阳湖波水泥公司等二十多家大型水泥企业2500t/d、5000t/d、6500t/d水泥窑烧成带应用，寿命周期均达到12个月以上，受到用户认可。

3 结论

求一篇2500字左右的关于新型材料的论文

　　研究现代新型建筑材料的特点

　　摘要：随着科学技术的发展，构成建筑的基本物质要素——建筑材料也在发展变化。新型建筑材料是在传统建筑材料基础上产生的新一代建筑材料。现代新型建筑材料首先要具有时代性才能符合现代建筑的要求；其次要节能环保，符合生态化特点才能有利于社会的发展。

　　关键词：新型建筑材料 特点 生态

　　建筑是时代的橱窗，构成建筑的基本物质要素——建筑材料，也就按着时代的脉搏而呈现出自己的价值。几千年来，建筑材料产品有了长足的进展，从最早的土坯发展到现在门类繁多，充满技术含量。各个历史时代都有代表各个时代风貌的建筑，也有与之相匹配的建筑材料。随着时代的变化，建筑物的风格、功能以及人们对它的要求都有很大的不同，因此新型的建筑材料也会相应的出现。
　　新型建筑材料是在传统建筑材料基础上产生的新一代建筑材料，主要包括新型墙体材料、保温隔热材料、防水密封材料和装饰装修材料。我国新型建材工业是伴随着改革开放的不断深入而发展起来的，从 1979—1998年是我国新型建材发展的重要历史时期。经过20年的发展，我国新型建材工业基本完成了从无到有、从小到大的发展过程，在全国范围内形成了一个新兴的行业，成为建材工业中重要产品门类和新的经济增长点。经济建设的迅速发展和人民生活水平的不断提高，给新型建材的发展提供了良好的机遇和广阔的市场。目前，全国新型建材企业星罗棋布，在市场需求的带动下，已经形成了全国范围的建材流通网；大部分国外产品我国已能生产，三星宾馆所需的新型建筑材料国内已能自给；不同档次、不同花色品种装饰装修材料的发展，为改善我国城乡人民居住条件、改变城市面貌提供了材料保证。我国已形成了新型建材科研、设计、教育、生产、施工、流通的专业队伍。但是，一种现代新型的建筑材料应该具备怎样的特性才能让人们感觉更舒适，才能适合时代的要求呢？只有充分考虑了以下这些因素才能让新型材料得到有效发展。

　　一、具有时代价值

　　一位日本学者在讲学时曾经说过，最好的建筑材料是土坯，他是在分析了各种现有建筑材料功能的优缺点之后，不无感慨地做出了这样的评论的。土坯是人类从筑巢而居时就开始利用普通的黏土做建筑材料，兼有保温、吸湿、透气等特性，更适合人体要求，人住在土坯房屋里比住在混凝土房屋里或者砖房里舒适得多，所以这位日本学者的话具有一定的道理。
　　但是，虽然土坯具有这样的优点，可还是遭到了人们的抛弃。因为现代建筑已经不能仅仅满足居住的功能了，现代建筑是人类技术进步的集合体。除了保温、吸湿、透气这些功能要求之外，还有高强、轻质、防水、防火、防腐、采光、吸音、装饰性以及利于快速装配化施工等等其他重要要求向建筑材料提出来。因此，现代新型建筑材料首先就必须具备时代价值，必须适合现代建筑的要求以及现代人类的审美。现代建筑材料以不同方式进行组合、复合后可以达到比土坯更好的性能，更加适用于现代化建筑的要求!玻璃作为一种建筑材料就因为其适合时代的要求而普遍存在了。纵观历史，建筑物的形式和内容都是在不断改变着的过去。
　　“我国的建筑材料工业，长期以来处于品种单调、技术落后的状态。其标志就是小块实心黏土烧结砖在我国各类墙体材料中仍然占居近95%的高比例。我国是个人口众多的，可耕地面积相对较少的国家，保护耕地关系到子孙后代。我国推出了建筑材料改革系统工程，主要目标之一就是如何尽量限制小块实心黏土砖的发展，加速采用及开发新型建筑材料并改造建筑物的功能。”中国描写一座宏伟建筑的用词是青砖碧瓦、合抱大柱、雕梁画栋等等。在西方，石砌的古建筑表现出凝重高贵的风格。尽管今天每当人们看到这些建筑时仍不免衷心赞美，深深为当时建筑大师们付出的难以想象的繁重劳动而赞叹、敬佩。但是，事情仅此而已。今天没有人会再想去建造那样的房屋了，因为它只适合观赏，而不完全适合现代建筑。
　　二、绿色、环保

　　优良舒适的居住环境历来是人们孜孜以求的生活目标之一，丰富多彩的建材产品不仅使我们广厦万间的追求成为现实，更为人们从“居者有其屋”向“居者优其屋”的转变提供了坚实的物质基础。
　　然而，享受现代物质文明的同时，我们却不得不面临着一个严峻的事实：资源短缺，能源耗竭，环境恶化等问题正日益威胁着人类自身的生存和发展。而建筑材料作为能耗高，资源消耗大，污染严重的工业产业，在改善人居住环境的同时，对人类的环境污染负有不可推卸的责任。因而，如何减轻建筑材料的环境负荷，实现建筑材料的生态化，成为21世纪建材工业可持续发展的重要课题。
　　绿色建筑材料是指对人体及周边环境无害的健康型、环保型、安全型的建筑材料。与传统建筑材料相比绿色建材主要有以下特点：(1)生产原料尽可能少利用天然材料，尤其是不可再生材料。(2)低能耗的生产工艺和无污染的生产技术。(3)建筑产品生产过程不得添加使用甲醛、卤化物、芳香烃等，不得使用含汞及其化合物、镍、铬及其化合物的颜料和添加剂。
　　在日益发达的物质社会里，新型建筑材料的生态化考虑显得尤其重要。建筑材料所造成的环境污染建筑材料从原料采掘到生产使用直至废弃的全生命周期中造成大量的环境污染，在我国，每生产1t普通硅酸盐水泥熟料要排放1tCO��2�，0.74kgSO��2�向大气中排放130kg粉尘，建筑材料在生产和使用过程中还会产生噪声污染、水污染、玻璃幕墙的光污染、矿渣岩石的放射性污染、化学建材的化学污染、建筑物拆除后的建筑垃圾等多种环境问题。建筑材料与环境的协调性当然建筑材料与环境之间也有着某种程度的协调性。许多建筑材料本身就具有一定的环保性。例如抗菌建材、空气净化建材等。建筑材料也是消纳废弃物的大户，大部分固体废弃物都可用于建筑材料的生产中。例如粉煤灰、矿渣可作为水泥和混凝土的掺和料，煤矸石已普遍用于制作烧结砖，甚至于一些有毒可燃废弃物及垃圾可作为燃料用于煅烧。随利用建筑材料实现固体废弃物的再生资源化将成为环境保护的重要途径之一。
　　随着科学技术的发展、社会的进步，人类越来越追求舒适、美好的生活环境,各种社会基础设施的建设规模日趋庞大，建筑材料越来越显示出其重要地位。新型建筑材料发展也有了广阔的天空，只有掌握新型建筑材料的特点，才能有的放矢的研究、生产。

　　参考文献：
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