功能染料及其在纺织染整上的应用现状与前景

第一篇：功能染料及其在纺织染整上的应用现状与前景

功能染料及其在纺织染整上的应用现状与前景

余静

新疆大学纺织系，新疆 乌鲁木齐830008

关键词：功能性染料 纺织染整 应用

前言

功能性染料是一类具有特殊功能性或特殊专业性的染料，这种特殊的功能通常都与近代高、新技术领域关联的光、电、热、化学、生化等性质相关。这类染料吸收很少的能量，可产生某些特殊的功能，因此用量少价格高，经济效益显著。

目前，功能性染料已被一些国家广泛地应用于液晶显示、热敏压敏记录、光盘记录、光化学催化、光化学治疗等高新技术领域。日本各大染料公司都把功能性染料的生产作为各自发展的重点。而国产功能性染料除了照相、静电复印、拷贝等品种外，在其他领域的应用几乎为空白，或者尚处于试制阶段，还没有引起足够的重视。尤其是功能性染料在染整中的应用才初见端倪，其研究、制造、应用、管理水平还远远落后于先进国家，应该说，功能性染料是一个值得染料工作者和染整工作者努力开拓的新领域。

1功能染料的分类与开发途径

1.1功能性染料的分类

功能性染料正处在迅速发展的阶段，有关它的分类还不统一，按照功能可将其分类如下。

变色异构染料：光变色、热变色、电变色、湿变色、感压（压敏）变色染料

能量转化染料：发光、太阳能转化、激光、有机非线性光学材料用染料等 功能染料 信息及显示纪录用染料：液晶、滤色片、光信息记录用、电子复印、喷墨打印（印花）用染料等

生化及医用染料：生物着色用、医用染料等

化学反应用染料：催化用、链中止用染料等

1.2功能染料的开发途径

功能染料主要有两种开发途径：一是筛选原有染料，利用传统的染料和颜料的某些潜在性能。二是改变传统染料的发色体系，使其具有新的功能。

2功能染料在纺织染整中的应用

目前，光变色染料、荧光染料、红外线吸收和伪装染料、热变色染料、湿敏（热敏）涂料，电致变色染料、特殊有色聚合物、金属离子、溶剂变色染料、远红外保温涂料等功能染料已经在纺织染整中进入实用阶段或已显示出其潜在的应用前景。

2.1光变色染料和颜料

具有“光致变色（即物质颜色随光照而变化）性”的化合物被称为“光变色染料（颜料）。”

光变色染料现在直接用于纺织品的还不多，主要原因是这些染料的耐光牢度不够理想，价格较贵，对纤维的亲和力不高，很难通过常规的染色和印花工艺加工。但笔者预测，随着纺织染整加工技术和光变色染料的发展，光变色纺织品一定会逐步成熟起来。

2.2荧光染料和颜料

荧光染料的定义还不统一，一般将能在可见光范围强烈吸收和辐射出荧光的染料称为荧光染料。荧光颜料实质上是颗粒很细的荧光染料的树脂固体溶液。

罗丹明及其衍生物是纺织品最早应用的荧光染料，可以染丝绸、涤纶、锦纶等天然或合成纤维，使它们获得引人注目的色彩和效果，荧光黄网球就是用荧光黄染料染网球表层纤维材料制成的。

荧光颜料在纺织品上主要用于印花或涂层加工，用于需要艳丽色彩的服装或纺织产品，例如旅途用品、运动服装和儿童服装。目前，这类颜料已日益被人们所青睐。

2.3红外线吸收染料和红外线伪装染料

红外线吸收染料是指对红外线有较强吸收的染料，和通常染料一样，这些染料也有特定的Л-电子共轨体系，所不同的,它们的第一激发能量比较低，吸收的不是可见光而是波长更长的红外线。红外线伪装染料（或颜料）指的是红外线吸收特性和自然环境相似的一些具有特定颜色的染料，与普通染料的区别在于它们的红外线吸收特性和自然界环境相似，可以伪装所染物体，使物体不易被红外线观察所发现。近年来，近红外吸收染料和纺织染整的关系密切的是被用于太阳能转换和贮存。用这种染料（或颜料）加工制成的塑料薄膜或纺织服装，在工业、农业和服装上均有很好的应用前景。

红外线伪装染料（或颜料）主要用于军事装备和作战人员的伪装。由于红外线伪装研究属于各国的高度机密，很少发表有关的技术，从有关专利的文献中得到的信息表明，少数经筛选过的还原染料不但有很好的吸收红外线的性能，且各项色牢度也可达到军事用纺织品的要求。

2.4热变色染料和颜料

具有“热敏变色性”的染料（颜料）被称为热变色染料（颜料）。较早用于纺织品变色印花的染料就是一些热敏记录用的染料，近年来热变色染料已越来越多地用于纺织品的染色和印花。

2.5湿敏、热敏涂料

湿敏、热敏涂料是由钴盐制成的无机涂料。这两种涂料可按通常涂料印花工艺使用，但总的说来，这类变色涂料的变色灵敏度和颜色深度较低，水洗牢度不够好，且对酸、碱较敏感，有待于的进一步研究。

2.6电致变色染料

当染料的瞬间偶极矩方向被电场改变时，其颜色也随电场改变的一类染料被称作电致变色染料，或称电敏染料。如果用纺织材料为基材，将这种电控变色的功能染料制成所需的产品，例如大型彩色显示器、遮光材料等，将有一些特殊的功能，值得研究。

2.7有色聚合物

有色聚合物是指本身具有发色体系的分子聚合物。事实上，有色聚合物可用于塑料或纤维的原液中着色。同理，涂层、涂料印花和染色发泡印花应该可以使用该种有色体。聚合物色素兼具颜料着色和溶剂可溶性染料着色的优点，它甚至可以和被着色的高分子物发生反应，通过共价键结合为一体，因而值得更深入的研究。

2.8金属离子、溶剂变色染料

金属离子变色染料是指可以和金属离子螯合引起颜色变化的一类染料。溶剂变色染料是指颜色可随溶剂的极性不同而变化的一类染料。金属离子变色染料因其变色特性而使获得多色的染色或印花产品成为可能，在纺织和服装工业中具备一定应用前景；溶剂变色染料可用于织物、服装的着色，使这些纺织品遇水或其他溶剂产生变色效应，开发前景乐观。

2.9远红外保温涂料

使用具有很强的发射红外线的特性的无机陶瓷粉末以及一些镁铝硅酸盐加工而成的涂料，被人们称做远红外保温涂料。远红外保温涂料主要用于加工阳光蓄热保温织物。此外，通过涂料印花或涂层加工，它还可赋予织物放射红外线的功能，使织物具备良好的隔热性或保温性。3 其他领域用功能染料在染整工业中的应用前景

3.1电子照相用功能染料

电子照相又称光电成像，包括光电复印和激光打印，它们都涉及到光与电能的相互作用，都需要使用一些特殊的染料。这种照相技术在纺织染整加工中有很好的前景。

3.2 静电、离子和磁性成像印制用功能染料

静电、离子、磁性成像印制方法是三种非接触印制技术，虽然不如电子照相、喷墨印制以及热印制技术流行，但它们都有其各自的特点。静电成像可用于染整工业，只要纺织品表面是绝缘的，同时采用对纤维有亲和力、能够由特定功能性染料制备的静电显色色调剂进行印花，并通过热处理将染料固着在纺织品上。

离子沉积印制技术可印原色或全色的图像，在纺织品印花中有很高的应用前景，关键在研制出适用于纺织品的色调剂，即需要开发或筛选出适合的功能染料。

磁性成像印制的优点是可以连续重复的转印，印制速度很高，不足之处在于分辨率不高和转鼓容易腐蚀，因此对印制一些简单大型的图像是适合的，而且不象普通转移印花转移纸印后有污染、难处理的问题，纺织品转印后不必清洗，工艺简单；不过色调剂的价格以及其中的磁性材料对颜色和纺织品性能影响的问题，都有待于解决。

3.3喷墨打印用功能染料

喷墨打印采用喷嘴喷出墨水（或彩色液）在纸上形成文字或图像，一些新型的功能性染料可满足其要求。随着喷墨打印技术的推广，纺织品也逐渐采用此原理进行印花，即喷墨印花，近些年发展很快。

3.4热扩散转移和热蜡转移用功能染料

染料热扩散技术（简称D2T2）成像的基本原理与纺织品的转移印花十分相似，因此也是生产彩色印花织物最有希望的技术。但特别适用于纺织品热扩散转移印花的功能染料还未见专门报道，现多处于研究开发阶段。

热蜡转移技术直接用于纺织品的可能性不大，但是这种转移方式非常简单，如果找到一种对纺织品粘着力强的成膜物质，例如某些低熔点的粘合剂代替蜡质作为颜料分散体和转印介质，即通常所述的颜料转移技术，还是很有应用前途的。

3.5生化和医药用功能染料

功能染料在生物和化学上的应用已有很久的历史。主要用于细胞着色、杀菌、酶纯化分析等方面。染料的抗菌防腐特性对加工卫生功能的纺织品具有较重要的意义，用这类染料染色的纺织品，不仅能达到一定颜色的要求，还具有抗菌防腐的功能。所以由一些功能染料染成的纺织品具有医疗保健的功能，开展这方面的研究是十分有意义的。

3.6激光辐射用功能染料

激光目前主要用在通讯、医疗、光谱学、光化学、反应动力学研究、同位素分离、微量分析、军事工业中，它在纺织染整中的加工应用也成为了一种新的趋势，例如激光雕刻，纤维激光改性，以及激光辐射用功能染料印花等。

4结束语

功能染料的种类和功能随着各领域的研究正在不断扩大中。本文介绍的仅是一些已经或正在被开发应用的染料，除了这些以外，实际上许多具有导电、磁性、催化等性质的有机化合染料，都属功能染料范畴。

笔者认为，功能性染料的应用，必将会有更广阔的前景，而且多与高科技、新产品开发紧密相连。染整工业是传统应用染料的最重要的部门，过去主要利用染料的光与色的特性。今后，虽然仍然离不开光与色的领域，但是在开发新产品，特别是产业用的纤维制品过程中，将会注重染料多方面的性能。因此，功能染料在纺织染整工业中的应用将是非常有潜力的。

参考文献

〔1〕 Duff J M, Hor A M, Loutfy R O, et al.Squaraine Chemistry of functional dyes.Proceedings of the Second International Symposium on Chemistry of Functional Dyes,Japan, 1992, 2:564-571.〔2〕 张大全,苏建华,田禾,陈孔常.光致变色染料在光信息材料中的应用.染料工业〔J〕.1997,34(5): 18.〔3〕 松冈贤.色素の化学と应用.大日本图书〔M〕.1994.〔4〕 田禾.光、电功能性有机染料.上海染料〔J〕.1998,26(3): 1-6.Non-Impact Printing Technologies, Japan, 1992.284.〔5〕 Law K Y, Tarnawskyj T W, Popovic Z D.Azo pigments and their intermediates, a study of the structure-sensitivity relationship of photogenerating bisazo pigment in

bilayer xerographic devices.J Imaging Sci Technol, 1994,38:118.〔6〕 谢兰景.日本几种功能性染料的应用和工业化情况.化工物资〔J〕.1992,(2): 34-37.作者简介余静，女，汉族，24岁，新疆大学纺织系在读硕士研究生。学科专业名称:纺织工程。研究方向:纺织品印染工艺控制。联系电话:0991-4556976,0991-8108106。E-mail:jingyu198049@163.com

第二篇：食品安全现状与HACCP 应用前景

食品安全现状与 HACCP 应用前景

近年来，由于一些食源性疾病，如疯牛病、口蹄疫、禽流感N5H1，三聚氰胺掺入鲜牛奶或奶粉等，严重危害了人类健康，食品安全问题引起了各国政府的普遍关注。HACCP 作为一种世界公认的确保食品安全的有效措施，正被逐渐地广泛应用于食品行业的各个领域，并将成为未来食品安全控制的基础。

危害分析与临界控制点(Hazard Analysis and Critical ControlPoint，HACCP)是针对食品安全卫生的一套科学、经济、有效的管理系统，强调以预防为主，将食品质量管理的重点从依靠终产品检验来判断其卫生与安全程度的传统方法向生产管理因素转移，将不合格的产品消灭在生产过程中，减少产品在生产线终端被拒绝或丢弃的数量，消除生产和销售不安全产品的风险，被国际权威机构认可为控制由食品引起的疾病最有效的方法。1 食品安全及现状 1.1 食品安全的现状

食品的安全性是一件亟待解决的问题。随着食源性疾病的广泛分布和不断增长，食品安全已成为全球性的公共卫生问题。由于现代工业的发展，使自然环境受到相当程度的破坏，增加了农畜产品的污染；新兴的食品加工技术，有的中间环节处理不科学，成为食品安全的隐患。人口增长，对农副产品的需求量增大，为了提高产量，超量使用农药、抗生素、激素等，导致产品中的残留量超标，对人体造成危害。人口的流动及生活节奏加快，造成人们的就餐方式发生变化，经常就餐于饭店、餐馆，餐饮业操作方式的安全性不高，也对人们造成危害，并增加了不同地区间新病害源的交叉污染。科学研究证实，癌症、婴儿畸形、疾病的抗药性以及某些其他中毒现象都与畜禽产品中残留的有害物质有关。这些残留物在人体中逐步积累约15至20年后就会产生严重后果。人类的肿瘤及某些重要疾病也与食品有关，如某些食品中的黄曲霉毒素就是重要的致癌物质之一。另外，食品安全还是制约我国许多食品企业进入国际市场的重要原因之一。1.2 影响我国食品安全的因素及应对措施

我国对食品安全历来十分重视，特别是加入世贸组织后，食品安全问题已成为面临的挑战之一，主要是由于食品在生产、加工、运输、储存和销售过程中人为改变其天然性而造成，无论对农民、消费者，还是食品加工业它都至关重要。而食品安全的管理涉及到卫生、农业、工业、工商、质检等众多部门，管理重复交叉，且我国地域广阔，人口众多，受传统观念束缚，食品业发展缓慢。食品安全的法制化管理与国际水平还有一定的距离。

因此，一方面需要加强食品卫生相关法律宣传教育工作，提高全民食品卫生观念。另一方面加强食品卫生监督执法力度，改善我国的食品卫生状况，严厉打击制售假冒伪劣产品的行为。更重要的是积极学习采用国际先进的食品安全管理经验，在食品生产经营企业中实施H A C C P 管理技术，将监督管理的重点从对终产品的抽检过渡至对生产经营全过程的管理，提高企业生产经营管理水平，将全过程控制的理念应用于食品安全监督管理体制中去。

1.3 影响我国食品安全的因素及应对措施

我国对食品安全历来十分重视，特别是加入世贸组织后，食品安全问题已成为面临的挑战之一，主要是由于食品在生产、加工、运输、储存和销售过程中人为改变其天然性而造成，无论对农民、消费者，还是食品加工业它都至关重要。而食品安全的管理涉及到卫生、农业、工业、工商、质检等众多部门，管理重复交叉，且我国地域广阔，人口众多，受传统观念束缚，食品业发展缓慢。食品安全的法制化管理与国际水平还有一定的距离。因此，一方面需要加强食品卫生相关法律宣传教育工作，提高全民食品卫生观念。

另一方面加强食品卫生监督执法力度，改善我国的食品卫生状况，严厉打击制售假冒伪劣产品的行为。更重要的是积极学习采用国际先进的食品安全管理经验，在食品生产经营企业中实施H A C C P 管理技术，将监督管理的重点从对终产品的抽检过渡至对生产经营全过程的管理，提高企业生产经营管理水平，将全过程控制的理念应用于食品安全监督管理体制中去。1.4 食品安全的控制措施

随着人们生活要求的提高和现代食品工业的发展，食品中的化学物质成分越来越复杂，控制食品安全越来越迫切，各食品加工厂家及相关部门已经在积极引用、建立有效的食品安全控制方法或体系。国内外各种先进的质量控制管理方法不断涌现，有如下几种：H A C C P、GMP、SSOP、ISO9000 等等。HACCP(Hazard Analysis And Critical Control Point，危害分析与关键控制点)是目前各国食品安全领域极力推广使 用的一种食品安全控制体系。GMP(Good Manufacturing Practice，良好生产规范)是一个应用于食品生产全过程中，保证食品具有高度安全卫生性的良好生产管理系统。其基本内容是食品从原料到成品全程中各环节的卫生条件和操作规程。

SSOP(Sanitation Standard Operating Procedure，卫生标准操作程序)它是一套特殊的、与食品卫生处理和加工工厂环境的清洁程度有关的目标，及所从事的满足这些目标的活动。强调食品生产车间、环境、人员及与食品有接触的器具、设备中可能存在的危害的预防以及清洗(洁)的措施，是GMP 的中心内容，我国的《食品卫生法》和各类型食品工厂的规范都有类似国外SSOP 和G M P 的相关内容。

ISO9000族(质量管理体系标准族)，是国际标准化组织质量管理和保证技术委员会制定的所有国际标准，是在总结世界各国，特别是工业发达国家质量管理经验的基础上产生的，是宝贵的软件财富，ISO9000族的核心是质量管理和质量保证标准，已被80 多个国家采用并转化为本国的国家标准。适用于广泛的工业行业和经济部门，有三种质量保证模式：设计、开发、生产、安装和服务的质量保证模式；生产、安装和服务的保证模式；及最终检验和试验保证模式。它是一个组织或受益者主动提出，为了竞争和保持良好的经济效益而要求使用的更加行之有效的质量管理体系。以上这几种管理控制方法，相互关联，相互促进，并有各自不同的着重点。2 关于H A C C P 2.1 HACCP的发展 二十世纪60年代，美国宇航局用“零缺陷”方法控制宇航员食物的卫生质量而开发航天食品时，形成了 H A C C P 食品质量管理体系，并证实其可靠性，在国际上也得到承认。1988 年，国际微生物学会食品微生物标准委员会报道并发表《HACCP 在确保食品品质与微生物学安全的应用》的单行本；1993 年欧联盟通过《关于食品生产运用HACCP 的决议》；1995 年12 月FDA 公布HACCP，并决定自1997 年12月18 日起实施《水产品加工与进口的安全卫生的规定》，明确规定未实行HACCP 的企业产品不准进入美国市场，引起与之相关的水产品出口国对HACCP 的极大重视。目前，在WHO/FAD 联合国食品标准中 HACCP 作为国际标准被加以应用；；英国、法国、德国、日本、韩国、比利时、荷兰、秘鲁、智利等国也在推广H A C C P，并不断加以改进和完善。2.2 HACCP的内容

HACCP 的基本概念是：为防止食物中毒或其它食源性疾病的发生，在从食品原料种植(养殖)到食品食用的全过程中，对造成食品污染发生或发展的各种危害因素进行系统和全面的分析，从而确定能有效的预防、减轻或消除各种危害的“关键控制点”进而在“关键控制点”对造成食品污染或发展的危害因素进行控制，并同时监测控制效果，随时对控制方法进行校正和补充。它是一个以预防食品安全为基础的食品安全生产质量控制的保证体系，是目前可以最大限度地保证食品安全的最好体系。其包括7 个基本组成部分： 2.2.1 危害和危害分析(HA)危害是指食品中可能造成人类健康损害的生物性污染物、化学性污染物或物理性污染物，以及影响食品污染发生发展的各种因素。生物性污染物包括：各种致病性细菌或食品腐败菌、病毒、寄生虫、霉菌、细菌各霉菌毒素或代谢产物等；化学性污染物包括：农药与兽药的残留、重金属、工业污染物、滥用的食品添加剂、杀虫剂、清洗剂等；物理性污染物包括放射性以及金属碎屑等。

危害分析是HACCP 系统方法的基本内容和关键步骤，它通过既往资料分析、现场实地观测、实验采样检测等方法，对食品生产过程中食品污染发生发展的各种因素进行系统分析，发现和确定食品中有害污染物及影响其发生发展的各种因素。2.2.2 确定关键控制点(CCP)关键控制点是指能对一个或多个危害因素实施控制措施的环节，它们可能是食品生产加工过程中的某一个操作方法或流程，也可能是食品生产加工的某一场所或设备。“关键控制点”依其产生控制作用的性质与强弱，通常分为两类，一类是能完全消除危害因素的“关键控制点”称为CCP1，如高温蒸煮工艺；另一类则是仅能减轻而不能消除危害因素的“关键控制点”即C C P2，如冷冻保藏。但需指出的是，两种类型的C C P 都是重要的，必须加以控制。2.2.3 确定关键限值

对每个CCP 需确定一个标准值，以确保每个CCP 限制在安全值以内。这些关键限制是一些常用物理参数和可快速测定的化学参数。如：温度、时间、湿度、p H 值、水分、活性有效氯、重量的测定及感官指标等。2.2.4 确定监控CCP的措施

监控是有计划，有顺序的观察或测定以判断CCP 是否在控制之中，并有准确的记录，用于未来的评价。应尽可能通过各种物理及化学方法对CCP 进行连续的监控，若无法连续监控关键限值，应有足够的频率观察测定CCP 的变化特征以确保CCP 是在监控之中。2.2.5 确定纠偏措施 当监控显示出现偏离关键限值时，要采取纠偏措施，以防万一发生偏差时能有适当的手段来恢复和纠正出现的问题，并有准确的纠偏过程的记录。

2.2.6 建立审核程序

为了确保H A C C P 系统处于准确的工作状态及其制定的H A C C P 计划适合目前实际生产过程并有效，需建立审核程序。检验措施包括H A C C P 计划的复查、关键控制点记录的复查、随机抽样及物理、化学、微生物和感官方法及依照标准进行的试验等。2.2.7 建立有效的文件记录保存程序

文件记录的保存是有效地执行HACCP 的基础，书面文件包括：HACCP 系统的各种措施，用于危害分析采用的数据，监控方法及记录，由专人签名的监控记录、偏差及纠偏记录，H A C C P 计划表，危害分析工作表，审核报告等。HACCP 的应用，意味着食品卫生管理正从以往对终产品的检验为主的方法向以制造过程为主控制管理危害因素的方法转换，这种制度的实施可确保食品的安全性，从长远角度看，在日趋激烈的市场竞争中实行HACCP 体系是大势所趋。2.3 HACCP的应用现状

大部分的先进国家已开始推动水产品及畜产品的HACCP制度，并陆续将之法制化。联合国食品标准委员会(Codex)推行HACCP 制度为食品有关的世界性指导纲要。APEC 也积极推动以HACCP 制度为基础的食品相互认证计划。总而言之，由于对食品安全的必要性，该制度已取得国际间的认同，并成为各国食品卫生管理的共同努力目标。2.3.1 国内外概况

在美国，因食品而发生的疾病中由于食用水产品而引发的占了很高比例。为保证水产品的安全性及实现快捷有效的处理，改善其相应制度，美国政府在水产品领域率先实行HACCP。为保证HACCP 的顺利实施，政府资助设置了以培训有关人员为目的的机构《海产品H A C C P 同盟》，以使制造商、检查官员、处理者等能充分理解。

日本于1995 年5 月通过食品卫生法的修正而公布《综合卫生管理制造过程》，即食品的制造、加工及其管理方法上为防止食品卫生危害所做预防性措施的综合性制造加工过程。将H A C C P 管理制度纳入法规，从乳、乳制品以及食肉制品等开始实施。

加拿大的渔业海洋部自1992 年2 月推行水产食品的登录制度，规定申请登录的必备条件为水产品工厂应施行以H A C C P 为基础的品质管理计划。关于乳肉卫生方面，农业部依据强化食品安全计划(Food Safety Enhancement Program)，自1996 年起推动屠宰场、食肉制品、乳制品等的HACCP 管理制度。

法国农业部于1995 年公布《直接提供消费者的食品卫生相关法令》、《家禽屠宰场的卫生条件》、《生鲜肉加工、流通的卫生条件》并积极推动普及H A C C P 制度，作为生产者管理的指针，促进食品安全。

我国政府也很重视HACCP 体系的应用，现在在水产品、禽蛋制品、果蔬、乳制品、肉制品及饮料、调味品的加工生产中都有研究与应用，并取得了良好的效益，到目前为止，我国已有近二百家企业获得HACCP 认证，HACCP 在中国出口食品企业界中已经正式并轨。

世界各国对食品安全性的关注，消费者对食品质量的重视，使H A C C P 的应用范围日趋扩大，其对质量控制的有效性和实用性突出了它的优点，HACCP 正逐渐成为国际食品卫生管理的标准。2.3.2 HACCP与其它方法的比较

传统上，对食品卫生的预防和控制的重点是放在对成品的监督检查，显然已不能保证食品安全。虽然对成品进行监督抽查可直接反映产品的安全性，但成本大，需要抽出一定的经费单独进行抽样和试样安全性检测，且不能确保被抽检的食品的实际安全。有些指标的检测需要较长的时间，当得出结果时，被抽检的食品可能已经被食用或运走，即使发现问题也难以挽回。对于不合格产品的处理也会再次造成环境污染。传统的食品监督检验方法并不能很好的控制食品安全，所以出现了新的HACCP、GMP、SSOP、ISO9000 等生产过程的质量保证方法。

近年来，在国内认证最多的是ISO9000，主要是因为它广泛适用于工业行业和经济部门，其次是HACCP。HACCP 与ISO9000 在部分要素和控制上是类似的，相对于ISO9000 而言，HACCP 是应用于食品工业, 强调食品安全的质量保证模式，其过程控制更加强化，更具有针对性；属于质量控制范畴，强调产品的卫生质量，有明确的监控对象(有害污染物)；投入小，经济效益高，文件简单；并由自愿性逐渐过渡到强制性。GMP、S S O P 是有效地应用与实施H A C C P 的基础，依据G M P、S S O P 及一些国际标准，制定出相应的CCP 的限值范围与纠正措施，保证国际市场所需的质量卫生要求。例如1996年美国农业部(FSIS)发布的关于肉禽产品法规中，要求企业在执行H A C C P 时，应采用和执行SSOP，把肉类和禽类企业生产中的卫生操作规范作为改善其产品安全状况的主要前提。2.3.3 HACCP在应用中的保证措施

HACCP把保证食品质量的重点放在从原料的种植(养殖)开始，经过食品生产、加工、销售至最终到达消费者等的整个过程的各个环节上，而不仅仅着眼于一般生产中的原料及终产物的控制。通过危害分析，抓住影响食品质量的主要环节“关键控制点”进行控制，对影响食品质量不大的环节，只需花较少的精力。良好的、系统化的预防措施，可消除在生产过程中因质量降低而导致最终产品不合格时才纠正的现象。除了对“关键控制点”进行控制外，还监测本系统的控制效果，随时对控制方法进行校正和补充，在生产过程中及时发现和解决问题，不断完善提高体系自身的监控能力。对食品从原料到终产品的全过程的自我更新监测系统使HACCP 能有效地防止在生产及运输过程中可能存在的污染，从而保证了食品的安全及质量。HACCP 的有效性还表现在所有的过程都有文件记录保存，可以溯源找出污染源以彻底提高食品品质。2.3.4 HACCP在食品企业中的作用

作为一种新的控制模式，HACCP 体系的管理控制方式使不合格的产品消灭在生产过程中，有效的控制生物性、化学性、物理性污染物，提高食品安全性，降低生产和销售的风险，促进食品生产企业提高自身的管理水平，是一种有效的、系统的、合理的控制模式。不同的产品生产过程有不同的关键控制点，相同类型产品的生产过程有类似的关键控制点，应用推广快速简单。如H A C C P 在绿茶生产过程中的应用，通过对关键控制点的有效监控能收到良好的效果。HACCP 体系在食品工业中的应用不但提高了食品的安全性，也提高了企业的社会信誉，特别是出口企业，保证产品质量，塑造良好的企业品牌形象，参与国际竞争。监控机制和完善的记录保管，在对于生产者产品责任上最终将成为一个有效的论证，还可以恰当对待各行政和业务部门的监督指导，准确处理消费者投诉等问题。3 HACCP的应用前景和发展趋势

HACCP 不仅是一种食品安全卫生质量控制手段，更可以是一种监督检验模式和理念。我国绝大多数监督机构对企业生产许可证和产成品比较重视，但是对生产全过程的监督缺乏力度。对企业生产过程中的卫生问题总是不能及时觉察，更谈不上分析原因，寻找对策，及时采取改进措施，往往使小问题到最后表现为产品质量不合格，甚至发生食物中毒或食源性疾病的暴发。因此，执法和相关部门及其人员应充分吸收H A C C P 理念，转变监督和执法观念、工作作风、工作模式及工作方法。促使企业能进行危害分析并找出“关键控制点”及纠正措施，建立记录及反馈机制，让H A C C P 体系在企业内良好运作，提高企业自身的食品安全卫生的管理控制能力，树立企业形象，生产优质产品参与市场竞争，也有利于我国食品安全工作的顺利开展。

在发达国家H A C C P 已被广泛应用于食品和生产和管理中，在我国实施和推广H A C C P 体系的也将改善食品卫生状况，提高食品的安全和品质。H A C C P 简明、实用、有效及公认的可靠性，使其成为建立现代食品安全系统的指导性的基本准则，是保证食品安全性最为经济有效的方法，是一个动态的控制系统，对于不同的对象有不同的关键控制点，它将进一步的向制药、环保等行业发展，并更将深入到对产品的管理制度中去，同时需要政府相应的法律法规来保证其在食品安全控制中的作用与地位。

第三篇：仿生材料在环境保护中的应用现状与前景

仿生材料在环境保护中的应用现状与前景

摘要：仿生材料是材料学科的一个新的研究领域，本文介绍了环境材料的研究现状，指出环境材料的合理应用在环境保护中发挥的重要作用，并从仿生材料科学与工程以及净化环境的观点介绍了仿生材料材料的主要研究研究现状及其环境保护中的应用现状与前景，并展现与生态环境协调的材料和系统的构思。关键词：仿生材料、环境材料、环境保护 前言：

材料是直接或间接利用自然资源来制造成有用物件的物质[1],是人类社会文明进步的物质基础和先导，材料科学家把材料科学与工程定义为关于材料的组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学[2]。长期以来，材料的生产—使用—废弃过程，可以说是一个提取资源，再大量地将废弃物排回到环境之中的恶性循环过程。在这一过程中，人们在材料设计时很少注意到自然资源和生态环境对此恶性循环的承受能力。基于此，曾汉民提出了促进可持续发展的材料设计与自然资源密切关系的模式[3]，它充分反映出材料的设计、应用与环境、资源的和谐、协调。他认为化学组成、物理结构是材料的2个基本要素，决定了材料的性质、使用性能和制备工艺。同时，这些因素与环境及资源都紧密相关且相互作用。

所谓生态材料(eeomaterials)系指从生态学角度构思与环境协调的材料。随着社会的发展，资源消耗急速增加，大量废弃物及有害物的排出，使周围环境、地球环境日益恶化。21世纪世界人口将突破100亿，为了解决资源和环境的协调问题，必定要在材料科学与工程学科的发展中反映环境意识[4]。

在环境材料中有一类是仿生材料，它指模仿生物的各种特点或特性而开发的材料。我们在现实生活中接触过许多动物与植物，他们都属于生物的范畴。在地球上所有生物都是由理想的无机或有机材料通过组合而形成，例如能够跳动80年都不停止的人类心脏，几乎不发热量的冷血昆虫。从材料化学的观点来看，仅仅利用极少的几种高分子材料所制造的从细胞到纤维直至各种器官能够发挥如此多种多样的功能，简直不可思议。因此，仿生材料学的研究内容就是以阐明生物体的材料构造与形成过程为目标，用生物材料的观点来思考人工材料，从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作[5]。但是迄今为止该学科未开拓的领域和未解决的问题非常之多，可以认为仿生材料学的学科体系还没有完全形成。

1、生态材料的仿生领域 1.1仿自然材料

自然界中的物质和生物经数亿年以上的进化，迄今已具有最适宜的结构。由生态材料的观点考虑，这些生物消耗适度物质和能量而生存，能适应环境，当其主要功能丧失后，转变为夭然存在的材料。如树苗吸收太阳的能量、水分、CO2及土壤中的养分成长为树木。树木死亡后细胞木质化、心材化便得到可再生的资源，其材料化过程耗能430kWh/t，要比炼铝的17000Wh/t和炼钢的2700Wh/t小得多，而且废木料燃烧时放出的热能可再利用，在自然界中废木料经细菌作用可再循环。木材和人们关系密切，因它具有高绝热性、容积比热大可调节室内气温；它的近表面的微粒子状物质的扩散反射，能很好地吸收紫外线，反射率低适应人眼的视觉；此外它为多孔性结构，含有水分和空气，而内部的空气层有吸音和隔音性能。

又如日常接触的土壤具有许多优异的功能。土壤是支撑动、植物活动的结构材料，具有通透空气和水并保持它们存在的功能；土壤中存在荷电物质故有离子交换功能。

天然材料的自然循环特性是显而易见的，如源于岩石的石材复合结构中各种矿物经水合、水解，相应成分溶解使母材解体，而残留于土壤中。这种天然物质长期的解体、再生的循环可于低负荷下进行。模仿这种材料的自然循环性，研究与开发了易解体材料。

实际上生物的形状及构成生物的骨和纤维等材料，其结构能很好地适应重力、风和生物本身的运动。这和材料的微结构、材料组成及结构密切相关。例如在非洲南部灼热气候中生长的称为Fenstraria的植物，其主体埋于地下，仅叶尖露出地面，此叶端相当于透明的窗，作为吸收光的入口，同时作为有害紫外线的滤光器，光通过叶内部的透明质均匀地在地下的叶壁分配。具有这种结构的光能变换元件，其单位表面积的变换效率甚高，现正以此为模式设计三维集成化器件。1.2仿生过程 为有效地协调生产物与自然环境之间的生态平衡，人们研究与开发了模仿生物功能的人工过程，兹举例说明。

(1)利用细菌过程。土壤受重金属污染可用细菌处理，如人们从重金属污染的土壤中分离出镉耐性菌，将其在含50g/m3的培养导报基上培养20h，此菌可存贮27.3mg镉，该量相当于干燥菌体重的53%。亦有用六价铬耐性菌和水银耐性霉等吸收除去Cr和Hg的报道。此外利用微生物除去活性污泥中的金属，这可能与微生物所含的多糖、蛋白质、脂质和核酸等的官能基与金属结合有关。迄今地球上存在的微生物仅很少一部分被利用。极限环境(高温、强酸性、高碱性、高盐性环境、深海底和地热等)下微生物的检索、采集、培养与利用是很有意义的课题。

(2)生物吸着过程。生物吸着是指利用生物物质吸着水溶液中的金属离子使其浓缩的过程。吸着介质可为特定的菌类和藻类，其吸着量可达33-72Omg/g。此藻类和菌类的细胞壁由蛋白质和多糖类组成，其氨基、羧基、酰胺基和羟基能与金属离子结合，故生物吸着机理是在细胞表面迅速产生离子交换反应，随之进行扩散与还原以及配位反应等。调节藻类溶液的pH可改变其离子吸附特性。利用生物物质可开发出经济的金属回收方法，但需进一步研究生物生与死时吸着机理的差异。1.3仿生科学与工程

旨在阐明自然过程的特征，且以人工的合成分子组成反应装置或机械，来模拟自然过程。以此构思金属的精制和金属化合物的合成过程。下面介绍以细抱为基本单元的物质传递控制功能，以启迪仿生的思路。

(l)选择性主动传递过程。物质经细咆膜的传递过程与一般精制和分离过程迥异。前者是以分子或离电化学位为基础的主动传递现象，对特定分子和离子传递的选择性特别受人注目。从细胞的分子生物学分析，K+在细咆内的浓度比细胞外的浓度高约20倍，Na+的浓度则相反，这是由于输运体蛋白质腺苷三磷酸酶(ATPase)将Na+向细咆外，而将K+向细胞内主动传递的结果。

为模仿细胞膜的这种选择性的主动传递过程，应设计柔性的物理或化学载体，它可使膜在低浓度侧选择性结合特定离子；而在膜的高浓度侧此离子脱离。(2)选择性被动传递过程。细胞膜由于具有离子通道开闭的门功能，它的选择性要比一般分离膜高得多。因此，仿照生体膜的离子传递体系，可将人工离子通道预埋于脂质体中，进行Co2+的选择传递研究，开发具有开关功能的特定物质传递器件或自动控制物质传递器件。

(3)利用人工微球过程。自1965年Bangham用磷脂质制成了接近细胞膜的人工脂质双层膜以来：生体膜的物理化学发展甚快。如研究与开发了微球状封闭的双层脂质体，其大小可调节(由直径25nm的微脂质体到数μm大小的红血球)。此外，模仿生体膜又制成直径μm级的微囊，其内部的芯物质和外部环境隔离成微小容器。此芯物质微粒子分散在连续介质中，由界面聚合法成膜，膜厚可在nm到μm范围调节。上述脂质体和微囊类具有物质传递控制功能。

(4)利用膜动传递过程。细胞独特的物质传递是很有意义的现象。细胞内外的蛋白质、多糖等巨大分子通过细胞膜的变形、粘连、融合和分离可在细胞内外出入，即细胞的内摄作用和细胞排粒作用。仿照细胞膜动态传递过程虽有困难，但可启发人们构思选择效率高的浓缩装置[3]。

2、仿生材料在环境中的应用 2．1人造生物纤维

最早开始研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。对蚕或者蜘蛛吐出的丝，人类自古就有很大的兴趣，这些丝纯粹是由蛋白质构成，特别是蚕丝，具有温暖的触感和美丽的光泽。二十世纪以来，人们模仿蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法，此后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等服用性能研制了许多新型纤维，例如，牛奶蛋白质与丙烯晴共聚纤维(东洋纺)，商品名为稀苤的高吸湿性纤维(旭化成)等等。这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功[6]。另外人们还对蚕的产丝体进行了卓有成效的研究(日本农业生物资源研究所)，并且对蜘蛛丝也进行了研究(日本岛根大学)，研究者们期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样的人造丝。2．2抗污染表面图层材料 “荷叶效应”和“非光滑表面理论”的同时发现和相继发展，展示了国内外学者在仿生学研究中的竞争和挑战。1971-1990年，Bonn大学植物学家Borthlott等[7]发现荷叶表面的乳状突起构型，研究其抗污染的自清洁效应，并将模仿荷叶所制备的纳米表面涂层材料应用于汽车制造工业和建筑工程（图1）。吉林大学任露泉等人20世纪80年代起开始研究蜣螂、蚯蚓、蝼蛄等所谓土壤动物体表不被粘附的问题。生物界存在着光滑和非光滑两种界面。传统上认为，界面越光滑，阻力越小，越不被粘附。任露泉等[8]发现，在一定的条件下，生物体的一定的非光滑表面具有减粘、脱附、降阻和耐磨效应。他们开发出仿生犁壁、推土板和不粘锅等系列的减粘脱附仿生产品（图2）。

图1荷叶表面的乳状突起和污染的自清洁效应（仿Barthlott等，1997）.左：荷叶表面排污现象；中：荷叶表面的乳状突起；右：仿荷叶涂料的自清洁效应，其中左侧为普通涂料，右侧为仿荷叶涂料（4年后）2．3仿生材料对水体中POPs的富集

POPs是指持久存在于环境中，通过食物网积聚，并对人类健康及环境造成不利影响的化学物质，具有持久性、生物累积性、长距离大气传输性和毒性。近几十年来，国内外饮用水源水中发现存在持久性有机污染物[9-11]。检测到的POPs在水体中浓度很低，甚至在ng/L~pg/L的浓度级[12-13],直接导致了监测和有效去除的困难。所以开发新型的富集材料来实现有效监测和去除POPs就显得非常重要。

在职业病毒理学和环境毒理学方面，皮肤一般被认为是有毒物质被摄入的通道。因此皮肤作为一种能够吸收有毒物质的膜受到了关注。早在1988年，Joy Houk和Richard H.Guy[14]在他们关于皮肤渗透研究模型回顾中详细介绍了1988年以前在仿皮肤渗透膜方面取得的一些研究进展。Huckins等设计了包含三油酸甘油酯的半透膜采样器(Triolein-SPMDs)应用于环境污染监测[15]，是基于模拟生物、替代生物进行环境监测构思的基础上加以设计的。低密度聚乙烯薄长带为半渗透膜，三油酸甘油酯涂布于带内，整个结构为“三明治状”层叠式。大多数的有机污染物分子通过被动扩散的方式进入膜材料并在三油酸甘油酯内得到富集。疏水性的聚乙烯薄膜表面对水分子的排斥作用导致溶解态的疏水性有机污染物通透能力差，减慢了富集速度。为此一系列以亲水性的高分子膜内嵌三油酸甘油酯的复合膜得到开发。

包含类脂的取样器件能够长期富集水体中的有毒有机污染物，适用于环境中低剂量的POPs富集分离检测，在环境监测中得到了广泛的应用。3展望

以上概要地介绍了生态材料的主要研究领域、现状及今后的发展趋势。先进国家自由市场经济的发展是以地球环境的破坏为代价的。现今环境意识已逐步为人们所共识，技术与环境的协调将促进文明。随环境经济的提出，生态材料的研究与开发刻不容缓地摆在人们面前，实际上以仿生科学与工程为基础的生态材料学的发展必将促进材料科学与工程学科的发展，无疑地将促进经济发展，并造福人类。参考文献

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第四篇：功能吸附高分子材料发展现状与应用

现代环境工程材料论文 功能吸附高分子材料发展现状与应用

李

伟

（太原工业学院环境与安全工程系 环境工程 132066326）

摘要：功能高分子材料是20 世纪60 年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后涌现出的新材料。该类材料一般指在原有力学性能基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。由于其具有轻、强、耐腐蚀、原料丰富、种类繁多、制备简便、易于分子设计等特点，其研究和发展十分迅速。目前的研究主要集中以下方面: 光功能材料、电功能材料、反应型功能材料、吸附分离功能材料、生物医用功能材料、液晶材料、功能膜材料、环境敏感材料、智能材料等。

介绍了吸附性高分子材料的种类、特点及结构与吸附性能的关系，综述了高分子吸附剂在水处理、医药、机械加工等不同领域的研究进展情况。关键词：高分子吸附剂；结构；性能；应用

0 前言

随着科学研究和生产技术的不断发展，吸附性高分子材料正迅速进人人们的生产和生活领域中，目前已经成为重要的有机功能材料之一。吸附性高分子材料主要是指那些对某些特定离子或分子有选择性亲和作用的高分子材料。种类和特点

功能吸附高分子材料主要是指那些对某些特定离子或分子有选择性亲和作用的高分子材料。这类高分子材料具有较大的表面积和适当的孔径，可从气相和溶液中吸附某些物质，从而实现复杂物质的分离与各种成分的富集与纯化及检验。从外观形态上

现代环境工程材料论文 看，主要有微孔型、大孔型、米花型和大网状树脂几种。其吸附性不仅受到结构和形态等内在因素的影响，还与使用环境关系密切。如：温度因素和周围介质等。在吸附树脂出现之前，用于吸附目的的吸附剂已经广泛使用，例如活性氧化铝、硅藻土、白土和硅胶、分子筛、活性炭等。而吸附树脂出现之后，作为吸附剂的一大分支，是吸附集中品种最多，应用最晚的一个类别。

吸附树脂出现在上世纪六十年代，我过于1980年以后才开始有工业规模的生产和应用。目前吸附树脂的应用已经遍及许多领域，形成一种独特的吸附分离技术。由于结构上的多样性，吸附树脂可以根据实际用途进行选择或设计，因此发展了许多有针对性用途的特殊品种。这是其他吸附剂所无法比拟的，也正是由于这种原因，吸附树脂发展速度很快，新品种新用途不断出现，吸附树脂及其吸附分离技术在各个领域中的重要性越来越突出。

当然，无论是大孔性离子交换树脂还是吸附功能树脂来说，都具有很大表面积，根据表面化学的原理，表面具有吸附能力，原则上任何物质均可被表面所吸附，虽表面性质、表面立场的不同，吸附具有一定的选择性。吸附功能不同于离子交换功能，吸附量大小和吸附的选择性，决定与诸多因素，其中最主要决定于表面的极性和吸附物质的极性。

1.1 按照吸附性高分子材料的性质和用途,可将其分为以下几类。

1.1.1 非离子型高分子吸附树脂:对该材料非极性和弱极性有机物具有特殊的吸附作用,主要应用于分析化学和环境保护领域中,用于吸附和分离处在气相和液相(主要是水相)中的有机分子。

1.1.2 亲水性高分子吸水剂:具有亲水性分子结构，可以被水以较大倍数溶胀,广泛用于土壤保湿和生理卫生用品等方面。

1.1.3 金属阳离子配位型吸附剂:这种高分子材料的骨架上带有配位原子或配位基团,能与特定金属离子进行络合反应，生成配位键而结合。这种材料也称为高分子螯合剂,多用于吸附和分离水相中的各种金属离子。

1.1.4 离子型高分子吸附树脂:当高分子骨架中含有某些酸性或碱性基团时,在溶液中解离后具有与一些阳离子或阴离子相互以静电引力生成盐的趋势，因而产生吸附作用。

1.2 按照使用条件和外观形态，吸附性高分子材料主要分为以下4类。

1.2.1 微孔型吸附树脂:外观呈颗粒状,在干燥状态下树脂内的微孔很小,当作为吸附剂使用时,必须用一定溶剂进行溶胀,溶胀后树脂的三维网状结构被扩展,内部空间被溶剂填充形成凝胶,因此也称为凝胶型树脂。

1.2.2 大孔型吸附树脂口:特点是在干燥状态下树脂内部就有较高的孔隙率、大量的孔洞和较大的孔径.这种树脂不仅可以在溶胀状态下使用,也可在非溶胀状态下使用.因这种树脂具有足够的比表面积,其孔洞是永久性的。

1.2.3 米花状吸附树脂:外观为白色透明颗粒,具有多孔性、不溶解性和较低的体积密度.由于这种树脂在大多数溶剂中不溶解不溶胀，因此，只能在非溶胀的条件下使用,树脂中存在的微孔可允许小分子通过。

1.2.4 交联网状吸附树脂:外观呈颗粒状,是三维交联的网状聚合物.由于网状结构,其机械稳定性较差,使用受到一定限制.交联网状吸附树脂是通过制备线性聚合物,引入所需的功能基团,然后加人交联剂进行交联反应制得。

1.3 按照功能高分子吸附材料的吸附机理可以分为以下两类

1.3.1 化学吸附高功能分子包括离子交换树脂，其主要应用是再：清除离子，离子交换，酸碱化学催化反应等方面，整合树脂可通过选择性螯合作用而实现对各种金属离子的浓缩和富集，因此，其广泛地运用与分析检测。污染治理，环境保护和工业生产等领域。物理吸附功能高分子根据其极性大小可分为非极性，中极性和强极性三类。该类的功能高分子的吸附主要靠氢键和偶极作用进行。主要应用与：水的脱盐精制、药物提取纯化、稀土元素的分离纯化、蔗糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。例如：离子

现代环境工程材料论文 交换树脂是具有分离、提纯、净化功能的高分子，但其选择分离性能不高。如果在高分子上引进像乙二胺四乙酸、羟胺等能与某些金属络合的基团，则可进一步提高选择分离性能，这种高分子称为螯合树脂。由离子交换树脂发展出来的每克树脂具有上百平方米表面积和适当孔径的大孔树脂，可以用作高分子吸附剂，从极性或非极性溶液中吸附非极性或极性溶质,可从水中吸附以ppb计的微量杂质。由离子交换膜发展出来的选择性分离膜，广泛用于分离、提纯和医疗上。

在某种程度上来看，功能高分子的独特功能和不可替代性的特性已经带来了各个领域的技术进步，甚至质的飞跃，且在各个行业已经产生相当高的紧急和社会效益，并导致许多新产品的出现。因此，各个发达国家投入了大量人力财力对功能高分子材料进行研究开发，且进展迅速。同时，我国也在大力加大对功能高分子材料的研究开发支持，加入到这场激烈的竞争中去，其主要原因是我国电子，国防，医药和许多尖端技术部门都需要运用到不少功能高分子。结构与吸附性能之间的关系

物质化学性能和物理结构不同，其吸附作用也不同。吸附树脂表现出的吸附能力与其结构具有特定的对应关系。

2.1 化学组成与功能基团

在高分子吸附剂中，聚合物的化学组成与功能基团是最基本，也是最重要的结构因素。(1)元素组成的影响：当聚合物分子中含有O，N，S及P等配位原子时，聚合物具有潜在的络合能力，可作为高分子螯合剂。(2)功能基团的影响：聚合物中功能基团的性质决定了吸附树脂的选择性。当聚合物链上连接强酸性基团时，解离后的高分子酸根能够与阳离子结合成盐，具有对阳离子交换和吸附能力；当连接季基团时，可以与阴离子结合，具有阴离子交换和吸附能力。由于不同离子型基团与各种离子的结合能力及稳定性不同，各种离子型树脂呈现出选择性离子交换能力。(3)分子极性的影响：当吸附树脂的化学结构中不含极性基团时，其适合于从极性溶剂如水中吸附非极性有机物。当引入极性基团时，如引入氰基，将会使其转化成中等极性或强极性吸附树脂，适合于从非极性有机溶剂中吸附不同极性的物质。

2.2 聚合物的链结构

聚合物的链结构包括主链结构、分支结构(分支的数目、长度及化学结构)及交联度等。聚合物带有支链与否及支链所占比例、聚合物的交联与否及交联的程度，直接影响聚合物的溶解度和溶胀度。而溶胀度和溶胀后形成网状结构的孔径大小是影响树脂吸附量及吸附选择性的重要因素。

2.3 吸附树脂的宏观结构

吸附树脂的宏观结构主要对吸附剂的吸附量、机械强度及吸附度等性能有影响。吸附树脂的宏观结构对吸附过程产生的影响主要有两方面：一方面是树脂的有效吸附面积和表面性质，主要是热力学影响，影响吸附树脂的吸附量、选择性及稳定性；另一方面是孔径大小、孑L的长度、孔径分布及树脂的外观形状等，主要是动力学影响，影响被吸附物的扩散过程和吸附速度，孔径大小决定被吸附物的范围和吸附速度，孔径分布直接影响选择性高低。

现代环境工程材料论文 3 影响吸附性的因素

3.1温度因素

吸附剂的吸附量和吸附能力与温度成反比，温度越高，越不利于吸附。在低温下吸附剂的吸附能力增强，吸附量增大。因此，在低温或常温下进行吸附，吸附剂可最大限度地发挥作用。当温度升高时，吸附作用下降，会发生不完全吸附和解吸。当温度继续升高，达到一定温度时，吸附剂几乎不具备吸附能力。利用吸附剂的这一特性可将吸附物脱除，使高分子吸附剂再生。

3.2 树脂周围介质的影响

介质是指除了被吸附的物质之外，存在于吸附剂周围的其他不应被吸附的物质。被吸附物、介质与吸附剂之间存在竞争吸附，当介质与吸附剂作用时，将导致被吸附物的脱吸附。某些强作用介质常被用来作为洗脱剂，洗脱被吸附的物质。

3.3 其他影响因素

流动相的流速、溶液粘度和表面张力、被吸附物的扩散系数等外在动力学因素对吸附过程也会产生影响。如果流速过快，就不能完成吸附过程，吸附剂不能很好地发挥作用。溶液的粘度主要影响被吸附物的扩散速度，表面张力主要影响吸附剂的润湿性。高分子吸附剂的应用

4.1 水处理方面

近年来,尽管国家在减排降耗和水污染防治方面出台了一系列法律法规,但是水环境污染加剧的总体趋势仍未得到有效控制。其中地表水流经城市的河段有机污染尤其严重,城市生活污水和工业废水均含大量有机污染物,部分工业废水还含有毒有害的合成有机污染物质等,使国内大多数城市河流都存在严重的有机污染,直接危及城市水源的安全,对可持续发展带来严重负面影响,威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的身体健康。这就为开发树脂吸附法处理有毒有机化工废水及其资源化技术提供了依据和发展机遇。

同时，随着工农业的发展,近岸海域的污染日趋严重,重金属离子浓度比深海水域高数十倍至数百倍.因此,除去水中污染物及重金属离子是高分子吸附剂的重要任务。袁有宪等人用高分子吸附剂从动态和半静态的海水中吸附除去 Cu、,Pb、,Zn、及Cr3 ,为消除重金属离子对海洋生物幼体的危害,提供了一种有效的方法.曲荣君等人用壳聚糖与过渡金属离子Cu、或Ni形成的配合物,在弱碱性条件下与环氧氯丙烷进行交联,合成出一系列具有不同交联度的壳聚糖树脂,并研究了该系列树脂对Cu、,Ni的静态吸附性能.由此可见,高分子吸附剂不但可以用来去除废水中的重金属离子,而且可以用来回收海水中的金属,应用前景十分广阔。

吸附树脂是一种特殊的大孔树脂,它以吸附为基本特征,大部分不具有功能基而没有任何交换中心,作用与吸附剂活性炭相似,可以再生。大孔树脂的合成方法是以普通石油化工原料的单烯类单体为骨架,与作为交联剂的双烯类单体发生悬浮共聚反应,同时为了获得多孔的结构,在聚合时配合使用不带双键、不参加共聚、又能与单体混溶,使共聚体溶胀或沉淀的有机溶剂作为制孔剂,在带有分散剂的水中,搅拌加热控制颗粒大小而制得。

现代环境工程材料论文 大量研究工作表明,树脂吸附法处理有机废水具有如下特点: 4.1.1 适用范围宽,适用性好。废水中有机物浓度从几个到上万mg/ L 均可进行处理,且吸附效果不受溶液中所含无机盐的影响。

4.1.2 比表面积大,吸附效率高,解吸再生容易。大孔树脂对有机物的吸附率通常可达到99 %以上,不产生二次污染。解吸常用酸碱或有机溶剂,解吸率一般可达95 %以上。

4.1.3 树脂性能稳定,使用寿命长。树脂有较高的耐氧化、耐酸碱、耐有机溶剂的性能,可在150 ℃以下长期使用,在正常情况下年损耗率小于5 %。4.1.4 有利于综合治理,变废为宝。采用树脂吸附可以回收利用污染物,节约开支,增加效益。

4.1.5 工艺简单,不需特殊设备,技术容易掌握,操作方便,运行费用较低。

由于以上这些特点,吸附树脂在处理高浓度、难降解的有机工业废水方面发展迅速,尤其在酚类、胺类、有机酸类、硝基物、卤代烃等方面,取得重大进展。

大孔吸附树脂既具有活性炭的吸附能力,又具有脱附效率高的特点,物理化学性能稳定;因此在有机废水资源化处理领域具有广阔前景。不过,目前国内外商品化吸附树脂的吸附容量、孔结构性能和机械强度尚待继续提高,开发具有高吸附容量、优良孔结构和高机械强度的吸附树脂并将其应用于有毒有机化工废水的治理与资源化的应用中,是当前化学工作者和环保工作者的一项重要课题。可以展望,今后随着国家和人们对环保工作的重视和科研工作者的不懈努力,树脂吸附法处理有毒有机废水技术还将获得更大的发展,必将为我国的环境保护和有机化工企业的可持续发展做出更大的贡献。

4.2 医药卫生方面

高分子吸附剂被广泛用在吸附血红细胞中的胆红素、去除肾衰竭患者血液中积累的毒性成分肌酐生物制药的分离纯化、作缓释药物的基体、药片药丸的崩解剂及药物微胶囊的皮膜等方面.张跃华等人以天然甲壳素为原料合成出珠状高分子吸附剂,并研究了对非结合型胆红素的吸附性能,指出交联甲壳糖吸附剂对非结合型胆红素有良好的吸附作用.魏斌等人合成出含氨基和羟基的高分子吸附剂,并研究了对胆红素的吸附性能,指出含氨基和羟基的吸附剂对胆红素的吸附率可达8O 以上。何炳林、顾觉奋、左晓霞等人分别研究了高分子吸附剂在血液净化及在生物制药分离等方面的作用,指出高分子吸附剂在微生物制药及在微生物发酵液中分离、提取、浓缩和纯化等方面发挥着重要的作用.此外,高分子吸附剂还可以应用于人工肾脏的过滤材料、人造皮肤、消炎止疼膏的凝化剂、隐形眼镜的本体材料等方面。

此外在中医方面，中草药是我国宝贵的医药资源，在提高人民生活质量，保证人民生活健康中发挥了极大的作用。然而中药成分的复杂性和不可知性影响了它的进一步应用，中药现代化成为了中药发展的迫切要求。而中药现代化的关键技术之一就是有效成分或有效部位的提取分离。溶剂萃取分离技术是天然产物分离的经典技术，但溶剂消耗量大，分离效率低，操作安全性差，一般仅适用于实验室小量样品的制备，而不宜用于工业生产。柱色谱分离法采用一定的色谱填料作为固定相，当中药提取液通过色谱柱时，不同的成分即可得到分离。该方法操作简单，适宜于工业生产。尤其是随着高分子产品的出现和发展，色谱填料的种类越来越多，其中以离子交换树脂、大孔吸附树脂和聚酰胺为主。在中药现代化的进程中，研究各种中药的具体药用成分并将其以较高的纯度分离提取出来，成为一项重要的工作，这样，新型分离方法的研究刻不容缓。而高分子吸附剂作为一种新型的柱层析色谱填料，以其使用方便、种类繁多、吸附专一性好等优良的性能赢得了越来越多的关注，将其应用到中草药有成分分离提取中去，必将发挥极大的作用。

4.3 机械加工方面

高分子吸附剂在机械加工领域中的应用主要体现在对油中微量水的吸附.当机器在运行时,汽轮机油会被水污染,它会降低汽轮机油的性能及造成设备故障,所以除去油中微量的水就成为必须的环节.Tanaka等人采用丙烯腈或其他聚合物纤维制成管状脱水过滤器,利用纤维材料将油中细小、稳定的水变成大的水滴,达到除水的目的.该法对去除油中微量的水效果较好.张秀玲等人合成了除去汽轮机油中微量水的高分子吸附剂,这种吸附剂可使汽轮机油中的水分降至0.03 以下.它不但净化效果好,成本低,而且不会改变汽轮机油的原有品质.此外,利用高分子吸附剂去除气体中有害成分的研究也有了一定进展.曹爱丽等人研制出一种

现代环境工程材料论文 新型高分子吸附剂,以丙烯腈、苯乙烯为共聚单体,二乙烯基苯为交联剂,进行致孔悬浮交联共聚,制成多孔网络状树脂,经性能检测能很好地吸附二氧化硫气体,在常温下的吸附量为0.3~O.4 g/g。结束语

随着科学研究和生产技术的不断发展，涌现出大量具有高吸附量、高选择性的吸附性高分子材料。各种离子交换树脂被广泛应用于离子色谱分离、酸碱催化反应等方面；带有各种配位基团的高分子螯合剂在环境保护、物质分离、化学分析中有着广泛的应用；各种亲脂性高分子吸附树脂被大量用于含有各种功能团的有机化合物、乳化剂、表面活性剂、润滑剂、氨基酸的分离及用于抗生素药物、天然植物药物的分离提纯；吸水性高的高分子树脂可以吸收超过自身重量的水分，在干旱地区作为保水剂可以提高种子成活率，提高农作物的产量。

参考文献

[1] 赵文元．王亦军．功能高分子材料化学[M]．北京：化学工业出版社．1996． [2] 周学良，刘廷栋，刘京等．功能高分子材料[M]．北京：化学工业出版社．2002． [3] 唐红霞，吕爱敏等．高分子吸附剂的应用及其发展[J]．唐山：河北化工．2004,18[6]． [4] 赵声贵，钟 宏，刘广义等．吸附性高分子材料概述[J]．广州：广东有色金属学报．2006,16[2]．

第五篇：AMT技术应用现状与前景展望

AMT技术应用现状与前景展望

整理时间：2008-9-25 10:02:37 来源：中国汽车工业信息网打印评论收藏关闭

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近几年重型汽车发动机功率200～350kW，输出扭矩900～2200N·m，需要爬行挡速比为10～17，要求挡位间隔小，速比阶小于30%，这就需要使用更多的挡位（8～16个前进挡），而且越来越多地采用副的多挡位变速器。副变速器的采用和挡位数的增多，加大了驾驶员的操纵难度和劳动强度，变速器的故障率上升，手动机械式操纵机构已不适应当今重型汽车的发展。

AMT保留了原手动变速器总成的绝大部分机构，只是将其手动变速的操纵机构用自动操纵机构所取代，生产继承性好，改造成本低，见效快，并且通过软件的优化设计可以全面提高车辆的使用性能。因此，世界各大汽车公司和一些科研院校都在进行此项技术的研究和开发工作。表1给出了手动变速器（MT）与自动变速器的性能比较。因AMT具有较高的性价比，汽车市场对AMT的需求不断增加。

目前，AMT在美国和欧洲已实现了商品化，重型汽车上装配AMT的比例正在逐步增加。据预测，到2008年，欧洲近50%的MT将被AMT取代，部分AT市场也会被AMT占据。因此，近年来世界各重型汽车生产企业都在努力开发新一代的AMT产品。表2列出了世界著名重型汽车公司的AMT产品及主要特点。

我国从20世纪80年代初就开始了AMT技术的研究工作，并取得了一系列成果。在AMT技术理论上的研究与国际水平相当，但在产品化方面，与国外的差距较大。表3列出了国内开展AMT技术研究的单位及其产品特点。

在AMT技术理论研究取得一系列成果后，目前国内研究主要集中在提高系统可靠性、适应性和降低成本上。北京理工大学正在与国内几家汽车公司和变速器生产厂家合作开发AMT产品，这促进了AMT技术商品化、产业化。经过20余年的探索和发展，我国对AMT技术的研究已经逐步走向成熟，已具备了向商品化、产业化转变的条件。推广AMT系列化产品不仅符合我国国情，而且市场发展潜力巨大。欧洲最大的独立汽车变速器GETRAG公司在我国进行了广泛的市场调查后也认为，我国的重型汽车AMT市场前景广阔。

（1）未来10～15年内我国重型汽车技术发展的方向将是全面改善和提高重型汽车的技术性能和使用性能，这为AMT技术的发展提供了足够的空间。

（2）对于城市公交客车，在满足驾驶舒适简便和低成本的双重条件下，AMT应是其首选对象。因此，AMT技术应用于城市公交客车的发展前景广阔。

（3）目前，国内在重型车辆上开发的AMT产品，其执行机构主要采用液压驱动方案。由于大部分重型专用汽车上都具有不同用途的液压系统，本身带有液压油源，因此现有的AMT技术可以直接在其上应用。对于无液压油源但采用了气压制动的车辆，因有气源，可采用气动方案来驱动执行机构。由于专用汽车是一种具有高附加值、高利润的产品，而加装AMT系统增加的成本相对总成本来说比较小，且由此带来的整车性能及售价的提高，对于专用汽车生产厂家来说，无疑具有较大的吸引力。