炭素材料论文5000字

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建筑装饰材料挥发性有机物及去除设备研究现状Review of researches on VOCs emission and their elimination1 挥发性有机物及其对人体健康的影响挥发性有机化合物（VOC）是指环境监测中以氢焰离子检测器测出的非甲烷烃类物质的总称，其中包括含氧烃类、含卤烃类，广义场合包括甲烷、丙烷、氯烃、氟烃及醇、醚、酯、酮、醛等含氧烃、胺等含氮烃、二硫化碳等含硫烃。通常按沸点的范围把有机化合物分为极易挥发性有机物（VVOC），挥发性有机物（VOC），半挥发性有机物 （SVOC）和与颗粒物质或颗粒有机物有关的物质（POM）等4类。有些有机化合物不能包括在以上的分类中。这是由于这些化合物（如甲醛和丙烯酸）因其反应性或对热的不稳定性不易从吸附剂上回收或用气相色谱法进行分析。挥发性有机物对人体的影响主要表现在感官效应和超敏感效应，包括感官刺激，感觉干燥，刺激眼黏膜、鼻黏膜、呼吸道和皮肤等，挥发性有机化合物很容易通过血液到大脑，从而导致中枢神经系统受到抑制，人人产生头痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感觉；醇、芳得烃和醛能刺激黏膜和上呼吸道；很多挥发性有机化合物如苯、甲氯乙烯、三氯乙烷、三氯乙烯和甲醛等被证明是致癌物或可疑致癌物。Molhave依据室内VOC对人体的影响不同，对其浓度进行了划分[1]，该划分原则通常作为权威引用或作为指导，并在美国ASHRAE标准62-1989R中得到应用，他的划分原则见表1。表1 VOC浓度与人体反应浓度范围/ug/m3 人体反应<200 舒适200～3000 可能抱怨3000～25000 抱怨>25000 有毒2 现有建筑中挥发性有机物的情况中国华西医科大学公共健康学院1995年冬天对刚装修的两个居民房进行了两个半月的VOC测量，发现这些房中产生不同程度的甲醇、乙醇、戊烷、已烷、苯、庚烷、环已烷、甲苯、二甲苯、乙基苯[2]。其中最主要的有机物是甲醇，苯，甲苯和二甲苯。中国预防医学科学院环境卫生监测所对一个办公室空气污染进行测量，发现办公室内主要有机物是苯、甲苯、二甲苯、乙苯和甲醛，浓度从到 mg/m3。美国环保局（EPA）通过对16个建筑的随机抽样调查发现，有4个建筑中的VOC浓度超过了 mg/m3。欧洲对9个国家的56栋建筑进行了室内VOC浓度的测量[3]，发现有22栋建筑中VOC浓度超过 mg/m3。文献[4]指出日本住宅中的有机物浓度为～ mg/m3。文献[5]指出瑞典公寓中VOC浓度为 mg/m3，居民家庭中为 mg/m3。文献[6]指出英国综合建筑中VOC浓度为 mg/m3。从上述调查情况可以看出，目前室内VOC污染状况是比较严重的。3 不同建筑装饰材料挥发性有机物的散发量测量为了从污染源上控制VOC的产生，国内外很多单位都对建筑装饰材料的VOC散发情况进行了测量。文献[7]对中国生产的8种室内材料即酸漆、黑漆、地板清洁剂、地板蜡、空气清新剂、地毯背面粘接剂、墙约、墙纸粘接剂和彩色墙纸进行了测量，发现其散发的VOC有3～30种。文献[8]指出了TVOC的最大传和其衰减度随着材料的不同而不同，流态物质如油漆、清漆和地板油的衰减度最大。EPA做了实验来确认各种室内污染源的散发量，同时确认各种因素对散发量的影响[9]，这些因素包括温度、相对湿度、空气变化及小室负荷。结果表明，空气换气次数对散发量尤其是湿材料的散发量有很大的影响。文献[10]对37种典型的加拿大民用住宅所使用的建筑装饰材料发散的VOC进行了测量，得出了这些材料的VOC数据库。目前世界上已有3个体积为55 m3 (5m×4m×)的实验室用于研究建筑装饰材料的VOC产生量，它们分别是IRC/NRC①，NRMRL/USEPA②和CSIRO/Austrlia③，这些实验室均用不锈钢制作，具有加热、通风、空气调节系统，能够控制室内各种参数。为了使各实验室所测得的数据有可比性及可靠性，欧洲已经建立了对室内污染物测量方法、选样方法、数据分析方法、结果整理方法等统一的协定方案[11]。4 建筑装饰材料VOC散发标准的制定和材料的分类目前我国国家质检总局已颁发了《室内装饰装修材料有害物质限量》10项强制性标准，从2002年7月1日开始的散发量作了规定[12]。北欧国家根据普通材料最大的VOC散发量为40，100和数百ug/(m2·h)，将材料分为MEC-A（低挥发性材料），MEC-B（中挥发性材料）和MEC-C（高挥发性材料）3类[13]。美国EPA现在做出了污染源分类数据库，这个数据库含有材料的VOC散发量及毒性[14]。5 挥发性有机物散机理的研究挥发性有机物的散发率通常由以下两个过程决定[15]：①材料内部的扩散；②材料表面到周围空气的散发。材料内部的扩散是浓度梯度、温度梯度及密度梯度共同作用的结果。每种化合物都有自己的质扩散系数，与其相对分子质量、分子体积、温度及与被扩散的物质特性有关。表面散发由几种机理共同作用，包括蒸发和对流。对于表面散发而言，VOC的散发率会受到空气中浓度、气流速度及温度的影响[16，17]。根据材料的不同，VOC的产生率可能由上述一个或两个因素起决定作用。根据散发机理的不同，室内建筑装饰材料的散发模型，总体上可分为两类即经验模型和物理模型。6 挥发性有机物去除机理和去除设备的研究目前人们主要集中研究活性炭和光触媒设备对VOC的去除特性。吸附是由于吸附剂和吸附质分子间的作用力引起的，这些作用力分为两大类--物理作用力和化学作用力，它们分别引起物理吸附和化学吸附。物理吸附是可逆过程，只能暂阻挡污染而不能消除污染。而化学吸附是不可逆的过程，是挥发性物质的分子与吸附剂起化学反应而生成非挥发性的物质，这种机理可使得低沸点的物质如甲醛被吸附掉。活性炭是最常用的吸附剂，它对许多VOC都是很有效的，但对甲醛作用很小。已有的研究成果表明活性炭对芳香族化合物的吸附优于对非芳香族化合物的吸附，如对苯的吸附优于对环已烷的吸附；对带有支键的烃类物质的吸附优于直键烃的吸附；对相对分子质量大、沸点高的化合物的吸附总是高于相对分子质量小、沸点低化合物的吸附；空气湿度增大，则可降低吸附的负荷；吸附质浓度越高，则吸附量也越高；吸附量随温度升高而下降；吸附剂内表面积愈大，吸附量越高。浸了高锰酸钾的氧化铝（PIA）对甲醛及低浓度的醛和有机酸有很高的去除效率。所以PIA经常与活性炭联合起来使用以提高过滤器的效率。目前美国市场上有3种化学过滤器，都是用活性炭作为吸附剂的[18]，第1种是V字型装有大颗粒的活性炭，第2种是折边型装有小颗粒的活性炭，第3种是折边型的活性炭编织物过滤器，效率为40%～80%，当风速为时阻力为约100Pa。光触媒设备是以N型半导体的能带理论为基础，N型半导体吸收能量大于或等于禁带宽度（禁带能量）的光子（hv）后，进入激发状态，此时价带上的受激发电子路过禁带，进入导带。同时在价带上形成光致空穴。可以用作光催化剂的N型半导体种类繁多，有TiO2，ZnO， Fe2O3，CdS和 WO3等。由于TiO2的化学稳定性高、耐光腐蚀、难溶，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得到实现和加速，加之TiO2无毒、成本低，所以被广泛用作光催化氧化反应的催化剂。TiO2的禁带宽度（Eg）为，当用波长小于387nm的光照射TiO2时，由于光子的能量大于禁带的宽度，其价带上的电子被激发，跃过禁带进入导带，同时在价带上形成相应的空穴。光致空穴h 具有很强的捕获电子的能力，而导带上的光致电子e-又具有高的活性，在半导体表面形成了氧化还原体系。利用光致空穴h 和光致电子e-与空气中的水分和氧气相互反应产生的具有高浓度活性的氢氧游离基·OH，可氧化各种有机物质并使之矿化。如下所示：有机污染物的降解机理与其分子结构有关，分子结构不同其降解机理及途径也有差异。Hashimoto等研究了脂肪族化合物的光催化降解机理，认为脂肪烃先于·OH生成醇，并进而氧化为醛和酸，终生成二氧化碳和水[19]。文献[20]指出TiO2光催化反应中，一些芳得族化合物的光催化降解过程往往伴随着多种中间产物的生成。目前，对于各类芳香族化合物的光催化降解机理研究还很不完备，初步研究认为其主要降解机理还是在·OH基的作用下，芳香环结构发生变化，并进一步开环，从而逐步被氧化，最终矿化为二氧化碳、水及小分子无机物。对室内甲醛和甲苯的研究表明，污染物光催化氧化与其浓度有关，质量数在1×10-4以下的甲醛可完全被光催化分解为二氧化碳和水，而在较高浓度时，则被氧化成为甲酸。高浓度的甲苯光催化降解时，由于生成的难分解的中间产物富集在TiO2周围，阻碍了光催化反应的进行，去除效率非常低，但低浓度时TiO2表面则没有中间产物生成。文献[21]对非均相光催化技术在室内空气品质控制方面的应用进行了研究。指出光催化氧化技术室内空气中低浓度的VOC有着良好的效果。光催化氧化设备可进行模块化设计，而且气体通过时压力降低可忽略不计，这样很容易加装到中央空调空调的系统中去。美国新泽西州的通用空气技术（UAT）公司已开发生产了落地式及管道式光催化空气交净化与消毒设备[22]。尽管许多厂家都在研制VOC去除设备，但对于室内多种有机物污染并存的情况，如何描述这些设备的性能及如何用于实际工程中，则是亟待解决的问题。7 结语7．1 国内外实测结果表明，目前许多建筑中存在VOC污染。国内这方面的研究刚起步，建议有关部门应规范现有建筑装饰材料，根据有关规范要求，尽快建立建筑装饰材料VOC数据库。7．2 为了评估建筑装饰材料对室内带来的挥发性有机物，应考虑实际房间中多污染源的问题，通过建立合理的房间污染模型来切实指导空调系统的设计运行和维护。7．3 针对目前国内外空调房间存在挥发性有机物的污染的问题，应该改变空调系统设计方法即从设计阶段就应该考虑这些污染的去除问题，并开发出用于去除各种污染包括牢固挥发性有机物的高效设备。参考文献1 Molhave L. 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低碳经济与低碳生活摘要：本文阐述了低碳经济与低碳生活的概念和两者之间的关系。“低碳经济”是国际社会应对人类大量消耗化石能源、大量排放二氧化碳引起全球气候灾害性变化而提出的新概念。“低碳经济”不仅意味着制造业要加快淘汰高能耗、高污染的落后生产能力，而且意味着引导公众反思那些浪费能源、增排污染的不良嗜好，从而充分发掘消费和生活领域节能减排的巨大潜力。指出“低碳经济”仅有先进技术的支撑是不够的，必须依托于“低碳生活”才能实现减排的目的。而“低碳生活”是一种简单、简约、俭朴和可持续的生活方式，要实现“低碳生活”，宣传引导和制度保障是缺一不可的。关键词：环境科学；低碳经济；低碳生活；可持续消费1低碳经济的概念及形成背景今年6月5日“世界环境日”的主题定为：“转变传统观念，推行低碳经济”（“Kick the Habit!Towards a Low Carbon Economy”）。“低碳经济”，是近年来国际社会应对人类大量消耗化石能源、大量排放二氧化碳引起全球气候灾害性变化而提出的新概念。它的核心是在市场机制基础上，通过制度框架和政策措施的制定和创新，形成明确、稳定和长期的引导和鼓励，推动提高能效技术、节约能源技术、可再生能源技术和温室气体减排技术的开发和运用，并促进整个社会经济朝向高能效、低能耗和低碳排放的模式转变进入21世纪，全球油气资源不断趋紧，保障能源安全压力逐渐增大，全球环境容量瓶颈凸现，同时气候变化问题也成为有史以来人类面临的最大的“市场失灵”问题。在此背景下，英国率先提出“低碳经济”的概念，并于2003年颁布了《能源白皮书》(英国能源的未来——创建低碳经济)。现在，欧美发达国家大力推进以高能效、低排放为核心的“低碳革命”，着力发展“低碳技术”，并对产业、能源、技术、贸易等政策进行重大调整，以抢占先机和产业制高点。日本作为推动“低碳经济”的急先锋，投入巨资致力于发展“低碳技术”；美国参议院2007年提出了《低碳经济法案》，美国政府制定了低碳技术开发计划。这一切对我国而言，已形成压力和挑战。我国现在正处于工业化、城市化、现代化加快推进的阶段，基础设施建设规模庞大，能源需求快速增长。“高碳经济”特征突出的现实，成为我国可持续发展的一大制约。怎样走出一条既确保经济社会快速发展，又不重复西方发达国家以牺牲环境为代价谋求发展的老路，同时又不盲目让西方国家牵着鼻子走，是我们必须面对的课题。2从技术角度看低碳经济保障能源安全和应对气候变化无疑是“低碳经济”要实现的最重要的两个目标。英国所倡导的“低碳经济”，是通过制定和实施工业生产、建筑和交通等领域的产品和服务的能效标准和相关政策措施，通过一系列制度框架和激励机制促进能源形式、能源来源、运输渠道的多元化，尤其是对替代能源和可再生能源等清洁能源的开发利用，实现低能源消耗和低碳排放的目标。最终实现以更少的能源消耗和温室气体排放支持经济社会可持续发展的目的。新能源二氧化碳排放量的不确定性从技术创新的角度看，“低碳经济”的理想形态是充分发展太阳能光伏发电、风力发电、氢能以及生物质能技术。一般把太阳能光伏发电、风力发电、氢能等称为新能源或替代能源，生物质能认为是替代能源中的可再生能源。风力发电虽然近年来发展很快，技术有一定程度的突破，但目前它的成本也还是高于煤电、水电。此外，人们认为风力发电在发电过程中不排放二氧化碳，而火力发电过程要排出大量二氧化碳，因此说风电不排放二氧化碳，这实际上是一种误解。与火力发电相比，风力发电在发电过程中是不排放或很少排放二氧化碳，但在制造风力发电设备及其维修、维护过程中是一定要排放二氧化碳的，我们不能光比较发电过程的二氧化碳排放量，而应当比较火力发电和风力发电发出单位电量的全程二氧化碳排放量。所以说，认为风力发电、电动汽车不污染环境，不排放二氧化碳的观念首先是不科学的。再比如现阶段太阳能发电的成本是煤电、水电的5-10倍，[1]作为二次能源的氢能，目前离商业化目标还很远，技术还很不成熟。目前新能源开发的高成本一方面说明技术不过关，另一方面也意味着所谓新能源并不是无污染，也不见得二氧化碳排放量就低，在没有进行全程二氧化碳排放量的比较之前，不能轻言新能源是低二氧化碳排放的能源。生物质能技术的实施结果生物能源是可再生能源，发展生物质能技术，看似“一石两鸟”，既解决化石能源紧张的替代和缓解问题又改善环境。但从目前实施的结果看，它带来的问题似乎比解决的问题还要多。美国发展生物质能的新政策出台后，美国的粮农们纷纷扩大玉米的种植面积，或将种植其他作物的土地也改种为玉米。据统计，2007年美国玉米种植面积和产量均创下1944年来最高纪录，产出的玉米中多达五分之一被用来生产乙醇汽油。如此旺盛的需求当然也带来了价格的上扬，仅2007年一年，美国国内的玉米价格就上涨了50％。[2]此外，由于被玉米挤占了种植空间，大豆的供应量减少，价格也开始上涨。因此布什的新能源政策招致了不少人的批评。联合国粮农组织专家琼·齐格勒警告说，一些国家将粮食转化为燃油的做法是一种“反人类罪”，这种做法将加剧全球范围内的粮食短缺，抬高粮食价格，让更多贫困人口难以承受。利用粮食作物转换成生物燃料的政策对于日益严峻的全球粮食短缺问题无疑雪上加霜，必将给世界造成更大规模饥荒。在中国，2007年猪肉和食用油价格的一路飙升，一个非常重要的原因就是饲料价格的上涨，而且粮食价格飞涨波及的不仅仅是中国。美国的一项能源政策对世界范围内的食品价格产生这么大的影响，可谓美国的生物燃料政策的实施客观上已经形成了全球8亿有车一族与20亿最贫困人口之间针对粮食展开的较量。而具有讽刺意味的是，开发生物质能的计划并未带来化石能源紧张问题丝毫的缓解，倒是使新旧问题相互交织，给人类带来了更多的困扰。但这并不意味着技术创新和新能源的发展对于“低碳经济”不重要，而是我们在推行“低碳经济”的同时要倡导“低碳生活”，或者说，“低碳生活”应当是“低碳经济”的重要组成部分。3.低碳经济应与低碳生活相依托“低碳经济”的重要含义之一，不仅意味着制造业要加快淘汰高能耗、高污染的落后生产能力，而且意味着引导公众反思那些浪费能源、增排污染的不良嗜好，从而充分发掘消费和生活领域节能减排的巨大潜力。在市场经济体制和观念下，“低碳经济”高能效、低能耗技术状态下的生产仍然是追逐最大利润，因此大量生产就是不可避免的，所生产的产品最终一定要想办法卖出去的，而且是卖的越多越好。大量生产必然会产生大量污染、大量排碳。单位能耗降低了，但总量大大增加，二氧化碳的排放量是不会减少多少的。举例来说，通过几十年的努力小汽车行驶一百千米的耗油量下降了约50%，但小汽车的总量却增加了几十倍，显而易见的是污染和二氧化碳排放量也增加了许多倍。因此说，“低碳经济”仅有先进技术的支撑是不够的，必须依托于“低碳生活”才能实现减排的目的。“低碳生活”是可持续的生活方式“低碳生活”是一种简单、简约和俭朴的生活方式。我们的衣食住行都与二氧化碳排放量乃至于气候变化有关，比如一张A4纸的能源含量接近度电，[3]由此也可算出它的二氧化碳排放量。如果绝大多数人的生活能够采取低排碳的适度消费的方式，那么“低碳经济”的实现是有可能的，有怎样的生活方式就有怎样的经济。“低碳生活”不只是制造业、建筑业中许多节能技术改进的细节，它包括日常生活习惯中许多节能细节。对于世界第一人口大国来说，每个人生活习惯中浪费能源和二氧化碳排放量的数量看似微小，一旦以众多人口乘数计算，就是巨大的数量。如今在发达国家，很多人已经接受了由低碳经济带来的低碳生活方式，为了过上低碳生活，他们愿意做出自我牺牲，从关掉暖气到放弃驾车去上班。今天欧洲人越来越喜欢乘坐火车出行，一个主要原因是乘高速列车带来的人均碳排放只有飞机的1/10。简约生活，也正成为更多中国人家奉行的生活准则。一些收入早已进人中产阶级的市民，也会穿着旧衣服去早市买便宜青菜，骑自行车出行，使用最老款的手机。煮鸡蛋早关一分钟煤气、用洗衣服的水冲厕所、随手关灯，打印用双面纸等习惯早已深入到那些最有教养的阶层中去，带来心灵的宁静。然而，能够自觉地在可持续消费价值观指导下做到适度消费的人是不多的，大量消费依然是社会生活的主旋律。低碳经济绝大部分时刻还只是一个概念，低碳生活也只是处在令人尴尬的纸上谈兵阶段。在实际生活中，以大量消耗能源、大量排放温室气体为代价的“面子消费”、“奢侈消费”的比例太高。一方面在努力实现“低碳经济”，一方面又不停地挥霍。这些都是消费主义文化使然。消费主义文化总是不断刺激你去换最新款的手机、电视、衣服、鞋子；轰炸般的商业广告煽动着公众一浪高过一浪的消费欲望，把人变成商业利润的工具。不少刚参加工作不久的年轻人，用一个月的收入买一款新式手机或一个名牌皮包眼睛都不眨。中国现在每年平均淘汰近7000多万部手机，产生着大量的电子垃圾。[4]不少年轻女性家里堆满了各种款式的鞋子和皮包，但还是要去买更新的款式。在提倡“低碳生活”的今天，“能挣会花”的口号不再象征着现代化理念，而象征着一种浪费资源的野蛮消费方式。大量生产、大量消费、大量废弃的生活方式，正走向人类文明的反面，严重制约了可持续发展战略的实施，不但污染了生态环境，而且污染了人们的心灵。正是这种无限膨胀的消费欲望造成了世界能源、资源的紧张。“低碳生活”要有制度保障今年6月13日，湖北省首次公示部分省直机关办公建筑能源审计结果，包括省建设厅、交通厅、发改委在内的20个省直机关办公楼，每年每平方米的平均耗电量为80度，是普通民宅的3～4倍。[5]而在这之前，国务院办公厅以及湖北省政府都发布了节能降耗建设加以型机关的通知，并且也有一些具体的要求。不能取得明显成效的根本原因在于，公务人员的节能纯粹是个人道德、认识的体现，即使有一些具体的要求，也只是柔性的，没有一种刚性的制度约束，来催逼他节能。如果政府节能有制度保证，那么公务人员一旦不节能，就会受到组织、经济等方面的惩戒，将会极大地推进节能在政府层面的落实。6月16日《解放日报》报道，上海市将办公节能措施具体化，如制定了“夏季着清凉装上班，除外事礼仪需要外不穿西装不系领带”、“办公楼四楼以下不乘用电梯”、“公务出行拼车、乘用公交车”等规定，正在将办公节能措施具体化，并率先在公务人员中推行，这在大方向上应该看作是走向了制度化。如果这些制度再辅之以惩戒措施，将会更现实化，也便于操作。全民的环境与可持续发展宣传教育开展以多年，公众的环保意识有了一定程度的提高，除了道德层面的教育引导外，还必须有制度的约束。6月1日之前，许多人怀疑“限塑令”的可操作性，但颁布后，还是得到了广大市民的理解，并且取得了实效。总之，“低碳生活”的广泛实施，，将扼制“高碳经济”的蔓延，促进“低碳经济”发展。而实现这一目标，“低碳生活”的宣传引导和制度保障是缺一不可的。参考文献[1]吴晓江.戒除嗜好！面向低碳经济[N].文汇报：2008年6月5日[2]赖华夏.石油涨价的蝴蝶效应[J].世界环境，2008(2):10[3]田晨.低碳生活是一种更好的生活方式[J].世界环境，2008(2):31[4]陈晓凤.简约生活[Ｊ].自然之友通讯,2008(3):48[5]毛建国.惟有通过法制催逼政府节能[N].中国青年报,2008年6月17日

高分子功能材料的另一极为重要的发展就是用於催促化学反应, 这类高分子功能材料被称为高分子催化剂.早在本世纪40 年代, 人们已经使用一种叫交联磺化聚苯乙烯的离子交换树脂作催化剂, 用於化学反应的各个过程, 如水解、缩合、聚合等.尔后, 这类高分子功能材料发展很快, 高分子金属络合物催化剂接着问世, 它能够在化学反应中加速捕捉金属离子, 实现金属化合物的迅速分离, 在工业生产和工业分析上是一种十分重要的方法.还有高分子金属催化剂, 是促进化合物中金属离子迅速完成化学反应的材料, 它已获得了成功的应用.自然界存在一种最有效的催化剂, 称为酶.这一类高分子材料像酶一样有很强的催化作用, 称为人工合成酶.酶是由氨基酸组成的蛋白质高分子化合物, 它是生物体内各种生物化学反应的高效催化剂, 是性能最优异的天然的高分子功能材料.现在, 各种人工合成酶已经研制成功并逐步投入应用, 其种类越来越多, 科学家根据酶的作用原理试图模仿应用於化学工业的催化剂, 在化学工业上进行一场革命.它可以制作进行化工生产, 可以充分利用再生的生物资源, 以摆脱传统的以石油系列为主要原料的合成工艺, 而且还可用酶的催化原理, 避开传统的合成工艺中的高温, 高压的条件, 在各种物质混合的状态下, 有选择地使特定物质发生化学反应, 使反应物能够不加分离地连续反应至生产出最终产物.这样, 生物反应器将会改变化工企业高塔林立的传统面貌, 不仅能节约能源, 改善工作环境, 同进还可以广开化工资源, 消灭废水、废气和废料(又称三废), 使建立无污染的理想化学工业成为可能.例如天门冬酰胺酶制成的中性树脂的前景就非常光明.