《环境材料学》课程各章重点内容
环境材料学-第三章 材料科学基本知识
LCA方法的主要研究方向：生命周期清单分析和生命周期影响评价方法。 LCA分析工具的开发：基础数据库的研究和LCA评估软件的开发。
3.1 LCA方法的起源与进展研究
3.1.4 LCA在国内的研究进展
1979 ~ 1974年间，整个REPA的研究焦点是包装品废物问题； 20世纪70年代中期，REPA转向能源问题，能源分析法； 1975 ~ 1988年间，REPA发展缓慢，直到“垃圾船”事件，再次引起
关注。
3.1 LCA方法的起源与进展研究
3.1.1 LCA方法的起源与发展
② LCA的研究和推广重要发展时期
国内的研究工作内容
生命周期清单分析中的分配方法、环境影响类型分配体系、中 国环境影响特征因子和权重因子的确定。
标准化进程
① 1999年，国家质量技术监督局发布等同于ISO 14040的《生 命周期评价−原则与框架》国家标准；
② 2000年发布等同于ISO 14041的《生命周期评价− 目的与范 围的确定和清单分析》国家标准；
（1998 ~ 2000）； ④ “考虑环境因素的产品生命周期的评价”（1999 ~ 2001）； ⑤ “保护区生态旅游生命周期与承载力的关系及风险评价”
（2000 ~ 2002）。
3.1 LCA方法的起源与进展研究
3.1.4 LCA在国内的研究进展
在清洁生产审核、环境标志、绿色包装、绿色制造和城市交通 方式的选择方面，开展了LCA方法研究。
3.1 LCA方法的起源与进展研究
3.1.5 材料LCA评价的应用举例
1.2 范围的确定 • 评价范围选用的功能单元是1000kg，采用的是LCA 的简化模型。 • 此外，由于所研究的材料涉及到多产品系统，将各产品系统的输入和
《环境材料学》课程各章重点内容
《环境材料学》课程各章重点内容1环境与材料材料生产对环境的依存关系、环境材料概念、环境材料的五个判据、主要环境材料种类、环境材料与传统材料、新材料的关系、环境材料学及其主要研究内容。
2材料的环境影响综合评价传统材料和环境材料的评价理论有何不同？材料的评价三角形分析。
环境负荷、材料的寿命全程概念，评价内容描述、环境负荷各项目计算中权重系数的取值问题、废弃物排放因子用加权模型计算时权重系数的计算、环境负荷各项目如何汇总？减少环境负荷的措施。
材料的再生循环设计概念、再生循环设计过程中应考虑的问题、材料的再生循环利用度评价方法、再生过程能量评价与分析。
环境质量评价模型及其各自有缺点、适用场合、计算过程等。
3微生物材料微生物能作为材料使用的原因。
微生物塑料的制备原料与传统塑料制备原料的来源有何不同？微生物塑料的主要生产原料。
紫膜能作为微生物功能材料使用的原理及优点。
两种类型的微生物计算机的原理有何不同？微生物传感器的基本原理及其应用、特点。
微生物燃料电池与传统电池的区别、应用原理。
微生物环境修复材料的特点、微生物固定方式。
微生物环境修复材料的工业应用。
4石墨材料石墨材料加工过程，加工原料的特点。
石墨层间化合物的“阶层”、插入物对石墨层间距离的影响及其计算、石墨层间化合物的奇异膨胀性及其膨胀机理。
石墨密封材料与传统密封材料的比较、石墨密封材料成型方法及其特点、为增强石墨密封材料性能采取的措施。
石墨材料净化含油废水的原理、与传统净化材料活性炭、棉花比有何特点？石墨材料净化大气中SO2有何特点？温度对净化大气中SO2有何影响？5绿色建材什么是绿色建材？传统建材有何缺陷？绿色涂料在生产原料上有何特色？涂料的水性化、高固体化和粉末化区别。
生态水泥生产原料，它与传统硅酸盐水泥在成分和使用过程有何不同？保健环境建材的概念及其种类、特点。
6沸石材料沸石的结构、沸石水和沸石金属离子的性质和作用。
沸石洗涤剂助剂与传统助剂助洗机理比较。
环境材料第二章
3、生态平衡 （1）生态平衡及其特征 生态平衡(自然平衡)：整个生态系统始终处于不停地运动和变
化之中, 经过长时间的演变过程, 生态系统趋于完善成熟, 系统内各 因素间能够相互适应、相互协调, 生物的种类和数量、结构和功能 以及物质和能量的输入、输出等可在长时间内处于相对稳定的状 态, 并在外来干扰下通过自我调节恢复到初始的稳定状态。
环境科学的性质:介于自然科学、技术科学与社会科学之间的 边缘科学, 是一门新兴的、综合性很强、由多学科到跨学科的庞大 科学体系, 它的研究内容在不断地充实和发展。
环境科学的分支学科:
属于自然科学方面的有环境工程学、环境材料学、环境地学、 环境生物学、环境化学、环境物理学、环境数学、环境水利学、 环境系统工程、环境医学等；
14
光学仪器 Nb,Sr,Ta,Ge,Be,Ga,B,Rb,Zr,Te,Cs
11
2001 年我国主要原材料工业的能源消耗统计
材料种类 矿产采选业 化学纤维制造业 橡胶制造业 塑料制造业 非金属矿物制造业 黑色金属冶炼 有色金属冶炼 金属制品业 材料产业合计 工业总能耗
能耗/万t标准煤 1419.14 1705.02 645.87 658.83 9980.87 17136.33 3892.76定的自我调节能力。人类 生产、生活行为对环境的影响不超过环境的净化能力时, 环境 可 以借助自身的调节能力使这些变化逐渐消失, 其结构和状态 得以 恢复。
(3) 资源性与价值性：
环境的资源性：是指人类社会生存发展都是环境不断提供物质 和能量的结果。
环境的价值性：是指人类生活在环境中, 没有环境就谈不上人 类 社会的发展。环境具有不可估量的价值。
◆材料对自然环境的作用程度 评价；
◆现用材料的合理性评价； ◆环境材料的论证体系及其标 准； ◆材料再生的合理性评价。
环境材料学重点
1章绪论1.1环境材料的含义1.2环境材料的研究背景1.3环境材料的研究内容与任务1.4环境材料学的发展概况2章材料科学基本知识3章材料的环境协调性评价4章材料的生态设计与理论8章金属材料概论8.1钢铁铸铁含碳量在2.1%~4.0%之间，多数铸铁中的碳以石墨形式存在，石墨的形状对性能影响较大。
铸铁有很高的耐压强度、耐蚀性和良好的铸造性、耐磨性、消振性和切削性，而且价格低廉，工业应用十分广泛。
加入不同的合金元素可铸成耐热铸铁、耐蚀铸铁和耐磨铸铁等，在可能的条件下“以铁代钢，以铸代锻”可产生巨大的经济效益，一直是工业生产中的趋势之一。
碳钢中的杂质对碳钢性能的影响钢在冶炼的时候，除了必须的合金元素外，不可避免的会从原料中带入一些杂质元素，杂质元素主要有硫、磷、丹、氢、砷、锡、锑等。
这些杂质元素对钢组织和性能产生不利的影响。
硫易在钢种形成FeS共晶体，熔点很低，造成“热脆”。
磷使钢脆化，降低钢的塑形和韧性。
产生“冷脆性”，使钢的冷加工性能和焊接性能变坏。
氧容易在钢中形成氧化物，使性能下降。
氢在钢中形成所谓“氢脆”现象，严重影响钢的塑性，钢的强度越高，脆性越大，造成的危害也越严重。
新钢中的开发1钢中加入地球上含量丰富的Si元素，来代替部分重金属W和Mo。
2Si可提高钢的抗氧化强度，并降低钢的韧-脆转变温度3应用还不广泛9章传统无机非金属类环境材料9.1结构陶瓷陶瓷材料陶瓷的物质结构：陶瓷材料的相组成：晶体相、玻璃相、气相（气孔）晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶体或化合物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。
晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。
陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC、Si3N4）等。
玻璃相的作用是将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度：降低烧成温度，加快烧结过程；阻止晶体转变、抑制晶粒长大。
(完整版)环境材料学_第一章_绪论
环境材料理论研究的主要内容
材料环境性能 评价
材料可持续发 展理论
材料生态设计
LCA方法学、环境性能数据库 资源效率、物质流分析、工艺生态学 生态设计理论、非物质化理论
材料的生态加 清洁生产、再循环利用、降解、废物
工
处理
环境材料应用研究的主要内容
环境工程材料 环境净化材料、环境修复材料、环境 替代材料
英语
Ecologically beneficial materials
Environmentally friendly materials
Ecomaterials
环境材料学定义
环境材料学是一门研究材料的开发、生产与使用 过程和环境之间相互适应、协调的科学。
其目的是寻找在加工、制造、使用和再生过程中 具有最低环境负担的材料。
最终在环境和材料两大学科间开创了一门新兴学科——环境 材料（Ecomaterials)
标志着材料科学的发展进入了一个新的历史时期
材料在社会经济发展中的地位及其 重要作用
• 材料是国民经济和社会发展的基础和先导，与能 源、信息并列为现代文明的三大支柱。
• 16世纪以来，人类经历了两次世界范围的产业革 命，均离不开新材料的开发。
• 结合ISO14000，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
• 结合资源保护、资源综合利用，对不可再生资源的替代和 再生资源化研究将成为材料产业的一大热门
• 各种环境材料及绿色产品的开发将成为材料产业发展的一 个主导方向
主要研究课题
环境净化材料（如废油固化剂、二氧化碳固化剂、 用于分解氮氧化物和硫氧化物等有害气体的新型 高效触媒材料）
稻壳餐具（天然材料、废物利用）
环境材料总结讲解
典型产品 木材、石材、竹材、天然高分子 结构仿生材料、功能仿生材料 绿色包装材料（可食性包装材料等）
生态建筑材料（生态水泥） 传统材料的环境化等
光降解塑料、生物降解塑料 羟基磷灰石等
吸附吸收材料、催化转化材料等 无磷洗衣粉、氟里昂替代物
防止土壤沙化的固沙植被材料等
环境材料学
理论研究
环境影响评价 材料的可持续发展理论 材料的生态设计 材料的生态加工
5.2 材料的生态设计
生态设计的内容
原材料选择
尽量选择资源丰富及天然的材料
避免采用有毒、有害及污染环境的材料
选择易回收、可再生使用材料
生
寿命设计
减少材料成分
态 设
回收设计
废料的回收 废旧零部件的回收
计
包装设计
工艺设计
改革生产工艺流程，优化加工工序 减少生产过程中的能源、物质等消耗 减少生产过程中的污染物
基本形式：
?生态产业园 ?生态产业网络 ?复合实体共生
模式：
?共栖、互利性产业共生 ?寄生型产业共生 ?偏利型产业共生 ?附生型（异生型）产业共生 ?混合型产业共生
生态工业评价指标
生态工业评价指标是用以衡量工业生态系统资源和能源转化 效率的量，如产品与废物比、物质或能量的循环率和损失率 等，其核心环节是评价指标系统的制定。
目标层
准则1
准则2
准则3
指标层1 指标层2 指标层3
指标层4
分指标层1 分指标层2 分指标层3 … 分指标层p
参考国家环保总局文件《生态工业示范园区规划指南》
环境工程材料
环境工程材料
环境治理材料 环境修复材料 环境替代材料
大气污染控制材料 水污染控制材料
环境材料学复习重点
环境材料学复习重点一、名词解释（6个）1、环境材料：是指在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负荷、最大使用功能的人类所需材料。
2、材料环境负荷值：指对某一具体材料在其生产过程中耗用的资源和能源的多少，以及其向环境排放的废弃物（气态、固态和液态之和）多少的综合值。
3、材料的生命周期：是指从原料采集和处理、材料制造、产品制造、运输、销售、使用、再循环、直至最终处理和废弃等环节组成的生命链。
4、生命周期评价（LCA）：是对材料和产品进行环境表现分析的一种重要方法。
具体是通过确定和量化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废弃物排放，来评估某一产品、过程或事件的环境负荷。
5、酸雨：大气中二氧化硫和一氧化氮在强光照射下进行光化学作用，并和水汽结合而形成硫酸和硝酸，使得雨雪pH下降，一般将pH小于5.6的雨称为酸雨。
6、再生资源：在社会的生产、流通、消费过程中产生的不再具有使用价值而以各种形式储存，但可以通过不同的加工途径而使其重新获得使用价值的各种物料的总称。
7、循环经济：是指在人、自然资源和科学技术的大系统内，在资源投入、企业生产、产品消费及其废弃的全过程中，把传统的依赖资源消耗的线形增长的经济，转变为依靠生态型资源循环来发展的经济。
8、腐植酸：是动、植物遗骸，主要是植物遗骸经过微生物的分解和转化，以及地球化学的一系列过程形成和积累起来的一类有机物质，广泛存在于风化煤、泥炭和褐煤中。
9、避害技术：将有害物留在生产过程内部处理，将有害物在进入环境之前转化为无害物，在排放到环境以前进行消化，避免污染环境生态加工技术。
10、材料生产的资源效率：某一生产过程中所产出的所有产品占所投入原料总量的百分比。
11、固体废弃物：指人类在生产、加工、流通、消费以及生活等过程中提取目的组分之后而被丢弃的固体泥浆状的物质。
12、复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的材料。
13、吸附材料：具有多孔结构和巨大的比表面积的材料，常见有活性炭，活性炭纤维，沸石分子筛，活性氧化铝等。
环境材料学 第8章 环境治理材料
• 常用的废水处理技术 分离处理：通过物理方法分离污染物， 不改变其化学性质 转化处理：通过化学或生化反应，改变 污染物化学性质，转化为无害无毒 稀释处理：降低浓度
• 现代废水处理工艺过程（三级处理） 一级处理（筛滤、沉淀）：去除水中的悬浮 固体和漂浮物质 二级处理（微生物降解）：微生物新陈代谢 ，去除水中胶体和溶解态的有机污染物
孔道结构
应用范围十分广泛
• 用作集体防护和个人防护器材的关键防毒材 料； • 污水处理及有害气体的治理； • 食品的精制、脱色； • 医学领域的缓释剂、解毒剂及用于血液净化 、血液灌流中的主要吸附材料等。
硅 胶
• 硅胶是多聚硅酸经分子间脱水而形成的一种 多孔性物质。硅胶的化学组成为SiO2.xH2O， 属于无定形结构，其中的基本结构质点为SiO四面体相互堆积形成硅胶的骨架。
工作原理：氧化还原反应
1.4.3 室内空气净化催化材料
室内污染分类 • 挥发性有机化合物：VOCs,350种以上 • 甲醛 • CO及CO2，NOx、SOx、O3 • 颗粒物 • 氮及其衰变子体。
来源
室内空气净化技术
• 传统吸附过滤 物理吸附：活性炭、沸石、陶瓷 化学吸附：化学反应物质负载于活性炭、沸石等
氧化、偶合、聚合，形成分子量适中的 中间产物，改善其生物可降解性、溶解 性及混凝沉淀性
节约氧化剂用量，降低成本
氯系氧化剂
氯气、二氧化氯、次氯酸钠、漂白粉、漂白精等 在溶解中电离，生成次氯酸根离子，然后水解、歧化 ，产生氧化能力极强的活性基团，从而杀菌、分解有 机物 氧化性与pH关系密切，酸性条件氧化性增强 可通过光辐射或其它辐射增强其氧化性 用于氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类等有机污染 物去除，也用于给水或废水消毒、脱色、除臭等。
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《环境材料学》课程各章重点内容
1环境与材料
材料生产对环境的依存关系、环境材料概念、环境材料的五个判据、主要环境材料种类、环境材料与传统材料、新材料的关系、环境材料学及其主要研究内容。
2材料的环境影响综合评价
传统材料和环境材料的评价理论有何不同？材料的评价三角形分析。
环境负荷、材料的寿命全程概念，评价内容描述、环境负荷各项目计算中权重系数的取值问题、废弃物排放因子用加权模型计算时权重系数的计算、环境负荷各项目如何汇总？减少环境负荷的措施。
材料的再生循环设计概念、再生循环设计过程中应考虑的问题、材料的再生循环利用度评价方法、再生过程能量评价与分析。
环境质量评价模型及其各自有缺点、适用场合、计算过程等。
3微生物材料
微生物能作为材料使用的原因。
微生物塑料的制备原料与传统塑料制备原料的来源有何不同？微生物塑料的主要生产原料。
紫膜能作为微生物功能材料使用的原理及优点。
两种类型的微生物计算机的原理有何不同？微生物传感器的基本原理及其应用、特点。
微生物燃料电池与传统电池的区别、应用原理。
微生物环境修复材料的特点、微生物固定方式。
微生物环境修复材料的工业应用。
4石墨材料
石墨材料加工过程，加工原料的特点。
石墨层间化合物的“阶层”、插入物对石墨层间距离的影响及其计算、石墨层间化合物的奇异膨胀性及其膨胀机理。
石墨密封材料与传统密封材料的比较、石墨密封材料成型方法及其特点、为增强石墨密封材料性能采取的措施。
石墨材料净化含油废水的原理、与传统净化材料活性炭、棉花比有何特点？石墨材料净化大气中SO2有何特点？温度对净化大气中SO2有何影响？
5绿色建材
什么是绿色建材？传统建材有何缺陷？绿色涂料在生产原料上有何特色？涂料的水性化、高固体化和粉末化区别。
生态水泥生产原料，它与传统硅酸盐水泥在成分和使用过程有何不同？保健环境建材的概念及其种类、特点。
6沸石材料
沸石的结构、沸石水和沸石金属离子的性质和作用。
沸石洗涤剂助剂与传统助剂助洗机理比较。
沸石太阳能冰箱制冷原理分析。
沸石在净化废水、废气中的应用。
7云母珠光颜料
传统珠光颜料种类。
云母珠光颜料的种类及其用途、制造工艺分析。
云母钛中TiO2的晶型及其光学效果。
云母钛构造及其显色机理。
重点思考题：
1、试用物质不灭和能量守衡理论来说明材料与资源、能源和环境的关系。
2、表达材料的环境影响有许多方法，试对这些方法加以讨论，并提出一种可以表征材料环
境性能的无量纲化指标。
3、有两种材料：钢和碳-塑复合材料。
通常复合材料成本较高，加工和使用性能也较好。
钢
比复合材料中，制造过程需要更多的能量，但与复合材料不同的是，在汽车报废后钢可以回收利用。
设想你是一名汽车设计师，你可以从上述两种材料中选择一种作汽车的引擎盖，你将选哪种？为什么？
4、从环保的角度分析一下，材料的再生循环设计是属于末端治理还是初始端治理？
重点思考题：
5、试用物质不灭和能量守衡理论来说明材料与资源、能源和环境的关系。
6、表达材料的环境影响有许多方法，试对这些方法加以讨论，并提出一种可以表征材料环
境性能的无量纲化指标。
7、有两种材料：钢和碳-塑复合材料。
通常复合材料成本较高，加工和使用性能也较好。
钢
比复合材料中，制造过程需要更多的能量，但与复合材料不同的是，在汽车报废后钢可以回收利用。
设想你是一名汽车设计师，你可以从上述两种材料中选择一种作汽车的引擎盖，你将选哪种？为什么？
8、从环保的角度分析一下，材料的再生循环设计是属于末端治理还是初始端治理？
9、某材料寿命全程包含8个过程，其中5过程引入再生循环，问是否合理？若在3、5过
程都引入再生循环，问合理性如何？。