环境材料学
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—材料的环境影响评价 (2)
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实例2—用层次分析法评价
定义一个环境指数为LCA的评价目标。
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LCA应用实例3—目标和范围的 确定
本研究的目的是对聚甲醛基自润滑材料在其 原材 料的提取、制备、使用、废弃和再利用的全过 程中的 物质、能量输入输出及其污染排放物对环境造 成的影 响进行了评价。这一模式能够定性和定量的评 价自润 滑材料在整个生命周期中的环境行为。
·提供多种评价方法，如 Eco-Indicator99，Ecopoints97，CML 92，CML 2(2001)，。用户可以选择一种评价方法模型进行单 一评价，也可以同时针对一种产品或服务选择多种评价模型 进行对比评价；
·使用界面良好，提供向导式的评价模式，自动生成评价工艺 流程图，大幅度降低了专业软件的使用难度，便于用户使用 和易于理解；
目标和范围确定
目标的定义包括：目的、原因和评价结果 的输出方式。
研究范围包括：规定评价边界、选择和优 化评价的模型、明确数据的要求、规定审 核方法、审核报告的格式与类型等。必须 与目标相一致。
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编目分析
定义：是对系统边界内的所有过程中资源的能 耗及“三废”排放量对环境负载的影响进行量 化的合理分析。
标准化方面
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VII、材料的环境性能数据库
建立材料性能数据库的基本原则 常用环境数据库介绍
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建立材料性能数据库的基本原 则
（1）有一定的通用性： （2）要具有可比性； （3）应具有服务性的功能； （4）具有预测性的功能。
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常用环境数据库介绍
国际上，提出了一种统一的编目数据格式-SPOLD 格式，还建立了一个SPOLD数据库网络。 http： //
环境材料学课后习题第1-5章
环境材料学课后习题第1-5章第一章1-1 用自己的理解给出环境材料的定义环境材料是指那些具有满意的使用性能和可接受的经济性能，并在其制备、使用及废弃过程中对资源和能源消耗少，对环境影响小且再生利用率高的一类材料。
1-2 从人类的历史进程分析一下材料科学与技术的发展，找出材料与环境的关系。
在人类历史上，有许多时代都是以材料的发展来命名的，如远古时期的石器时代、青铜器时代和铁器时代、现代的高分子时代，都是由于材料科学和技术的发展而推动了历史车轮的前进。
同时就材料科学与技术本身的发展来看，也是随着历史发展的需要而诞生的，如20世纪60年代的半导体材料、20世纪70年代的能源材料、20世纪80年代的信息材料以及20世纪90年代的环境材料，他们都是应时代的要求、社会的需要而产生和发展起来的。
1-3 你认为哪些材料可以属于环境材料？试从你身边找出一些环境材料的例子。
冰箱内的全无氟制冷剂、可降解塑料、可食用包装袋、无溶剂涂料、生态水泥、环保建材、降解树脂、环境工程材料、天然资源环境材料、电磁波防护类材料、电子功能材料领域的毒害元素替代材料1-4 用自己的理解分析一下，环境材料的研究内容应该包括哪几部分。
包括材料的环境影响评价、生态设计及清洁生产、废弃物再生循环利用、环境材料关键技术、环境功能材料、环境友好材料、环境工程材料。
1-5 结合自己的体会，分析一下环境材料的未来发展趋势。
1. 材料的环境性能将成为21世纪新材料的一个基本性能，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。
2. 环境治理材料仍然是环境工程材料的主要研究内容，更高的性能、更长的寿命以及更低的成本成为新型环境治理材料必须具备的性质，环境修复替代材料和废弃物的自资源化研究也将成为环境工程产业的另一大热门。
3. 大力推广环境友好型的材料设计和制备工艺，开发环境友好型的新材料及绿色材料制品。
4. 功能化、智能化的环境功能材料在技术进步的带动下正渐渐走下“高端”的神坛，更好的耐久性能和经济性能将成为环境功能材料研究的主攻方向。
环境材料学1
概念的提出
日本东京大学山本良一教授在1992年提出 一个全新的研究领域“环境材料” Ecomaterials（Environmental Conscious Materials）或 Ecological Materials
最初的定义
环境材料是指那些不仅具有优异的使用性 能，而且从材料的制造、使用、废弃直到 再生的整个生命周期（life cycle）中必须具 备与生态环境的协调共存性以及舒适性的 材料
1.2它研究什么内容？
研究材料对生态环境的作用及生态环境对 这种作用的反应和行为；研究与材料生产、 使用和废弃密切相关的环境问题 手段：定量评价材料寿命周期中（Life 手段 Cycle Assessment）的环境负荷，研究材 料的环境问题或材料的环境负荷值及其特 征。
研究什么内容?
目标：如何对材料和物质进行再利用和再 目标 生循环利用，从根本上解决资源日益短缺， 大量废弃物所的无污染的材料生产、加工和制造技术基 础 b. 具有最低环境负担的材料工程新技术和新工艺 c. 可循环性的功能材料或结构材料的分解和分离 技术基础 d. 废弃材料的综合再生技术基础 e. 现用材料中有害元素的替代技术 f. 自然资源中枯竭性金属元素的替代技术
评价系统：
包括使用性能和环境性能两方面的评价。 a. 生态环境与材料相互作用的度量标准和基准 b. 现用材料的合理性评价 c. 人类活动废弃的可再生资源的核算体系 d. 各种材料的环境负担的基础数据库 e. “绿色标志”材料的论述体系、方法及其标准 f. 自然资源的容量评价和环境容量的评价
研究意义
环境材料是一种反映人们对生态环境所持态度的材料，其意义在于 1.（观念）：培养环境意识的科学工作者，使他们具有新的观念，在 材料的设计、制造和使用时首先从人类社会的长远利益出发，从珍惜 资源和保护环境的角度来发展新材料和解决目前所使用的材料中的有 关问题。 2.（预测工具）：有助于决策者（政府部门）的选择，从制度、政策 上保障社会的持续发展。基于环境材料的理论在材料开发和新材料工 程技术研究之前，超前对其环境影响及变化进行预测，指导开发。 3.（评价）：寻找具有最低环境负荷的人类所需材料 4.（可持续发展）：有助于解决资源短缺、环境恶化等一系列问题 5.（国际竞争）：环境材料的研究与政治、经济、贸易等领域的国际 竞争相联系。
环境材料学-第2章
换算成标准煤/Kg 0.714 0.971 0.129 4.850 0.340 1.710 0.404 0.770 1.030 1.030 1.250 1.440 1.710
– 能量的转换
热力学第一定律：能量守恒，能量一定等于功加失去的热量 热力学第二定律：热机效率，总要损失一些热
理解：
• 能量的损失包括能量数量的损失和能量品位的损失
2. Functions of Ecosystem 四大基本功能： 生物生产、 能量流动 物质流动、 信息传递
生态系统中物质循环与能量流动同时进行，相互依存，不可分割：
能量储存于物质之中，物质作为能量流动的载体或运转工具， 使能量沿着食物链而逐级转移；能量作为生物运动和生长的动力， 又促使物质反复的循环。
0.614
城市煤气 m3 16.747 106
0.571
品名 原煤 焦炭 蒸汽 氢气 一氧化碳 乙炔 电力 甲醇 乙醇 丙酮 乙醚
苯 乙烯
单位 Kg Kg Kg Kg Kg Kg 度 Kg Kg Kg Kg Kg Kg
发热量/J 20.934 106 28.471 106 3.768 106 142.353 106 10.090 106 50.242 106 11.933 106 22.693 106 30.355 106 30.355 106 36.844 106 42.245 106 50.326 106
of Chemical Elements in Material
§2.1 Ecological Environment Base
1. Ecosystem
– Ecology
研究生物与其环境之间、生物与生物之间相互关系的 一门科学。这里的生物包括动物、植物和微生物；环境是指 生物生活中的无机因素、生物因素和人类社会共同构成的环 境因素。
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。
浅谈环境与材料的关系(环境材料学ppt)
主要内容
一、选题背景 二、环境与材料现状 三、举例分析 四、结论 五、致谢
一、研究背景
材料是推动社会文明进步的车轮，是社会 发展的重要标志。当代社会所使用的材料、能 源日益增多，其结果给环境带来的压力越来越 大，对环境造成的污染越来越严重。 如何既能很好的使用材料、能源，又不会 给环境带来灾难，这就需要研究环境、材料、 社会之间的关系，充分利用材料，从而推动人 类社会可持续发展的战略目标进程。
材料、环境的定义
材料的属性： ①传统材料四要素：即成分、结构、工艺和性能之间呈现一定规律性； ②具有可使用性，可满足社会经济的各种需要； ③具有经济性，通常以人们可承受的器件的价格来衡量。
材料必须与人类生存和发展关系极其密切的环境相适应。
《中华人民共和国环境保护法》中所称的环境：
是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总 体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然 遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。”即以人类社会为主 体的对外部世界的总体。
材料环
在材料的使用过程中 有一部分会自动回到最初 在大自然中的存在形式， 在物品的使用寿命过后大 部分材料可以被重新利用。 物质在这一系列过程中， 从一种存在形式转化为另 一种存在形式，生生不息， 这一过程可以看做是一个 循环圈，我们将之称为材 料环。
环境材料的提出
从材料的生产—使用—废弃的过程来看，是将大量资源提取出 来，又将大量废弃物排回到自然环境中的循环过程，人类在创造社 会文明的同时，也在不断的破坏人类赖以生存的环境空间。 传统的材料研究、开发与生产往往过多的追求良好的使用性能， 而对材料的生产、使用和废弃过程中需消耗大量的能源和资源，并 造成严重的环境污染，危害人类生存的严峻事实重视不够。作为人 类社会和经济发展物质基础的材料将来应该以怎样的模式发展下去? 材料工作者都在认真思考、探索这个问题，而且，我们也相信材料 学科科学技术的发展使人们有能力解决材料设计、生产、使用、废 弃、回收全过程的环境问题。
环境材料学概念及相关产业
前
言
基于这 些问题 ，关于和人类生 存息息相关 的资
地球 是人类 的母亲 ，它 无私 的供给人 类生 源 、环境 和环境材料 学的系统 思想 和新 技术 应
存所 需要的一切物质 。然而 ，人类文 明带给母 运而生 。和环境相 关的技术总 是直接 或间接 的 亲 的又是什么 ？是对 自然无情 的破坏 ，是对地 与材料 有关 ，基 于这种思想 的材料及 工艺技术
板层 积材 、石膏 刨花板 、水 泥刨花 板 、木 基复
使用和再生 过程与生 态环境 问题统 一于一 体 ， 力求两者相互协调、相互促进。
合材 料等 以不 同形状 木材 组 元为主 要基本 单元
环境材料 应该 具备 三种特性 ：一 是在 今后 的新型材料 ，如木质 陶瓷 。 １９ 年开 始开 发 的 ９０ 开 发 新 材 料 时 ，必 须 考 虑 到 其 优 异 的使 用 性 木质 陶瓷 ，是一 种采用木 材 或其它木 质材 料在 能 ，这是 与传统材料 相一致 的地方 ，称之 为材 热固性树 脂 中浸渍后真 空碳化 而成 的新型 多 孔
球残酷的蹂躏 。当人类 因为 自然 的报复开始反 引入 了环 境材料 的概念 ，环境材 料 已经脱 离 了 思的时候 ，环境 协调 性的概念 开始融 入人类产 环保 材料 的狭 隘范畴 ，它是一种 材料设计 的新
品设计的思路之中。
Hale Waihona Puke 思路 。也就是说 ，要追求在传 统思想 中所没有
现代文明很大 的一 个特点 ，就 是通过大规 的某 些新特性 ，并按 照环境 问题 的内涵努力进 模工业生 产 向大众提供廉价 而性 能优异的工 业 行材料 的革新 。在追求材料 优异 的使 用性能这 产 品。亨 利 ・ 福特在汽车工 业 中首 先使用 了这
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环境材料学
环境材料学作为一门交叉学科，融合了环境科学和材料
科学的知识，旨在开发、设计和应用材料以应对环境问题。
它关注如何利用新的材料科学和技术来解决环境问题，包括污染物的检测与治理、可持续能源的开发与利用以及环境修复等。
本文将从材料设计的角度探讨环境材料学在多个方面的应用。
首先，环境材料学在污染物检测与治理方面发挥着重要
作用。
材料的表面特性可以用来增强其对污染物的选择性吸附能力，从而提高污染物的检测和分离效果。
例如，金属有机框架材料（MOFs）以其高表面积和可调控的孔隙结构成为一种很有潜力的吸附材料，用于水和空气中有害物质（如有机污染物、重金属离子）的去除和回收。
其次，环境材料学还在可持续能源领域做出了重要贡献。
新型材料的设计和开发可以提高能源转换效率、延长能源存储时间以及减少能源损失。
例如，钙钛矿太阳能电池作为一种新型的高效、可控、廉价的太阳能转换材料，近年来得到了广泛的研究和应用。
此外，环境材料学还可以应用于环境修复领域。
通过材
料的吸附、降解、稳定化等性能，可以有效地修复受到污染的土壤和水体。
例如，纳米材料的应用可以增强污染物的吸附能力，提高土壤和水体的净化效果。
同时，通过材料的功能设计，还可以降解有机污染物，从而加速修复过程。
在环境材料学的研究中，还可以通过对材料的物理、化
学特性进行调控，设计出具有特定功能和性能的材料，以满足
环境需要。
例如，在材料设计过程中，可以通过改变材料的孔隙结构、表面电荷以及微观结构等来调控材料对特定污染物的吸附和分离效率。
同时，还可以通过控制材料的光学、电学、磁学等性质，实现材料的多功能化应用。
这些材料的研发将推动环境材料学在环境科学和工程中的应用。
然而，环境材料学领域还面临着一些挑战和难题。
例如，如何将研究中的新材料快速应用于实际环境中，需要考虑材料的可制备性、稳定性和成本效益。
此外，环境材料的安全性和生态性对于实际应用也是重要的考虑因素。
因此，未来的研究应该继续关注材料的可持续性、可循环性和环境友好性，进一步提高环境材料的性能和应用效果。
总之，环境材料学作为一门新兴的学科，通过材料的设计、开发和应用，为解决环境问题提供了新的思路和方法。
污染物检测与治理、可持续能源开发与利用、环境修复等领域都是环境材料学的重要研究方向。
未来的研究应该着眼于材料的可持续性和环境友好性，努力推动环境材料学的发展，并促进环境科学和工程的进步。
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