环境材料学 第6章 材料的环境友好加工及制备
环境友好材料期末总复习
环境友好材料总复习第一章：材料与环境协调发展概述1、什么是环境友好材料？（1）用于污染物源头控制的、对环境有害的已有材料的替代品（2）作用于环境、有利于环境质量控制和改善、其本身也不会产生污染的物质或材料（3）采用环境友好技术，从废弃物及废水中生产的物质或材料2、环境友好材料的特征1.无毒无害，减少污染；2. 全生命过程对资源和能源消耗小；3 .可再生循环，易于回收4.具有高使用效率3、环境友好材料在环境保护中的地位和作用1.环境友好材料与水污染治理；氧化还原材料、光催化材料、膜分离材料、微生物制剂、生物絮凝剂、废油固化剂2.环境友好材料与大气污染治理：吸收剂、吸附剂3.环境友好材料与固体废弃物资源化；报废汽车资源化利用、电子废弃物综合利用、废旧电池资源化利用、稻壳等农业废弃物综合利用4.环境友好材料与其他污染治理4、论述材料与环境的辩证关系，并阐述如何实现材料与环境的协调发展。
答：a.材料的性能在很大程度上决定于环境的影响，环境与材料之间的关系涉及到敌对的和友好的，即有害的和有益的，材料与环境正处在敌对和友好的协调中不断发展。
b.制造消耗资源和能源少，对环境污染小，再生利用率高的材料，如环境相容材料，仿生材料，绿色包装材料，环境降解材料，环境净化材料，从材料制造，使用，废弃直到再生循环利用整个生命周期都与生态环境相协调。
5、在实现材料的环境协调化进程中，材料的环境友好加工与制备是一个重要环节，现实中可通过哪些技术实现该过程？试举例说明。
答：a.再循环利用技术尽可能的使用藏量相对丰富，并且是可再生利用的资源来设计和生产材料；b.避害技术如聚乳酸；c.控制技术；d.补救修补技术。
第二章环境友好材料与水污染治理6、用于水污染治理的环境友好材料有哪几类？请举例说明。
1.氧化还原型水污染治理材料：(1)氧化剂：活泼非金属材料。
如臭氧、氯气；含氧酸盐：高氯酸盐、高猛酸盐；(2)还原剂：活泼金属原子或离子；(3)催化剂：活性炭、粘土、金属氧化物及高能射线。
环境友好材料
第一章聚乳酸的生产与应用1、环境友好材料是指可降解材料在光、水或其他条件的作用下，会产生分子量下降、物理性能降低等现象，并逐渐被环境消纳的一类材料。
亦可称为可降解材料。
降解类型有光降解、光／生物降解、光／碳酸钙降解、光／氧／生物降解、完全生物降解、崩坏性生物降解等。
可降解塑料，指在生产过程中加入一定量的添加剂（如淀粉、改性淀粉或其它纤维素、光敏剂、生物降解剂等），稳定性下降，较容易在自然环境中降解的塑料。
分四大类：光降解塑料、生物降解塑料、光/生物降解塑料、水降解塑料。
2、乳酸发酵的环境参数：(1)pH值的影响 PH值是发酵过程中很容易控制的参数，它对细胞生长和代谢有很强的作用。
从生产的角度来说，为了得到必要的乳酸浓度而使生产过程经济、合理，pH值控制是绝对需要的。
通常，乳酸菌能承受的PH值在3.4一8.0，但生长和生产产品的pH值大多在5.4—6.4，具体最佳值视各菌种而异。
(2)温度的影响大多数乳酸菌在温度37—42℃生长最好，但有些被称为“嗜热”的乳酸菌，温度上限可达55℃。
不同菌株的最佳温度稍微有些不同，如L.helveticus，在温度38—42℃时，生长速率最大，一出这一范围，生长速率急剧下降。
而对L．amylovorus，最大乳酸生产速率发生在温度40一45℃，最终乳酸浓度在温度30—45℃范围内基本相同。
也有一些情况，如用奶油色链球菌发酵时，比生长速率不随温度变化，但比生产速率在高温时有所提高。
(3)氧的影响乳酸杆菌是微氧需要菌或耐氧菌，因此，氧的存在对其代谢有重要的影响。
好氧环境对有些菌可能有毒害，但对许多其他菌，氧常常是重要的电子受体，使厌氧糖代谢产生的还原性嘧啶核苷再氧化。
这将使乳酸菌能利用的基质范围较广，并拥有厌氧条件下停止的代谢途径，也会改进细胞的摩尔产率。
(4)搅拌的影响在好氧发酵中非常重要的搅拌，对乳酸生产没有什么作用。
但是，有些研究发现，在采用像乳清这些原料时，由于许多营养物都是存在于不溶解物中，因此．必须采取措施使这些固体物质完全呈悬浮状态。
环境材料学知识点总结
环境材料学知识点总结1. 环境材料的分类环境材料根据其在特定环境条件下的性能和用途不同，可以分为多种类型，常见的环境材料包括耐候材料、耐腐蚀材料、耐高温材料、防护材料等。
这些材料通常具有较好的耐久性和抗老化性能，能够在恶劣的环境条件下长期稳定地工作，并且能够有效地防止氧化、腐蚀、结构损伤等问题的发生。
2. 环境材料的性能环境材料的性能指材料在特定环境条件下的特性和表现，主要包括耐久性、机械性能、化学性能和热学性能等。
耐久性是指材料在长期使用和特定环境条件下不会发生质量变化和性能衰减的能力，它是评价环境材料是否适合特定环境应用的重要指标。
机械性能是指材料在各种外力作用下的表现，包括抗拉强度、硬度、韧性和弹性等特性。
化学性能是指材料与化学物质接触时的反应和耐受能力，主要包括耐腐蚀性和耐化学侵蚀性。
热学性能是指材料在高温、低温等极端温度环境下的性能表现。
3. 环境材料的评价方法对于环境材料的评价，通常需要进行多方面的测试和分析，以全面了解其在不同环境条件下的性能表现和功能适用性。
评价方法主要包括实验测试、数学建模、计算模拟等。
实验测试是通过实际试验对材料进行性能测试，包括耐久性测试、化学性能测试、热学性能测试等。
数学建模是通过数学模型对材料在特定环境条件下的性能进行预测和分析。
计算模拟是通过计算机模拟技术对材料在特定环境条件下的性能进行仿真和分析。
4. 环境材料的设计和改进环境材料的设计和改进是环境材料学的重要研究内容，它旨在通过材料结构、成分和加工工艺等方面的调整和优化，提高材料的性能和适用性，以适应不同的环境条件和应用需求。
常见的材料设计和改进方法包括材料合金化、表面涂层、添加抗氧化剂、改变晶格结构等。
5. 环境材料的应用环境材料在工程领域有着广泛的应用，例如在建筑、航空航天、汽车、船舶、电子设备等领域。
在这些领域，环境材料通常用于承受特定环境条件下的外部气候、化学药剂、热能等影响，以保障工程设备、结构和设备的安全和稳定运行，减少材料老化和损坏。
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。
《环境功能材料》课件
过滤性材料的应用
用于空气净化器、口罩、水处理等领 域，如HEPA滤网、陶瓷滤芯等。
转化性材料的特性与应用
转化性材料的特性
能够将有害物质进行化学或物理转化，从而将其转化为无害 或低害物质。
转化性材料的应用
用于废水处理、废气治理等领域，如光催化剂、电催化剂等 。
实现材料性能的实时监测和调控。
多元化应用
03
随着环保意识的提高，环境功能材料的应用领域将越来越广泛
，涉及建筑、交通、能源等多个领域。
THANKS
感谢观看
分类
根据功能性质，环境功能材料可分为 环境敏感材料、环境友好材料和环境 调控材料等。
环境友好材料是指对环境无害或低害 的材料，如可降解塑料、绿色建筑材 料等。
环境敏感材料能够感知环境中如温度 、湿度、压力、光照、化学物质等的 变化，并作出反应。
环境调控材料则是指能够调控环境中 的物理、化学或生物过程的材料，如 调湿材料、净水材料等。
材料科学在环境保护中的作用
材料科学在解决环境问题中具有重要作用，环境 功能材料的研究与应用对于环境保护和可持续发 展具有重要意义。
《环境功能材料》课程的意义
为了培养具备环保意识、掌握环境功能材料知识 的专业人才，开设《环境功能材料》课程是必要 的。
课程目标
01 掌握环境功能材料的基本概念、分类和特 性。
促进可持续发展
环境功能材料的研发和应用有助于推 动可持续发展，促进经济、社会和环 境的协调发展。
环境功能材料的未来发展方向
创新性技术
01
未来环境功能材料的研发将更加注重创新性技术，如纳米技术
环境材料总结PPT课件
处理方法：
重力分离法：沉淀和上浮；
离心分离法：离心分离机和水旋分离器
筛滤截留法：格栅、筛网；
过
滤：沙滤池和微孔滤池等。
水污染治理材料
• 废水处理技术 物理处理法
化学处理法
通过化学反应来分离、去除废水中呈 各种形态的污染物质（包括悬浮的、 溶解的、胶体的等）或将其转化为无害 物质的污水处理法。
物理化学法 生物处理法
3.3 LCA的技术框架及评价
过程
ISO14040 标准定义的技术框 架
生命周期 评价技术框架
目的与
范围的
确定
清 单 分 析影
结 果 解 释
响
评
直接 应用： 产品开发与 改进 方案解决 公共政策制 订 市场营销
第三章 材料环境影响的评价技术
3.3 LCA的技术框架及评价
过程
LCA评价过程（六个步 骤）
应用研究
环境工程材料 环境友好材料 环境功能材料 废弃物的资源化利用研究
第三章 材料环境影响的评价技术
材料的环境 指标
环境负荷就是指某一具体材料在生产、使用、消 费、再生以及废弃的全过程（整个生命周期）中 对环境产生的所有负面影响。
资源消耗和能源 消耗
原料 材料 零件 产品 使用 废弃
污染 物
第三章 材料环境影响的评价技术
3.1 常见的环境指标及其
表达方法
能耗表示 环法境影响 因环子 境负荷单 位单位服务的材料 消生耗 态指数表 示生法 态因子表 示法 环境商值
第三章 材料环境影响的评价技术
3.3 LCA的技术框架及评价
过程
环境 影响 评价
目标与范 围的确定
环境 改善 评价
清单分 析
环境材料学第6章材料的环境友好加工及制备
环境材料学第6章材料的环境友好加工及制备首先，一种常见的环境友好加工方法是绿色化学方法。
绿色化学方法采用对环境友好的溶剂和反应条件，减少了有害物质的使用和生成。
例如，使用水作为溶剂可以取代有机溶剂，减少了污染物的排放。
此外，利用微波加热可以提高反应速率和产率，减少了化学废物的生成。
其次，还有一种环境友好加工方法是生物法。
生物法利用生物体或生物产物作为催化剂或模板，在温和的条件下进行反应。
生物法可以大大减少能源消耗和废物生成。
例如，酶催化可以在较低的温度和压力下进行，减少了能源消耗和废物产生。
另外，一些新型的环境友好制备方法也得到了广泛应用。
其中之一是溶胶凝胶法。
溶胶凝胶法是一种利用溶胶体和凝胶体来制备材料的方法。
它可以在常温下进行，避免了高温下的能源消耗和废气排放。
此外，溶胶凝胶法还可以制备出具有多孔结构的材料，有利于提高材料的表面积和活性。
此外，还有一些其他的环境友好制备方法值得关注。
例如，利用可再生资源来代替传统的原料可以减少对自然资源的消耗。
此外，通过精确控制材料的形貌和结构，可以提高材料的性能，减少资源和能源的浪费。
另外，循环利用废弃材料也是环境友好制备的一种方法。
通过对废弃材料的分离和处理，可以回收利用其中的有用成分，减少废物的排放。
综上所述，环境材料学第6章介绍了一些常见的环境友好加工及制备方法。
这些方法通过减少化学废物的生成和能源的消耗，可以有效地减少对环境的污染。
在今后的研究中，我们应继续探索更加环境友好的加工和制备方法，为可持续发展做出贡献。
环境材料学材料的环境影响评价专业知识
LCA定义：是一种评价某一过程、产品或事件从原料投入、加工制备、使用到废弃旳整个生态循环过程中环境负荷旳定量措施。 目旳:在于谋求改善环境影响和合理利用资源旳途径。即从“摇篮”到“坟墓”旳整个周期。基本思想是：产品设计应着眼于整个周期过程，以使最终旳设计到达环境保护和资源合理利用旳目旳。
LCA旳评估对象
编目分析
定义：是对系统边界内旳全部过程中资源旳能耗及“三废”排放量对环境负载旳影响进行量化旳合理分析。关键：是建立以产品功能单位体现旳产品系统（评价对象）旳输入和输出。根据物质平衡及能量平衡进行正确旳调查。数据取得：正式出版旳文件或有关论文；各类统计年鉴和报表；有关环境数据手册；国家统计局统计成果；各行业旳有关环境统计分析资料等。
ISO明拟定义了LCA旳评估对象是产品系统或服务系统造成旳环境影响，而不是评估空间意义上旳环境旳质量，这与环境科学中旳环境质量评估有着根本区别。另外，LCA措施着眼于产品生产过程中旳环境影响，这与产品质量管理和控制等措施也是完全不同旳。 其次，LCA旳评估范围要求覆盖产品旳整个寿命周期，而不只是产品寿命周期中旳某个或某些阶段。
实施LCA旳主要目旳
①帮助提供产品系统与环境之间相互作用旳尽量完整旳概貌；②增进全方面和正确地了解产品系统造成旳环境影响；③为关注产品或受产品影响旳有关方(interested party)之间进行交流和对话奠定基础；④向决策者提供有关环境旳有益旳决策信息;⑤LCA措施鼓励多种组织，尤其是企业，将环境问题结合到他们旳总体决策过程中。
评估范围旳不足
时间和地域范围旳影响 ；风险范围界定旳不足
评估措施旳不足
LCA旳评价措施既涉及了客观原因，也涉及主观原因；原则化方面
VII、材料旳环境性能数据库
建立材料性能数据库旳基本原则常用环境数据库简介
《环境材料》课程教学大纲
环境材料Environmental Material一、课程基本情况课程类别：专业任选课课程学分：2学分课程总学时：32学时，其中讲课:32学时课程性质：选修开课学期：第6学期先修课程：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学适用专业：应用化学教材：《环境材料学》，清华出版社，翁端等编著，第二版，2015年开课单位：环境科学与工程学院化学系二、课程性质、教学目标和任务环境材料课程是一门选修课程。
环境材料是具有环境意识、考虑环境、考虑生态学的材料，它在生产的过程中对资源和能源的消耗量比拟少，废弃后能够回收再生利用的可能性比较大，其从生产使用到回收的全过程对周围的生态环境的影响也最小。
因而它可以称为“绿色材料"或者"生态材料"。
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，既包括经改造后的现有传统材料也包括新开发的环境材料。
因此，通过本课程的学习，拓展高年级本科生在材料科学领域的学术视野和知识面，促进理科学生将基础理论与应用领域结合，为学生毕业提供从事环境材料研究与生产的工程技术, 同时也拓宽学生的就业渠道，为实现社会可持续开展奠定基础。
三、教学内容和要求第一章：绪论（2学时）1.基本知识点（1）介绍环境材料的起源和定义（2）介绍环境材料的研究意义（3）介绍环境材料的研究内容（4）介绍环境材料的开展趋势2、重点及难点：重点：无难点：无第二章：材料对环境的影响（2学时）1.基本知识点（1）介绍材料在国民经济中的作用（2）介绍材料与资源、环境的关系（3）理解材料加工和使用过程中的资源和能源消耗（4）了解固、液、气态污染物的排放（5）初步了解其他环境影响2、重点及难点：重点：固、液、气态污染物的排放难点：固、液、气态污染物的排放第三章：材料环境影响的评价技术（3学时）1＞基本知识点：（1）介绍常见的环境指标及其表达方法（2）介绍材料的环境影响评价方法与标准（3）理解lea的技术框架及评价过程了解常用的lea评价模型（4）了解lea应用举例lea的局限性（7）材料的环境性能数据库2、重点及难点：重点：lea评价模型难点：lea评价模型第四章：材料的资源效率理论（2学时）1、基本知识点：（1）掌握材料的资源效率（2）熟悉材料流分析（3）了解资源保护和综合利用2、重点及难点：重点：材料流分析难点：材料流分析第五章：材料的生态设计（2学时）1、基本知识点：（1）了解材料产业的可持续开展（2）熟悉材料的生态设计（3）熟悉生态设计案例分析2、重点及难点：重点：材料的生态设计难点：材料的生态设计第六章：材料的环境友好加工及制备（2学时）1、基本知识点：（1）了解降低材料环境负担性的技术（2）了解清洁生产技术（3）清洁生产技术的实践2、重点及难点：重点：清洁生产技术难点：清洁生产技术（1）了解工业生态学的起源（2）了解工业生态学的基本原理（3）掌握工业生态学的研究方法（4）了解工业生态学的应用案例：凯隆堡生态工业园2、重点及难点：重点：工业生态学的基本原理、研究方法难点：工业生态学的基本原理、研究方法第八章：环境治理材料（2学时）1、基本知识点：（1）掌握大气污染治理材料（2）熟悉水污染治理材料（3）理解其他污染控制材料2、重点及难点：重点：大气污染治理材料、水污染治理材料难点：大气污染治理材料、水污染治理材料第九章：固体废弃物中有价元素的回收利用技术（2学时）1、基本知识点：（1）熟悉固体废弃物及资源化利用了解几种主要固体废弃物资源化利用2、重点及难点：重点：固体废弃物资源化利用第十章：有毒有害元素的替代技术（2学时）1、基本知识点：（1）了解背景及政策（2）熟悉有毒有害元素替代材料的研究和应用进展2、重点及难点：重点：有毒有害元素替代材料的研究第十一章：纯天然材料（2学时）1、基本知识点：（1）了解木材的开发和利用了解竹材的开发和利用（3）石材的开发和利用（4）其他天然材料的开发和利用2、重点及难点：重点：其他天然材料的开发和利用（1）理解仿生物材料的环境性能（2）熟悉天然生物材料的组成（3）仿生物材料的制备与应用2、重点及难点：重点：仿生物材料的制备与应用第十三章：环境降解材料（2学时）1、基本知识点：（1）介绍概述（2）介绍可降解塑料的分类（3）材料的环境降解机理（4）生物降解材料的应用趋势及开展前景2、重点及难点：重点：环境降解机理第十四章：绿色包装材料（2学时）1、基本知识点：（1）介绍概述（2）了解包装材料的分类（3）理解包装材料的环境影响及其评价（4）绿色包装材料的设计和加工技术（5）绿色包装材料的开发和应用2、重点及难点：重点：绿色包装材料的开发和应用难点：绿色包装材料的开发和应用第十五章：生态建材（3学时）1、基本知识点：（1）介绍建材与环境（2）介绍生态建材（3）介绍典型的生态建材产品了解环境友好装饰材料（4）了解环境功能玻璃了解建筑卫生陶瓷（5）了解辅助建材及建材化学品了解固体废弃物在建筑中的应用2、重点及难点：重点：环境友好装饰材料、环境功能玻璃难点：环境友好装饰材料、环境功能玻璃四、课程考核（1）作业等：作业：次，课程论文：1篇；（2）考核方式：开卷考试或课程论文（3）总评成绩计算方式：平时成绩占30%,课程论文或期末考试成绩占70%计算五、参考书目1、环境材料，冶金工业出版社；张震斌；20122、环境材料概论，化学工业出版社；冯奇；20073、环境材料导论，北京大学出版社；张剑波；20084、生态环境材料学，机械工业出版社；作者，聂祚仁；2004。
第5章 材料的环境友好加工及制备
生产中的废物具有多功能特性，一种生产过程中 产生的废物可作为另一种生产过程中的原料（资 源），资源与废物是一个相对的概念。
清洁生产最好地体现了资源利用最大化，废物产 生最小化，环境污染无害化。
■ 最优化理论
清洁生产实际上是求解满足生产特定条件下使其 物料消耗最少，而使产品产出率最高的问题。此 问题的理论基础是数学的最优化理论。很多情况 下，废物最小量化可表示为目标函数，而清洁生 产则是求它在约束条件下的最优解。
■ 对生产，清洁生产包括节约原材料，淘汰有毒 原材料，减降所有废物的数量和毒性。
■ 对于产品，清洁生产战略旨在减少从原材料的 提炼到产品的最终处置的全生命周期的不利影 响。
■ 对服务，要求将环境因素纳入设计和所提供的 服务中。
■ 《中国21世纪议程》对清洁生产的定义是：清 洁生产是指既可满足人们的需要，又可合理使 用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法 和措施。
丰田发布使用锂电池的新型概念车
日本专家用黄豆油驱动小拖拉机
2004年5月27日，清华大学汽车系的仇斌老师在介绍他们研 制的氢燃料电池车，由于得到了８６３计划的支持，他们把这 辆车命名为“８６３路”。氢燃料电池车把氢气作为燃料，与 传统汽车相比，无尾气排放，无污染，能效更高。
酒精作燃料的飞机
5. 清洁服务
环境材料学 —第五章 材料的环境友好
加工及制备
主讲教师：
主要内容
■ 降低材料环境负担性的技术 ■ 清洁生产技术 ■ 清洁生产技术的实践
5.1降低材料环境负担性的技术
■ “大量生产、大量消费和大量废弃”为基本特 征的传统经济社会向“最优生产、最优消费和 最少废弃”的现代可持续发展的“生态循环型 经济社会”转变。
《概论材料环境》课件
环境污染
材料生产过程中产生的废 气、废水、废渣等污染物 ，对环境造成严重污染， 影响生态平衡。
能源消耗
材料生产和加工过程中需 要消耗大量的能源，如电 、煤、油等，导致能源短 缺和环境污染。
环境对材料的影响
自然资源的限制
环境中的自然资源有限，材料的生产 和加工受到资源限制，需要寻求可替 代的资源和材料。
国际环境法规与标准
国际环境法规
概述了全球范围内适用的环境法规，包括但不限于《联合国气候变化框架公约》、《蒙 特利尔议定书》和《巴塞尔公约》等。这些国际环境法规旨在保护全球环境，减少污染
和废物，促进可持续发展。
国际环境标准
介绍了国际标准化组织（ISO）和其他国际机构制定的环境标准。这些标准涉及环境保 护、资源利用、能效等多个方面，为企业和组织提供了指导，以实现环保和可持续发展
绿色材料的发展与应用
总结词
绿色材料是指具有环保性能和良好使用性能的新型材料，具有广阔的发展前景。
详细描述
随着环保意识的提高和技术的进步，越来越多的绿色材料被研发出来，如生物基塑料、低碳水泥、高性能节能建 筑材料等。这些材料在生产和使用过程中对环境的影响较小，同时具备良好的使用性能和经济效益，是未来发展 的重要方向。
和依据。
05
材料环境研究展望
新材料的环境影响预测与评估
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着新材料不断涌现，预测和评估其环境影响成为研究重 点。
新材料在生产、使用和废弃过程中可能对环境产生负面影 响，如污染、能源消耗等。因此，需要建立完善的评估体 系和方法，对新材料的生命周期进行全面评价，为材料选 择和应用提供依据。
市场需求
随着环保意识的提高，市场需求逐渐 转向环保材料和绿色产品，推动材料 产业的可持续发展。
环境友好型材料的设计与制备
环境友好型材料的设计与制备随着人们对环境保护意识的提高，环境友好型材料的设计与制备变得越来越重要。
环境友好型材料是指对环境具有更少负面影响的材料，包括其生产过程中所产生的废物和对环境的使用影响。
本文将探讨环境友好型材料的设计与制备的一些关键考虑因素以及相关技术。
首先，环境友好型材料的设计要考虑材料的来源和生命周期。
材料的来源应当尽量选择可再生资源，如植物纤维、生物降解材料和再生资源等。
与传统材料相比，这些可再生资源可以减少对有限资源的依赖，降低能源消耗，并减少对环境的负面影响。
另外，材料的生命周期评估也是设计环境友好型材料的重要方法。
通过分析材料的整个生命周期，可以评估其在不同阶段对环境的影响和资源消耗，进而做出相应的改进。
其次，环境友好型材料的制备要考虑绿色合成方法。
传统材料的制备过程通常会产生大量废气、废水和有害物质，对环境造成严重污染。
因此，绿色合成方法的应用成为环境友好型材料制备的关键。
绿色合成方法包括利用可再生能源、水溶液合成、微生物合成和催化合成等技术，可以减少能源消耗和废物排放，提高制备过程的可持续性。
此外，绿色合成方法还可以减少对有毒物质的使用，降低制备过程对工作环境和操作人员的安全风险。
环境友好型材料的设计与制备还需要考虑材料的性能和应用需求。
材料的性能包括力学性能、耐久性、热学性能和电学性能等。
应用需求则是指材料在不同领域的具体应用要求，如建筑材料、包装材料和电子材料等。
环境友好型材料应确保在满足应用需求的同时，不对环境造成额外的负担。
这要求在设计和制备过程中综合考虑诸多因素，如材料成本、可行性和可持续性等。
目前，一些新型环境友好型材料已经在不同领域获得了广泛应用。
例如，生物基塑料在包装、农膜和医疗器械等领域取得了显著进展。
这些材料以可再生资源为原料，具有良好的生物降解性能，可以有效减少对环境的污染。
此外，石墨烯等二维材料在电子和能源领域也显示出了巨大潜力，其制备过程较为环保，并具有出色的力学和电学性能。
环境材料学课后思考题
环境材料学课后思考题1用自己的理解给出生态环境材料的定义。
答：生态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较少，对生态环境影响较小且再生利用率较高的一类材料。
1你指出那些材料属生态环境材料？举例说明。
（举例之后还要详细表明一下）请问：比如说：生态水泥、环保建材、水解树脂、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2试用物质不灭和能量守恒的理论去表明材料与资源、环境的关系答：众所周知，材料的生产往往要消耗大量的资源。
当生产效率一定时，除有效产品外，大量的废弃物被排放到环境中去，造成了环境的污染。
因此对材料的生产和使用而言，资源消耗是源头，环境污染是末尾。
也就是说，材料的生产和使用与资源和环境有密不可分的关系。
2图2-1就是一个典型的开环工业生产链，从环保的角度，若能够同时实现闭环的工业生产链，可以显著增加废弃物排放量。
请选择一个你感兴趣的产品设计一个闭环生产流程。
资能源资能源资能源铁矿铁水钢胚成品（钢材钢板等）采用弃置污染物污染物污染物4挑选一个你所熟识的材料产品或过程，用物质流方法展开资源效率分析，并就如何提升资源效率明确提出具体内容的技术措施。
答：钢铁的资源效率高达10.4%，就是生产1t纯金属材料所消耗的原材料将近12t。
具体技术措施：1）由外界向高炉-转炉流程内某中间工序输入废钢，可提高流程铁资源效率；2）由外界向高炉-转炉流程内某中间工序输入铁矿石等自然铁资源，可提高该流程铁资源效率。
3）通过提高电炉钢比，提高铁资源效率。
5根据你对可持续发展的认知，考量如何同时实现（1）金属材料，（2）高分子材料，（3）无机非金属材料（选一种）的可持续发展，并明确提出几项可以具体实施的技术措施。
金属材料：利用微生物冶金；代替含稀缺合金元素的新型合金材料和不含毒害元素的材料，以及废弃物无害资源化转化技术；少合金化与通用合金，形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再生利用。
纳米材料的环境友好合成方法
纳米材料的环境友好合成方法关键信息项1、纳米材料的种类和特性具体的纳米材料类型：＿___________________________材料的物理和化学特性：＿___________________________ 2、环境友好合成方法的定义和标准定义：＿___________________________标准：＿___________________________3、合成过程中的环保措施能源使用：＿___________________________废弃物处理：＿___________________________有害物质排放控制：＿___________________________4、质量检测与控制指标纳米材料的纯度：＿___________________________粒度分布：＿___________________________晶体结构：＿___________________________5、合成设备与技术要求设备规格：＿___________________________技术参数：＿___________________________6、成本预算与效益评估预算范围：＿___________________________预期效益：＿___________________________1、引言11 本协议旨在确立关于纳米材料环境友好合成方法的规范和要求，以确保在纳米材料的制备过程中最大程度减少对环境的不利影响，并保证合成的纳米材料具有高质量和特定的性能。
2、纳米材料的种类和特性21 明确本协议所涵盖的纳米材料类型，包括但不限于金属纳米粒子、半导体纳米晶体、纳米氧化物等。
211 详细描述每种纳米材料的物理特性，如尺寸、形状、表面形貌等。
212 阐述其化学特性，包括化学组成、化学键合、表面官能团等。
3、环境友好合成方法的定义和标准31 环境友好合成方法被定义为在纳米材料的制备过程中，采用绿色化学原理和可持续发展原则，减少或消除有害物质的使用和产生，降低能源消耗，提高资源利用率。
材料加工及制备
无害的可持续发展的生产活动.
因此，清洁生产的中心思想是用减少或避免产生污 染等始端防止技术代替传统的末端治理技术，即
节约原材料和能源， 淘汰有害材料， 减少污染物和废弃物的排放， 避免废物排放对人类和环境的有害性。
应该指出，在清洁生产的概念中不但含有技术方面 的可行性，还包括经济方面的可盈利性和社会方面 的可持续发展性。
4.2.1 清洁生产的概念
在环境友好型加工技术中，清洁生产是一个重要内 容。研究、开发清洁生产工艺和技术， 实行清洁生 产管理方式， 大力推行清洁产品， 已成为世界各 国工业界、环保界、经济界、科学界的共识和关注 的热点。
定义：清洁生产是通过产品设计、原料选择、工艺 改革、生产过程管理和物料内部循环利用等的科学
当再生材料用于原用途的处理代价太大或技术不成熟时， 可根据废弃物材料的性质和需要开发其他利用途径 如：作为另一种产品的原材料降级使用。例如， 制 造汽车用的钢板必须用杂质极低的钢材， 从废旧汽车回 收的钢铁经电炉重熔后， 可用于生产建筑用的钢筋材料。 利用各种固体废弃物如尾矿、钢渣、燃料灰渣生产建材 是资源回收利用的一个主要方面。 如：占工业固体废弃物一大类的粉煤灰， 既可用 于生产水泥和各种新型墙体材料， 也可用于生产高质量 保温耐火材料，特别是高等级公路和建筑工程的粉煤灰 综合利用技术。
一些材料生产过程对环境的影响
关于污染物排放控制方法， 一般包括减少有害物排放的 分离处理、无害化转化处理及有害物收集储存处理等。 其技术原理示意图如下。 其核心还是将有害物在进入环境之前转化为无害物，尽 量减小对环境的损害。
资源 能源
生产
废物处理
产品 无害废物 环境
（1）减少有害物排放的分离处理方法 这种方法是将生产过程产生的废弃物进行分离， 将有害物和无害物分开， 回收利用有用成分， 直接排放无害物， 对有害成分进行处理后再排 放。 典型的污染物分离处理方法是成分分离处理工艺。 如采用电磁快速加热法处理金属 - 塑料复合体 系，利用交变磁场中金属部件产生的热， 使金 属与高分子聚合物之间的粘合剂失去作用， 达 到分别回收金属和废塑料的目的。
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（三）清洁生产可以避免和减少末 端治理的不彻底而造成的二次污染。 因为清洁生产采用了大量的源头削 减措施，既可减少含有毒成分原料 的使用量，又可提高原材料的转化 率，减少物料流失和污染物的产生 量及排放量，因此而减少二次污染 的机会。
废物与资源转化理论（资源效率理论） 在生产过程中，产生的废物越多，则原料（资源） 消耗越大，废料是由原料转化而来。 清洁生产使废物最小化，其实质在于资源得到了 最有效利用。 生产中的废物具有多功能特性，一种生产过程中 产生的废物可作为另一种生产过程中的原料（资 源），资源与废物是一个相对的概念。 清洁生产最好地体现了资源利用最大化，废物产 生最小化，环境污染无害化。
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定义、意义、目标 清洁生产的理论基础 清洁生产的主要内容 清洁生产的实现途径 清洁生产实践
6.2.1 清洁生产定义、意义、目标
定义（ 1996 年联合国环境署） ：清洁生产 是指将整体预防的环境战略持续应用于生产 过程、产品和服务中，以期增加生态效率并 减少对人类和环境的风险。
对生产，节约原材料，淘汰有毒原材料， 减降所有废物的数量和毒性。
（ 1 ）通过资源的综合利用、短缺 资源的代用、二次能源的利用，以及 各种节能、降耗、节水措施，合理利 用自然资源，减缓资源的耗竭。 （ 2 ）减少废料与污染物的生成和 排放，促进工业产品的生成、消费过 程与环境相容，降低整个工业活动对 人类和环境的风险。
6.2.2 清洁生产的理论基础
• 废物与资源转化理论 • 生产过程最优化理论 • 社会化大生产理论
3 、低污染新能源开发，如核能、太阳能、生 物质能、风能、潮汐能、地热能的开发和利用； 4、各种节能技术和措施等，如在能耗大的化 工行业采用热电联产技术，提高能源利用率。
太阳能的利用
冰岛地热资源
（二）清洁资源
1、最少的原材料消耗 2、尽量少用、不用有毒有害的原料 3、优化原材料使用，提高材料使用效率
清洁生产
清洁能源 清洁资源 清洁工艺 清洁设备 清洁产品 清洁服务 清洁管理 清洁审计
经济效益 环境效益 社会效益
（四）清洁产品
1、节约原料和能源，少用昂贵和稀缺原料，利用二 次资源作原料； 2、产品在使用过程中以及使用后不含有危害人体健 康和生态环境的因素；
3、易于回收、复用和再生；
4、合理包装；
6.1.1 避害技术
无害或低害原料替代
工艺优化内部处理有害物
有毒有害物 质零排放
排放前转化
1. 用无害材料替代有害材料
• 氯碱行业用无（低）汞触媒替代汞触媒 • 无氰电镀 • 铅替代技术（蓄电池、印刷模子、无铅涂 料、油漆） • …
2. 用环境友好的生产工艺代替污染较重 的生产工艺
• 不产生有害物质（中间排放）的工艺 • 将有害物质无害化并回收利用的工艺
环境净化材料 环境修复材料
固化
深埋
6.2 清洁生产技术
提高资源效率，减少环境污染的工业模式 环保可持续发展概念 整体预防和组织管理的环境策略 有效避免排放废物带来的环境风险和处理处置费用 提高资源效率，降低产品成本
系统性 把污染物消除在它产生之前
1994年的“中国21世纪议程”，将清洁生产列 为“重点项目”之一
2月13日，日本电信巨头NTT公司在东京展示一 款名为“袖珍加油站”的新型多用途太阳能充电 器。
图为同济大学的“超越二号”燃料电池轿车是中国首辆燃料 电池轿车“超越一号”的改进型，最高时速超过115公里， 0-100公里加速时间为26.7秒。
“Helios”号是一种 能够连续数月逗留在高空 中的飞行器原型，它们计 划用来代替某些通讯卫星 和研究卫星。确保飞行器 工作必需能量的太阳能电 池安装在它的机翼上，其 翼展比波音-747飞机的翼 展还要大——约82米，同 时其机身长度不超过4米。 在2001年“Helios”号曾 完成几次高空试飞，当时 创下了试飞高度达2.95万 米的新纪录。
清洁生产的意义
实践证明，沿用以大量消耗资源和粗放 经营为特征的传统模式，经济发展正愈来愈 深地陷入资源短缺和环境污染的两大困境： 一是传统的发展模式不仅造成了环境的极大 破坏，而且浪费了大量的资源，加速了自然 资源的耗竭，使发展难以持久；二是以末端 治理为主的工业污染控制政策忽视了全过程 污染控制，不能从根本上消除污染。而清洁 生产恰能较好地解决这两方面的问题，具有 以下显著优点。
5、合理的使用功能 (以及具有节能、节水、降低躁 声的功能)和合理的使用寿命；
6、产品报废后易处理、易降解等。
2月3日，在日 本东京JVC公司的办 公室里，一名雇员 展示直径8厘米的环 保DVD光盘和玉米棒。 JVC公司采用科技手 段研制出了一系列 环保光盘，它们都 是由以玉米淀粉为 原料制成的塑料加 工而成的。
电力
化学 石油
冷却水余热
碳黑厂尾气 油田伴生气
养鱼、塑料大棚、供暖
发电、供暖 发电、供暖
垃圾、秸秆、etc.
典型的再循环工艺原理
催化剂循环利用 废气排放
原料
反应
蒸馏 副产品
产品
催化剂再生
废热 回收利用 失效催化剂 处理 废弃物
案例 秸秆利用
• 燃料：
一、空气氧化气化法，气化炉中不完全燃烧，CO为主的低热值可燃气 二、干馏热解法，热解炉中进行隔绝空气干馏，获得以CH4、H2为主 的中热值可燃气，同时获得人造木炭和木焦油等工业产品 三、气化发电法，气化获得可燃气，再通过燃气发电机发电。
• 分离处理，减少有害物排放 • 无害化转化处理 • 有害物收集储存处理
分离处理
• 电磁快速加热金属-塑料复合体系
无害化转化处理
• 物理转化处理（分离、沉淀、过滤、吸附、 吸收） • 化学转化处理（氧化、还原、催化、生物 处理）
有害物收集储存
• 废气除尘 • 废水废渣
6.1.3 再循环利用技术
6.2.3 清洁生产的内容
清洁生产
清洁能源 清洁资源 清洁工艺 清洁设备 清洁产品 清洁服务 清洁管理 清洁审计
经济效益 环境效益 社会效益
（一）清洁的能源 1 、最少的能量消耗；常规能源的清洁利用， 如采用洁净煤技术，逐步提高液体燃料、天然气的 使用比例；
2 、可再生能源的利用，如水力资源的充分开 发和利用；
将未排放入环境的废料或已排放的废弃物 重新利用。包括：资源再生化；废物回收 再利用；能源回收再利用 • 实质：线性的开放系统末端封闭系统， 即输出废物返回输入端 • 再循环：a. 工艺流程内部；b. 不同的生 产部门；c. 废弃产品的再利用
零部件 资源 能源 材料
产品
无害废物
废弃
1 资源再生回收利用
对于产品，旨在减少从原材料的提炼到产 品的最终处置的全生命周期的不利影响。 对服务，将环境因素纳入设计和所提供的 见P244环境卡片 服务中。
定义《中国21世纪议程》：清洁生 产是指既可满足人们的需要，又可 合理使用自然资源和能源并保护环 境的实用生产方法和措施。 其实本质是一种物料和能耗最少的 人类生产活动的规划和管理，将废 物减量化、资源化和无害化，或消 灭于生产过程之中。
苯类 甲苯类 氯仿 铬及其化合物
二氯甲烷
四氯乙烷 四氯化碳
二甲苯类
三氯乙烷 三氯乙烯
甲基酮类
镍及其化合物 氰及其化合物
铅及其化合物
汞及其化合物 镉及其化合物
卤代烃类：化学性质稳定（难降解）；脂溶性高（易被 有机体吸收）；水溶性低（难以排除，生物积累显著） 重金属：极易与蛋白质分子结合，破坏蛋白质与其它金属 离子平衡，使蛋白质如酶、DNA失去活性，造成生物体 中毒
最优化理论பைடு நூலகம்
清洁生产实际上是求解满足生产特 定条件下使其物料消耗最少，而使产品 产出率最高的问题。此问题的理论基础 是数学的最优化理论。很多情况下，废 物最小量化可表示为目标函数，而清洁 生产则是求它在约束条件下的最优解。
社会化大生产理论
马克思主义认为，用最少的劳动消耗， 生产出最多的满足社会需要的产品，是社会 主义建设的最高准则。马克思曾预言：机器 的改良，使那些在原有形式上本来不能利用 的物质获得一种在新的生产中可以利用的形 式，科学的进步，特别是化学的进步，发现 了那些废物的有用性。当今社会化大生产和 科学进步，为清洁生产提供了必要的条件。
丰田发布使用锂电池的新型概念车
日本专家用黄豆油驱动小拖拉机
2004年5月27日，清华大学汽车系的仇斌老师在介绍他们研 制的氢燃料电池车，由于得到了８６３计划的支持，他们把这 辆车命名为“８６３路”。氢燃料电池车把氢气作为燃料，与 传统汽车相比，无尾气排放，无污染，能效更高。
矿石资源消耗 “第二矿业” 能否保持原有使用性能？ 循环生产 改性使用（如汽车保险杠回收再生） 降级使用（汽车钢材做建筑钢材使用） 固废 建筑材料（尾矿、钢渣、灰渣）前景好 有机废料 化学助剂（塑料用作还原剂等） 回收处理成本与技术支持
2 能源回收利用：节能&减排
• 可回收能源
工业部门 钢铁 可用能源 高炉焦炉煤气 高炉余压余热 用途 发电、供暖 发电、供暖
工艺
污染控制、治理和修复，清洁生产， 再利用，再循环
6.1 降低材料环境负担性的技术
细节性的具体措施
6.1 降低材料环境负担性的技术
• • • • 避害技术 污染控制技术 再循环利用技术 补救修复技术
6.1.1 避害技术
• 通过改变生产方式、技术更新和工艺置换来减 少有害物的产生，改善环境，减少污染。
• 饲料、肥料：还田 • 基料：食用菌养殖 • 原材料：造纸