《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。
南京理工大学环境材料学PPT 环境材料学--第四章 材料的生态设计1
“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要能力构成危害的发展。”
1992.6.3 联合国环境与发展大会 官方对可持续发展讨论的一个 高峰 大会通过了《里约热内卢环境与发展宣言》以及《二十一世 纪议程》
4.1.1 可持续发展
(sustainable development)
4.1.2 材料产业的可持续发展
影响材料可持续发展的一些因素
可持续发展
评价
产品
LCA、指标、标准、数据库
材
生态设计，绿色材料、环境降料ຫໍສະໝຸດ 解材料、环境协调材料、环境
产
工程材料
原料
业
工艺
资源、材料流、F-4、F-10
污染控制、治理和修复，清洁生产， 再利用，再循环
CO2：175 kt/a SO2：10.2 kt/a
4.2.2 生态工业园区
美国
加拿大
中国
《综合类生态工业园区标准（试行）》（HJ/T 274-2006）
南海国家生态工业建设示范园区
这是中国第一个全新规划、实体与虚拟结合的生态工业示范园区，包括核心区的环保科技产 业园区和虚拟生态工业园区。以环保产业为主导产业，将制造业、加工业等传统产业纳人生态工 业链体系。重点培育设备加工、塑料生产、建筑陶瓷、铝型材和绿色板材等5个主导产业生态群落。 生态工业系统类似于自然生态系统，12个企业将组成一个生产—消费—分解—闭合的循环。
1994，德国Wuppertal Institute的Schmidt-Bleek教授首先提出
环境材料学 第四章
2. 资源效率 广义上说，资源效率指在某一生产过程中 所产出的有用产品占所投入原料总量的百 分比。在材料的生态设计中，资源效率是 必须考虑的一个方面。在工业生态学中， 我们介绍了工业过程生态化，其中很关键 的一条就是减少资源很能源的投入，提高 自愿的利用率。分子材料的资源效率，最 有效的工具就是材料流分析方法。通过跟 踪生产过程中的材料流向，可计算整个系 统以及每个子系统的资源效率。
一级生态系统（系统内物质单向流动）
有限的资源
有限的废物
二级生态系统（系统内有物质的循环流动）
能源
三级生态循环系统（系统内形成物质的闭路循环）
材料 有限的资源和能源 废弃 服务
制造
消费
理想的工业生态系统示意图
可持续发展
工业生态学
文化系统
技术系统
自然系统
工业生态学理论框架示意图
2. 凯隆堡生态工业园
（3）二次资源的综合 所谓的二次资源综合利用是指将某种废物 经过加工处理利用使其重新变为资源的过 程，也称为废弃资源的再生利用。 与一次资源综合利用不同的是，它是将已 排放进入环境成为污染物的物质进行加工 处理，使之再次成为原料。从技术上分， 二次资源综合利用可分为物理法、化学法、 生物法等。
4.5 材料的生态设计
淡水 蒂斯湖
ASNAES燃煤电厂 1500MW 蒸 汽
GYPROC墙板厂
除尘渣 热废
Байду номын сангаас养鱼场
沉渣做肥料
农场 废渣做肥料
NOVO生物制药
飞灰
水泥厂筑路 公司
凯隆堡工业生态系统示意图
经济 效益
环境效益 减少资源消耗 废物重新利用 炉灰 130000t/a 硫4500t/a 石膏9000t/a 减少温室效应 CO₂ 175000t/a SO₂10200t/a
环境材料学-第四章
4.2 工业生态学
1.工业生态学原理 工业生态学是为解决现存的一些工业过程
与可持续发展的目标之间的矛盾而提出的工 业代谢理论。到目前尚未有统一的定义，一 般认为工业生态学是以种提高资源效率和促 进环境保护的系统原理。这种系统原理旨在 通过连续不断的技术、文化和经济的革新和 进化，为人类社会保持一个可持续的生存环 境提供一种优化手段。
20世纪全球十大环境问题
1
气候变暖
6
土地荒漠化
2
臭氧层破坏
7
大气污染
3
生物多样性减少
8
水体污染
4
酸雨蔓延
9
固体废弃物污染
5
森林锐减
10
海洋污染
上图总结了20世纪全球十大环境问题，可见各种各样的环境问题几乎 都是人类文明进程中的伴生物
发展形势 时间
态度 环境问题
对策
人类文明发展偶列文明的阶段特征
狩猎文明
P—有用产品产出量
W—废物产出量
若定义R=P/I与O=W/I
式中：R—资源效率
O—废物产出率
求∂P/∂I极大值，及Rmax=(∂P/∂I)max,则可 获得最大资源效率。同时，求∂W/∂I极小 值，即Omax=(∂W/∂I)max，则可获得最小废 物产出率。显然在追求资源效率的过程中， 材料流理论提供了定量分析工具。
工业生态学的目标是通过分析自然界的 生物循环系统，将生物圈的循环原理用于 工业过程，把现有的工业体系通过工业生 态学的途径，转化为可持续发展的体系， 最终实现人类社会的可持续发展。
在二级生态系统中，其代谢特征就变成 有限资源投入和有限废物排放，系统内 有物质的循环流动。
无限的资源
无限的废物
《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。
环境材料学第五章优秀课件
（1）用无害材料替代有害材料
❖ 一般来说，原材料是产品生产的第一步，原料路线 的选择与生产过程中污染物的产生密切相关。
❖ 目前还有不少产品采用了高污染的原料路线，如中 小型聚氯乙烯生产采用电石乙炔为原料，产生大量 电石渣废料，不仅对环境造成威胁，也为末端治理 留下很重的负担。
❖ 生产一种产品采用什么原料路线是由很多因 素决定的，包括资源、技术、经济等，但以 牺牲环境为代价，或者需要很高的废物处理 费用来弥补原料路线的不足，是不适宜的。
5.1.1 再循环利用技术
5.1.1.2 高分子材料的回收利用技术
❖ 随着高科技的迅猛发展，高分子材料在各行各业的 应用日趋增多，各种塑料制品和橡胶制品的不可降 解和低回收利用率对环境的危害已不可低估，现已 成为固体废弃物处理中的一个世界性难题，高分子 材料的回收利用迫在眉睫。
❖ 高分子回收利用技术有以下几种。
➢ 日本K.Kitagawa等用碳化法处理废弃酚醛树脂，在氮气 中于600℃将废弃的酚醛树脂碳化，所得产物可作为热塑 性塑料的填料使用。
5.1.1 再循环利用技术 5.1.1.3 废弃木质材料循环利用技术
❖ 废弃木制材料循环利用有两种方式，即物质循环利 用和能量利用。
➢ 其中物质循环利用是指对废弃木材回收后进行二 次加工，制成各种人造板重新使用，也可以将废 弃木材制成活性碳、工业碳或合成气体作为化学 原料使用；
❖ 现在采用流态化技术，改用氢气催化还原，使生产 过程连续化，大大减少了生产中有害物对人及环境 的污染。
❖ 除改变整个生产工艺的方式外，对一个生产工艺中 的一个工序或生产设备进行技术改造，或工艺置换 也可改善环境，减少污染物的产生。
❖ 实践中多采用改动设备、改变作业方法或改变生产 工序等，以达到不产生，或少产生有害物。
环境材料学
第一章环境材料的主要特征：无毒无害，减少污染；全生命过程对资源和能源消耗小；可再生循环，易于回收；具有高度的使用效率环境材料定义具有先进的使用性能、其材料和技术本身要有较好的环境协调性，还要具备为人们乐于接受的舒适性的一类具有系统功能的材料。
三要素：先进性，环境协调性，舒适性核心要素：环境协调性在材料的生命周期过程中(包括开采、制造、使用、废弃和回收)具有资源和能源消耗少、对生态环境影响小、再生循环利用率高，或者废弃后可降解的新材料实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，或指那些直接具有净化和修复环境等功能的材料（经济成本可接受性）环境材料学研究材料的开发、生产与使用过程和环境之间相互适应和相互协调的科学目的：寻找在加工、制造、使用和再生过程中具有最低环境负担的人类所需材料，以及满足人类生存和发展的需要。
研发环境治理材料特征：从环境的角度重新考虑和评价过去的材料科学与工程，指导未来的材料科学及其工程学的发展。
在材料科学传统四要素基础上（结构、性能、加工和使用状况）加上环境性能环境材料学研究的内容：第二章材料对环境的影响材料在国民经济中的地位和作用：国民经济和社会发展的基础和先导；现代高科技的三大支柱（生物、信息、材料）；社会文明进化的标志（人类社会时代命名与材料密不可分）；近代两次产业革命离不开新材料的开发（铁基材料与蒸汽机；能源革命相联系的交通运输工业）；科技发展史来看，重大技术革新起始于材料的革新（Ni基高温材料与超音速；高温陶瓷与航天飞机；电子材料与信息革命；生物医学技术与材料）；我们从个人到社会国家的方方面面都离不开材料和材料的革新材料的发展趋势：结构材料：轻质、高强高韧、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、低成本、环境友好、复合化、多功能化功能材料：新型电池材料、稀土永磁材料、生态环境材料、生物医学与仿真材料、超导材料与资源环境的关系：工业品的链式生产流程：原料的投入和产品的产出；能源的输入与废弃物的排放推动社会进步消耗资源能源破坏生态环境（局部化——全球化）人类面临的资源环境问题：废弃物问题、全球气温变暖、食物短缺、矿物资源枯竭、石油天然气枯竭、人口爆炸、全球气温显著变暖我国的情况：材料生产和消费大国，支撑国民经济发展；能耗大，排放强；资源过度消耗，环境污染严重；趋势：能耗降低；废气排放增加，其它减少全球资源和能源现状现状：资源危机，能源短缺原因：人口膨胀，经济总量增加资源危机：非再生资源迅速耗竭（矿产资源）；物种灭绝；淡水资源不足；森林资源持续赤字；水土流失加剧能源危机：矿物能源面临枯竭（化石能源、核矿物）；可再生能源开发不足（风、水、日光）中国资源和能源现状：资源现状：总量大，种类齐全，数量丰富；人均水平远低于全球水平，资源与人口矛盾突出；地域分布不平衡；质量差别大，低劣资源比重高能源现状：结构和分布不合理；能源效率环境污染严重我国材料加工和使用过程中的资源消耗：资源效率低下，浪费严重；直接消耗：用于材料的生产和使用间接消耗：材料的运输、储藏、包装、管理、流通、人工、环境迁移等环节造成的资源消耗材料加工和使用过程中固、液、气污染物排放现状化工造纸行业废水排放量居首，钢铁冶金次之非金属矿物制品业废气排放居首黑色及有色金属采选业固废、重金属排放量居首建材（水泥)行业烟尘排放居首工业排放废气是大气污染的主要原因冶金、建材、化工行业是主要排放源水体污染物形成和排放：概念：污染物进入水体造成的水体变质现象。
环境材料学第2章材料对环境的影响
环境材料学第2章材料对环境的影响材料对环境的影响是环境材料学研究的重要内容之一、材料的采集、加工、使用和处理都会对自然环境和人类社会造成影响。
这些影响主要包括资源消耗、能源消耗、污染排放和生态破坏等方面。
首先，材料的采集和加工会消耗自然资源。
材料的采集需要开采矿石、石油等自然资源，而这些资源都是有限的。
大量的资源开采和消耗会导致资源枯竭，对自然环境造成不可逆的损害。
同时，材料的加工过程也需要大量的能源，如电力和燃料。
能源的消耗不仅会产生空气污染和温室气体排放，还会加剧能源短缺的问题。
其次，材料的使用和处理也会对环境造成影响。
一些材料在使用过程中会释放有害物质，如挥发性有机化合物、重金属等。
这些有害物质会污染大气、水源和土壤，对人类健康和生态系统造成危害。
另外，材料在使用过程中产生的废弃物也是一个关键问题。
废弃物的处理需要消耗大量的资源和能源，而不当的处理方法会导致土地、水源和大气的污染。
最后，材料的生产和处理过程还会对生态系统造成破坏。
材料的生产和处理过程中，大量的水资源、土地和生态环境都会受到影响。
比如，一些制造工艺会产生大量的废水和废气，直接排放到水源和大气中，对水体和空气质量造成污染。
此外，大面积的土地开垦和覆盖会破坏当地的生态平衡，导致物种灭绝和生态系统的崩溃。
为了减缓材料对环境的影响，环境材料学提出了一些解决方案。
一方面，可以通过资源循环利用和回收再利用来减少材料的需求和消耗。
这需要加强废弃物的处理和回收利用技术，提高资源利用效率。
另一方面，可以推广绿色材料的使用，绿色材料具有较低的环境影响和更好的可循环性。
绿色材料的开发和应用有助于减少资源消耗和污染排放。
此外，环境材料学还需要开展环境影响评估和生命周期评价研究，为材料的设计和选择提供科学依据。
综上所述，材料对环境的影响是一个复杂而重要的问题。
环境材料学的研究旨在减少材料的资源消耗、能源消耗、污染排放和生态破坏，从而实现可持续发展的目标。
环境材料学-第三章 材料科学基本知识
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
输出数据按照质量比例进行了分配。 • 评价中所使用的数据来源有：企业内部实际生产数据、工艺改进的设
1993年，完成《环境管理系列国际标准》，即ISO 14000。 经过标准化的LCA最终成为最重要的评价产品环境表现的方法。
3.1 LCA方法的起源与进展研究
3.1.2 LCA的定义
a) LCA，原本是Life Cycle Analysis的缩写，但是由于assessment带有 更多的定量的含义，被SETAC、美国环境保护署和ISO作为术语采 用。欧洲和日本用Ecobalance代替LCA。
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
3.1 LCA方法的起源与进展研究
3.1.2 LCA的定义原文
Life Cycle Assessment is a process to evaluat the environmental burdens associated with a product ， or activity by identifying and quantifying energy and materials used and wastes released to the environment; to assess the impact of those energy and material uses and releases to the environment; and to identify and evaluate opportunities to affect environmental improvements. The assessment includes the entire life cycle of the product, process, or activity, encompassing extracting and processing raw materials; manufacturing; transportation and distribution; use, re-use, maintenance, recycling, and final disposal.
环境材料学 第三章
根据防水涂料生产工艺示意图，对该涂料 的环境影响因素进行编目分析。主要按能源 和能源消耗，各种废弃物排放及其引起的直 接环境影响进行数据分类、编目。
配料 搅拌 脱水 调配 反应 包装
废气
废渣
某防水涂料的生产工艺示意图
用输入输出法评价该环境的影响，其 废渣、有机挥发物、区域毒性水平以及由二 氧化碳排放引起的全球温室效应。
3.4.3 层次分析法
层次分析法（analytic hierarchy process, AHP） 它是一种实用的多准则决策方法。
第三章 材料的环境影响评价
3.5 LCA应用举例
3.5 LCA 应用举例
1.建筑瓷砖的环境影响评价
我国是世界上最大的建材生产国。 我国是世界上最大的建材生产国。从资源的 消耗到环境损害， 消耗到环境损害，建材行业一直是污染较严重 的行业。为考察建材生产过程对环境的影响， 的行业。为考察建材生产过程对环境的影响， LCA方法评价了某建筑瓷砖生产过程对环境 用LCA方法评价了某建筑瓷砖生产过程对环境 的影响。 的影响。 LCA实施过程中 首先是目标定义。 实施过程中， 在LCA实施过程中，首先是目标定义。对该 瓷砖生产过程的环境影响评价的目标定义为只 考察其生产过程对环境的影响； 考察其生产过程对环境的影响；范围界定在直 接原料消耗和直接废物排放， 接原料消耗和直接废物排放，不考虑原料的生 产加工过程以及废水、废渣的再处理过程。 产加工过程以及废水、废渣的再处理过程。
3.3 LAC的技术框架及评价过程
3.3.1 LAC目标和范围定义 需要定义的LCA评价目标主要包括界定评价 对象、实施LCA评价的原因，以及评价结果的 输出方式。 功能单位是评价环境影响大小的度量单位。 系统边界确定了哪些过程应该包括到LAC评 价范围中。
环境材料学复习重点.doc
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稈屮耗川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、销色、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S化与评估对象相关的能源消耗、物质消耗和废弃物排放，来评佔某一产品、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K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其有使用价值而以各种形忒储存，但可以通过不同的加工途径而使K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、£1然资源和科学技术的人系统内，在资源投入、企业生产、产品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：某一生产过程屮所产出的所奋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屮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hd的材料经特殊加工而制成的材料。
13、吸附材料：具冇多孔结构和巨大的比表⑻积的材料，常见冇活性炭，活性炭纤维，沸石分子筛，活性氧化铝等。
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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？。