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。

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。