环境材料学第5章材料的生态设计

《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。

环境材料生态设计与性能优化随着全球环境问题的日益严重，人们对环境保护的关注度也不断提高。

在建筑、工程和其他领域中，环境材料的使用成为一个热门话题。

环境材料生态设计与性能优化是一种新兴的方法，旨在提供可持续发展的解决方案，使材料在其整个生命周期内对环境的影响最小化。

环境材料生态设计的核心理念是通过整合材料的生产过程、使用阶段和废弃处理来减少环境影响。

这种设计方法要求将环境影响作为一个关键因素纳入考虑范围，并寻求创新的方式来减少资源消耗、减少排放物和废弃物的生成。

一个典型的例子是使用可再生材料，如竹材、麻纤维等代替传统的非可再生材料，如塑料和金属。

这些可再生材料在生产和处理过程中产生的温室气体和其他污染物较少，对环境的影响更小。

此外，环境材料生态设计还关注材料的性能优化。

通过选择合适的材料和改良设计，可以改善材料的性能，以满足特定的功能需求。

例如，在建筑领域，环境材料的性能优化包括隔热性能、耐久性和保温性能等。

通过更好地控制建筑内的温度和湿度，使用环境材料可以减少对空调和加热系统的需求，从而降低能源消耗。

在环境材料生态设计中，一个重要的概念是生命周期评估（LCA）。

生命周期评估是评估一个产品或材料在其整个生命周期内对环境的影响。

这包括从原材料提取、生产、运输、使用到废弃处理的整个过程。

通过进行生命周期评估，可以确定材料生产和使用过程中的主要环境热点，并确定改进的潜力。

这将有助于指导设计者和制造商制定更环境友好的材料和产品。

在实际应用中，环境材料生态设计面临一些挑战。

首先，材料和产品的性能必须符合使用要求。

不仅仅关注环境影响，还必须平衡性能、成本和可用性等方面。

其次，由于环境材料的生产和处理需要更多的资源和技术，因此可能会导致一定的成本增加。

因此，需要权衡环境收益和经济成本，并寻找可持续发展的平衡点。

为了促进环境材料生态设计的发展，政府和行业组织起到重要的作用。

政府可以通过制定环境政策和标准来鼓励环境材料的使用和生态设计。

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。

材料生态设计的概念1. 引言材料生态设计是一种以环境保护为导向的设计方法，旨在减少对自然资源的消耗和对环境的负面影响。

在当今世界面临资源短缺和环境问题日益严重的背景下，材料生态设计成为了一种重要的解决方案。

本文将深入探讨材料生态设计的概念、原则、方法以及在实际应用中所面临的挑战。

2. 材料生态设计概念解析2.1 材料循环利用材料循环利用是材料生态设计中最核心和关键的概念之一。

传统制造业中，大量原材料被消耗后成为废弃物，给自然环境带来了巨大负担。

而在材料循环利用中，废弃物被重新收集、分拣、处理，并经过再加工后重新投入到制造过程中。

这种循环利用不仅减少了对原始资源的需求，还降低了废弃物对自然环境造成的污染。

2.2 生物可降解性生物可降解性是指一种材料在自然环境中能够被微生物分解并完全降解为无害物质的能力。

在材料生态设计中，使用生物可降解材料可以有效减少对环境的负面影响。

这些材料可以在使用寿命结束后自然分解，避免了长期积累和对土壤、水源的污染。

2.3 资源节约资源节约是材料生态设计的重要原则之一。

通过优化设计和制造过程，减少对原始资源的消耗是实现资源节约的关键。

例如，通过减少材料浪费、优化工艺流程和提高能源利用效率等方式，可以最大限度地减少资源消耗。

3. 材料生态设计原则3.1 循环经济原则循环经济原则是指将废弃物转化为可再利用资源的经济模式。

在材料生态设计中，循环经济原则被广泛应用于产品制造过程中。

通过回收和再利用废弃物、采用可循环利用的材料以及推广产品再制造等方式，实现了资源最大化利用。

3.2 绿色制造原则绿色制造是指在产品制造过程中最大限度地减少对环境的负面影响。

在材料生态设计中，绿色制造原则强调使用环境友好的材料和工艺，减少对水资源、能源和原始资源的消耗。

同时，绿色制造还要求减少废弃物的产生和排放，避免对环境造成污染。

3.3 循环设计原则循环设计是指在产品设计阶段就考虑到材料循环利用和可降解性等因素。

环境材料学chp5第五章环境材料评价方法的研究评价一种材料是否为环境材料，首先必须确定评价标准。

从环境材料的定义看，制订评价标准实际上是对材料的先进性（功能性），舒适性（经济性）和环境协调性三个方面进行标准指标定量。

由于不同种类的材料使用功能和环境影响的大小不同，因此不可能对所有的材料制订统一的评价标准。

而对同类材料而言，尽管其在使用中表现出各种功能，但是往往其中一种或几种是主要的和共有的，可称之为基本功能。

因此可将材料按基本功能分类，分别制定相应的环境材料评价标准。

对每一类别的材料分别进行环境协调性、先进性（功能）、舒适性（经济性）的指标化，根据指标化的结果，综合考虑边界条件及未来的可能发展，来规定相应的类别的环境材料三方面的评价标准指标。

5.1环境材料的评价体系根据环境材料的概念，环境材料的评价必须以材料的完整寿命周期为研究范围。

一般来说，一个产品的生命周期主要有以下几个阶段组成（图5-1）。

能源生产↓↓————↓----------↓----------↓----------↓原料开采→原料加工→材料制造→材料使用→回收利用→废弃↑__________↑___________↑___________↓循环循环回用↓---------↓---------↓----------↓---------↓---------↓↓废物图5-1 产品生命周期的主要组成阶段在材料评价和比较研究中，需确定其比较基准，可按其基本功能相同的一定重量或体积的材料为基准。

5.1.1环境协调性指标环境协调性指材料在整个寿命周期内对环境的综合影响。

可以用LCA（Life Circle Assessment）方法定量其指标。

LCA基本框架由研究目标及范围、编目分析、环境影响评估、环境改善评估四部分组成。

研究目标及范围确定LCA的目的及边界条件；编目分析确定寿命周期内各阶段资源、能源消耗数据及污染物排放数量；环境影响评估根据编目分析得到的数据对寿命周期的环境综合影响作出评估；环境改善评估则根据寿命期各阶段环境负担确定可能的改善途径。