《环境材料学》课程各章重点内容
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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。
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。
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。
《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?。