1、12022年年6月月2日日2本课程的要求与考核本课程的要求与考核v出勤达到全勤的出勤达到全勤的2/3者具有者具有考试或考核考试或考核资格；资格；v迟到和早退两次按缺勤一次迟到和早退两次按缺勤一次处理处理； 参考书参考书：环境材料概论，冯奇主编。：环境材料概论，冯奇主编。 3第一章第一章 绪论绪论 4主要内容主要内容v材料在国民经济中的作用材料在国民经济中的作用v材料与资源和环境的关系材料与资源和环境的关系v材料加工和使用过程中的资源和能源消耗材料加工和使用过程中的资源和能源消耗v气、液、固态污染物的排放气、液、固态污染物的排放v环境材料的起源和涵义环境材料的起源和涵义v环境材料分类环境材料分类
2、典型的环境材料典型的环境材料5一、材料在国民经济中的作用一、材料在国民经济中的作用v材料作为社会经济发展的物质基础和先导，材料作为社会经济发展的物质基础和先导，对推动人类文明的进程起到极其重要的作用。对推动人类文明的进程起到极其重要的作用。v支撑人类生存大厦的主要有：材料科学技术、支撑人类生存大厦的主要有：材料科学技术、生物科学技术、能源科学技术、信息科学技生物科学技术、能源科学技术、信息科学技术等，而这些技术无一不是以材料为物质基术等，而这些技术无一不是以材料为物质基础的。础的。材料是人类物质文材料是人类物质文明的基础和支柱明的基础和支柱6v从世界发展史看，重大技术革新往往起始于从世界发展史
3、看，重大技术革新往往起始于材料的革新，材料的革新，没有先进的材料，就没有先进没有先进的材料，就没有先进的科学技术和现代化的工业的科学技术和现代化的工业。20世纪世纪50年代出现的镍基高温合年代出现的镍基高温合金，将金属材料使用温度由原来金，将金属材料使用温度由原来的的700提高到提高到900，导致了超，导致了超音速飞机的问世音速飞机的问世高温陶瓷的发明促进了表面温度高达高温陶瓷的发明促进了表面温度高达1000的航天飞机的发展的航天飞机的发展7二、材料与资源和环境的关系二、材料与资源和环境的关系v从资源和环境角度分析，材料的提取、制备、从资源和环境角度分析，材料的提取、制备、生产、使用和废弃过程
4、是一个生产、使用和废弃过程是一个典型的资源消典型的资源消耗和环境污染过程耗和环境污染过程。v材料一方面推动着人类社会的物质文明，同材料一方面推动着人类社会的物质文明，同时也消耗大量的资源和能源，在生产、使用时也消耗大量的资源和能源，在生产、使用和废弃过程中向环境排放出大量的污染物。和废弃过程中向环境排放出大量的污染物。 8l生产：要从地球索取大量资源生产：要从地球索取大量资源材料在生产、运输、使用、再生、废弃等整个寿命周期的各个阶段：材料在生产、运输、使用、再生、废弃等整个寿命周期的各个阶段：要消耗大量能要消耗大量能源源；材料在生产、运输、使用、再生、废弃等整个寿命周期的各个阶段：材料在生产、
5、运输、使用、再生、废弃等整个寿命周期的各个阶段：要生产大量的要生产大量的CO2,CO,SO2，NOx、废水、固体废弃物等，造成环境污染、废水、固体废弃物等，造成环境污染.9固体废弃物量大，回收利用率低固体废弃物治理不足已经成为公共卫生、经济发展和生活环境领域的重大问题。在全球，每年有70至100亿吨固体废弃物产生，30亿人缺乏有效的废弃物处理设施。在人口增长、城市化进程和消费增长的刺激下，亚非国家低收入城市产生的固体废弃物体积很可能在2030年翻番。 时间: 2015-09-07 来源: UNEP 例如，例如，佛兰德斯比利时地区佛兰德斯比利时地区的固废转化率的固废转化率从从19801980年的
6、近乎年的近乎0%0%提高到提高到20132013年年的的70%70%，成为欧洲之最。通过社会政策、财政政策和法律政策的巧妙结合，成为欧洲之最。通过社会政策、财政政策和法律政策的巧妙结合，这是完全有可能的，例如进行固废预防教育，建立固废重复利用中心，在这是完全有可能的，例如进行固废预防教育，建立固废重复利用中心，在“污染者付费污染者付费”原则上建立原则上建立“垃圾按量收费垃圾按量收费”税收制度税收制度。玻利维亚玻利维亚将非正式回收者纳入城市固废治理系统将非正式回收者纳入城市固废治理系统，并因此收集、处理了，并因此收集、处理了29,00029,000吨固体废弃物，创造了吨固体废弃物，创造了4434
7、43个绿色岗位。哥伦比亚首都波哥大采取了个绿色岗位。哥伦比亚首都波哥大采取了类似措施，雇用了类似措施，雇用了8,2508,250人，每天从垃圾填埋场中转化人，每天从垃圾填埋场中转化1,2001,200吨废弃物。吨废弃物。在肯尼亚，一家非盈利组织和一家私营企业分别运行着电子废弃物处理项在肯尼亚，一家非盈利组织和一家私营企业分别运行着电子废弃物处理项目。他们目。他们每个月要处理高达每个月要处理高达3030吨的电子垃圾吨的电子垃圾，并在安全处置有害废弃物的同，并在安全处置有害废弃物的同时进行再生材料交易。两家机构都正朝着可持续生产的模式飞速前进，证明时进行再生材料交易。两家机构都正朝着可持续生产的模
8、式飞速前进，证明了了“固废安全循环固废安全循环”这一经营模式在发展中国家能够获得成功。这一经营模式在发展中国家能够获得成功。10全世界化石燃料的消耗情况现代的生活是以迅速地消耗这些宝贵的资源支撑着。如果继续以现在的速现代的生活是以迅速地消耗这些宝贵的资源支撑着。如果继续以现在的速度使用石油，那么在短短的度使用石油，那么在短短的4242年之后，现已探明的石油将被消耗殆尽年之后，现已探明的石油将被消耗殆尽大量的资源消耗据统计，在据统计，在19001900年至年至19501950年的年的5050年间，全世界主要年间，全世界主要金属总共生产了约金属总共生产了约4040亿吨，而在亿吨，而在1980198
9、0年至年至19901990年的年的短短短短1010年间，就生产了年间，就生产了5858亿吨亿吨11中国目前废弃旧资源的利用率只相当于世界先进水平的1/4-1/312v国际能源署预测到了2040年时，化石燃料中石油占比26%，天然气占比26%，煤炭占比也约为26%，非化石燃料占比24%，这样的能源结构将见证燃料间的竞争和改善供应的可持续性。13恶化的生态环境温室温室效应效应大气臭氧层破坏大气臭氧层破坏酸雨的产生酸雨的产生各类固体废弃物数量巨大各类固体废弃物数量巨大水污染越来越严重水污染越来越严重141秒钟世界的变化人口的增长 2.4人/秒石化燃料CO2放出 733吨/秒大气中的CO2蓄积 250
10、吨/秒大气中O2的减少 690吨/秒主要金属的生产 20吨/秒因金属生产带来的总物质 203吨/秒汽车生产 1.7辆/秒电视机生产 4台/秒151秒钟世界的变化格林兰冰川的融化 1.6 吨/秒淡水的使用 103 m3/秒天然林消失 5100 m2/秒可耕地减少 2300 m2/秒沙漠扩大 1900 m2/秒 其中仅我国就达 78 m2/秒 我国天然草原减少 513 m2/秒16表表1 我国社会认识材料判据的演变我国社会认识材料判据的演变时间时间判据数判据数判据判据2020世纪世纪5050年代年代0 0只考虑数量只考虑数量2020世纪世纪6060年代年代1 1性能性能2020世纪世纪7070年代
11、年代（19781978后）后）2 2性能、经济性能、经济2020世纪世纪9090年代年代（19961996后）后）5 5性能、经济、资源、能源、环保性能、经济、资源、能源、环保17自然生态资源自然生态资源可再生资源可再生资源不可再生资源不可再生资源可循环再生资源可循环再生资源森林资源森林资源农牧业资源农牧业资源.木材木材纺织材料等纺织材料等矿物能源物质矿物能源物质金属材料金属材料矿物材料矿物材料石油石油煤煤天然气天然气非金属材料非金属材料矿物材料矿物材料高分子材料能源高分子材料能源金属材料金属材料无机材料无机材料陶瓷陶瓷水资源水资源太阳光照资源太阳光照资源.从从1970年至年至1995年的年的
12、25年间，人类消耗了地球年间，人类消耗了地球自然资源的自然资源的13。18三、材料加工和使用过程中的资源材料加工和使用过程中的资源和能源消耗和能源消耗v材料产业支撑着人类社会的发展，为人类带材料产业支撑着人类社会的发展，为人类带来了便利和好处，但材料的来了便利和好处，但材料的生产、处理、循生产、处理、循环、消耗、使用、回收和废弃的过程中也带环、消耗、使用、回收和废弃的过程中也带来了沉痛的环境负担，需要消耗大量的资源来了沉痛的环境负担，需要消耗大量的资源和能源，同时排放的大量废气、废水和废渣和能源，同时排放的大量废气、废水和废渣也会造成环境污染和生态破坏，威胁人类的也会造成环境污染和生态破坏，威
13、胁人类的生存和健康。生存和健康。原煤原煤1.35t 水资源水资源49t 1.4104标煤标煤 铁矿石铁矿石4t其它其它0.5t 炼钢过程炼钢过程钢钢1t尾矿尾矿2.6t废水废水11t（部分重复利用）（部分重复利用）CO2 2.56104m3SO2 183m3粉尘、废渣粉尘、废渣19v我国是一个材料生产和消耗大国，每单位我国是一个材料生产和消耗大国，每单位GDP的的资源和能源消耗是发达国家的资源和能源消耗是发达国家的10倍左右，资源利倍左右，资源利用过于低下，现在矿产资源储量保障程度低、资用过于低下，现在矿产资源储量保障程度低、资源短缺尤为突出。源短缺尤为突出。v中国矿业报中国矿业报报道，至报道
14、，至2005年年矿物矿物已开发量占总探明总量已开发量占总探明总量铜铜67.1%铅铅68.2锌锌71.5%铝铝基本没有资源基本没有资源石油对外依石油对外依存度超过存度超过40%2021水泥行业2223解决地球环境问题的途径实现资源、环境与材料的可持续发展一是一是 末端治理末端治理（重要、必要、但属治表）（重要、必要、但属治表）二是二是 源头控制源头控制 （治本）（治本） 即提高资源（能源）利用效率、综合思维、综合利用即提高资源（能源）利用效率、综合思维、综合利用24五、环境材料的起源和涵义五、环境材料的起源和涵义1990年，年，日本的山本良一教授日本的山本良一教授在在“未来科学未来科学技术学会技
15、术学会”上提出了上提出了Environment Conscious Materials(简写简写Ecomaterials，环境材料，环境材料)的概的概念，指出应该从科学的高度审视材料的环境念，指出应该从科学的高度审视材料的环境负担性、研究材料与环境的相互作用和定量负担性、研究材料与环境的相互作用和定量评价材料生命周期对环境的影响，并以此为评价材料生命周期对环境的影响，并以此为指导进行具有环境协调性的新型材料的设计、指导进行具有环境协调性的新型材料的设计、研究和开发。研究和开发。25环境材料的定义环境材料的定义v环境材料是具有系统功能的一大类新型材料环境材料是具有系统功能的一大类新型材料的总称。
16、的总称。v环境材料是指对资源和能源环境材料是指对资源和能源消耗最少消耗最少，对生，对生态环境态环境影响最小影响最小，再生循环，再生循环利用率最高利用率最高或或可可降解降解使用的新材料。使用的新材料。环境材料环境性能环境性能使用性能使用性能经济性能经济性能环境材料的基本性能示意图环境材料的基本性能示意图26环境材料的几个基本关系环境材料的几个基本关系v环境材料与传统材料和新材料的关系环境材料与传统材料和新材料的关系传统材料传统材料新材料新材料环境材料环境材料环境材料与其它材料的关系环境材料与其它材料的关系27环境材料与发展的关系环境材料与发展的关系v从人类自身的进步或发展来看，环境意识应从人类自
17、身的进步或发展来看，环境意识应贯穿于人类社会的全过程之中，也应当贯穿贯穿于人类社会的全过程之中，也应当贯穿于人类开发、使用、制造、再生材料的整个于人类开发、使用、制造、再生材料的整个过程中。过程中。环境材料本身应该而且是可持续发环境材料本身应该而且是可持续发展的。展的。28六、典型的环境材料六、典型的环境材料1 1、生物降解材料、生物降解材料2 2、循环与再生材料、循环与再生材料3 3、净化材料、净化材料 4 4、绿色建筑材料、绿色建筑材料5 5、绿色能源材料、绿色能源材料29生物降解材料生物降解材料n一类是淀粉基热塑性塑料制品；一类是淀粉基热塑性塑料制品；n另一类是脂肪族聚酯塑料制品。另一类
18、是脂肪族聚酯塑料制品。30循环与再生材料循环与再生材料u各种废旧塑料、农用薄膜的再生利用，铝罐、各种废旧塑料、农用薄膜的再生利用，铝罐、铁罐、塑料瓶、玻璃瓶等旧包装材料的回收铁罐、塑料瓶、玻璃瓶等旧包装材料的回收利用利用u冶金炉渣的综合利用冶金炉渣的综合利用u废旧电池材料、工业垃圾中金属的回收利用废旧电池材料、工业垃圾中金属的回收利用等等3132净化材料净化材料陶瓷过滤器陶瓷过滤器吸附材料吸附材料有害气体转换技术有害气体转换技术废水净化材料废水净化材料33绿色建筑材料绿色建筑材料基本型基本型用废弃物型的建材用废弃物型的建材节能型建材节能型建材健康型材料健康型材料抗菌材料抗菌材料34绿色能源材料
19、绿色能源材料指洁净的能源：指洁净的能源：太阳能太阳能风能风能水能水能废热废热垃圾发电能源。垃圾发电能源。潮汐水能冶金废热废热回收魔术棒 35七、环境材料的研究内容和注意事项七、环境材料的研究内容和注意事项v研究内容研究内容v注意事项注意事项36研究内容研究内容v材料的经济、技术、生态环境协调研究材料的经济、技术、生态环境协调研究v材料的生命周期评价材料的生命周期评价v材料的生态设计材料的生态设计v材料的清洁生产技术材料的清洁生产技术v材料流和能流循环再生及制备技术材料流和能流循环再生及制备技术v传统材料的环境友好加工及制备技术传统材料的环境友好加工及制备技术v新型生态环境材料及相关技术新型生态
20、环境材料及相关技术三者达到综合平衡，三者达到综合平衡，实现可持续发展实现可持续发展环境负荷的具体化、指标化、环境负荷的具体化、指标化、定量化，评价环境材料及材料定量化，评价环境材料及材料在其寿命全过程中的环境问题在其寿命全过程中的环境问题减少原料使用量，尽可减少原料使用量，尽可能使用再生原料和再生能使用再生原料和再生原料，生产和使用过程原料，生产和使用过程能耗低，使用后能耗低，使用后易于回易于回收、再利用，使用安全、收、再利用，使用安全、寿命长寿命长减少或避免在材料制备加工中废减少或避免在材料制备加工中废物和污染物向生态环境中的排放，物和污染物向生态环境中的排放，实现材料实现材料制备加工技术洁
21、净化制备加工技术洁净化最优生产最优生产最优消费最优消费最少废弃最少废弃37 此款灯具的设计充分体现 了产品绿色设计的理念，其灯座采用回收的饮料罐，灯罩采用PVC或PP的再生塑料。38利用废旧塑料为利用废旧塑料为 原料制作的椅子原料制作的椅子39 40 图图4-8为采用铝材制作的座为采用铝材制作的座椅，表面不经任何处理，椅，表面不经任何处理，极易回炉再利用。同时，极易回炉再利用。同时，材料本身的质地也给人粗材料本身的质地也给人粗犷、自然、质朴的特殊美犷、自然、质朴的特殊美感。感。41发展趋势发展趋势v发展环境友好型的材料设计和制备工艺发展环境友好型的材料设计和制备工艺v开发具有优良环境协调性的新型环境材料开发具有优良环境协调性的新型环境材料v研究开发环境净化和环境修复材料研究开发环境净化和环境修复材料42思考题v你认为哪些材料可以属于环境材料你认为哪些材料可以属于环境材料?试从你身试从你身边找出一些环境材料的例子边找出一些环境材料的例子。
