1、環境材料PPT總結環境材料學環境材料學環境材料學是一門研究材料的開發、生產環境材料學是一門研究材料的開發、生產與使用過程和環境之間相互適應和相互協與使用過程和環境之間相互適應和相互協調的科學。調的科學。任任 務務 研究材料系統對生態環境的影響，研究材料與環境之研究材料系統對生態環境的影響，研究材料與環境之間的協調關系；間的協調關系；研究對象研究對象材料的環境協調性評價、材料的設計及加工中的環境材料的環境協調性評價、材料的設計及加工中的環境協調性技術，包括零排放和零廢棄技術；協調性技術，包括零排放和零廢棄技術；目目 的的 尋找在加工、制造、使用和再生過程中具有最低環境負尋找在加工、制造、使用和再

2、生過程中具有最低環境負擔的人類所需材料，以滿足人類生存和發展的需要。擔的人類所需材料，以滿足人類生存和發展的需要。特特 征征 從環境的角度重新考慮和評價過去的材料科學及其工程從環境的角度重新考慮和評價過去的材料科學及其工程學，并指導未來的材料科學及其工程學的發展。學，并指導未來的材料科學及其工程學的發展。環境材料分類環境材料分類直接處理型直接處理型防止污染防止污染環境保護環境保護凈化功能凈化功能系統單元型系統單元型節省能源節省能源新能源系統新能源系統低環境負載型低環境負載型低環境負載低環境負載再循環性再循環性資源資源 生產性生產性化學反應途徑化學反應途徑機械機械/ /物理途徑物理途徑生生物物社

3、社會會途途徑徑環境材料環境材料分類分類典型產品典型產品環境相容材料環境相容材料天然材料天然材料木材、石材、竹材、天然高分子木材、石材、竹材、天然高分子仿生合成材料仿生合成材料結構仿生材料、功能仿生材料結構仿生材料、功能仿生材料低環境負荷材料低環境負荷材料綠色包裝材料（可食性包裝材料等）綠色包裝材料（可食性包裝材料等）生態建筑材料（生態水泥）生態建筑材料（生態水泥）傳統材料的環境化等傳統材料的環境化等環境友好材料環境友好材料生物降解材料生物降解材料光降解塑料、生物降解塑料光降解塑料、生物降解塑料生物陶瓷材料生物陶瓷材料羥基磷灰石等羥基磷灰石等環境工程材料環境工程材料環境凈化材料環境凈化材料吸附吸

4、收材料、催化轉化材料等吸附吸收材料、催化轉化材料等環境替代材料環境替代材料無磷洗衣粉、氟里昂替代物無磷洗衣粉、氟里昂替代物環境修復材料環境修復材料防止土壤沙化的固沙植被材料等防止土壤沙化的固沙植被材料等環境材料分類環境材料分類環境材料學環境材料學理論研究理論研究環境影響評價環境影響評價 材料的可持續發展理論材料的可持續發展理論材料的生態設計材料的生態設計材料的生態加工材料的生態加工應用研究應用研究環境工程材料環境工程材料環境友好材料環境友好材料環境功能材料環境功能材料廢棄物的資源化利用研究廢棄物的資源化利用研究第三章 材料環境影響的評價技術材料的環境材料的環境指標指標原料材料零件產品使用廢棄第

5、三章 材料環境影響的評價技術3.13.1常見的環境指標及其常見的環境指標及其表達方法表達方法第三章 材料環境影響的評價技術3.33.3LCALCA的技術框架及評價的技術框架及評價過程過程目標與范目標與范圍的確定圍的確定環境環境影響影響評價評價環境環境改善改善評價評價清單分清單分析析SETACSETAC三角形模三角形模型型第三章 材料環境影響的評價技術3.33.3LCALCA的技術框架及評價的技術框架及評價過程過程直接直接應用：應用：目的與目的與范圍的范圍的確定確定影影響響評評價價清清單單分分析析生命周期生命周期 評價技術框架評價技術框架結結果果解解釋釋產品開發與產品開發與改進改進方案解決方案解

6、決公共政策制公共政策制訂訂市場營銷市場營銷其它其它ISO14040 ISO14040 標準定義的技術框標準定義的技術框架架第三章 材料環境影響的評價技術3.33.3LCALCA的技術框架及評價的技術框架及評價過程過程LCALCA評價過程（六個步評價過程（六個步驟）驟）目的與范圍定目的與范圍定義義清單分析清單分析環境影響評估環境影響評估生命周期解釋生命周期解釋報告結果報告結果鑒定性評審鑒定性評審4.2材料流分析理論（材料流分析理論（MFAMFA）：）：指用數學物理方法對在工業生產指用數學物理方法對在工業生產過程中按照一定的生產工藝所投入的原材料的流動方向和數過程中按照一定的生產工藝所投入的原材料

7、的流動方向和數量大小的一種定量分析理論。量大小的一種定量分析理論。材料流分析礦石材料零件成品使用典型的材料流循環過程示意圖自然界5.2 材料的生態設計生態設計生態設計是一種全新的設計思想，即在產品或材料的設是一種全新的設計思想，即在產品或材料的設計時，在考慮成本、功能（性能）、質量、外觀等傳統使計時，在考慮成本、功能（性能）、質量、外觀等傳統使用性能指標的基礎上，著重考慮產品或材料在整個生命周用性能指標的基礎上，著重考慮產品或材料在整個生命周期內的環境性能（可拆卸性、可回收性、可維護性、可重期內的環境性能（可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性等），使之不斷改進并達到經濟、環境和社會效復利

8、用性等），使之不斷改進并達到經濟、環境和社會效益的和諧統一。益的和諧統一。生態設計生態設計 設計設計： 先進性先進性 環境協調性環境協調性 經濟性經濟性 舒適性舒適性LCALCA： 環境負荷環境負荷先進性：先進性：要充分發揮材料的優異性能，滿足各行各業對材料產品的要求；經濟性：經濟性：考慮材料產品的成本，能夠保證制造商的利潤，維持經濟活動的運轉；協調性：協調性：保證在材料的生產和使用過程中與環境盡可能協調，維持生物圈循環過程的平衡；舒適性：舒適性：材料產品能夠提高生活質量，使人類生活環境更加舒適5.2 材料的生態設計5.2 材料的生態設計生態設計的內涵狹義的生態設計狹義的生態設計，是以環境友好

9、技術為前提的工業產品技術。，是以環境友好技術為前提的工業產品技術。廣義的生態設計廣義的生態設計，則從產品制造業延伸到與產品制造密切相關，則從產品制造業延伸到與產品制造密切相關的產品包裝、產品宣傳和產品營銷各個環節，并進一步擴大到的產品包裝、產品宣傳和產品營銷各個環節，并進一步擴大到全社會的生態環境服務意識、環境友好的文化意識等。全社會的生態環境服務意識、環境友好的文化意識等。p生態設計針對產品的整個生命周期生態設計針對產品的整個生命周期p生態設計是可以在不同層次上進行的動態設計過程生態設計是可以在不同層次上進行的動態設計過程p掌握綠色知識的設計人員是生態設計的主體掌握綠色知識的設計人員是生態設

10、計的主體5.2 材料的生態設計生態設計的內容生生態態設設計計原材料選擇原材料選擇壽命設計壽命設計回收設計回收設計包裝設計包裝設計工藝設計工藝設計盡量選擇資源豐富及天然的材料盡量選擇資源豐富及天然的材料避免采用有毒、有害及污染環境的材料避免采用有毒、有害及污染環境的材料選擇易回收、可再生使用材料選擇易回收、可再生使用材料減少材料成分減少材料成分廢料的回收廢料的回收廢舊零部件的回收廢舊零部件的回收改革生產工藝流程，優化加工工序改革生產工藝流程，優化加工工序減少生產過程中的能源、物質等消耗減少生產過程中的能源、物質等消耗減少生產過程中的污染物減少生產過程中的污染物5.2 材料的生態設計生態設計的原則

11、生生態態設設計計原原則則環境原則環境原則技術原則技術原則經濟性原則經濟性原則人機工程原則人機工程原則減少資源消耗減少資源消耗減少能源消耗減少能源消耗減少污染物排放減少污染物排放減少健康安全風險減少健康安全風險具有規定的功能具有規定的功能保證產品質量保證產品質量具有預期使用壽命具有預期使用壽命費用最低費用最低利潤最大利潤最大良好的使用性能良好的使用性能滿足消費者個性的要求滿足消費者個性的要求5.2 材料的生態設計生態設計的過程一定的設計程序一定的設計程序三個設計目標三個設計目標三個主要階段三個主要階段提高產品的資源能源利用率提高產品的資源能源利用率降低產品生命周期成本降低產品生命周期成本產品無環

12、境污染或環境污染最小化產品無環境污染或環境污染最小化生態設計必須遵循一定的系統化設計程序生態設計必須遵循一定的系統化設計程序跟蹤材料流，確定材料輸入與輸出之間的平衡跟蹤材料流，確定材料輸入與輸出之間的平衡對特殊產品或產品種類分配環境費用對特殊產品或產品種類分配環境費用對設計過程進行系統性研究對設計過程進行系統性研究5.2 材料的生態設計生態設計的方法系統設計模塊化設計長壽命設計再生設計仿生設計材料的環境友好加工和制備技術：p避害趨利技術p污染控制技術p環境補救和修復技術p再循環利用技術第6章材料的環境友好加工及制備工業生態學工業生態學工業生態學（Industrial ecology，簡稱IE）

13、又稱產業生態學，是一門研究社會生產活動中自然資源從源、流到匯的全代謝過程、組織管理體制以及生產、消費、調控行為的動力學機制、控制論方法及其與生命支持系統相互關系的系統科學。追求人類社會與自然生態系統的和諧發展，尋求經濟、生態效益和社會效益的統一，實現現代工業的生態化轉向與人類社會的可持續發展。工業生態系統的進化工業生態系統的進化生態系統資源廢料一級生態系統示意圖(系統內物質單向流動)二級生態系統示意圖(系統內有物質的循環流動)資源廢料生態系統三級生態系統示意圖(系統內形成物質的閉路循環)能源生態系統工業代謝工業代謝是根據質量守恒原理，對物質從最初開采、到在工業生產、產品使用，直至變成最終的廢棄

14、物之一全過程進行跟蹤。研究形式p在有限的區域內追蹤某些污染物p分析研究一組物質p某種物質成分p物質與能量流產業共生產業共生指的是不同企業間的合作，通過這種合作，共同提高企業的生存能力和獲利能力，同時，通過這種共生實現對資源的節約和環境保護。p生態產業園p生態產業網絡p復合實體共生基本形式：模式：p共棲、互利性產業共生p寄生型產業共生p偏利型產業共生p附生型（異生型）產業共生p混合型產業共生生態工業評價指標生態工業評價指標是用以衡量工業生態系統資源和能源轉化效率的量，如產品與廢物比、物質或能量的循環率和損失率等，其核心環節是評價指標系統的制定。參考國家環保總局文件生態工業示范園區規劃指南目標層目

15、標層準則準則1 1準則準則2 2準則準則3 3指標層指標層1 1指標層指標層2 2指標層指標層3 3指標層指標層4 4分指標層分指標層p p分指標層分指標層1 1分指標層分指標層2 2分指標層分指標層3 3環境工程材料環境工程材料環境工程材料環境治理材料環境治理材料環境修復材料環境修復材料環境替代材料環境替代材料環境治理材料：環境治理材料：與在廢棄物的接觸過程中，通過物理的、與在廢棄物的接觸過程中，通過物理的、化學的作用將廢棄物中的有毒、有害物質除去從而使廢棄化學的作用將廢棄物中的有毒、有害物質除去從而使廢棄物達到排放標準，而有毒有害物質本身通過這種物理化學物達到排放標準，而有毒有害物質本身通

16、過這種物理化學變化轉變為對環境無害的相關材料。變化轉變為對環境無害的相關材料。大氣污染控制材料水污染控制材料其他污染控制材料大氣污染治理材料吸收容量大吸收容量大選擇性高選擇性高飽和蒸汽壓低飽和蒸汽壓低適宜的沸點適宜的沸點黏度小、熱穩定性高黏度小、熱穩定性高腐蝕性小腐蝕性小廉價易得廉價易得v吸收法與吸收劑吸收法與吸收劑吸收劑的選擇原則吸收劑的選擇原則大氣污染治理材料大的比表面積，吸附容量大，吸附選擇性好；大的比表面積，吸附容量大，吸附選擇性好；容易再生，再生活性穩定；容易再生，再生活性穩定；有足夠的機械強度和適宜的顆粒尺寸；有足夠的機械強度和適宜的顆粒尺寸；有良好的熱穩定性和化學穩定性；有良好的

17、熱穩定性和化學穩定性；來源廣泛，價格低廉來源廣泛，價格低廉吸附劑的選擇原則吸附劑的選擇原則v吸附法與吸附劑吸附法與吸附劑大氣污染治理材料加熱解吸再生加熱解吸再生降壓或真空解吸再生降壓或真空解吸再生吹掃再生吹掃再生置換再生置換再生化學再生化學再生吸附劑的再生吸附劑的再生v吸附法與吸附劑吸附法與吸附劑大氣污染治理材料多孔型過濾材料多孔型過濾材料纖維型過濾材料纖維型過濾材料復合型過濾材料復合型過濾材料v過濾材料過濾材料金屬基過濾材料金屬基過濾材料陶瓷基過濾材料陶瓷基過濾材料塑料基過濾材料塑料基過濾材料大氣污染治理材料應有很好的活性和選擇性應有很好的活性和選擇性使用過程不產生二次污染使用過程不產生二次

18、污染足夠的機械強度足夠的機械強度良好的熱穩定性和化學穩定性、抗毒性強良好的熱穩定性和化學穩定性、抗毒性強具有盡可能長的壽命以及經濟型。具有盡可能長的壽命以及經濟型。v催化材料催化材料催化劑的選擇催化劑的選擇催化轉化法凈化氣態污染物催化轉化法凈化氣態污染物是利用催化劑的催化作用，將廢氣中是利用催化劑的催化作用，將廢氣中的有害物質轉變為無害物質或易于去除物質的方法。的有害物質轉變為無害物質或易于去除物質的方法。 水污染治理材料 廢水處理技術物理處理法物理處理法化學處理法化學處理法物理化學法物理化學法生物處理法生物處理法通過物理作用，以分離、回收污水中不通過物理作用，以分離、回收污水中不溶解的溶解的

19、呈懸浮狀態污染物質呈懸浮狀態污染物質（包括油膜（包括油膜和油珠）的污水處理方法。和油珠）的污水處理方法。處理方法：處理方法：重力分離法：沉淀和上浮；重力分離法：沉淀和上浮；離心分離法：離心分離機和水旋分離器離心分離法：離心分離機和水旋分離器篩濾截留法：格柵、篩網；篩濾截留法：格柵、篩網；過過 濾：沙濾池和微孔濾池等。濾：沙濾池和微孔濾池等。水污染治理材料 廢水處理技術物理處理法化學處理法物理化學法生物處理法通過化學反應來分離、去除廢水中呈各種形態的污染物質（包括懸浮的、溶解的、膠體的等）或將其轉化為無害物質的污水處理法。處理方法：中和、化學沉淀、氧化還原水污染治理材料 廢水處理技術物理處理法化

20、學處理法物理化學法生物處理法利用物理化學作用分離回收污水中的污染物質（膠體物質、陰陽離子、大分子有機物等）處理方法：吸附法、離子交換法、膜分離法、萃取法、氣提法、吹脫法水污染治理材料 廢水處理技術物理處理法化學處理法物理化學法生物處理法通過微生物的代謝作用，使廢水呈溶液、膠體以及微細懸浮狀態的有機性污染物質轉化為穩定、無害的物質的污水處理方法。好氧生物處理法：好氧微生物在有氧條件下將復雜的有機物分解，并以釋放出的能量來完成其機體的功能。厭氧生物處理法：厭氧微生物在無氧條件下將高濃度有機廢水或污泥中的有機物分解，最后產生甲烷和CO2等氣體。水污染治理材料 廢水處理技術分離處理分離處理轉化處理轉化

21、處理稀釋處理稀釋處理離子態離子交換、吸附、滲析等分子態膠狀態吹脫、汽提、浮選、反滲透等混凝法、氣浮法、吸附法、過濾法懸浮態重力分離（沉淀、浮上）、離心分離（離心機、旋流分流器）、阻力截留（篩網、濾池等）、磁力分離等通過各種外力作用，使污染物質從廢水中分離出來水污染治理材料 廢水處理技術分離處理分離處理轉化處理轉化處理稀釋處理稀釋處理化學轉化生物化學轉化消毒轉化通過化學的或生物化學的作用，改變污染物的化學本性，為無害的物質或可分離的物質，后者再經分離予以除去。水污染治理材料 廢水處理技術廢水稀釋水體稀釋通過稀釋混合，降低污染物的濃度，達到無害的目的。分離處理分離處理轉化處理轉化處理稀釋處理稀釋處

22、理水污染治理材料 廢水處理技術一級處理（物理處理）主要任務：分離水中的懸浮固體、膠狀物、浮油或重油等，調節廢水pH值，減輕廢水的腐化程度和后續處理的工藝負荷。常用方法：水質水量調節、重力沉淀法、上浮法（如隔油法）、氣浮、離心分離、濾池、微濾機等。水污染治理材料 廢水處理技術主要任務：大幅度地去除污水中可生物降解的有機溶解物和部分膠狀物的污染物，用以減少廢水的BOD和部分COD 。 常用方法：通常采用生物化學處理，主要有活性污泥和生物膜法等。二級處理（生物處理）水污染治理材料 廢水處理技術三級處理（深度處理或高級處理）主要任務：去除生物難降解的有機污染物和廢水中溶解的無機污染物，防止受納水體發生

23、富營養化和受到難降解的有毒化合物的污染。/污水回用。常用方法：生物處理、活性炭吸附、離子交換、電滲析、反滲透、消毒等。去除對象：污水中的N、P及難生物降解的有機物、病原菌、礦物質（鹽類）等。水污染治理材料 氧化還原型材料氧化還原法：氧化還原法：把溶解于廢水中的有毒有害物質，經過氧化還把溶解于廢水中的有毒有害物質，經過氧化還原反應，轉化為無毒無害的新物質。原反應，轉化為無毒無害的新物質。氧化劑：氧化劑：空氣、臭氧、氯氣、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯空氣、臭氧、氯氣、漂白粉、次氯酸鈉、二氧化氯還原劑：還原劑：硫酸亞鐵、氯化亞鐵、鋅硫酸亞鐵、氯化亞鐵、鋅光催化氧化光催化氧化：紫外線、放射線等高能射線：

24、紫外線、放射線等高能射線水污染治理材料 膜分離材料選擇性透過膜選擇性透過膜以外界能量差為推動力，利用特殊以外界能量差為推動力，利用特殊的薄膜對溶液中的雙組份或多組分的薄膜對溶液中的雙組份或多組分進行選擇性透過，從而實現分離、進行選擇性透過，從而實現分離、分級、提純或富集的方法的統稱。分級、提純或富集的方法的統稱。溶劑透過膜的過程溶劑透過膜的過程滲透滲透溶質透過膜的過程溶質透過膜的過程滲析滲析水污染治理材料 膜分離材料優點：優點：p 無相的變化；無相的變化；p 可在常溫下進行可在常溫下進行p 不需要投加其他物質不需要投加其他物質p 能回收有價值的原料能回收有價值的原料p 適應性強，操作維護方便，易實現自動化控制適應性強，操作維護方便，易實現自動化控制水污染治理材料 膜分離材料不同膜分離方法及其推動力不同膜分離方法及其推動力 分離過程分離過程推動力推動力膜膜用途用途擴散滲析擴散滲析濃度差濃度差滲析膜滲析膜分離溶質、回收酸、堿等分離溶質、回收酸、堿等電滲析電滲析電位差電位差離子交換離子交換膜膜分離離子，用于回收酸、堿、苦咸分離離子，用于回收酸、堿、苦咸水淡化水淡化反滲透反滲透壓力差壓力差反滲透膜反滲透膜分離小分子溶質，用于海水淡化、分離小分子溶質，用于海水淡化、去除無機離子或有機物去除無機離子或有機物超濾超濾壓力差壓力差