环境材料导论

1. 环境材料导论 北京大学环境科学与工程学院 张剑波 北京大学环境学院

2. 课程特点 是环境科学与材料科学的交叉学科 发展迅速、领域宽阔----多学科、多领域 培养看问题的观念、方法和意识 环境材料是一种概念材料----重点是人的观念和判断 材料的重要性----工业、科技、国防的基础 材料生产与应用对生态环境的影响 北京大学环境学院

3. 为什么要选环境类课程？----肩负重任 决策？ 选择的标准？ 你的期望？ 可以告诉我们 你为环境保护做些什么？ 一票否决？雾霾，热点词汇 北京大学环境学院

4. 北京大学环境学院

5. 参考书目 • 1. 山本良一，环境材料，化学工业出版社 • 2. 刘江龙，环境材料导论，冶金工业出版社 • 3. 段宁，清洁生产论文集，环境科学出版社 • 4. 李志东等，中国能源环境研究文集，环境科学出版社 • 5. Mann，M.K.，生物质气化联合循环发电系统寿命周期评价，环境科学出版社 • 6. 马军，中国水危机，环境科学出版社 • 7. 比尔劳森，建筑材料、能源与环境：朝向生态可持续发展，环境科学出版社 • 8. 左铁镛，聂祚仁，环境材料基础，科学出版社，2003 • 9. 孙胜龙，环境材料，化学工业出版社，2002 • 10.肖定全，王洪涛，拯救地球——从环境材料说起，科学出版社，2002 • 11.翁端，环境材料学，清华大学出版社，2001 • 12.王天民，生态环境材料，天津大学出版社，2000 北京大学环境学院

6. 教材：2009年4月《环境材料导论》一书，由北京大学出版社出版教材：2009年4月《环境材料导论》一书，由北京大学出版社出版 北京大学环境学院

7. 基本要求 作业（讨论） 论文（期中） 考试 北京大学环境学院

8. 1 序言 1.1 什么是环境材料？ 人口膨胀、资源短缺、环境恶化是当今社会持续发展面临的三大问题 • 重新认识和评价过去人类研究材料、开发材料、使用材料的活动是解决环境问题的要求 • 材料的使用是人类文明的重要标志，是生产力水平的体现 • 有哪些新材料的使用改变了人们的生活？（讨论） • 材料的使用对环境损害的必然性： 大规模的生产和人类生存活动所必须的材料总是意味着一定程度上损害生态环境。 北京大学环境学院

9. 概念的提出 • 为了人类的持久生存和发展，人们所面临的迫切课题，即如何设计和生产将环境负荷减至最低，再生率增至最大的材料。 • 要考虑材料“生命过程”的完整性，从原材料开采到产品最终废弃的一个全过程。 • 日本东京大学山本良一教授在1992年提出一个全新的研究领域“环境材料” Ecomaterials（Environmental Conscious Materials）或 Ecological Materials 北京大学环境学院

10. 最初的定义 • 环境材料是指那些不仅具有优异的使用性能，而且从材料的制造、使用、废弃直到再生的整个生命周期（life cycle）中必须具备与生态环境的协调共存性以及舒适性的材料 北京大学环境学院

11. 比较一致的定义： • 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。 北京大学环境学院

12. 定义与判别标准的性质 • 概念或定义应当是确定的或不变的 • 而判别环境材料的标准是随科学技术的进步而发展或变化 材料不断更新，性能不断提高 对材料的认识也在变化（经贸委----发改委：发泡餐盒的使用？） 北京大学环境学院

13. 环境材料的三个特点 • 先进性 ：满足功能需求 • 环境协调性（优先争取的目标） • 舒适性：经济性、可接受性 北京大学环境学院

14. 1.2 研究内容 研究材料对生态环境的作用及生态环境对这种作用的反应和行为；研究与材料生产、使用和废弃密切相关的环境问题 • 手段：定量评价材料寿命周期中（Life Cycle Assessment）的环境负荷，研究材料的环境问题或材料的环境负荷值及其特征。 北京大学环境学院

15. 研究什么内容? • 目标：如何对材料和物质进行再利用和再生循环利用，从根本上解决资源日益短缺，大量废弃物所造成的生态环境日益恶化等问题。 • 主要研究3个方面 ：基础研究、应用研究、评价系统 北京大学环境学院

16. 基础研究 • 材料的开发、应用、再生过程与生态环境相互作用和相互制约的关系的理论研究。 • a. 人类的材料需求活动引起的生态环境的变化及规律； • b. 环境恶化对人类生存所需材料的质量和数量的影响； • c. 与环境协调并适应环境发展的材料开发、应用和再生理论； • d. 低环境负担的合金理论，无机材料理论和高分子材料理论； • e. 可循环性的材料自分解和分离理论； • f. 材料再生循环难易程度的热力学和动力学 北京大学环境学院

17. 应用研究： • a. 清洁的无污染的材料生产、加工和制造技术基础 • b. 具有最低环境负担的材料工程新技术和新工艺 • c. 可循环性的功能材料或结构材料的分解和分离技术基础 • d. 废弃材料的综合再生技术基础 • e. 现用材料中有害元素的替代技术 • f. 自然资源中枯竭性金属元素的替代技术 北京大学环境学院

18. 评价系统： 包括使用性能和环境性能两方面的评价。 • a. 生态环境与材料相互作用的度量标准和基准 • b. 现有材料的合理性评价 • c. 人类活动废弃的可再生资源的核算体系 • d. 各种材料的环境负担的基础数据库 • e. “绿色标志”材料的评价体系、方法及其标准 • f. 自然资源的容量评价和环境容量的评价 北京大学环境学院

19. 1.3研究意义 环境材料是一种反映人们对生态环境所持态度的材料，其意义在于 • 1.观念：培养环境意识的科学工作者，使他们具有新的观念，在材料的设计、制造和使用时首先从人类社会的长远利益出发，从珍惜资源和保护环境的角度来发展新材料和解决目前所使用的材料中的有关问题。 • 2.预测工具：有助于决策者（政府部门）的选择，从制度、政策上保障社会的持续发展。基于环境材料的理论在材料开发和新材料工程技术研究之前，超前对其环境影响及变化进行预测，指导开发。 • 3.评价：寻找具有最低环境负荷的人类所需材料 • 4.可持续发展：有助于解决资源短缺、环境恶化等一系列问题 • 5.国际竞争：环境材料的研究与政治、经济、贸易等领域的国际竞争相联系。 北京大学环境学院

20. 1.4研究现状和发展趋势 • 包括了物理、化学、生物、医药等学科的综合知识，涉及农业、生物和几乎所有的主要工业，如钢铁、非铁金属、石油化工、煤和建筑等 北京大学环境学院

21. 主要研究课题： • 环境材料与产品的环境设计 • 材料与生态环境的关系和相互作用 • 材料与产品的再生循环设计及工艺技术 • 材料的超长寿命化技术 • 替代材料与替代工艺技术（如替代氟氯碳化物、石棉、铅基陶瓷的材料等） • 环境分解材料（生物降解塑料及树脂等） 北京大学环境学院

22. 主要研究课题（续） • 环境净化材料（如废油固化剂、二氧化碳固化剂、用于分解氮氧化物和硫氧化物等有害气体的新型高效触媒材料） • 可再生材料，生态资源材料 • 生态环境负担性低的工程技术 • 废物再资源化技术材料中杂质的无害化技术 • 与环境有关的先进材料（新型建筑材料、能源材料、汽车材料、陶瓷化木材等） • 材料及产品的环境影响的定量评估方法及其数据库 北京大学环境学院

23. 发展趋势 • 材料的环境性能将成为21世纪新材料的一个基本性能； • 在21世纪，结合ISO14000标准，用LCA方法评价材料产业的资源和能源消耗、三废排放等将成为一项常规的评价方法； • 结合资源保护、资源综合利用，对不可再生资源的替代和再生资源化研究将成为材料产业的一大热门； • 各种环境材料及绿色产品的开发将成为材料产业发展的一个主导方向。 北京大学环境学院

24. 1.5 研究环境材料应该注意的几个问题 • 在环境材料的定义中规定，材料的环境负荷相对较低，它是一个相对观点，是判定环境材料的标准时动态变化的根源所在。 • 标准主要参照国家或国际的生产技术水平，即制定的环境污染标准和等级而制定。 • 环境材料的研究从某种意义上讲是在材料的环境负荷、目前经济与材料的性能之间寻找合理的平衡点。 北京大学环境学院