环境材料学绪论课件

环境材料学,主讲教师：杨慧芬,联系方式：yanghuifen001,课程采用形成性考核与终结性考核相结合的考核方式，无形成性考核成绩不能参加课程终结性考核。形成性考核：平时作业、提问、考勤等，占总成绩的30%。终结性考核成绩占总成绩的70%。,主要内容,1绪论2过滤材料3吸附分离材料4膜分离材料5微生物固定化材料6噪声污染控制材料7环境修复材料8环境替代材料9电磁波防护材料10室内空气净化材料,主要参考资料：环境工程材料，化工出版社,学时：27,1绪论,1.1材料与环境的关系1.2环境材料及其判据1.3环境工程材料的特点,1.1材料与环境的关系,按化学键类型分类的三大材料,图1.2材料-环境系统,（1）、资源所谓资源是指维持人类生命和生活所必须的和经常利用的物质。地球上的空气、水、土地、森林、动植物、矿产以及其它可被人类利用的物质，都是人类赖以生存的资源。材料生产过程要消耗大量资源，而且所需资源几乎全部都是矿产资源。当然，材料不同，生产过程所用的矿产资源的种类、数量不同，获得的材料的性能、用途不同，可满足不同的社会需求。矿产资源按地质形成过程可分为三大类：金属矿产：用于生产金属材料非金属矿产：用于生产无机非金属材料能源矿产：用于获得燃料和有机化学组分，进而获得高分子材料。,(2)能源,材料生产消耗的能源约占工业总能耗的3040%，是能源的主要消耗者。根据能的形式，能源可分为：太阳辐射能：太阳。化学能：煤、石油、天然气、木材等；运动能：流水、瀑布、潮汐、风、人造水坝等：地热能：气泉、热泉、地下热水等：核能：铀、钍、氘等。根据能的利用性能，能源可分为一次能源和二次能源。一次能源：又称为原生能源，是指在自然界中以现存形式存在的能源，如风、太阳能、矿物燃料、核能等。在次能源中，不会因利用而减少的能源称可再生能源，如风、太阳能、草木燃料等；随着使用和消费而不断减少的一次能源又称非再生能源，如矿物燃料、核燃料等。二次能源：又称次生能源，是一种需要依靠一次能源来制取的能源，如电能、汽油、酒精等。,（3）废弃物,据统计，在国民经济周转中，社会需要的最终产品仅占原料的2030%，7080%成为废物。材料生产过程产生的废弃物是目前对环境影响最大、最直接的因素。材料生产主要利用的资源和能源为矿产资源，人类每年开发利用的矿产资源多达上百亿吨，矿产资源的大量开发利用对环境造成如下影响：对土地资源的破坏由采矿引起的岩石和顶板的块体运动对地下水和地表水体的影响对大气的污染固体废物污染对海洋的污染与采矿与加工有关的疾病以及辐射暴露对人体健康的危害等。,1.2环境材料及其判据,所谓环境材料，通常是指同时具有使用性能和最佳环境协调性的材料。其英文名称为：“Ecomaterials”。环境材料判据：也就是判断标准，也可根据定义条件具体化成五个判据：质量判据、经济判据、资源判据、能源判据和环境判据。其中，前两个判据是普通材料均要求的判据，属于材料的共性判据。后三个判据是环境材料所特别强调的判据，也可将它们称为环境性判据。,（1）、质量判据材料的质量是材料能否用于制造产品的先决条件，材料质量只有满足产品制造要求才能用于制造产品。因此，材料质量是材料的一个重要技术判据。由于性能或功能是所有材料的共同要求，因此，质量判据有时又简称为性能判据。没有性能判据就没有材料存在的价值。（2）、经济判据材料的研究和开发必须进行成本分析和经济核算，以确定相应的经济成本。只有通过成本核算，才能找出降低成本的环节，然后寻找改进措施。以最少的投入获得最大的经济效益，便是材料的一个经济判据。,（3）、资源判据单位重量或单位产品的材料消耗的资源量尽可能的少或尽量多的使用可再生资源，这就是材料的资源判据。（4）、能源判据在材料整个寿命周期以尽可能小的能源消耗获得尽可能大的经济效益，同时逐步用可再生能源取代目前大量使用的矿物能源，就是材料的能源判据（5）、环境判据在材料生产中，不仅要尽可能的减少三废的产生与排放，而且要尽可能地将废弃物资源化和无害化。环境容量的有限性，要求材料在生产、使用、废弃过程重视三废的产生、排放和处置，遵守国际和国内的环境保护法令，这就是环境判据。,图1.3环境协调性与使用性能间的平衡性,表1.2环境材料的分类及相关的产品举例,1.3环境工程材料的特点,一、环境净化材料能净化或吸附环境中有害物质的材料和物质，包括水污染净化材料、大气污染净化材料、噪声和电磁辐射等物理污染控制材料等。,环境材料,新材料,环境材料,过去现在将来,时间,氧化剂、还原剂,混凝沉淀的混凝剂、化学沉淀的沉淀剂,过滤材料、吸附分离材料、膜分离材料、微生物固定化材料（填料和载体）等,活性炭、硅胶、分子筛等,水、碱性吸收液、酸性吸收液有机吸收液,铂、钯、铑等贵金属、过渡金属、稀土元素、TiO2等,吸声材料隔声材料等,电磁波屏蔽材料电磁波吸收材料,二、环境修复材料环境修复，是指对遭到破坏的环境进行生态修复治理、恢复被破坏环境的生态特性的过程，相应的材料称为环境修复材料。环境修复包括生物修复、物理修复和化学修复等，相应的修复材料为植物、微生物、化学药剂及其组合，如防止土壤沙漠化的固沙植被材料、二氧化碳固化材料以及臭氧层修复材料等。,生物修复（bioremediation）应用最广的当属微生物工程，即从污染土壤中筛选出能降解污染物的细菌、放线菌、固氮菌、酵母菌和霉菌，通过实验室的驯化、修饰等提高其降解能力，制成菌剂再用于污染土壤的修复。生物修复与传统修复方法比较，其具有三点优势。,（1）生物修复是从分子水平降解污染物，降解的产物和副产物，又可以被生物重新利用，从而增进了清除污染物的效果，并能变污染物为宝。（2）以常温常压和接近中性条件下的酶促反应为基础的生物化学过程，大多数生物修复技术可实行原位修复，与常常需要高温高压的化工过程比较，反应条件大大简化，实施过程稳定，效果好。（3）生物修复污染物的最终降解产物大多为无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，是一种安全、彻底的修