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1、,教师：朱忠其,生态环境材料学,第一章 绪论,1.1 生态环境材料的起源和定义 1.2 研究生态环境材料的意义 1.3 生态环境材料的研究内容 1.4 生态环境材料的未来发发展趋势,1.1 生态环境材料的起源和定义,20世纪90年代初,世界各国的材料科学工作者开始重视材料的环境性能,从理论上研究材料对环境影响的定量方法和手段,从应用上开发对环境友好的新材料及制品。,环境 生态环境材料 材料,欧美国家称为环境友好型材料或环境兼容性材料 。 亚洲称之为绿色材料、生态材料、环境材料、环境相容材料、环境协调型材料等。 1995年在西安举行第二界国际生态环境材料大会上统一表达为生态环境材料。 英语词汇e
2、comaterial是由日本东京大学的山本良一教授及其研究小组于1993提出。,1998年, 国家科学技术部、国家863高技术新材料领域专家委员会、国家自然科学基金委员会等单位举行中国生态环境材料研究战略研讨会给出了一个定义。 生态环境材料是指同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性,或者能改善环境的材料。 环境协调性是指资源和能源消耗少,环境污染小和循环再利用率高。,环境材料的基本性能 1 、环境性能 2 、使用性能 3 、经济性能,生态环境材料学是一门研究材料的生产与开发和环境之间相互适应和相互协调的科学。目的是寻找在加工、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，以满足人类生
3、存和发展的需要。特征在于从环境的角度重新考虑和评价过去的材料科学及其工程学，并指导未来的材料科学及其工程学的发展。核心思想是在材料的四大传统性能基础上，加上材料的环境性能，强调材料与环境的协调性 。,1.2 研究环境材料的意义 1、材料科学发展的必然阶段 20世纪60年代 半导体材料 20世纪70年代 能源材料 20世纪80年代 信息材料 20世纪90年代 环境材料,2、自然界对人类行为反作用的结果 人口膨胀 资源短缺 环境恶化,1.3 环境材料的研究内容 国外学者认为主要包括材料的环境负担性评价技术及环境性能数据库、资源保护及再循环利用技术、与生态系统协调的材料与加工技术等。,我国目前材料生
4、产和环境状况来看，环境材料的研究内容应包括材料的环境性能评价和环境性能数据库；降低材料环境负担性的工艺和技术；开发环境相容性新材料和绿色产品；发展环境降解新材料及治理环境污染的高效环境工程材料等方面。,阶段 目标 主要内容 治表 末端治理 治理现在的污染，改境生态环境 治本 初始端治理 预防污染，减少污染的发生量 回归 环境协调 所有过程和产品与环境相容,1、环境材料的理论研究 材料的环境性能评价: LCA方法学、环境性能数据库 材料的可持续发展理论 :资源效率、物流流分析、工业生态学 材料的生态设计 :生态设计理论、非物质化理论 材料的生态加工 :清洁生产、再循环利用、降解、废物处理,2、环
5、境材料的应用研究 环境协调性材料 :天然材料、仿生物材料、 绿色包装材料、生态建材 环境降解材料 :可降解材料、生物降解性无机材料 环境工程材料 :环境净化材料、环境修复材料、环境替代材料,1.4 环境材料的研究现状及发展趋势 1、环境材料的基础理论研究 2、开展材料的环境影响评价及建立材料环境性能数据库 3、发展环境友好型的材料设计和制备工艺 4、开发具有优良环境协调性的新型环境材料 5、研究开发环境净化和环境修复材料,第二章 材料与环境 2.1 生态环境基础 2.2材料对生态环境的影响 2.3材料流与资源效率和环境影响,2.1 生态环境基础 生态系统与生态平衡 在一定的空间范围内,生物群落
6、与其生存环境之间通过物质循环和能量流动所构成的综合体就叫生态系统. 一个完整的生态系统由生产者、消费者、分解者、和非生物环境四个部分组成. 生物生产、能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的四大基本功能.,整个生态系统始终处于不停地运动和变化之中,经过长时间的演变过程,生态系统趋于完善成熟,系统内个因素间能够相互适应、相互协调,生物的种类和数量、结构和功能以及物质和能量的输入、输出等可在长时间处于相对稳定的状态,并在外来干扰下通过自我调节恢复到初始的稳定状态,这种状态叫做生态平衡,又叫自然平衡. 生态平衡的特征主要体现在结构平衡、功能平衡、输入和输出物质在数量上的平衡.,2.2 材料对生态环境
7、的影响,20世纪10大环境公害事件 年份 地点 事件 原因 1930 比利时,马斯河谷 烟雾 炼钢、炼锌排放的SO2气体 1948 美国,多诺拉镇 烟雾 炼钢、炼锌排放的SO2气体 1952 英国,伦敦 烟雾 工业排放的SO2气体 1955 美国,落杉机 光化学雾 汽车尾气中碳氢化合物、NOx 1956 日本,熊本县 水俣病 含汞废水 1961 日本,四日市 哮喘病 工业排放的SO2气体 1968 日本 米糠病 多氯联苯 1972 日本,富士县 骨痛病 含镉废水 1984 印度,帕博尔 农药泄露 有机物 1986 前苏联,切尔诺贝利 核污染 核泄露,2001年我国主要原材料工业的能源消耗统计,
8、材料种类 能耗/万t标准煤 占工业总能耗比重% 矿产采选业 1419.14 1.54 化学纤维制造业 1705.02 1.85 橡胶制造业 645.87 0.70 塑料制造业 658.83 0.71 非金属矿物制造业 9980.87 10.81 黑色金属冶炼 17136.33 18.56 有色金属冶炼 3892.76 4.22 金属制品业 1129.40 1.22 材料产业合计 39.60 工业总能耗 92346.68 100,2001年我国主要原材料工业污染物排放统计,材料种类 工业废水 工业废气 固体废物产生量 /万 t /亿m3 /万 t 矿产采选业 125804 4089 35903
9、化学纤维制造业 59695 2811 355 橡胶制造业 7070 431 72 塑料制造业 2588 246 33 非金属矿物制造业 46194 34062 1960 其中水泥制造业 28055 27975 1071 黑色金属冶炼 191745 25015 11858 有色金属冶炼 37451 9958 4477 金属制品业 11742 487 76 合计 510344 105074 55805 占工业排放总量% 25.19 65.32 62,81,全球矿产资源枯竭时间的预测,年代 矿产资源 21世纪50年代 一般矿产资源 21世纪70年代 金属矿产资源 21世纪80年代 天然气石油资源 2
10、2世纪20年代 煤矿产资源,我国几种原材料的单位GNP资源消耗率 与世界平均水平的比较,材料 单位GNP资源消耗率 世界平均水平 钢材 3.6 1 铜 3.7 1 铝 2.4 1 铅 2.7 1 锌 2.2 1,几种材料单位产量的资源消耗情况,类别 资源消耗量t/t 资源效率% 煤 1.9 52.6 铁 7.9 12.7 钢 12.1 8.30 铝 15.5 6.45 水泥 1.7 58.8 铑 540000 1.85x10-6 防水涂料 1.27 78.7 磷化膜 5330 1.88x10-4,我国部分原材料单位产量的能源消耗情况,类别 能耗kg(标准煤)/t 钢 1519.0 铝 1753
11、6.0 水泥 256.49 防水涂料 1128.0 磷化膜 24060.0,我国主要原材料工业的能源消耗统计,类别 能耗 kg(标准煤)/t 黑色金属矿采业选 282.63 有色金属矿采业选 487.33 非金属矿采业选 553.61 其他矿采业选 252.24 化学纤维制造业 993.13 橡胶制造业 630.43 塑料制造业 541.16 非金属矿物制造业 12556.14 黑色金属冶炼 15338.62 有色金属冶炼 2555.12 金属制品业 926.86 合计 35117.27,一些工业发达国家固体废物产量统计,我国工业固体废物产生量发展趋势,全球温室效应是指大气层中一些气体吸收了地
12、球表面的红外线能量并将其反射回地球表面，引起地球表面温度升高的现象。,一次能源的含碳量及其消费过程中气体排放数据统计表,一般用温室效应指数（GAI）来评价某一气体的温室效应影响,环境材料学 材料的环境影响评价,主要内容：,材料的环境协调性评价 常见的环境指标及其表达方法 材料的环境影响评价方法与标准 LCA的技术框架及评价过程,如何判断是否是环境材料,I、材料的环境协调性评价,环境材料主要的问题就是：强调人类与环境的关系必须发生变化（消耗型转变为资源再生型，从损坏环境转变为与环境协调的生产、生活方式）。 在可持续发展思想的指导下，评价系统包括：材料的环境负荷评价系统、材料对自然环境的作用程度评
13、价、现用材料的合理性评价、环境材料的论证体系及其标准、材料再生的合理性评价等。,能耗 环境影响因子 环境负荷单位 单位服务的材料消耗 生态指数 生态因子,II、常见的环境指标及其表达方法,能耗一项指标难以综合表达对环境的复杂影响，故在全面的环境影响评价中，已基本淘汰能耗表示法。,能耗,能效标准把能效水平分从高到低分为1、2、3、4、5五级进行区分，2级以上的产品才称得上是节能产品。 能耗限定值 E=(VF2.15+VR)FC0.777+303365,表达材料对环境的影响： EAF资源，能源，污染物，生物影响，区域性 比能耗指标要全面综合一些。,环境影响因子- environmental affect factor, EAF,环境负荷单位是用一个综合的指标
