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材料基础：1.材料的定义材料是人类用以制造用于生产和生活的物品、器件、构件、机器以及其它产品的物质2.材料的分类固体材料无机材料有机材料工程材料金属材料陶瓷材料高分子材料复合材料黑色金属有色金属普通陶瓷特殊陶瓷金属陶瓷工程塑料橡胶合成纤维树脂基复合材料金属基复合材料非金属材料碳钢铸铁轻金属、贵金属、重金属稀有金属、放射性金属1、环境材料的分类根据环境材料的功能可分为：低（资源、能源）消耗材料、净化材料、吸波材料、（光、生物）可降解材料、生物及医疗功能材料、传感材料、抗辐射材料、相容性材料、吸附催化材料等。根据材料的用途可分为：工业生态材料、农业生态材料、林业生态材料、渔业生态材料、能源生态材料、抗辐射材料、相容性材料、生物材料及医用材料等。第一章1.生态环境材料的概念的提出：人时间1992年10月，日本东京大学生产技术研究所教授山本良一提出：生态环境材料Ecomaterials2.环境材料: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的材料。3.环境协调性：资源和能源消耗少，环境污染小和循环再利用高。4.环境材料的性能：环境性能、使用性能、经济性能5.环境材料应具备的特征：1)节约能源：2)节约资源：3)可重复使用：4)可循环再生：5)结构可靠性：6)化学稳定性：7)生物安全性：8)有毒、有害替代：9)舒适性：1O)环境清洁、治理功能：6、环境材料的合成与加工工艺特征（见书P4）1)能源节约工艺：能够通过提高能源效率或降低能量消耗但又不损害生产率来节省能量的加工方法。也包括热能循环。2)资源节约工艺：能够通过提高材料的效率或降低材料的消耗但不损害生产率来节省资源的加工方法。3)降低污染的加工技术：能够降低污染物(如废气、废液、有毒副产品和废渣等)排放但又不损害生产率的加工技术。4)净化环境的加工技术：能够净化有害物质(如废气、废液和有毒副产品)以及净化已经污染的空气、河流、湖泊和土壤等的加工技术。7.环境材料与传统材料和新材料的关系利用环境意识，一方面可以改造现有材料，使其与环境有良好的协调性；另一方面在制造、设计新材料时，要注意与其环境相容性。思考题：1.用自己的理解给出环境材料的定义2.你认为哪些材料可以属于环境材料，试从你身边找出一些环境材料的例子。3.结合自己的体会，分析环境材料的未来发展趋势。4.从人类的历史进程分析材料科学与技术的发展，找出材料与环境的关系。5.制备塑料的原料。第二章1.环境材料学（环境协调材料学）定义：环境材料学（环境协调材料学）：关于材料成分、结构、制备工艺和它们的性能与用途以及它们与环境的协调性之间的有关知识的开发和应用的科学。2.环境负荷定义：指某一具体材料在其生产、使用、消费或再生过程中耗用的自然资源数量和能源数量,以及其向环境体系中排放的各种(气态、固态和液态)废弃物之总量。3.环境负荷={环境因子1,环境因子2,环境因子3}环境负荷={资源,能源,排放物}={环境因子1,环境因子2,环境因子3}环境因子1(EF1)代表n过程中输入的各种形式的资源量之和。即原料量和辅料量之和。环境因子2(EF2)代表n过程中输入的各种形式的能源量之和,可以标准煤为其度量单位。环境因子3(EF3)代表n过程中输出的各种形式的排放物之总和。图2－2材料在第n过程中的环境负荷示意4.材料生产和使用对环境的影响：从能源、资源消耗和造成环境污染的根源分析,材料及其产品的生产是造成环境污染、能源短缺、资源过度消耗乃至枯竭的主要原因之一。随着世界经济的快速发展,对资源的消耗速度在成倍增长。导致地球上有限的一次金属资源量锐减。人类文明社会目前所依赖的许多金属资源预计还能开采20～50年目前可供开采的金属资源的品位越来越低,2012年6月（智利媒体报道），全球范围内铜矿品位由1.45%下降到1.12%。同样生产1t金属材料所要求投入的矿石量和能源量更多,与此同时,产出的废弃物亦越多。我们国家标准铜矿工业品位达到0.5%及以上可以开采；金属材料的回收利用率较低是引起金属资源枯竭一个重要的原因。如生产量和消费量很大的汽车、家用电器等几类产品为例,除了消费大量的钢铁、铜、铝等金属外,还使用了镍、铬钨、钼等20多种稀有金属。大量的产品废弃之后,许多稀有金属很少或几乎没有得到回收。造成稀有金属资源巨大浪费。5、面临的环境和资源问题(1)环境问题：人类的材料生产和使用是从自然环境中获得物质资源,然后又将使用过的材料及废弃物质还给自然环境,从而参与了自然界的物质循环和能量循环,不断影响着自然环境。由人类生产活动引起的环境问题具体表现为以下两个方面:一是由于不合理的开发和利用资源所引起的环境衰退、资源耗竭,破坏了生态平衡；二是由于工业发展,排出的废水、废气、废渣和噪声给环境带来的污染问题。这类环境问题所造成的危害多是潜在的、积累的、慢慢产生影响,在短时期内不大容易引起人们的足够重视。酸雨：由工业生产、燃煤及汽车尾气排放出来的NOx、SOx等大气污染物，其主要危害是破坏森林生态系统,改变土壤的性质与结构,破坏水生生态系统，腐蚀建筑物和损害人体的呼吸道系统和皮肤。酸雨的危害遍及欧洲和北美,分布地区较广。酸雨可飘越国境影响别国,造成跨国污染。当前酸雨问题不仅被视为区域性环境污染问题,甚至被列入全球性环境问题。臭氧层损耗：大气中的臭氧每减少1%,照射到地球表面的紫外线就会增加2%,人类皮肤癌的发病率就会增加7%,白内障患者就会增加6%。紫外线辐射增强对动植物的生存也是灾难性的。它可能使地球上三分之二的农作物减产,从而导致粮食危机。另外还可导致某些海洋生物的灭绝。温室效应：石油、煤和天然气等化石燃料的大量使用,释放到大气中的二氧化碳等温室气体的含量愈来愈多,导致全球气候逐渐变暖。引起海水变暖和膨胀,加速极地冰川和冻土的融化,造成海平面上升等，使沿海生态系统被破坏,对农业生态系统也有影响。水体污染：是指对自然环境有恶劣影响的水质恶化。材料生产过程中的工业废水含有多种污染物，水体污染不仅妨碍工农业生产，影响水生生态系统，还直接和间接地危害人体健康。(2)资源问题：目前矿物资源迅速耗竭,水土流失和荒漠化加剧,淡水资源不足,森林资源砍伐严重,愈来愈多的物种濒临灭绝。目前我国资源的主要矛盾表现在资源供给不能满足经济发展的需要。现有资源利用效率不高,资源浪费严重。矿产资源的开发总回收率只有30%～50%,比发达国家平均低20%左右。每万元国民收入的能耗为20.5t标准煤,为发达国家的10倍。在我国资源的开发和利用中存在严重的“高投入、低效率、高污染”的问题。6.化学元素的分布特征。普遍性、富集性和共生性7.金属资源的储量及其寿命各种金属元素均以矿产的形式存在于地壳之中。这种金属矿产资源称之为一次资源。金属储量：指由于地质作用的结果,在地壳中某些地段内形成金属矿物的富集,其质量能够满足工业要求,并在当前经济技术条件下能够开采的自然堆积体的总量。金属资源的静态寿命：金属资源的可开采年限,指某金属资源的当年总储量与其当年总产量之比。8.材料流材料流（MaterialsFlow）又称物质流（MassFlow）或材料链(substancechain)。即材料背负的生态负荷或称生态包袱(EcologicalRucksack)。指从材料的采矿开始，包括生产加工、储运、销售、使用，直至废弃的全过程。材料流分析，4倍因子理论，10倍因子理论，极值理论（资源效率）材料流分析（MFA)：采用数学物理方法，对在工业生产过程中按照一定的生产工艺所投入的原材料的流动方向和数量的一种定量分析的理沦。材料流理论是一种方法学，其理论基础就是物质不灭定律和能量守恒定律。主要用于研究、评价工业生产过程中所投入的原材料的资源效率，找出提高资源效率的途径。4倍因子理论：由德国Wupperdal研究所的所长Weizsaecker教授于90年代提出。其宗旨是在社会经济和生产活动中,通过采取各种技术措施,将能源消耗、资源消耗降低一半,同时将生产效率提高一倍,即在同样能源消耗和资源消耗的水平上,得到4倍的产出。1995年,出版专著《4倍因子:半份消耗,倍数产出》。式中：R——资源效率P——产品产出量;I——原材料、能源投入量。10倍因子理论：由德国Wupperdal研究所副所长Schmidt-Bleek教授于1994年提出。其核心思想是：为了保持现有的生态环境水平,必须通过提高资源效率来平衡和补偿对环境的破坏,必须继续减小全球的物质流量。据推测到2050年,地球上的人口将是现在的2倍,同时,世界各国的国内生产总值(GDP)将增长3～6倍,取平均值为5,则二者之积为10,按现在的水平发展对环境的影响将增加10倍,因此必须将资源效率和能源效率提高10倍。这样才能让人类的子孙后代在地球上继续生存下去。式中：I——环境影响；P——人口；GDP——国内生产总值。极值理论：一定的原材料投入，有效产品的产出率越高，废弃物产生量就越小。从环境保护的角度看，要求最大的产出率和最小的废物排放率。9.资源，自然资源的分类及特点。1)资源是指人类可以直接从自然界获得并用于生产和生活的物质。资源是自然环境的重要组成部分，通常又称为自然资源。2)自然资源可分为三大类：第一类为取之不尽的资源，如空气、风、太阳能等；第二类为可再生的资源，如生物体、水、森林、草地、海洋、土壤等；第三类称为非再生资源，如矿物、化石燃料等。3)资源具有社会性、自然性和商品性三个特点。资源的社会性指资源随着国家和时代的不同而不同，如16世纪人类对中东地区石油资源的认识远不如20世纪那样深刻。资源的自然性指资源随着地域的不同，其丰饶程度也有所不同，例如全世界的贵金属资源90%以上集中在南非。资源的商品性指资源可以进入市场进行流通，如目前我国钢铁工业所需大量铁矿石从澳大利亚、巴西市场购买。10.资源效率：资源效率指在某一生产过程中所产出的有用产品占所投入原料总量的百分比。我国经济规模已居世界前列，发展速度令人瞩目，对资源的需求已达到前所未有的程度。一方面经济发展已受到某些资源短缺的约束；另一方面现有资源的利用效率不高，浪费严重。矿产资源的开发总回收率只有30%～50%，比发达国家平均低20%左右。每万元国民收入的能耗为20.5t标准煤，为发达国家的10倍。在我国资源开发和利用过程中存在“高投入、低效率、高污染”的问题。11.一次资源的综合利用：将某一生产过程中排出的废弃物直接作为下一生产过程的原料加以利用称为一次资源的综合利用。从材料与环境的角度看，我国目前的一次资源综合利用主要集中在3个方面，45.02IPRGDPIPGDPPI即矿业废弃物、冶金废弃物和化工废弃物的综合利用。矿业废弃物的综合利用：我国几种主要原材料包括钢铁、水泥、玻璃等产量都居世界第一，矿业废弃物在我国属于量大类多的固体废弃物，每年排放的矿业废弃物达350亿t之多。因此，做好矿业废弃物综合利用，对减缓环境污染，提高资源效率有重要作用。冶金废弃物的综合利用：例如，冶金行业的水资源回收率相对于国际水平比较低。根据1996年的数据，国外每生产1t钢，平均消耗水为4.74t，国内平均消耗水约29.8t。国外炼钢用水循环利用率在75%以上，国内仅为25%左右。冶金行业的热资源利用是资源综合利用的一个重要方面，平均约2/3的热资源可以由余热提供。我国的钢产量世界第一，关于钢渣的综合利用意义很大。现已有用钢渣生产水泥，建筑瓷砖,以及掺人肥料或用作筑路材料等。另外，在炼铁过程中排放的含铁废泥，铁含量可达30%～80%将其重新冶炼，是铁资源综合利用的一个重要措施。化工废弃物的综合利用：目前主要集中在回收、重复利用化工原料；将三废加工转化为其他工业原料；化工过程中的可燃尾气回收及提高冷却水循环利用率，减少废水排放等方面。二次资源综合利用：二次资源综合利用是指将某种废物经过加工处理使其重新变为资源的过程，也称为废弃资源的再生利用。通过二次资源的综合利用，使物质的生产真正实现生产、消费、废物排放、加工处理、再回到生产的完全循环过程。二次资源综合利用从技术可分为物理