環(huán)境材料概論

前言

　　前言　　人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展常常以擴(kuò)大開(kāi)發(fā)自然資源和無(wú)償利用環(huán)境作為發(fā)展模式，這一方面創(chuàng)造了空前巨大的物質(zhì)財(cái)富和前所未有的社會(huì)文明，另一方面也造成了全球性自然環(huán)境的破壞。資源與能源是制造材料和推動(dòng)材料發(fā)展的兩大支柱。同時(shí)，材料的生產(chǎn)和使用過(guò)程也會(huì)帶來(lái)眾多的環(huán)境問(wèn)題。因而，傳統(tǒng)材料的生態(tài)化和開(kāi)發(fā)新型生態(tài)材料以緩解日益惡化的環(huán)境問(wèn)題，即材料與環(huán)境如何協(xié)調(diào)發(fā)展的問(wèn)題日益受到人們的重視，出現(xiàn)了"環(huán)境材料（ecomaterial）“的概念和環(huán)境材料學(xué)這一新興的交叉學(xué)科，要求材料在滿足使用性能要求的同時(shí)具有良好的全壽命過(guò)程的環(huán)境協(xié)調(diào)性，賦予材料及材料產(chǎn)業(yè)以環(huán)境協(xié)調(diào)功能。環(huán)境材料是未來(lái)新材料的重要方面之一。開(kāi)發(fā)既有良好的使用性能，又具有較高的資源利用率，且對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)副作用的新材料及其制品是未來(lái)的迫切需要。環(huán)境材料學(xué)的研究將促進(jìn)環(huán)境材料的進(jìn)一步發(fā)展，能夠更有效地利用有限的資源和能源，盡可能地減少環(huán)境負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)材料產(chǎn)業(yè)和人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展?！　”緯鴱牟牧虾铜h(huán)境的關(guān)系著手，介紹了材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用，材料對(duì)資源、能源的消耗和對(duì)環(huán)境的影響，闡述了材料的環(huán)境協(xié)調(diào)化和再生循環(huán)的意義。本書尤其倡導(dǎo)環(huán)境材料意識(shí)，倡導(dǎo)人們?cè)诔浞挚紤]環(huán)境問(wèn)題的基礎(chǔ)上，從追求物質(zhì)豐富、生活舒適逐步過(guò)渡到與環(huán)境的協(xié)調(diào)共存，能夠用環(huán)境材料的視角觀察、思考問(wèn)題，使全民參與到保護(hù)環(huán)境的行動(dòng)中，這將有利于保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。如果本書在這方面有所作用，這將是作者十分欣慰的事情?！　　　”緯€介紹了雖然環(huán)境材料在加工、制造、使用和再生過(guò)程中，具有最低環(huán)境負(fù)荷、最大使用功能的特點(diǎn)而日益成為當(dāng)今人類所需的材料，但是目前尚需進(jìn)一步建立和完善環(huán)境材料的基礎(chǔ)理論、評(píng)價(jià)體系，進(jìn)一步加強(qiáng)材料的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)和材料的再生循環(huán)利用，以提高資源利用效率；指出環(huán)境材料技術(shù)能夠有效地利用有限的資源和能源，盡可能地減少環(huán)境負(fù)荷，是實(shí)現(xiàn)材料產(chǎn)業(yè)和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的理論和技術(shù)基礎(chǔ)；并闡明在生態(tài)環(huán)境材料未來(lái)的研究開(kāi)發(fā)中，應(yīng)當(dāng)注意的幾方面問(wèn)題?！　　　”緯哪康倪€在于系統(tǒng)全面地介紹各類環(huán)境材料，如環(huán)境生物材料、金屬類環(huán)境材料、無(wú)機(jī)非金屬類環(huán)境材料、高分子環(huán)境材料以及復(fù)合材料的生態(tài)環(huán)境化等，使讀者較系統(tǒng)地了解材料在開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、制備、加工、再生等過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成了哪些影響，達(dá)到自覺(jué)地研究開(kāi)發(fā)環(huán)境材料和積極主動(dòng)地使用環(huán)境材料，從而保護(hù)環(huán)境的目的。某些環(huán)境材料其環(huán)境功能的體現(xiàn)離不開(kāi)技術(shù)與工程的支持，需要一定的技術(shù)作為基礎(chǔ)，所以，本書的一些章節(jié)結(jié)合該種材料的特點(diǎn)，介紹了一些與材料相關(guān)的技術(shù)與工程特點(diǎn)。　　　　本書可作為環(huán)境、材料、生態(tài)及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生和研究生的教材或教學(xué)參考書，也可以作為建筑、化工、化學(xué)、生物、機(jī)械、汽車、土木和水利等專業(yè)工程技術(shù)人員的培訓(xùn)、自學(xué)教材或參考書，還可供相關(guān)專業(yè)科研、工程技術(shù)人員參考閱讀。　　　本書在撰寫過(guò)程中，得到了城市水質(zhì)保障與資源可持續(xù)利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和黑龍江環(huán)境生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持，對(duì)此深表謝意。全書共分11章，第1章由馬放和馮奇編寫，第3章由馮玉杰和孫清芳編寫，第4章由馮奇和姚杰編寫，第5章由馮玉杰和武曉威編寫，第6章由馮玉杰和王健、劉延坤編寫，第7章由馬放、邱珊和王晨編寫，第8章由馮奇和沃原編寫，第10章由馮奇和楊基先編寫，第2章、第9章和第11章由馮奇編寫，書中部分圖表由邱珊、沃原、寇相全、李昕、于明瑞繪制，全書由馬放和馮奇統(tǒng)稿?！　　　…h(huán)境材料是20世紀(jì)90年代新興的一門學(xué)科，尚沒(méi)有建立健全的體系，所以部分內(nèi)容仍不成熟，目前處于探索階段，再加上作者學(xué)識(shí)有限，不妥之處，歡迎廣大讀者批評(píng)指正?！　　　∽髡?007年6月

內(nèi)容概要

　　環(huán)境材料是未來(lái)新材料的一個(gè)重要方面已毋庸置疑，更是人類保護(hù)生存環(huán)境、實(shí)現(xiàn)材料工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。開(kāi)發(fā)既有良好的使用性能，又具有較高的資源利用率，且對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)副作用的新材料及其制品將是現(xiàn)實(shí)的一種迫切需要?！　　　　董h(huán)境材料概論》共分11章，主要介紹了材料產(chǎn)業(yè)與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系、材料科學(xué)的基本知識(shí)、材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)、材料的生態(tài)設(shè)計(jì)與理論、材料的環(huán)境友好加工及制備、環(huán)境治理功能材料與技術(shù)等，另外，還介紹了環(huán)境生物材料、金屬類環(huán)境材料、無(wú)機(jī)非金屬類環(huán)境材料、高分子環(huán)境材料以及復(fù)合材料的生態(tài)環(huán)境化的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)?！　　　　董h(huán)境材料概論》可作為環(huán)境、材料、生態(tài)及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生和研究生的教材或教學(xué)參考書，也可以作為建筑、化工、化學(xué)、生物、機(jī)械、汽車、土木和水利等專業(yè)工程技術(shù)人員的培訓(xùn)、自學(xué)教材或參考書；還可供相關(guān)專業(yè)科研、工程技術(shù)人員參考閱讀。

書籍目錄

第1章緒論11?1環(huán)境材料的涵義11?1?1環(huán)境材料的提出11?1?2環(huán)境材料的涵義21?2環(huán)境材料的研究背景21?2?1材料的地位21?2?2環(huán)境對(duì)材料的作用31?2?3材料對(duì)環(huán)境的影響41?2?4環(huán)境材料與環(huán)境保護(hù)81?3環(huán)境材料學(xué)的研究?jī)?nèi)容與任務(wù)91?3?1環(huán)境材料學(xué)的定義91?3?2環(huán)境材料學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法91?3?3環(huán)境材料學(xué)的任務(wù)101?4環(huán)境材料學(xué)的發(fā)展概況10思考題11參考文獻(xiàn)12第2章材料科學(xué)基本知識(shí)132?1材料的分類和組成142?1?1材料的分類142?1?2材料的要素152?1?3材料的組成162?2材料的結(jié)構(gòu)222?2?1晶體222?2?2非晶體、準(zhǔn)晶與液晶272?2?3材料的表面與界面292?3材料的性能312?3?1力學(xué)性能322?3?2熱學(xué)性能332?3?3電學(xué)性能352?3?4光性能352?3?5磁性能362?4材料制備基礎(chǔ)372?4?1材料的合成與加工372?4?2基于液相?固相轉(zhuǎn)變的材料制備372?4?3基于固相?固相轉(zhuǎn)變的材料制備392?4?4基于氣相?固相轉(zhuǎn)變的材料制備40思考題41參考文獻(xiàn)41第3章材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)423?1LCA方法的起源與進(jìn)展研究423?1?1LCA的起源與發(fā)展423?1?2LCA的定義433?1?3LCA在國(guó)外的研究進(jìn)展443?1?4LCA在國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展463?2材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)方法473?2?1常見(jiàn)的環(huán)境指標(biāo)及其表達(dá)方法473?2?2環(huán)境材料與材料生命周期評(píng)價(jià)493?2?3材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)的特點(diǎn)493?3材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)過(guò)程503?3?1確定目標(biāo)范圍503?3?2清查分析513?3?3環(huán)境影響評(píng)價(jià)523?3?4評(píng)價(jià)結(jié)果解釋53思考題54參考文獻(xiàn)54第4章材料的生態(tài)設(shè)計(jì)與理論554?1生態(tài)設(shè)計(jì)554?1?1可持續(xù)發(fā)展原理554?1?2材料設(shè)計(jì)574?1?3生態(tài)設(shè)計(jì)584?1?4產(chǎn)品和材料的生態(tài)設(shè)計(jì)604?2材料流理論和材料生產(chǎn)的資源效率634?2?1材料流理論634?2?2材料生產(chǎn)的資源效率654?2?3資源的綜合利用664?3材料生態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則和戰(zhàn)略684?3?1生態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則684?3?2生態(tài)設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略694?4生態(tài)設(shè)計(jì)的方法704?4?1LCA704?4?2檢查清單法與矩陣法744?4?3MIPS最小化法754?4?4回顧法與宏觀法774?5生態(tài)設(shè)計(jì)發(fā)展的4階段模型79思考題80參考文獻(xiàn)80第5章材料的環(huán)境友好加工及制備825?1材料的環(huán)境友好加工及制備工藝825?1?1再循環(huán)利用技術(shù)825?1?2避害技術(shù)855?1?3控制技術(shù)865?1?4補(bǔ)救修補(bǔ)技術(shù)885?2清潔生產(chǎn)工藝和技術(shù)905?2?1清潔生產(chǎn)的概念和理論基礎(chǔ)905?2?2清潔生產(chǎn)的內(nèi)容945?2?3實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的主要途徑965?2?4清潔生產(chǎn)的評(píng)價(jià)99思考題103參考文獻(xiàn)103第6章環(huán)境治理功能材料與技術(shù)1046?1環(huán)境凈化材料1046?1?1大氣污染治理材料與技術(shù)1046?1?2水體污染治理材料與技術(shù)1076?1?3其他污染控制材料與技術(shù)1136?2環(huán)境修復(fù)材料與技術(shù)1146?2?1固體廢物的處理與資源化1146?2?2重金屬污染的防治1166?2?3固沙材料及沙漠治理技術(shù)1186?3環(huán)境替代材料1206?3?1氯氟烴化合物替代材料1206?3?2無(wú)磷洗滌劑的開(kāi)發(fā)1216?3?3石棉替代材料123思考題125參考文獻(xiàn)125第7章環(huán)境生物材料1277?1環(huán)境生物材料簡(jiǎn)介1277?2生物填料的分類及特點(diǎn)1297?2?1定型固定式填料1297?2?2懸掛式填料1307?2?3懸浮式填料1317?3生物濾料概述1327?4水處理生物材料選擇的基本原則1347?4?1足夠的機(jī)械強(qiáng)度1347?4?2優(yōu)越的物理性狀1357?4?3優(yōu)良的穩(wěn)定性1357?4?4良好的表面帶電特性及親疏水性1357?4?5無(wú)毒性或抑制性1367?5水處理生物材料1367?5?1生物活性炭1367?5?2生物陶粒1407?5?3新型生物填料——菌絲球1427?6生物絮凝劑1477?6?1生物絮凝劑的起源及發(fā)展趨勢(shì)1477?6?2生物絮凝劑的特點(diǎn)和分類1487?6?3生物絮凝劑的絮凝機(jī)理1507?6?4生物絮凝劑的生產(chǎn)過(guò)程150思考題151參考文獻(xiàn)151第8章金屬類環(huán)境材料1538?1金屬材料與生態(tài)環(huán)境1538?1?1金屬與資源1538?1?2金屬與能源1598?1?3金屬與生態(tài)環(huán)境破壞1598?2金屬材料的生態(tài)環(huán)境化1628?2?1添加無(wú)毒無(wú)害元素1628?2?2合金元素的選擇1648?2?3新鋼種的開(kāi)發(fā)1658?3再生金屬資源利用1658?3?1廢鋼1668?3?2再生鋁1688?3?3再生銅1698?3?4再生鉛1728?3?5再生鋅173思考題174參考文獻(xiàn)174第9章無(wú)機(jī)非金屬類環(huán)境材料1759?1無(wú)機(jī)非金屬材料的分類及特點(diǎn)1759?1?1分類1759?1?2特點(diǎn)1769?2無(wú)機(jī)非金屬材料的生態(tài)環(huán)境化1769?2?1傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料面臨的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題1769?2?2無(wú)機(jī)非金屬材料的生態(tài)環(huán)境化1789?3生態(tài)建材1819?3?1建材與環(huán)境1819?3?2生態(tài)水泥和生態(tài)混凝土1839?3?3凈化和修復(fù)裝飾裝修材料1879?4新型陶瓷1909?4?1陶瓷與環(huán)境1909?4?2新型陶瓷生態(tài)材料190思考題193參考文獻(xiàn)193第10章高分子環(huán)境材料19410?1高分子材料的環(huán)境問(wèn)題19410?1?1生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題19410?1?2使用過(guò)程帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題19510?1?3廢棄后帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題19510?2高分子材料的環(huán)境協(xié)調(diào)化技術(shù)19510?2?1源治理是實(shí)現(xiàn)高分子材料與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的根本19510?2?2高分子環(huán)境材料的發(fā)展方向19710?3廢舊高分子材料的再生循環(huán)技術(shù)19810?3?1廢舊高分子材料的組成及分類19810?3?2廢舊高分子材料的回收再循環(huán)技術(shù)19910?3?3無(wú)回收再利用價(jià)值的廢舊高分子材料的處置技術(shù)20110?4可降解高分子材料20210?4?1光降解高分子材料20310?4?2生物降解高分子材料20410?4?3光?生物雙降解高分子材料20710?4?4可降解高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展前景20810?5長(zhǎng)壽命高分子材料20910?5?1建筑用高分子材料20910?5?2農(nóng)用高分子材料211思考題211參考文獻(xiàn)212第11章復(fù)合材料的生態(tài)環(huán)境化21311?1復(fù)合材料及其分類和品種21311?1?1復(fù)合材料的發(fā)展與特點(diǎn)21311?1?2復(fù)合材料的分類和品種21411?2復(fù)合材料與環(huán)境21511?2?1復(fù)合材料對(duì)資源、能源和環(huán)境的貢獻(xiàn)21511?2?2復(fù)合材料對(duì)環(huán)境的影響和當(dāng)前存在的問(wèn)題21611?2?3復(fù)合材料與環(huán)境協(xié)調(diào)的措施21711?3復(fù)合材料的生態(tài)設(shè)計(jì)21711?4復(fù)合材料的循環(huán)再生21811?4?1復(fù)合材料的回收21811?4?2復(fù)合材料的再生22111?5具有環(huán)境意識(shí)的復(fù)合材料22211?5?1可降解復(fù)合材料22211?5?2廢物復(fù)合材料22311?5?3液晶聚合物復(fù)合材料22311?5?4分子智能型復(fù)合材料22311?5?5梯度功能材料224思考題225參考文獻(xiàn)225

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