環(huán)境功能材料

前言

在解決目前人類所面臨的各種環(huán)境問題的過程中，各類功能材料起著不可或缺的作用。新型環(huán)境功能材料不僅在環(huán)境污染凈化、環(huán)境修復(fù)、現(xiàn)代環(huán)保設(shè)備方面發(fā)揮著重要的作用，而且在解決能源危機(jī)、全球環(huán)境污染等方面也發(fā)揮著巨大的作用。例如，能源危機(jī)迫使人們尋找太陽能電池、燃料電池、磁流體發(fā)電、熱核聚變等新的和效率更高的能源獲取方式，這一過程中要求提供光電轉(zhuǎn)換材料、固體電解質(zhì)、電極材料、激光材料和磁性材料等，顯然這些材料對(duì)于從根本上解決環(huán)境問題具有重要意義。此外，對(duì)于已經(jīng)獲得應(yīng)用的大量材料，從環(huán)保、節(jié)能、成本、綜合利用和解決資源等角度也需重新審查，尋找新的代用品或更有效、環(huán)境友好的制備途徑。本書從功能材料的結(jié)構(gòu)、性能、加工、使用出發(fā)，全面闡述環(huán)境工程領(lǐng)域中一些環(huán)境凈化材料、環(huán)境修復(fù)材料、環(huán)境替代材料的設(shè)計(jì)、制備、性能與應(yīng)用等。本書作者之一馮玉杰教授自1990年起師從蔡偉民教授，開始環(huán)境功能材料方面的研究，近二十年來，課題組在功能催化劑的設(shè)計(jì)與制備、電磁波防護(hù)材料、高效電催化電極制備、節(jié)能材料等方面進(jìn)行了一些深入的研究工作，取得了包括國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)在內(nèi)的多項(xiàng)科研成果;同時(shí)，為哈爾濱工業(yè)大學(xué)的碩士研究生開設(shè)了“環(huán)境工程中的功能材料”課程。本書的另一位作者孫曉君教授自1995年起師從蔡偉民教授，開始環(huán)境功能材料方面的研究，十多年來，課題組在高效光催化材料、濕空氣催化氧化材料方面進(jìn)行了深入的研究工作，取得了多項(xiàng)研究成果。本書總結(jié)了作者近20年來在環(huán)境功能材料方面的部分科研工作，也對(duì)環(huán)境功能材料方面的一些熱點(diǎn)問題進(jìn)行了綜述，本書可以作為研究生教學(xué)參考書使用，也可以作為環(huán)境科學(xué)與工程研究人員及材料科學(xué)工作者的科研參考用書。本書在2003年出版的《環(huán)境工程中的功能材料》基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境功能材料方面的研究進(jìn)展和作者自己的研究成果，對(duì)一些相關(guān)資料進(jìn)行了充實(shí)、修正而成。全書共分9章，第3章、第5章由孫曉君編著，第2章由崔玉虹編著，第7章由劉俊峰編著，第4章由楊少霞編著，其余章節(jié)由馮玉杰編著。研究生劉延坤、王健、呂江維、易瓊、高娜、朱利民等參加了資料的收集及整理工作；其中，劉延坤參加了第6章的編著，王健參加了第8章的編著，呂江維參加了第9章的編著。全書由馮玉杰統(tǒng)稿。在編著過程中，引用了一些參考文獻(xiàn)的圖、表、數(shù)據(jù)等，在此向相關(guān)作者表示感謝。由于編著者水平有限，加之時(shí)間較為倉促，書中不當(dāng)及疏漏之處在所難免，請(qǐng)有關(guān)專家和廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書共分9章，全面而系統(tǒng)地介紹了功能材料設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、高效電催化電極材料、高效光催化材料、濕式催化氧化材料、吸附材料、電磁污染控制材料、噪聲污染控制材料、新型環(huán)境替代材料、能源技術(shù)與功能材料的內(nèi)容。本書對(duì)作者近十年來包括國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)在內(nèi)的多項(xiàng)科研成果進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，具有較強(qiáng)的先進(jìn)性和實(shí)用性。     本書可供環(huán)境科學(xué)與環(huán)境工程等領(lǐng)域的技術(shù)人員、材料科學(xué)工作者及管理人員參考，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)本科生及研究生參閱。

書籍目錄

1  功能材料設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 　　1.1　材料設(shè)計(jì)的基本概念 　　1.1.1　材料設(shè)計(jì) 　　1.1.2　材料設(shè)計(jì)的范圍和層次 　1.2　材料設(shè)計(jì)的發(fā)展 　1.3　材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 　　1.3.1　材料科學(xué)發(fā)展概述 　　1.3.2　材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 　　1.3.3　材料的晶體學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 　1.4　材料設(shè)計(jì)方法 　　1.4.1　數(shù)據(jù)庫技術(shù) 　　1.4.2　人工智能專家系統(tǒng) 　　1.4.3　計(jì)算機(jī)模擬技術(shù) 　　1.4.4　量子化學(xué)與材料設(shè)計(jì) 　1.5　環(huán)境功能材料及設(shè)計(jì) 　　1.5.1　環(huán)境問題與環(huán)境功能材料 　　1.5.2　環(huán)境功能材料的分類 　參考文獻(xiàn) 2　高效電催化電極材料 　　2.1　電化學(xué)水處理技術(shù)及電催化基本理論 　　2.1.1　電化學(xué)水處理技術(shù)概述 　　2.1.2　電催化及電催化電極 　　2.1.3　半導(dǎo)體電化學(xué)基礎(chǔ) 　2.2　電催化電極材料的結(jié)構(gòu)與性能 　　2.2.1　電催化電極的組成及結(jié)構(gòu) 　　2.2.2　電催化電極表面狀態(tài)與有機(jī)物的電化學(xué)轉(zhuǎn)化 　　2.2.3　電極結(jié)構(gòu)與有機(jī)污染物的電催化降解 　2.3　電催化電極的制備與表征 　　2.3.1　PbO2電極的制備與表征 　　2.3.2　摻雜SnO2電極的制備與表征 　2.4　電催化電極在環(huán)境工程中的應(yīng)用與展望 　　2.4.1　電化學(xué)氧化與電化學(xué)還原 　　2.4.2　光電化學(xué)氧化 　　2.4.3　電吸附 　　2.4.4　電凝聚/電浮選 　　2.4.5　電化學(xué)消毒 　參考文獻(xiàn) 3　高效光催化材料的設(shè)計(jì)、制備與應(yīng)用 　3.1　光催化基本理論 　　3.1.1　光催化反應(yīng)機(jī)制及過程 　　3.1.2　光催化反應(yīng)的影響因素 　　3.2　光催化材料的結(jié)構(gòu)及性能 　　3.2.1　光催化劑的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響 　　3.2.2　光催化劑的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響 　　3.2.3　提高光催化性能的途徑 　3.3　光催化材料的制備與表征 　　3.3.1　光催化材料的制備 　　3.3.2　光催化材料的表征 　3.4　光催化材料的應(yīng)用與展望 　　3.4.1　廢水處理 　　3.4.2　空氣凈化 　　3.4.3　貴金屬的提取回收 　　3.4.4　光催化材料的抗菌作用 　　3.4.5　光催化分解水制氫 　　3.4.6　光催化材料存在的問題與展望 　參考文獻(xiàn) 4　用于濕式氧化技術(shù)的功能催化劑的設(shè)計(jì)與制備 　4.1　濕式氧化用催化劑 　4.2　濕式氧化用催化劑的分類 　　4.2.1　均相催化劑 　　4.2.2　非均相催化劑 　4.3　濕式氧化用催化劑的設(shè)計(jì) 　　4.3.1　活性組分的設(shè)計(jì) 　　4.3.2　催化劑載體的設(shè)計(jì) 　　4.3.3　催化劑的穩(wěn)定性設(shè)計(jì) 　4.4　用于濕式氧化中催化劑的制備 　　4.4.1　沉淀法 　　4.4.2　浸漬法 　4.5　催化濕式氧化動(dòng)力學(xué)模型方面的研究 　　4.5.1　機(jī)理模型 　　4.5.2　經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?　　4.5.3　半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?　4.6　濕式氧化用催化劑的應(yīng)用 　參考文獻(xiàn) 5　吸附材料及其在環(huán)境污染物去除中的應(yīng)用 6　電磁污染控制材料 7　噪聲污染控制材料 8　新型環(huán)境替代材料 9　能源技術(shù)與功能材料

章節(jié)摘錄

插圖：總的來講，眾多學(xué)者認(rèn)為材料設(shè)計(jì)應(yīng)該包括從基本的材料組成和微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫出發(fā)，借助先進(jìn)的計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立材料微觀結(jié)構(gòu)與特定性能之間的關(guān)系，并選擇控制材料微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的合成方法，最終制備出滿足特定需求的新材料。1.1.2 材料設(shè)計(jì)的范圍和層次盡管國(guó)際上對(duì)材料設(shè)計(jì)的術(shù)語尚有一些不同的提法，但其內(nèi)涵卻比較一致。日本學(xué)者在1985年提出了“材料設(shè)計(jì)學(xué)”一詞，他認(rèn)為材料設(shè)計(jì)包括從原材料到材料使用的全過程，這其中必然包括制備方法設(shè)計(jì)、材料組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算方法設(shè)計(jì)等，而所有的設(shè)計(jì)均以材料的使用性能為設(shè)計(jì)目的。這一過程包括試驗(yàn)、建立模型和計(jì)算等。清華大學(xué)孫多春提出材料設(shè)計(jì)范圍包括5個(gè)部分，即理論、模型、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)，見圖1-1。這一結(jié)構(gòu)基本包括了材料設(shè)計(jì)的全部方面，但必須看到，以上五個(gè)部分不是孤立進(jìn)行的，而是相互穿插、互為條件和結(jié)果，貫穿于材料制備、測(cè)試、性能、使用的各個(gè)環(huán)節(jié)，但其核心仍然是在物理、化學(xué)原理基礎(chǔ)上建立材料結(jié)構(gòu)與性能之間的定量和半定量的關(guān)系。材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是材料物性數(shù)據(jù)庫，而數(shù)據(jù)庫的獲得必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)過程或半經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)過程，理論模型的建立必須依賴對(duì)取得的有用數(shù)據(jù)的分析，這是材料設(shè)計(jì)進(jìn)行的關(guān)鍵部分，也可以說數(shù)據(jù)庫將伴隨著材料設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。統(tǒng)計(jì)是指應(yīng)用模式識(shí)別技術(shù)來統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，最大限度地發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用設(shè)計(jì)過程中相關(guān)的數(shù)據(jù)，縮短材料設(shè)計(jì)周期?；纠碚摵透拍钍墙⒛Ｐ偷幕A(chǔ)，這是聯(lián)系材料結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵部分，這種聯(lián)系也貫穿于材料設(shè)計(jì)的始終，直至應(yīng)用于工程系統(tǒng)，模型的建立是分層次進(jìn)行的。計(jì)算包括了計(jì)算方法和工具，材料制備、特性評(píng)價(jià)、性能檢測(cè)是材料設(shè)計(jì)中必需的實(shí)驗(yàn)過程，現(xiàn)代材料設(shè)計(jì)要求這一循環(huán)過程能在一個(gè)材料設(shè)計(jì)周期中快速重復(fù)，因而實(shí)際上對(duì)材料制備、特性評(píng)價(jià)、性能檢測(cè)也不斷提出新的挑戰(zhàn)。在《90年代的材料科學(xué)與工程》一書中，美國(guó)學(xué)者將材料科學(xué)與工程的研究與應(yīng)用分成四個(gè)組成部分：固有性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與組成、使用性能、合成與加工。報(bào)告認(rèn)為材料設(shè)計(jì)的思想和方法在這四個(gè)要素中都具有重要的作用。在報(bào)告中，尤為強(qiáng)調(diào)了材料的固有性質(zhì)（propeities）與使用性能（performances）的區(qū)別，后者強(qiáng)調(diào)的是與應(yīng)用性聯(lián)系的一些性質(zhì)，包括壽命、速度、能量效率、安全、價(jià)格等。

編輯推薦

《環(huán)境功能材料》：環(huán)境科學(xué)與工程叢書

圖書封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    環(huán)境功能材料 PDF格式下載

---