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环境功能材料

环境功能材料

英文名称:Environment Functional Materials

课程编号】ENV21007 所属模块】专业选修课
学分数】2 适用专业】环境科学与工程
学时数】32 开设学期】春季
【已开设次数】0 【建议选课人数】    15-30
授课教师姓名】殷立峰 授课教师职称】讲师
授课教师联系方式】 Email:lfyin@bnu.edu.cn,手机:18911569487 【授课教师所属单位】 网上赌搏平台
【先修课要求】 无机与分析化学,有机化学,基础物理

一、课程简介

本课程是环境科学与工程专业的选修课。主要讲述常用环保材料如活性炭、混凝剂、离子交换树脂、杀菌灭藻剂、噪声污染控制材料、催化剂、电磁污染控制材料、环境修复材料等的设计、制备、性能与应用等方面的基本理论知识。通过本课程学习,达到从环境功能材料的物理本质上认识和掌握其功能特性的物理来源,为合理使用和开发环境功能材料打下基础。

二、课程目标

目的是使学生了解环境工程中常见的环保材料的设计、性能及应用,为各种污染控制中环保材料的应用打下一定的基础。

三、教学内容和学时分配

总论 4学时

主要内容:

环境问题与环境功能材料;环境功能材料的分类;材料科学发展概述、材料设计的基本概念、材料科学基础知识、材料的物质结构基础、材料的晶体学结构基础、材料设计方法、计算机模拟技术。

教学要求:

1.         充分认识环境功能材料在环境污染控制方面扮演的角色和重要任务;

2.         从电子论层次上认识和掌握材料功能特性的物理来源和本质;

3.         掌握功能材料设计的概念和基本思路

重点、难点:

关于材料设计的量子化学理论基础

其它教学环节:

第一章高效电催化电极材料4学时

主要内容:

电化学水处理技术及电催化基本理论、电催化及电催化电极、半导体电化学基础、电催化电极材料的结构与性能、电催化电极表面状态与有机物的电化学转化、电催化电极的制备与表征、PbO2电极的制备与表征、掺杂SnO2电极的制备与表征、电催化电极在环境工程中的应用与展望、电化学氧化与电化学还原、光电化学氧化、电吸附、电凝聚/电浮选、电化学消毒等。

教学要求:

1.         充分认识电极材料在电催化水处理技术中扮演的角色;

2.         从高级氧化的角度认识电催化技术的基础原理和应用方法;

3.         掌握电催化极板材料设计的概念和基本思路。

重点、难点:

关于材料设计的量子化学理论基础

其它教学环节:

第二章 高效光催化材料的设计、制备与应用 4学时

主要内容:

光催化反应机制及过程、光催化材料的结构及性能、光催化剂的能带结构对性能的影响、光催化剂的晶体结构对性能的影响、提高光催化性能的途径、光催化材料的制备与表征、光催化材料的应用与展望、废水处理、空气净化、贵金属的提取回收、光催化材料的抗菌作用、光催化分解水制氢、光催化材料存在的问题与展望。

教学要求:

1.         充分认识光催化材料的特性和使用方法;

2.         从能带工程的角度认识和掌握催化剂材料的功能特性;

3.         掌握光催化剂设计的概念和基本思路

重点、难点:

关于能带工程的理论基础

其它教学环节:课堂讨论1课时

第三章 用于湿式氧化技术的功能催化剂的设计与制备 4学时

主要内容:

湿式氧化用催化剂的分类、均相及非均相催化剂、活性组分、催化剂载体的设计、催化剂的稳定性设计、催化剂的制备、催化湿式氧化动力学模型方面的研究、机理模型、经验模型、半经验模型、湿式氧化用催化剂的应用

教学要求:

1.         充分认识湿式氧化催化剂的设计方法和应用规律;

2.         掌握从催化原理的本源来设计催化剂的研究方法;

重点、难点:

关于湿式氧化的机理和经验模型

其它教学环节:课堂讨论1课时

第四章 吸附材料及其在环境污染物去除中的应用4学时

主要内容:

吸附的基础理论、吸附的概念、吸附的作用力、固-气界面的吸附、固-液界面的吸附、吸附材料的一般性质与表征、吸附材料的分类、吸附材料的物理性质及表征、活性炭、吸附树脂、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝、硅藻土、甲壳素等典型吸附剂。

教学要求:

1.         充分认识吸附材料在环境应用的重要地位;

2.         掌握以吸附理论指导选择适宜吸附剂的能力;

3.         掌握吸附剂及吸附行为的具体研究方法

重点、难点:

关于吸附剂与吸附质之间的相互作用力研究及分子动力学模拟研究

其它教学环节:课堂讨论1课时

第五章 电磁污染控制材料4学时

主要内容:

电磁波谱、电磁对人体的危害、电磁干扰、电磁波泄漏、电磁辐射防护方法、电磁波吸收原理及吸收材料、电磁波吸收原理、电磁波吸收材料;X(γ)射线防护材料的设计及其制备、屏蔽原理、防护材料的要求与确定;紫外辐射及其控制、紫外辐射的危害、紫外辐射控制材料;红外辐射及其控制、红外辐射控制原理、红外辐射控制材料。

教学要求:

1.         充分认识电磁辐射对于人体的危害;

2.         掌握电磁波吸收材料的吸波机制及吸波规律;

3.         掌握不同吸波材料的设计思路

重点、难点:

关于吸波材料的屏蔽效应机理

其它教学环节:课堂讨论1课时

第六章 噪声污染控制材料4学时

主要内容:

噪声危害、噪声控制的基本方法、吸声材料及其应用、多孔吸声材料、共振吸声结构材料、隔声材料及其应用、隔声墙、隔声罩、隔声屏、隔声间;消声材料及其应用、阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合消声器、微穿孔板消声器、有源消声器等阻尼减振材料。

教学要求:

1.         充分认识噪声对环境的危害和破坏方式;

2.         掌握从波的扩散形式出发,设计吸波材料的研究思路;

3.         掌握阻尼减震材料的选择规律和设计思路。

重点、难点:

声波的种类和划分规律

其它教学环节:课堂讨论1课时

第七章 新型环境替代材料4学时

主要内容:

氟氯烃制冷剂的特点及其危害、新型制冷剂的应用与展望;无磷助洗剂的种类、应用与展望;石棉的特点及其危害、石棉替代材料的种类、应用与展望;绿色包装材料的基本概念和特征、加工处理技术分类、应用与展望;生物降解塑料的分类、应用与展望;绿色建材的基本概念和特征、绿色建材的分类、应用与展望。

教学要求:

1.         充分认识环境替代材料在污染源头控制方面的重要意义;

2.         从清洁生产的角度设计新型环境替代材料的设计思路;

3.         掌握清洁材料开发的工艺路线

重点、难点:

关于“绿色”的概念和定义

其它教学环节:课堂讨论1课时

第八章 能源技术与功能材料4学时(补充章节)

主要内容:

太阳能电池的基本理论和分类、光电动势材料原理与性能、太阳能电池的应用与展望;燃料电池的分类、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、碱性燃料、磷酸燃料电池、微生物燃料电池选用的用功能材料,燃料电池的应用与展望;磁流体发电与纳米磁流体材料的设计与制备、磁流体发电的分类、纳米磁流体材料的设计与制备、纳米磁流体的应用与展望。

教学要求:

1.         充分认识清洁能源对于世界经济发展的指导作用;

2.         掌握从能量充分利用的角度设计能源材料的思路和方法;

3.         掌握能力材料的开发技术路线。

重点、难点:

关于能量转化和利用的一般规律

其它教学环节:课堂讨论1课时

四、教材与学习资源

1.   冯玉杰、孙晓君、刘俊峰,环境功能材料,化学工业出版社,2010,4;

2.   冯玉杰、蔡伟民,环境工程中的功能材料,化学工业出版社,2003,5;

3.   张剑波,环境材料导论,北京大学出版社,2008,12;

4.   华坚,环境污染控制工程材料,化学工业出版社,2009,9;

五、教学策略与方法建议

六、考核方式

1.         平时成绩占50%,期末考试占50%

2.         平时成绩由课后作业与课堂成绩组成

3.         课堂成绩:教师布置,学生制作PPT,讲解10分钟,教师点评并给出成绩

4.         考试采用百分制。