• 书名：环境功能材料

• 丛书名：普通高等教育“十五五”规划教材

• ISBN：978-7-5240-0488-2

• 出版社：冶金工业出版社有限公司

• 定价：59

• 作者：李荣辉,陈赛

• 出版时间：2026-01-30

内容简介

本书从材料的制备、表征、结构、性能和应用出发，分类介绍了吸附材料、催化材料、分离过滤材料、太阳能电池材料、锂离子电池材料、气凝胶材料、环境矿物材料等研究进展，从不同角度阐明了功能材料在环境污染物的吸附、降解、分离和过滤，以及解决能源危机、新能源开发等方面的巨大作用。

本书可供高等院校材料、环境、矿物等专业学生学习使用，也可作为相关专业技术人员的参考书籍。

编辑推荐

本书以材料学为基础，融入了材料专业的基础理论内容，可供高等院校材料类、环境类、矿物岩石类等专业本科生和研究生教学使用，也可作为相关行业专业技术人员的参考书籍。

目录

1绪论1

1.1环境功能材料的起源与发展1

1.1.1萌芽阶段（20世纪前—20世纪50年代）1

1.1.2探索阶段（20世纪60年代—20世纪80年代）1

1.1.3发展阶段（20世纪90年代—21世纪10年代）2

1.1.4创新阶段（2010年至今）2

1.1.5未来发展趋势3

1.2环境功能材料的研究对象3

1.2.1环境矿物材料4

1.2.2吸附材料4

1.2.3催化材料5

1.2.4“双碳”目标下的新能源材料5

1.2.5膜分离材料5

1.2.6气凝胶材料6

1.2.7超浸润材料6

1.3环境功能材料的总体研究方法6

1.3.1材料制备技术7

1.3.2材料表征方法9

1.3.3性能测试技术10

1.3.4机理研究12

1.4环境功能材料与可持续发展12

1.4.1材料与循环经济13

1.4.2材料的环境协调性评价13

1.4.3材料与低碳经济14

拓展阅读14

思考题15

2环境矿物材料16

2.1环境矿物材料的种类16

2.1.1黏土矿物16

2.1.2金属氧化物和氢氧化物矿物材料20

2.1.3碳酸盐矿物材料22

2.1.4过渡金属硫化物22

2.1.5硅藻土23

2.1.6电气石23

2.2环境矿物材料的特性25

2.3矿物材料在环境净化和修复中的应用26

2.3.1环境矿物材料在土壤净化与修复方面的应用26

2.3.2环境矿物材料在水体净化与修复方面的应用27

2.3.3环境矿物材料在空气净化与修复方面的应用27

拓展阅读28

思考题29

3吸附材料31

3.1吸附的基础理论31

3.1.1吸附作用概述31

3.1.2物理吸附32

3.1.3化学吸附34

3.2等温吸附模型36

3.2.1Henry模型36

3.2.2Langmuir 等温吸附模型36

3.2.3Freundlich等温吸附模型37

3.2.4Redlich Peterson等温吸附模型37

3.2.5BET模型38

3.3吸附动力学38

3.3.1准一级动力学方程（pseudo 1st equation）40

3.3.2准二次动力学方程(pseudo 2nd equation)41

3.3.3颗粒内扩散模型42

3.4吸附热力学42

3.5吸附机理研究43

3.5.1宏观研究方法43

3.5.2微观研究方法43

3.6常见吸附材料44

3.6.1活性炭44

3.6.2黏土矿物47

3.6.3氧化物吸附材料49

3.6.4吸附树脂50

3.6.5新型纳米吸附材料50

拓展阅读54

思考题55

4光催化材料57

4.1光催化材料发展简介57

4.2光催化的基本原理59

4.3光催化材料的应用60

4.3.1水污染治理60

4.3.2空气净化61

4.3.3光解水制氢61

4.3.4还原CO2制备燃料62

4.3.5自清洁作用62

4.4光催化材料介绍63

4.4.1二氧化钛63

4.4.2异质结光催化材料66

4.4.3石墨相氮化碳光催化材料70

拓展阅读74

思考题75

5电催化材料76

5.1电催化概述76

5.2电催化材料在废水处理中的应用76

5.2.1电催化还原77

5.2.2电催化氧化77

5.2.3电絮凝79

5.2.4电浮选79

5.2.5光电催化氧化79

5.2.6电催化电极79

5.2.7影响电催化处理废水效率的因素81

5.3电催化材料在电解水制氢中的应用82

5.3.1电解水制氢的发展历史82

5.3.2电解水制氢的类型83

5.3.3电解水制氢的反应机理86

5.3.4电解水催化剂介绍88

5.3.5催化剂的评价标准89

5.4电催化材料在质子交换膜燃料电池中的应用91

5.4.1质子交换膜燃料电池91

5.4.2ORR反应机理92

5.4.3ORR催化剂94

拓展阅读96

思考题97

6光伏材料与太阳能电池99

6.1太阳能电池的发展历史99

6.2晶体硅太阳能电池103

6.2.1晶体硅太阳能电池的基本原理103

6.2.2单晶硅的提纯105

6.2.3晶体硅太阳能电池的类型106

6.3薄膜太阳能电池107

6.3.1非晶硅薄膜太阳能电池107

6.3.2多元化合物薄膜太阳能电池107

6.4新一代太阳能电池108

6.4.1染料敏化太阳能电池108

6.4.2钙钛矿太阳能电池109

6.5先进太阳能电池技术112

拓展阅读113

思考题115

7锂离子电池原理与应用116

7.1锂离子电池的发展历史116

7.2锂离子电池的结构与工作原理118

7.3锂离子电池主要材料介绍120

7.3.1正极材料120

7.3.2负极材料125

7.3.3隔膜130

7.3.4电解液131

7.4全固态锂离子电池131

7.4.1全固态锂离子电池概述131

7.4.2固态电解质材料132

拓展阅读133

思考题134

8膜分离材料与技术136

8.1膜分离技术的概念和发展历史136

8.2膜分离材料的种类137

8.2.1按膜材料分类137

8.2.2按孔径大小分类137

8.3膜过滤的基础理论138

8.3.1浓度极化模型138

8.3.2超滤膜的分子截留作用139

8.4膜分离过程介绍140

8.4.1微滤膜141

8.4.2超滤膜141

8.4.3纳滤膜142

8.4.4反渗透膜142

8.4.5电渗析技术143

8.5膜分离技术在生产生活中的应用144

8.5.1饮用水的净化144

8.5.2海水淡化144

8.5.3工艺水的纯化144

8.5.4膜技术在食品领域工业的应用145

8.5.5膜技术在制药工业的应用145

8.5.6污染废水的净化145

拓展阅读146

思考题147

9气凝胶材料148

9.1气凝胶材料的概念与特性148

9.2气凝胶材料的发展历史149

9.3气凝胶材料的分类与制备方法149

9.3.1气凝胶的分类149

9.3.2气凝胶制备方法150

9.4气凝胶应用151

9.4.1石化领域的应用151

9.4.2环保领域的应用152

9.4.3催化领域的应用152

9.4.4建筑领域的应用152

9.4.5军工领域的应用152

9.4.6航空航天领域的应用153

9.4.7电池领域的应用153

拓展阅读153

思考题153

10超浸润材料155

10.1超浸润现象155

10.2表面润湿原理156

10.2.1表面润湿性与接触角156

10.2.2表面润湿模型157

10.3超浸润材料的类型158

10.3.1超疏水超亲油材料158

10.3.2超亲水水下超疏油材料159

10.3.3超亲水超疏油材料159

10.4超浸润材料的制备160

10.4.1低表面能化合物160

10.4.2表面微纳结构162

10.5超浸润性材料的应用164

10.5.1自清洁性164

10.5.2油水分离165

10.5.3防腐蚀165

10.5.4防冻防冰165

拓展阅读166

思考题167

案例168

案例A1氧化铈纳米晶的制备、表征和除砷性能测试168

案例A2二氧化钛（TiO2）光催化剂的制备、表征以及降解亚甲基蓝测试171

案例A3高能量密度兼顾快充性能锂离子电池设计173

案例A4硅烷偶联剂（KH570）改性纳米SiO2构筑疏水表面177

案例A5镁铝层状双金属氢氧化物（MgAlLDH）的制备178

参考文献179