1、环境工程理论化学,常飞环境与建筑学院,1,主要参考书及资料,Chemistry for Environmental Engineering and Science (影印版)，Fifth Edition, Clair N. Sawyer, Perry L. McCarty, Gene F. Parkin，清华大学出版社； 环境化学，第二版，戴树桂，高等教育出版社； Chemistry of the Environment, Second Edition, Thomas G. Spiro, William M. Stigliani. 张钟宪译，清华大学出版社； 环境化学，王晓蓉，南京大学出版社。
2、,2,考核方式,平常作业、出勤占30-40%；期终考试60-70%;答疑时间：3-18周周四下午1:30-3:30；辅导时间：3-12周周四晚上6:00-8:00,3,第一章绪 论,Introduction,4,第一章 绪 论,本章从当今世界和我国面临的主要环境问题入手，介绍环境化学在环境科学和解决环境问题中的地位和作用及其任务、内容、特点、发展方向和主要环境污染物迁移转化途径。 要求同学们了解环境化学的任务，明确环境化学课程学习的目的。,5,第一节 环境问题,本节要点：环境问题；我国环境污染防治与发达国家的差距、面临的挑战、环境保护目标和急需解决的重大科学问题。环境问题：是指包括一切形式的环
3、境恶化或对生物圈的一切不利影响。,6,由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，导致环境素质下降，从而扰乱和破坏生态系统和人们正常的生活和生产条件。环境污染的具体表现： a、有害物质对大气、水、土壤和动植物的污染并达到致害的程度 b、生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏 c、不可再生资源被滥采滥用 d、固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等造成对环境的损害造成环境污染的因素：有物理的、化学的和生物的三方面，其中由化学物质引起的约占80%-90%。,1）环境污染,7,2）环境问题的认识过程,20世纪60年代，人们把环境问题只当成一个污染问题，没有把环境问题与自然生态、社会因素联系起来，低估了环境
4、污染的危害性和复杂性，未能追根寻源。 1972年，联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了人类环境会议，第一次把环境问题与社会因素联系起来。20世纪80年代，人们对环境的认识有了新的突破性发展，提出了持续发展的战略，指明了解决环境问题的根本途径。 1992年，联合国在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发展大会，这是本世纪人类社会的又一重大转折点，树立了人类环境与发展关系史上新的里程碑。 2002年，在南非约翰内斯堡召开了联合国可持续发展大会。,8,2）环境问题的认识过程,我国分别召开了七次全国环境保护会议，推动了我国环境保护事业的发展和人们对环境认识的发展。 1973年，第一次。揭开了中国环境保护事业的序幕
5、。会议通过了关于保护和改善环境的若干规定，确定了“全面规划，合理布局，综合利用，化害为利，依靠群众，大家动手，保护环境，造福人民”的环境保护工作方针。 1983年，第二次，将环境保护确立为基本国策。制定经济建设、城乡建设和环境建设同步规划、同步实施、同步发展，实现经济效益、社会效益、环境效益相统一的指导方针，实行“预防为主，防治结合”、“谁污染，谁治理”和“强化环境管理”三大政策。 1989年，第三次，提出要加强制度建设，深化环境监管，向环境污染宣战，促进经济与环境协调发展。 1996年，第四次，提出保护环境是实施可持续发展战略的关键，保护环境就是保护生产力。 2002年，第五次，提出环境保护
6、是政府的一项重要职能，要按照社会主义市场经济的要求，动员全社会的力量做好这项工作。,9,2）环境问题的认识过程,我国分别召开了七次全国环境保护会议，推动了我国环境保护事业的发展和人们对环境认识的发展。 2006年，第六次。做好环境保护工作，推动经济社会全面协调可持续发展，会议提出了三个转变。 2011年，第七次，环境保护优化经济增长，促进转型发展，提升生活质量。随着环境问题的日益严重，人类对环境问题的认识也在不断提高。在当今世界上，人们越来越清楚地看到，环境问题已不再是某个国家和局部地区的事情，而成为全球性的问题。,10,11,随着社会经济快速发展、城市化进程加速和人民生活水平迅速提高，今后1
7、0-20年我国环境保护和污染防治将面临更大的挑战。 7%的经济增长污染防治压力越来越大(2016预计6.6-6.8) 小康社会生活水平环境质量的要求越来越高 发达国家技术进步国际环境标准越来越严格。,3）我国环境污染防治面临的挑战,12,与发达国家的差距 我国环境问题的严重性和复杂性 发达国家环境质量显著改善，污染控制技术已取得绝对优势； 发达国家研究重点向绿色技术、环境修复与环境安全转移； 我国环保科技整体水平与发达国家差距明显，并有扩大的趋势。,3）我国环境污染防治面临的挑战,13,2020年我国环境保护的目标, 环境污染得到有效控制 生态恶化趋势基本得到遏制 全国大部分地区的环境质量明显
8、改善 部分重要生态系统得到重建与修复 建设一批生态城镇 重点区域社会、经济、环境实现协调发展,14,4）我国环境科学与工程领域急需解决的重大问题,15,4）我国环境科学与工程领域急需解决的重大问题,1地表水污染机理与水环境修复2地下水污染与修复3安全饮用水技术保障体系4污废水处理与资源化成套技术5大气污染形成机理与控制6城市空气质量控制机理与技术7城市物理污染机理及其控制,16,4）我国环境科学与工程领域急需解决的重大问题,8土壤污染机理与修复9固体弃物处理处置与资源化10绿色化学与清洁生产 11环境监测新技术12持久性有毒物质与生态安全13区域环境调控与环境建设14国家重大建设项目与生态环境
9、安全,17,经过较长时间酝酿、培育和发展，在原有各相关学科的基础上产生了一门以研究环境质量及控制和改善为目的的综合性新学科-环境科学。环境科学主要是运用自然科学和社会科学有关学科的理论、技术和方法来研究环境问题。宏观：研究人类同环境之间的相互作用，相互促进，相互制约的对立统一关系；微观：研究环境中的物质，尤其是人类活动排放不同种类和形态的污染物在生态系统或有机体内迁移，转化和蓄积的过程及规律，探索对生命的影响及作用机理，利用各种技术和手段寻找解决环境问题的最佳方案。,第二节 环境化学,18,各学科的相互渗透，环境科学已形成许多分支学科：自然科学：环境地学，环境生物学，环境化学，环境物理学，环境
10、工程学，环境医学等；社会科学：环境管理学，环境经济学，环境法学；自然科学与社会科学交叉：环境评价学，环境规划学；,第二节 环境化学,一、化学及化学工业与环境问题,化学与化学工业对人类的贡献,各个历史时期中国人口平均寿命 夏代 18岁 秦汉 20岁 东汉 22岁 唐代 27岁 宋代 30岁 清代 33岁 民国时期 35岁 1949年 35岁 1957年 57岁 1981年 68岁 2005年 71.8岁 2015年 男74，女77 ，82.75,19,化学工业已成为环境污染的元凶。在环境中已发现10万不同种类的化合物，每年向环境中排放的有害物质大约超过10亿吨。严重地影响着人类的健康。,化学是把
11、双刃剑,20,我们的生存环境！,21,我国47个环保重点城市水污染状况,水资源短缺且污染严重,我国城市污水处理水平不高，且处理率低下，部分污水未经安全处理就直接排放，加重了水体的污染。,水资源短缺且污染严重,22,以煤烟型和 汽车尾气为主，大气污染问题严重。,据统计，中国47个环保重点城市直辖市、省会城市、经济特区、沿海开放城市和重点旅游城市，16个城市空气质量达到国家二级标准，13个城市空气质量为三级；18个城市空气质量超过三级标准。,以煤烟型和汽车尾气为主，大气污染问题严重,酸雨频发,23,汽车尾气,2013.1.12 北京,24,固体废弃物污染,25,土壤环境恶化,荒漠化,土壤污染,26
12、,27,黄曲霉毒素被世界卫生组织划定为1类致癌物，毒性比砒霜大68倍，仅次于肉毒霉素，是目前已知霉菌中毒性最强的。黄曲霉素是由黄霉菌产生的真菌霉素，是目前发现的化学致癌物中最强的物质之一，主要损害肝脏功能并有强烈的致癌、致畸、致突变作用，能引起肝癌，还可以诱发骨癌、肾癌、直肠癌、乳腺癌、卵巢癌等。黄曲霉素具有比较稳定的化学性质，只有在280以上高温下才能被破坏，它对热不敏感，100/20小时也不能将其黄曲霉素完全去除。,28,29,30,31,室内空气污染,32,33,急性中毒作用,1. 1952年12月英国伦敦烟雾事件2. 1943年、1946年、1953年； 5-10月洛杉矶光化学烟雾事件
13、3. 1984年12月博帕尔毒气泄漏事件4. 1986年4月切尔诺贝利核泄漏事件5. 2003年12月重庆开县井喷事故,34,伦敦烟雾事件时间： 1952年12月4日 11日地点： 英国伦敦主要污染物：烟尘、二氧化硫结果： 一周内死亡4000人； 45岁以上死亡数为平时3倍， 1岁以内婴儿死亡数为平时1倍。,35,切尔诺贝利核事件时间：1986年4月25日地点：前苏联切尔诺贝利原因：核电站4#机组爆炸主要污染物：核污染（131I、103Ru、137Cs、60Co ），放射污染相当于日本广岛原子弹爆炸产生的放射污染的100倍 结果：3个月内有31人死亡，之后15年内有6-8万人死亡，13.4万人
14、遭受各种程度的辐射疾病折磨，整个中北欧各国大气受到核污染； 3年后，距核电站80km的地区皮肤癌、舌癌、口腔癌等 ；儿童甲状腺癌 ；畸形家畜；受害人群难以计数。,36,洛杉矶烟雾事件时间：1943年、1946年、1953年； 5-10月地点：美国洛杉矶主要污染物： 汽车尾气 （NOX 、烃类等）、 光化学烟雾 （O3 、过氧酰基硝酸酯）结果：数千人眼、咽喉刺激、疼痛、支气管炎症； 1953年 1- 2天内65岁以上老人死亡400人。,37,1984年12月3日凌晨，印度博帕尔市的美国联合碳化物属下的联合碳化物(印度)有限公司设于贫民区附近一所农药厂发生异氰酸甲酯泄漏。造成了2.5万人直接致死，
15、55万人间接致死，20多万人永久残废的人间惨剧。现在当地居民的患癌率及儿童夭折率，仍然因这一灾难远比其他印度城市为高。由于这次事件，世界各国化学集团改变了拒绝与社区通报的态度，亦加强了安全措施。这次事件也导致了许多环保人士以及民众，都强烈反对将化工厂设于邻近民居的地区。,博帕尔毒气泄漏事件,38,1953年首先在日本九州熊本县水俣镇发生。日本氮肥公司将大量含汞废水排放水俣湾，这些无机汞经微生物作用后转化为生物富集的甲基汞。大量死鱼漂浮海面，正在飞翔的乌鸦和海鸟突然坠海，很多家畜和家禽发狂致死。患者症状初始是口齿不清、步态不稳、面部痴呆；进而耳聋眼瞎、全身麻木；最后神经失常、身体弯弓高叫而死。,
16、慢性中毒作用,水俣病,39,起源于日本富士县，20世纪初期，发现该地区的水稻普遍生长不良。1931年又出现了一种怪病，患者大多是妇女，病症表现为腰、手、脚等关节疼痛。然后患者全身各部位会发生神经痛、骨痛现象，行动困难，甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。后期，患者骨骼软化、萎缩，四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，就连咳嗽都能引起骨折。患者不能进食，疼痛无比，常常大叫“痛死了！”“痛死了！”有的人因无法忍受痛苦而自杀。这种病由此得名为“骨癌病”或“痛痛病” 。痛痛病在当地流行20多年，造成200多人死亡。,痛痛病,原因是三井金属矿业公司在神通川上游发现了一个铅锌矿，洗矿石时，将含有镉的大量废水直接排入神
17、通川，这种被污染的河水灌溉稻田，经过生物的富集作用，使产出的稻米含镉量很高。人们长年吃这种被镉污染的大米，喝被镉污染的神通川水，久而久之，就造成了慢性镉中毒，痛痛病实际就是典型的慢性镉中毒。,40,“二战”期间，杀虫剂“滴滴涕”的成功使用带来了农作物的增产，发明者瑞士化学家穆勒获得诺贝尔奖。几十年后，一个残酷的现实摆在了人类面前：“滴滴涕”在环境中非常难降解，污染了环境，威胁到人类生命安全，为此，“滴滴涕”被世界各国禁用。诺贝尔奖协会也收回了对穆勒的奖励，并向公众致歉,双对氯苯基三氯乙烷(Dichlorodiphenyltrichloroethane),41,苯并芘是一类具有明显致癌作用的有机
18、化合物。它是由一个苯环和一个芘分子结合而成的多环芳烃类化合物。吸烟烟雾和经过多次使用的高温植物油、煮焦的食物、油炸过火的食品都会产生苯并芘。日本人曾将苯并芘涂在兔子的耳朵上，涂到第40天，兔子耳朵上便长出了肿瘤。,在德国某地区，当大气环境中BaP浓度为0.10.125g/m3时，居民患肺癌死亡率为2.5人/万人；当浓度达到0.170.19g/m3时，肺癌死亡率增加到3.53.8人/万人。,环境污染物的致癌、致畸、致突变三致危害,42,环境内分泌干扰化学物Endocrine Disrupting Chemicals，EDCs,是一类能引起有机体不良健康反应的环境污染物质。依据其作用和功能可分为
19、:,如烷基酚类、多氯联苯类、二恶英类、有机氯农药、双酚A、邻苯二甲酸酯类等,43,环境激素是指外因性干扰生物体内分泌的化学物质，这些物质可模拟体内的天然荷尔蒙，与荷尔蒙的受体结合，影响本来身体内荷尔蒙的量，以及使身体产生对体内荷尔蒙的过度作用，使内分泌系统失调。进而阻碍生殖、发育等机能，甚至有引发恶性肿瘤与生物绝种的危害。,EDCs无处不在,工业废水、生活污水和废气中，在人们日常的食物中也可能存在。它们可通过食品、水、空气等进入机体，并在体内直接或间接影响正常的激素代谢。,44,牙科治疗用的填充物-含有双酚A诱导体,染发剂中含有有毒化学物质，可能会有致癌性,合成洗涤剂主要表面活性剂-LAS(烷
20、基苯磺酸钠),45,聚氯乙烯塑料玩具,罐头内壁环氧树脂材料,鱼贝类是受二噁英污染最严重的食物,46,EDCs特点及危害,EDCs多数为脂溶性，化学性质稳定，可通过食物链富集，进入机体后半衰期较长，可在机体内长期蓄积，难以生物降解，不易排出甚至不排出，即使微量也会影响动物及人类的内分泌系统，引起某些鱼类、鸟类、爬行动物及哺乳类动物出现生殖器官变异，内分泌系统失常。它们甚至有引发生殖系统恶性肿瘤的可能性，所以早在上个世纪著名的环保专家出云谕明将它们比喻为威胁人类存亡的定时炸弹。,47,有些野生动物，如美洲鳄和北极熊暴露于EDC后引起生殖和发育异常, 已在实验室中通过实验得到重现，证实了EDCs在其
21、中所起的作用。,美洲鳄,北极熊,48,EDCs与性比,2005年7月版人类生殖（Human Reproduction）报道，瑞典对渔民暴露于EDCs的一项研究发现: EDCs水平增高引起Y染色体精子比例上升，表明EDC暴露能使男女孩的性比失衡。,环境激素对人类危害多种多样，对人类健康影响主要有致癌性、致畸性以及免疫抑制性等，其中尤以造成人体生殖功能异常最为引人注目。,49,目前，环境激素主要有二噁英和DDT等有机氯系物质、含锡或铅等重金属的有机化合物、苯二甲酸酯或双酚等聚酯添加剂等。其中，以二噁英的毒性最大。,50,二恶英(Dioxin) 是一种无色无味的脂溶性物质，并不是一种单一物质，而是结
22、构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物。多氯二苯并-对-二恶英 简称PCDDs和多氯二苯并呋喃 (简称PCDFs),包括210种化合物，这类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可溶于大部分有机溶剂，非常容易在生物体内积累，对人体危害严重,具有类似于“12大危害物”的特性,“12大危害物”是一组被称为持久性有机污染物的危险化学物质。,毒性是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世纪之毒”之称。二恶英除了具有致癌毒性以外，还具有生殖毒性和遗传毒性，直接危害子孙后代的健康和生活。因此二恶英污染是关系到人类存亡的重大问题，必须严格加以控制。国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物。
23、,51,二恶英常以微小的颗粒存在于大气、土壤和水中，主要的污染源是化工冶金工业、垃圾焚烧、造纸以及生产杀虫剂等产业。日常生活所用的胶袋，PVC（聚氯乙烯）软胶等物都含有氯，燃烧这些物品时便会释放出二恶英，悬浮于空气中。电视机不及时清理，电视机内堆积起来的灰尘中，通常也会检测出溴化二恶英。而且含量较高，平均每克灰尘中，就能检测出4.1微克溴化二恶英。,枯叶剂中含有二噁英,垃圾燃烧的烟雾产生二噁英,香烟烟雾,汽车废气,52,2011年01月，德国多家农场传出动物饲料遭二恶英污染的事件，导致德国当局关闭了将近5000家农场，销毁约10万颗鸡蛋，这次污染事件发生在德国的下萨克森邦，被发现当作饲料添加物
24、的脂肪部分遭到二恶英污染，对饲料厂样品进行的检测结果显示，其二恶英含量超过标准77倍多。卫生人员对这些农场生产的鸡蛋进行实验室检验发现，38次检验当中，有5次不合格。有消息称，大量德国鸡蛋疑似受到有毒化学原料二恶英的污染，并且这些鸡蛋已经出口至荷兰。,53,持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，简称POPs）,1977年美国环保局根据有机物的毒性、生物降解的可能性以及在水体中出现的几率等因素，从7万种有机化合物及其他污染物中筛选出65类129种优先控制的污染物（US prefered controlled pollutant in water） ，俗称“
25、黑名单”。其中有机化合物有114种，占88.4%。我国1989年也通过了水中优先控制的污染物“黑名单”，确定的 68种有毒化学污染物,其中有机毒物占58种,其余10种为无机污染物，“黑名单”中的污染物绝大多数属于持久性有机污染物。,54,1、POPs定义 持久性有机污染物（POPs）：是在环境中长期残留和长距离迁移，具有脂溶性和生物蓄积性，对人类和野生动植物有高毒的系列有机化合物。,55,致癌、致畸、致突变,性别变异和行为失常,高毒性：低浓度时也会对生物体造成伤害,例如,二恶英类物质号称是世界上最毒的化合物之一 。,2、POPs 的特点,56,积聚性 具有高亲油性和高憎水性, 其能在活的生物体
26、的脂肪组织中进行生物积累, 可通过食物链危害人类健康。,生物积累,生物浓缩,105,水,蚤,鱼,鸭,1,加拿大安大略湖的黑背水鸟对多氯联苯的富集2500万倍,二恶英,二恶英,持久性 具有抗光解性、化学分解和生物降解性, 例如, 二恶英系列物质在土壤和沉积物中约17年到273 年。,57,流动性（长距离迁移性）因其具有半挥发性和持久性，可以通过风和水流传播到很远的距离。象北极圈这种远离污染源的地方都发现了POPs污染。,58,3、POPs来源与种类杀虫剂、工业化学品、生产副产品,城市垃圾、医院废弃物、木材及废家具不完全燃烧，焚烧、汽车尾气、有色金属生产和铸造、炼焦、发电、水泥、石灰、陶瓷等工业生
27、产废气等都是城市大气POPs主要来源。POPs物质有数千种之多，它们通常是具有特殊化学结构的物质。,59,联合国环境规划署 (UNEP）国际公约中首批控制的三类12种POPs是：艾氏剂（六氯-六氢-二甲撑萘 ）、狄氏剂（六氯-环氧八氢-二甲撑萘 ）、异狄氏剂（六氯-环氧-八氢-挂-二甲撑萘 ）、DDT（双对氯苯基三氯乙烷 ）、氯丹（C10H6Cl8 ）、六氯苯、灭蚁灵（十二氯代八氢-亚甲基-环丁并戊搭烯 ）、毒杀芬（氯化莰 ）、七氯、多氯联苯、二恶英和苯并呋喃。 其中，前9种属于有机氯农药。多氯联苯是精细化工产品，后2种是化学产品的衍生物杂质和含氯废物焚烧所产生的次生污染物。,2001年5月2
28、2日，包括中国在内的90个国家的环境部长在瑞典斯德哥尔摩签署了关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约决定禁止或限制使用12种持久性有机污染物,60,1998年6月，在丹麦奥尔胡斯召开的泛欧环境部长会议上，美国、加拿大和欧洲32个国家正式签署了关于长距离越境空气污染物公约提出16种POPs，除UNEP提出12种物质之外，林丹(99.5%的六六六）、氯化石蜡、多溴联苯醚和五氯酚等也被纳入POPs体系。,61,POPs在水体中的半衰期大多在几十天至20年，个别长达100年；在土壤中半衰期大多在1-12年，个别长达600年；而它们的生物富集因子（BCF）高达4000-70000之间。以上性质决定了POP
29、s对人体健康和生态环境具有极大的危害。,4、POPs对人体危害,62,在一定条件下,如光、微生物、物理化学等作用下POPs可以降解，但其污染与迁移的广泛性、多样性与严重性给POPs治理与消除带来很大的困难。相反，人类无时无刻在广泛接触到来自于工业和环境的微量有机污染物。因此，POPs对人体的急、慢性毒作用和“三致”效应不容忽视。,63,内分泌干扰 免疫毒性 生殖系统毒性 POPs 人体危害 神经系统毒性 内脏器官毒性 三致作用,Air,Food,Water,64,日本米糠油事件,1968年3月，日本的九州、四国等地区的几十万只鸡突然死亡。当年610月，有4个家庭13口人患原因不明的皮肤病，初期
30、症状为痤疮样皮疹，指甲发黑，皮肤色素沉着，眼结膜充血等。至1977年，因此病死亡人数达数16人 ，1978年，确诊患者累计达1684人。调查发现在死者五脏和皮下脂肪中发现了多氯联苯，一种化学性质极为稳定的脂溶性化合物，可通过食物链而富集于动物体内。多氯联苯被人畜食用后，多积蓄在肝脏等多脂肪的组织中，损害皮肤和肝脏，引起中毒。初期症状为眼皮肿胀，手掌出汗，全身起红疹，其后症状转为肝功能下降，全身肌肉疼痛，咳嗽不止，重者发生急性肝坏死、肝昏迷等，以至死亡。调查发现，九州一个食用油厂在生产米糠油时，因管理不善，操作失误，致使米糠油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体多氯联苯，造成食物油污染。,65,问题
31、提出，这些化学污染物是什么成分？形态如何？在环境中如何变化？对人类的健康有什么影响？如何控制？,80-90的环境污染问题是由化学物质引起的。,66,1. 什么是环境化学 (1) 环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的，以化学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的新型学科。 (2) 定义 ：环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支。,67,（3）研究内容：有害物质在环境介质中存在的来源、浓度水平和形态；它们在个别环境介质中和不同介质间
32、的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。(4)研究特点：从微观的原子、分子水平上研究宏观的环境现象与变化的化学机制。(5)核心：研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。,68,分支学科,69,3. 环境化学的发展动向,70,随着环境问题日益严峻和人们认识提高，环境化学研究出现新趋势。目前，国际上较为注重元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的地球生物化学循环及其相互耦合研究；重视化学品安全评价；重视臭氧层破坏、气候变暖等全球性问题。最近，美国环境化学家提出“为21世纪环境而设计” ，支持以创造无污染生产过程为
33、目的的环境良性化学。下面按分支学科对发展方向做简要介绍：,环境分析化学,环境分析化学的发展重心转向环境中微量、痕量有害化合物的分析,主要是“三致”有机化合物的痕量、超痕量分析,如饮用水、室内空气中剧毒化学物质;有机氮和有机磷、农药及除草剂;因工业废气及固体废弃物分解、挥发、燃烧等产生的芳烃、挥发烃、酯、醛等有机组分等。环境分析灵敏度平均每十年提高三个数量级。大量微型化、高灵敏度传感器因符合环境分析化学的发展需要, 更是应运而生,71,环境污染化学环境污染化学主要研究环境污染物的产生、迁移、转化、累积、降解、危害及归宿。一般可分为大气污染化学, 水污染化学, 土壤污染化学和生态污染化学以及多介质
34、污染化学。大气污染化学目前, 臭氧层破坏、酸雨和温室效应已成为全球性的环境问题, 因而平流层和对流层化学一直是大气化学研究的重要内容。,72,水体、土壤污染化学和多介质环境化学研究热点有: 土壤/ 沉积物间有机物和无机物的环境行为及转换机制; 水与底泥界面营养元素的转化及其向水体中的再释放机制, 大气微粒与表层水之间的污染物行为。,73,污染控制化学在水污染控制中, 化学处理技术朝深度处理、资源综合利用和在线自动监测控制等方向发展。多相光催化氧化因对多种有机物有明显去除优势, 已从反应机理的理论研究逐步转向实际应用(如处理染料废水) 。此外, 结合生物降解的化学深度氧化也是研究热点。微污染水源
35、水深度净化已出现的纳滤膜、预臭氧化及新型生物反应器(膜生物反应器和电生物反应器) 等新技术。红外加热器用红外线摧毁有害物。,74,生态化学综合环境化学、生物学、毒理学研究大量化学物质在环境中引起生态效应和对人体健康的影响是生态化学研究的主要内容。目前最引人注意的是研究外来因素通过自由基引发癌形成的过程, 以及此过程的预警和阶段预防方法。目前研究的热点物质为类雌激素有机污染物、有机氯化物、农药和多环芳烃、多氯联苯等。对物质危害性研究重点已由直接毒性转到间接毒性, 由人类转到野生生物, 地区范围也由局部环境扩展到全球性环境生态系统, 如对热带、温带、气候差别较大的地区环境。,75,76,第三节 环
36、境污染物,环境化学研究的对象：环境污染物（进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质，大部分环境污染物是由人类的生产和生活活动产生的）有些物质原本是生产中的有用物质，甚至是人和生物必须的营养元素，由于未充分利用而大量排放，可能成为环境污染物；有的污染物进入环境后，通过物理或化学反应或在生物作用下变成危害更大的新污染物，也可能降解成无害物质；不同污染物同时存在，毒性会降低或增大。,一、环境中的重金属,主要是汞、镉、铅、锌、铜、钴、镍、钡、锡、锑等，从毒性角度通常将砷、铍、锂、硒、硼、铝等也包括在内。,77,1. Lewis软硬酸碱理论（HSAB）,半径小、电荷高或者较高
37、的电负性、可极化度小：硬；离子化半径大、电荷小或者较小的电负性、可极化度大：软；共价键路易斯硬酸：H+、Na+、K+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Al3+、Cr3+、Fe3+、As3+ Intermediate：Co2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+路易斯软酸：Cu+、Ag+、Hg22+、Pd2+、Cd2+、Pt2+、Hg2+、CH3Hg+ 路易斯硬碱：H2O、OH-、F-、Cl-、PO43-、SO42-、CO32-、O2- Intermediate：Br-、NO2-、SO32-路易斯软碱：SH-、S2-、RS-、CN-、SCN-、CO、R2S、RSH、RS-,
38、78,2 . 形态 speciation,水环境：吸附解吸、溶解沉淀、氧化还原、配合、胶体结合态土壤环境：水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、金属氧化物结合态、有机物结合态、硫化物结合态、残渣态等金属有机污染物：有机汞、有机锡、有机砷、有机硒,79,铝是人们家用餐具的材料，而铝离子能穿过血脑屏障而进入人的大脑组织， 会引起痴呆等严重后果； 铜、铅、锌离子态的毒性都远远大于络合态，而且络合物愈稳定，其毒性愈低；金属有机态的毒性往往大于无机态的毒性。价态不同毒性也不同，铬（VI）的毒性大于铬（III）。而亚砷酸盐的毒性比砷酸盐大60倍。价态不同，其络合能力及被土壤中腐殖酸固定程度也不同，对生态系统的威
39、胁也随之转变。如铅（II）的移动性远远小于铅（IV）。,形态研究的意义,80,3. 非降解性,重金属污染修复：稀释法：相转移：冲洗、植物修复、电动力学、热解析形态转化：固定化、价态转化,81,二 有机污染物,碳、氢、氧、氮、硫、磷和卤素原子如氟、氯、溴、碘等组成,（一）基本特性1电负性,82,2 成键单键：饱和键双键、三键：不饱和键离域键：芳香结构氢键3 立体异构(构象异构和构型异构）手性异构体非手性异构构象：椅式异构、船式异构,83,（二） 环境有机化合物的分类1 碳氢化合物BTEX（代表苯benzene、甲苯toluene、乙基苯ethyl-benzene和三个二甲苯的异构体xylene）
40、 ortho 邻 meso 间 para 对BTEX化合物是汽油中的重要组分，并广泛用作溶剂。这些化合物是土壤和地下水中最常见的污染物，尤其是苯具有很高的毒性，因此这些化合物引发了很多有关土壤和地下水修复领域的研究。多环芳烃（poly-cyclic aromatic hydrocarbon，PAH）多环芳烃类污染物在环境中的主要来源包括化石燃烧（汽油、石油、煤|）的燃烧，森林大火，矿物油（事故性的直接输入），木材防腐剂杂酚类化合物的应用等。,84,85,F（fluorine） 氟 Cl（chlorine）氯 Br（bromine）溴 I（iodine） 碘PCB（poly chlorinate
41、d biphenyl）多氯联苯，有209个同系物（congener）。PCT（poly chlorinated terphenyl）多氯三联苯，有8149个同类物,2 有机卤化合物（organic halogen）,86,87,迄今为止，PCBs和PCTs的产量超过100万吨，这些物质广泛用作蜡、打印用墨、油漆和颜料，以及电容器绝缘液、变压器散热剂、液压机液体、传热液体、润滑油、增塑剂、阻燃剂等。这些物质在生产、储存时，尤其在处置地都能进入环境。虽然PCBs和PCTs在很多国家已经禁止或严格限制生产和使用，但是它们在环境中仍然无处不在。PCBs和PCTs以及其他多氯有机物（如传统的农药DDT，
42、HCB，HCH等）在世界各地、大洋的底部乃至北极的冰雪中都可以检出，说明这类物质具有很强的远距离迁移能力。废水和饮用水中用氯进行消毒，以及造纸厂的漂白工艺等都会产生很多已知的和未知的氯代化合物，并进入环境。例如，三卤甲烷化合物（THMs）就是这些氯代污染物中比较重要的一类，其中包括CHCl3、CHBrCl2、CHBr2Cl及CHBr3等。,88,在天然和人工合成化学物质中存在的杂原子中，氧具有非常独特的地位，因为氧原子是很多重要官能团的组成部分。氧具有很高的电负性（3.5），可以与氢原子、碳原子、氮原子、磷原子和硫原子形成极性共价键。这些官能团对化合物的理化性质和反应性具有重要影响。,3 含氧
43、官能团, 醇和醚官能团 最简单的含氧官能团是氧原子分别与碳原子和氢原子形成单键或氧原子与两个碳原子分别形成单键。前者形成羟基或醇官能团（ROH），后者为醚官能团（R1OR2）。性质：形成氢键。ROH基团在水溶液中可能会发生解离，即相当于弱酸。一些酚类化合物容易氧化，形成稳定的自由基。,89, 醛酮基团醛和酮很适合用做各种溶剂（例如甲醛、丙酮等）。这些基团的反应性很强。 羧基 羧酸基团既是很强的H受体，也是很强的H供体 羧酸基团的存在将显著提高化合物的水溶解度。, 羧酸酯基团将羧酸基团中的羟基用OR基团代替可得到羧酸酯基团。由于缺少羟基，酯基只能作为H受体，因此酯基对化合物水溶解度的影响要比相应
44、的羧基小。邻苯二甲酸酯类物质主要用作增塑剂，在全球的年产量超过100万吨。一些情况下，真正具有生物活性的物质是“游离的”羧酸，可根据需要将酯类物质设计成具有完全不同的理化性质，通过酯基在靶位上的缓慢水解来持续地提供活性物质。,90, 胺基胺基会参与氢键的形成（大多数情况下为H-受体，只有伯胺和仲胺可以作为H-供体）。胺基是弱碱，在水溶液中可以获得一个质子，形成铵阳离子。胺基可以作为电子供体。用作抗氧化剂。 硝基硝基具有很强的吸电子性质。硝基具有强氧化性。(3)偶氮类(4)三嗪类 (5)季铵盐,4 含氮官能团,偶氮品红,91,5 含硫官能团在有机分子中硫具有很多不同的氧化态（从-2到+6）。硫原
45、子周围可以环绕10个电子（如亚砜）甚至12个电子（如砜、磺酸及衍生物），这种能力使其能够发生同族元素氧所不能发生的氧化还原反应。硫与氧之间另外一个重要的区别是硫的电负性（2.5）比氧要小得多，因此参与形成氢键的能力也弱得多。在含有氧化硫原子的官能团中，最重要的是芳香族磺酸基团。例如线性烷基苯磺酸盐（LAS）。LAS生产和应用量大，每年大于二百万吨。,R=C10C13 线性烷基苯磺酸盐(LAS)(表面活性剂),92,6 含磷官能团理论上虽然磷也像氮一样具有很多氧化态（从-3到+5），但在与环境相关的化学物质中，磷原子主要以氧化的形态出现，即+3和+5。例如：农药、增塑剂、阻火剂、化学武器，沙林。
46、7 Emerging chemicals 溴取代、氟取代、个人护理品、个人保健品、药物等新型污染物,三、POPs,四、环境内分泌干扰物,93,第四节 环境污染物的迁移转化,迁移：污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集，分散和消失的过程 。转化：污染物在环境中通过物理，化学或生物的作用改变存在状态或转变为另外一种物质的过程。 污染物迁移（transfer）转化(transform)常常同时进行。,94,环境污染物的迁移转化,迁移过程 transport processes 机械迁移：运移（富集、分散） 物理化学迁移: 溶解-沉淀、氧化-还原、水解、配位或螯合、吸附-解吸等作用实现迁移；有机污染物还可通过化学分解、光分解和生物分解进行迁移。,95,生物迁移: 生物体吸收、代谢、生长、死亡，以及通过食物链传递产生的放大和积累等作用实现迁移。,物理过程: 蒸发、渗透、凝聚、吸附、 放射元素蜕变等。 化学过程： 氧化-还原、水解、配位或 螯合、光化学氧化等。 生物过程： 生物体吸收、生物代谢等。,96,汞在环境中的迁移转化过程,
