1、无机化学与环境保护 摘要： 现代科学技术的发展，人类的活动对环境的影响越来越大， 人类的生存与发展需要一个良好的自然环境 ,但是人类在充分享受现代文明的同时 ,却面临着人口的压力 ,资源的短缺 ,环境的恶化和生态危机等一系列的世界性难题。 环境的污染与化学存在着很大的关系。环境保护已经成为一个全球性的问题。 关键词： 无机化学；环境保护；环境污染 引言 环境是一个非常复杂的体系，我们涉及的主要是人类的生存环境。人类生存的环境分为自然环境和社会环境。环境污染已经成为一个全球性的问题。环境污染是指有害物质和因子进入环境并在环 境中扩散、迁移、转化，使环境系统的结构与功能发生变化，对人类以及其他生物
2、的生存和发展产生不利影响的现象。 1 元素在生物体中的存在形态 元素在生物体中以不同形态存在，大致可分为四种情况 。 （ 1）物结构物质： Ca、 F、 P、 Si 和少量的 Mg，以难溶无机化合物形态存在于硬组织中，如 SiO2、 CaCO3、 Ca10(PO4)6(OH)2 等。（ 2）有电化学功能和信息传递功能的离子： Na、 Mg、 K、 Ca、 Cl 等，分别以游离水合阳离子和阴离子形式存在于细胞内、外液小，两者之间维持一定浓度梯度。（ 3） 生物大分子：这里系指蛋 白质、肽、核酸及类似物等，需要金属元素 (例如， Mo、 Mn、 Fe、 Cu、 Co、 Ni、 Zn 等 )结合的大
3、分子，包括具有催化性能和贮存、转换功能的各种酶。（ 4）小分子：属于这一类的元素，一般有 F、 Cl、 Br、 I、 Cu 和 Fe，存在于抗生素中； Co、 Cu、 Fe、 Mg、 V和 Ni 等存在于卟啉配合物中； As、 Ca、 Se、 Si 和 V等存在于其它小分子中。 总之，生命必需元素在生物体内的化学形态十分复杂，还有待进一步研究 2 污染元素对人体健康的的危害 目前在人体组织中发现的元素数目已多达 70 余种，仅在血液中就含有 30 多种 元素。除了上述生命元素外，其余元素是随着自然资源的开发利用和工业发展而进入环境，它们通过大气、水源和食物等途径而侵入机体，成为人体中的污染元素
4、。大部分污染元素为金属离子，它们在体内的积累，往往会干扰正常的代谢活动，对健康产生不良的影响，甚至引起病变。主要污染元素对机体的危害见下表。因此，治理环境污染，保障人类健康，是当前世界各国十分重视的课题。 表 1 污染元素对人体的危害 元素 危害 最小致死量 /10-4% Be 致癌 4 Cr 损害肺，可能致癌 400 Ni 肺癌，鼻窦癌 180 Zn 胃癌 57 As 损害肝、肾及神经，致癌 40 Se 慢性关节炎，浮肿等 3.5 Y 致癌 - Cd 气肿，肾炎，胃痛病，高血压，致癌 O.3 0.6 Hg 脑炎，损害中枢神经及肾脏 16 Pb 贫血，损害肾赃及神经 50 3 环境化学污染 由
5、于缺乏环保意识，人类的生产、生活活动在创造了物质文明的同时，也破坏了生态环境，主要表现为排放了大量废气、废水、废渣及垃圾污染了环境；超度用水、滥伐森林、破坏植被，使江湖枯竭、土地荒漠化。 3.1 大气中的化学污染 空气是人类和一切生物一刻也不能缺少的物质。一个成年人 每天需要 10 12m3空气，如果 5 天内不饮水， 5周内不吃饭，尚能生存，但 5 分钟不呼吸空气，就会死亡。由此可见，空气对维持生命的重要性 1 大气是多种气体的混合物，可分为恒定的、可变的和不定的组分。恒定组分是指大气中 20.95 (体积 )的氧， 78.09的氮， 0.93的氩，仅此三者已达 99.97，此外，还有微量的
6、氖、氦、氪、氙、氡等稀有气体成分。上述比例在地球表面任何地方几乎均可视为恒定的。可变组分是指大气中的二氧化碳和水蒸气。它们的含量随季节、气象等变化而不同，在通常情况下 , 二氧化碳含量为 0.02 0.04，近年来已上升到 0.33。水蒸气的含量约为 0 4。不定组分是指大气中的煤烟、尘埃、硫氧化物 (SOx)、氮氧化物 (NOx)、碳氧化物 (CO、 CO2)等。不定成分达到一定浓度，将会对人类及生物等造成严重危害。大气污染源分自然源和人为源两大类。大气的污染物种类繁多，已为人们注意的有近百种，大致可归纳为下表 所示几类。当前普遍被列入“空气质量标准”的污染物，除粉尘外，主要有 SO2、CO
7、、 NO2、 O3及碳氢化物 5种 。 表 2 大气中主要污染物 污染物 主要成分 粉尘 碳粒、尘埃、 PbO2、 ZnO、各种重 金属微粒等。 含硫化合物 SO2、 SO3、 H2SO4、 RSH 等。 含氮化合物 NO、 NO2、 NH3 等 臭氧、氧化物 O3、 CO、 CO2、 过氧化物 氯气、卤化物 HCl、 HF等 有机化合物 烃类、甲醛、有机酸、酮类、有机卤化物、多环致癌物质等 3.2 全球性大气化学污染及其危害 目前，全球性出现的几个比较严重的大气化学污染问题，如温室效应加剧引起的全球增暖、臭氧洞的扩大及加深、酸雨的危害等。这些问题彼此相关，且均影响到全球生态环境的恶化和人类的
8、健康。 3.2.1超级温室效应 本来地球上燃料的燃烧 所释放出来的 CO2和和被植物、海洋、江河、湖伯吸收的 CO2之间是保持平衡的，致使大气中的 CO2浓度能维持在一定的范围内，而大气中的 CO2、水蒸气、甲烷、氮氧化物等室温气体允许太阳光中短波辐射部分透过并到达地面，使地球表面温度升高；同时大气又能有效地吸收太阳和地球表面发出的长波辐射，仅让很少一部分热辐射返回太空，这两个过程使地球表面保持相对稳定的温度，大气能使地表温差不超过几十度的作用称为温室效应。 近 30 多年来，由于世界人口翻番，工农业迅猛发展，各种燃料消耗量急剧增加，加上人类盲目性活动 (诸如滥伐森林、烧山 开荒、填湖围海造田
9、等 )，造成大气中 CO2等温室气体含量逐年大量增加。据统计，全世界每年向大气排放 CO2100 亿吨，并且每年以 2%速度递增2世界上耗煤大国，也是 CO2等温室气体最大的排放国。 大气中 CO2的增多，使大气吸收和反射回地面的长波辐射能增大，造成地球表面温度升高。事实上， 1960 年前后 30 年对比，亚洲大部分地区平均气温升高 0.5 1 ，西伯利亚地区气温平均升高 1 3应的加剧将导致全球气候变暖，长此下去，会使高山冰川和南北极冰层融化滑动，海平面上升，沿海地区某些城市被淹没。 3.2.2 酸雨 酸雨主要是由大气中的废气 SO2和 NOx 造成的。大气中的 SO2、 SO3、NO、
10、NO2等与 O2或 H2O 在固体烟尘 (含 Fe、 Cu、 V 等 )催化下形成 H2SO4或 HNO3, 所以酸雨的主要成分是 H2SO4和 HNO3。 世界上每年排入大气中的 SO2约 1.5亿吨，我国每年约 1800 万吨4对环境危害很大，使土壤、水体酸化，危机人类的健康和农、林、牧、渔业的生产；腐蚀工厂设备桥梁、公路、建筑物，尤其是古文化遗迹。目前，世人公认世界上的三大酸雨影响区：西欧、北美和中国西南部，都是工业发达和工业快速发展地区。如美国东北部与 加拿大交界地段的湖泊曾受到严重污染。八十年代我国酸雨仅限于川贵两广地区，到九十年代酸雨已从西南、华南地区，并且大多数省都发现过酸雨。尤
11、其是贵州省的都匀市和四川的重庆市，例如都匀市降过pH=3.1 的酸雨。近年来专家们发现我国城市大气环境污染从九十年代起已从过去的以 SO2排放为主的煤烟型污染逐步转变为以氮氧化物为主的氧化性污染 5京 118 万辆汽车排放的尾气，已使我国首都成为全球大气污染严重的城市之一，对市民的呼吸系统和心血管系统的危害难以估计。 3.2.3 臭氧层损耗 自 1985 年起观测事实表明，全球大气层臭 氧总量锐减，臭氧层变薄，甚至先后在南极、北极上空发现了臭氧层空洞。 1998 年世界气象组织发表报告指出，过去几年一直出现在南极洲上空的臭氧空洞其面积已达 27 20万平方公里 (比北美洲还大 )，且深度已切入
12、大气平流层达 24 公里。当然，所谓臭氧空洞并非说该区域内已全无臭氧了，而是指某时间该地区的臭氧含量显著低于周边地区，远低于正常值。最近几年，人们又发现在欧洲上空、北半球臭氧层也在变薄，连北极臭氧层有高达 2/3 的部分已经受损。我国科学家也发现在青藏高原地区大气的臭氧含量明显低于周边地区，每年约以 0.375%的速度减 少。据统计分析，大气中的 O3每减少 1%照射到地面上的紫外光线就增加2%，皮肤癌的发病率就增加 4%左右，同时使患白内障眼疾的人数增多，还会损害人的免疫系统，妨碍生物的正常生长 6。 关于臭氧洞的成因，存在许多推测和假设，但总应包括自然变化过程和人类活动影响两个方面。对自然
13、变化过程，人类至今知之甚少，但从人类活动影响的角度，普遍认为主要原因是目前主要用作制冷剂、清洗剂、发泡剂、杀虫剂的氟里昂 (CF2Cl2、 CFCl3等 )的大量使用及排放，尤以冰箱、空调排放对臭氧层的破坏最为显著。氟里昂易挥发，不溶于水，进入大 气平流层后，受紫外线照射产生的 Cl 原子可引发破坏 O3的反应 7。 3.3 水体化学污染 防治水与生命关系关系极为密切，它是一切生命机体的组成部分（人体质量的 2/3 是水），又是生物新陈代谢的一种介质，并对生物体起着发散热量、调节体温的作用，因此，水与人类健康关系密切，并且是发展社会生产不可缺少的物质基础。 3.3.1水体化学污染 水体一般指河
14、流、湖泊、沼泽、水库、矿泉和海洋等天然谁的总称。水体污染是指自然水体中的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量，超过了水体的自净能力，导致水体的物理、化学性质发生 有害于生态环境的变化 8。 无机有毒物质：主要包括重金属离子、氰化物、氟化物和亚硝酸盐等。 重金属主要是汞、铬、镉、铅、镍、锌、铜、钴、锡等，镉和汞是毒性较大的元素。采矿、冶炼、合金制造、电镀、玻璃、油漆和颜料制造、照相材料、光电池、蓄电池、陶瓷、原子能反应堆等部门是含镉废水的主要来源。目前环境中的汞污染，主要是因为工业上汞流失的增加而造成的，其中以水银法制碱工业最为突出。其次是氯乙烯化工厂含汞催化剂废水，以及硫化汞的生产、含
15、汞农药、纸浆及造纸杀菌剂、电气设备、汞合金及医药生产中排出的废气和废水等。此外，由于汞易挥发，在某些冶炼厂的废气中含有汞蒸气。锌、镉、汞对生物的生理作用是极不相同的，微量锌是生物的必须元素，而镉和汞则相反。镉进入人体后，造成累积性中毒。首先损害肾脏，并能置换骨骼中的钙，导致骨质疏松和骨骼软化，使患者有无法忍受的骨痛感，故名“骨痛病”。经研究表明，含汞化合物在自然界中能转化为甲基汞 Hg(CH3)2 。汞中毒以甲基汞最为严重。因为甲基汞在脂肪中比在水中溶解度大，进入人体后几乎全部被吸收，在人体内停留时间长。汞中毒，最先发现于日本九洲一个小镇“水俣”，故因此而得名为“水俣病”。其症状是严重的 中枢
16、神经系统损伤、听力减弱和语言失控、四肢麻痹进而变形、失明等，甚至还造成遗传性危害，使胎儿畸形等。“水俣病”是甲基汞中毒的典型病例。因此，我国把镉和汞列为第一类污染物，而且烷基汞不得检出 9。 铅、铬毒性也很大，在铬矿冶炼、电镀、金属加工、制革、油漆、颜料、印染等工业的废水中都含有铬。在铬的化合物中 Cr( )的毒性最大， Cr( )次之， Cr( )和金属铬毒性最小。 Cr( )，有致癌作用，对消化道和皮肤具有刺激性。无论 Cr( )或 Cr( )，对鱼类、农作物皆有害，被我国列为第一类污染物。还有非金属砷、毒性 与重金属相似。 含氰废水主要来源于电镀车间、选矿厂、农药厂、制药厂。含氟废水主要
17、来源于玻璃厂、陶瓷厂、晶体管厂、农药厂及电子工业。亚硝酸盐由含氮有机物生物降解产生，这类物质是致癌物 10。 3.3.2水体化学污染的治理 水体污染的大户是工业废水，约占 74%。因此，控制工业废水污染是关键。可以从以下几个方面入手。 （ 1）改进生产工艺，发展无公害工艺，把污染物控制和消灭再生产过程中。 （ 2）提高水循环率，力求少排或不排废水。 （ 3）加强废水处理，必须达到国家规定的排放标准后再行排放。 废水处理就是应用各种技术 将废水中的有害物质分离出去，或者将其转化为无害的物质，从而达到净化水的目的。常用处理无机物废水的化学方法有：沉淀法、中和法、氧化还原法、电解法等。 结束语 随着
18、国家对环境污染问题的重视和公众环境保护意识的提高，跨世纪的环境化学任重道远。无论是控制或防治环境污染和生态恶化，还是从改善环境质量、保护人体健康、促进国民经济的持续发展等各个方面，环境化学都可以发挥重要作用。在环境监测，大气复合污染的化学机制、污染评价与防止对策，水体中复合污染及土壤多介质污染机制研究，有毒化学品生态效应及危险性评价，内分泌干扰物质的筛选，污染控制原理，环境修复技术等诸多领域，环境分析化学，大气、水体和土壤环境化学，污染生态化学，污染控制化学等分支学科都面临着挑战和良好的发展机遇。 参考文献 1 屠强 . 环境保护 J. 海洋世界 , 2006, (06): 2527. 2 赵
19、洪奎 , 李长聚 , 王克红 . 加强环境保护造福后代 J. 河南科技 , 1993, (01): 1215. 3 启君 . 绿色的经典 一份环境保护主义的宣言 J. 深圳特区科技 , 1998, (05): 4565. 4 程水源 ,郝瑞霞 ,杨智明 . 关于大气污染预测方法的新探讨 J. 环境科学丛刊 , 1991, (02): 5859. 5 王轶慧 , 朱慧 , 杨裴 . 网络传播中的环境保护宣传 J. 科技信息 (科学教研 ), 2007, (13): 4143. 6 李华友 . 加强环境保护 保障人体健康 J. 重庆社会科学 , 1998, (05): 8587. 7 顾瑞珍 . 环境保护总局 :把环境执法工作作为环境保护重中之重J. 今日国土 , 2005, (3): 6267. 8 贾金虎 . 我国环境保护进展及政策 J. 今日国 土 , 2008, (2): 2528. 9 马芳云 . 环境保护与经济发展并非不可调和的矛盾 J. 世界知识 , 1990, (21): 6365. 10 余企云 . 美国环境保护评述 J. 全球科技经济瞭望 , 1997, (06): 98102.
