环境化学第一章2013.ppt

环境化学与监测 主讲老师：邱海鸥 联系电话E-mail： * * 1 1 教材介绍 教材: 夏立江 主编. 环境化学.北京:中国环境科学出版社, 2003. 韦进宝、钱沙华环境分析化学北京：化学工业出版社， 2002 DateDate 2 2 参考书目 l参考书 l环境化学，华东理工大学出版社，何燧源 l环境化学进展，戴树桂， 2005，化学工业出版社 l参考刊物 l环境化学，核心期刊，影响因子1.393 l环境科学学报,核心期刊，影响因子1.076 l环境科学研究,核心期刊，影响因子1.089 l中国环境科学，核心期刊，影响因子1.062 l环境科学，核心期刊，影响因子1.310 l分析化学，核心期刊：影响因子0.790 l光谱学与光谱分析，核心刊物，影响因子1 .360 lChemosphere IF 3.054 lEnviron. Sci. Technol.IF 4.458 lThe Science of the Total EnvironmentIF 2.579 lWater Research IF 3.587 DateDate 3 3 学习方法 l明确学习目的 l多看文献，采百家之长 l善于思考，勇于挑战 DateDate 4 4 请说明选修本课程的目的以及自己的专业兴趣和爱好 (注明班级和姓名) DateDate 5 5 第1章 绪论 本章从当今世界和我国面临的主要环 境问题入手，介绍环境化学环境分析 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,要求了解环境化学的任务 ，明确环境化学课程学习的目的。 DateDate 6 6 1.1 概述 1 环境化学研究的是什么？ 2 污染物有哪些环境效应？ 3 如何利用所学的知识解决实际问题？ DateDate 7 7 人类面临的十大环境问题 p酸雨 p温室效应或气候变暖 p臭氧层破坏 p土地沙漠化 p森林面积减少 p物种灭绝与生物多样性锐减 p水环境污染与水资源危机 p水土流失 p城市垃圾成灾 p大气环境污染 与化学物质有关的 与物种和生态有关的 DateDate 8 8 1.1.环境化学定义环境化学定义 环境化学是一门研究化学物质在环境介质（大气 、水体、土壤、生物）中的存在形态、化学特性 、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学 。 1）要掌握污染物在环境中的存在形态、化学特性、行为和 效应 2）人们是怎样进行研究，现有的理论和方法有哪些？ DateDate 9 9 环境化学的形成 分析化学 高分子化学 工程化学 物理化学 有机化学 无机化学 环境 与环境结合 环境污染化学 与环境结合 环境理论 化学 与生命科学结合 污染生态化学 污染控制 化学 用于污染控制 环境分 析化学 用于环境 DateDate1010 环境监测的定义 环境监测是研究如何运用现代 科学理论和先进实验技术来 鉴别和测定环境中化学物质的种类、成分、含量以及化学 形态的科学。 DateDate1111 l 种类繁多 污染物质化学物种的多样化所导致的，仅美国环保局 规定的水体优先监测污染物就有一百多种，其中有铜 、铅、锌、镉等重金属，氰化物、氮氧化物等无机污 染物，烷烃、多环芳烃等有机污染物； 样品来源广泛，有空气、水、沉积物、土壤、固体废 渣、生物体及其代谢物 环境监测的特点 DateDate1212 l 含量低 大气、水、土壤及生物体中化学物质的本低水平极微， 一般属于痕量和超痕量分析； 某些污染元素或化合物产生毒性效应的浓度范围极低， 如汞、镉的毒性效应分别为0.001、0.01 mg/L左右；地 面水砷：0.04 mg/L；挥发性酚类物质：0.01 mg/L. DateDate1313 l 样品组成复杂 人类生产与社会活动和自然界的生物代谢过程不断地向 周围环境排放各种有害物质，环境样品中往往含有数十 至数百种不同化合物。样品的复杂性使得环境分析干扰 因素多。 DateDate1414 l 具有流动性和不稳定性 环境是一个多组成和多变的开放体系。形形色色的污染 物质进入环境后可能因为相互作用或外界影响而经历溶 解、吸附、沉淀、氧化、光解、水解、生物降解等变化 ，因此，环境样品变化大，不稳定，所采集的样品是环 境中的一部分，是动态平衡的一部分，它随气温、风向 、气压、温度的变化而变化。 DateDate1515 环境化学的形成 地球环境 atmospherehydrospheregeosphere 大气环境化学 biosphere 水环境化学土壤环境化学污染生态化学 环境化学 典型污染物在圈层间的 迁移与转化 环境修复绿色化学 DateDate1616 环境化学的战略任务 l识别化学污染物的来源、种类和数量，提供分析技 术 l从分子水平上认识化学污染物的环境行为、评价生 态效应风险 l为化学污染物的管端治理和污染环境的原位修复提 供原理和手段 l为从源头治理因化学物质引起的环境污染，提供环 境友好技术 l为化学污染物的性质和环境未来变化趋势的描述以 及环境标准的制定提供基本原理和基础数据 DateDate1717 环境化学的研究内容 p有害化学物质在环境介质中的存在的浓度水平和形态； p潜在有害化学物质的评价； p在个别环境介质以及不同环境介质间的环境化学行为； p有害化学物质对人体健康产生效应的机制以及风险性； （甲基汞、DDT、多氯联苯和三丁基锡的教训） p有害化学物质的消除以及防治。 日本的水俣病三丁基锡 DateDate1818 水 俣 病 1965年，日本熊本县发生了水俣病。 原因是在县内的阿贺野川上游60公里以外的昭和电 气公司排出的含汞废水。 水俣岛 DateDate1919 汞的生物放大 Hg2 Hg(CH3)2 浮游生物小鱼中鱼 大鱼 人和猫 5%吸收 100%吸收 血脑屏障大脑 0.00001ppm 0.0001ppm 0.0010.002ppm0.20.5ppm0.81.5ppm 15ppm 为什么水俣病只出 现在人和猫身上？ 甲基汞的特性:脂 溶性、原形蓄积和 高神经毒 鲶鱼体内的汞的含 量高达10 20ppm 为什么两条途径引 起的后果不一样？ ？ 甲基钴胺素 DateDate2020 伊朗南部港口贾斯克附近海滩 认识三丁基锡 2007年9月份共有152条海豚死在这一带的海滩上 DateDate2121 认识三丁基锡 DateDate2222 三丁基锡 认识三丁基锡 DateDate2323 三丁基锡 认识三丁基锡 DateDate2424 于是，中毒的海豚迷失了方向，冲向了沙滩！ 慎用化学物质！ 认识三丁基锡 DateDate2525 环境化学的发展 l孕育阶段20世纪60年代 l形成阶段19701980 l发展阶段19801990 l生命元素的生物地球化学循环、化学品的安全评价、化学物 质在多介质间面间的迁移和转化、臭氧层破坏、温室效应增 强等研究 l成熟阶段19902000 l内分泌干扰物的筛选、大气中自由基化学、冰晶表面的光化 学、气溶胶多相化学反应、湖泊富营养化促进因子、重金属 存在形态及其转化、土壤中有机物的降解、土壤中温室气体 的释放、分子水平的生态毒理学、环境的原位修复等 DateDate2626 我国环境化学研究进展 l湖泊富营养化、水污染治理、垃圾处理、水体颗 粒物和难降解污染物环境化学行为和生态毒理效 应、区域酸雨的形成与控制、有毒有机物的结构 效应、烟气脱硫脱硝的一体化技术、大气中二氧 化碳的固定技术、纳米光催化技术 l具有我国特色的研究成果 l稀土农用的环境化学行为及生态毒理效应研究（倪嘉 瓒） l农药在环境中的变化及生态效应（叶常明） DateDate2727 2. 元素的生物地球化学循环 DateDate2828 2. 元素的生物地球化学循环 大气中的CO2 溶解作用和化学过程 溶解性无机碳，主要 为HCO3- 化学沉淀作用 和无机碳结合 于微生物外壳 不溶解性的无机碳 ，主要为CaCO3和 CaCO3MgCO3 溶解的CO2的溶 解（离解）作用 生物降解光合作用 固定的有机碳（ CH2O）和异型生物 质的碳 石油原料生产 的异型生物质 生物地球 化学过程 固定的有机烃类 （CxH2x）和油母 页岩 碳的循环 DateDate2929 2.元素的生物地球化学循环 大气圈N2，一些N2O，痕 量NO，NO2， HNO3,NH4NO3 生物圈生物结合氮， 比如蛋白质中的氨氮 （NH3） 人类活动圈NH3， HNO3,NO,NO2,无机硝 酸盐,有机氮化合物 化肥、含氮 污染物 采矿的硝 酸盐 水圈和岩石圈 的溶解的NO3-， NH4+，在死生物 质和化石燃料中 的有机结合氮 化肥，NO3- 分解产生的 NH4+,NO3- 来自沉降的溶解NH4+ ，NO3- 微生物演化散出N2 ，N2O，NH3 分子N2的固定作用 ，像氨基氮 N2的固定， 像NH3 污染物的排放， NO，NO2 氮的循环 DateDate3030 2.元素的生物地球化学循环 可溶性无机磷酸盐， HPO42-，H2PO4-和聚磷 酸盐 不溶性的无机磷酸盐，如 Ca5(OH)(PO4)3，或磷酸铁 生物磷，主要是核酸， ADP，ATP 沉积物中生物有机和无机磷酸盐 化肥径流，废水 ，洗涤剂废物 溶解 沉淀作用 磷的循环 生物降解 异型生物质 的有机磷酸 盐 生命体的同化作用 DateDate3131 2. 元素的生物地球化学循环 大气中的硫，SO2，H2S， H2SO4，CS4，（CH3）2S H2S和金属氧化物，FeS生物硫,包括-SH 硫酸根还原 硫化物氧化 硫的循环 可溶和不可溶形式的 无机SO42- 大气中的硫物种与其他环境 圈层中硫物种的相互变化 生物降解 异型生物质的硫，比如 杀虫剂中的P=S功能团 分解 H2S氧化 元素硫，S 硫氧化 微生物产生的小分子中的有 机硫，如-SH和R-S-R族 生命体的同化作用 微生物代谢 DateDate3232 3.环境化学的发展动向 v环境分析化学：检测、形态、结构、同位素 v各圈层环境化学：污染物在大气、水、土壤环 境中的形成、迁移、转化和归趋；以及生态效 应。 v污染控制化学：控制污染的化学机制和工艺技 术中的基础向化学问题。 DateDate3333 l大气颗粒物 l酸沉降 l大气有机物 l痕量气体 l臭氧耗损 l全球变暖 环境化学研究对象 大气环境化学研究对象大气环境化学研究对象 l河流 l湖泊 l水库 l河口 l海湾、近海海域 l地下水污染 水环境化学研究对象水环境化学研究对象 DateDate3434 农用化学品在土壤环境中的迁移转化和归趋 及其对土壤和人体健康的影响。 环境化学研究对象 p有机物在土壤中有何降解和迁移规律 ？ p天然温室气体的释放？ p污染物在固液界面上的化学过程？ p重金属在土壤-植物间的迁移过程？ 土壤环境化学研究对象 DateDate3535 环境化学分支学科划分 研究领域分支学科 环境分析化学 环境有机分析化学 环境无机分析化学 各圈层的环境化学 大气环境化学 水环境化学 土壤环境化学 环境生态化学 环境工程化学 大气污染控制化学 水污染控制化学 固体废物污染控制化学 DateDate3636 1.2 污染物的环境效应 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环境污染物。 氟利昂 CCl2F2 CCl3F FCl2CCClF2 Cl F +O3 = O2+ FO ClO DateDate3737 1、环境污染物 无机物 p氰化物、一氧化碳、氮氧化物、卤化物、卤 间化合物、次氯酸及其盐、硅的无机化合物、 无机硫磷化合物、卤间化合物 p重金属、准金属、卤素、臭氧、黄磷 元 素 DateDate3838 1、环境污染物 有机污染物 p含氧有机化合物：环氧乙烷、醚、醇、醛、 酚、有机酸、脂、酐、酚类化合物 p 含氮有机化合物：胺、腈、硝基甲烷、硝基 苯、三硝基甲苯、亚胺 p烃类有机化合物: 烷烃、芳烃、多环芳烃 p金属有机和准金属有机化合物：四乙基铅、 羰基镍、有机砷、二苯铬、有机锡 DateDate3939 2、污染物的环境效应 l环境物理效应：噪声、地面沉降、热岛效应、 温室效应； l环境化学效应：湖泊的酸化、土壤的盐碱化、 光化学烟雾、酸雨； l环境生物效应：大型水利工程、三致物质等。 环境效应：人类的生产和生活活动或者自然过程对 环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和 功能发生变化。 DateDate4040 3、污染物的迁移转化过程 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 作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。 （物质性质的变化）. DateDate4141 (1) 污染物的迁移方式 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 、配位和螯合、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。 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迁移和积累作用。 迁移方式 transport processes DateDate4242 汞在环境各圈间的迁移转化 空气 水 沉积物 CH4 （CH3）2Hg C2H6 Hg CH3Hg CH3Hg （CH3）2Hg Hg22Hg2Hg Hg 微生物 鱼 微生物 微生物 微生物 污染物的迁移还可以在单一的环境中进行或者