无机合成引起的环境问题[1].doc

无机合成引起的环境问题 化学化工学院 陈彤 无机合成得合成对象除了一般的无机物，现已扩展到金属有机化合物、生物无机化合物、原子簇化合物、无机固体材料等方面。有关无机物的物理、化学性质及反应规律的知识及经验的积累和总结奠定了无机合成化学的基础，据此进行特定结构和性质的无机材料定向设计和合成是无机合成的发展方向。有代表的无机合成技术有：经典的水溶液化学法和高温固相反应、电解法、非水溶剂法、化学气相沉积法、电弧法、光化学法、水热法等。近年来又发展了高温、高压等极端条件下的化学合成，以及以溶胶-凝胶法为代表的在温和条件下进行的所谓“软化学”合成。 而合成后的无机物通常很多都是含有有毒金属及其氧化物、酸、碱、盐类、硫化物和卤化物等 。化工工业排放出的污染物大多都是无机合成产生的无机污染物。其中硫、氮、碳的氧化物和金属粉尘是主要的大气无机污染物。各种酸、碱和盐类的排放，会引起水体污染，其中所含的重金属如铅、镉、汞、铜会在沉积物或土壤中积累，通过食物链危害人体与生物无机污染物有的是随着地壳变迁、火山爆发、岩石风化等天然过程进入大气、水体、土壤和生态系统的。有的是随着人类的生产和消费活动而进入的。各种无机污染物在环境中迁移和转化，参预并干扰各种环境化学过程和物质循环过程，造成了无机污染物的污染。锡、镉、砷、铅、锑等的矿物开采量甚至大大超过它们的自然循环量。现代采矿、冶炼、机械制造、建筑材料、化工等生产部门，每天都排放大量的无机污染物，包括有害的元素氧化物、酸、碱和盐类等。其中硫、氮、碳的氧化物和一些金属粉尘是主要的大气污染物，可以直接危害人体和生态系统 它们有的会和烃类污染物进一步发生气相反应生成光化学烟雾，有的会发生液相反应,引起酸雨等,从而伤害动植物，腐蚀建筑材料和使土壤肥力下降。各种酸、碱和盐类的任意排放，往往引起水质恶化等后果，其中所含的重金属元素如铅、镉、汞、铜等可在土壤中积累，通过食物链在不同的营养级上逐级富集，造成更大的危害。污染物一进入大气，就会稀释扩散。风越大，大气湍流越强，大气越不稳定，污染物的稀释扩散就越快；相反，污染物的稀释扩散就慢。在后一种情况下，特别是在出现逆温层时，污染物往往可积聚到很高浓度，造成严重的大气污染事件。降水虽可对大气起净化作用，但因污染物随雨雪降落，大气污染会转变为水体污染和土壤污染。大气污染对人体的影响，首先是感觉上不舒服，随后生理上出现可逆性反应，再进一步就出现急性危害症状。大气污染对人的危害大致可分为急性中毒、慢性中毒、致癌三种。污染物大多数是由与组成生物机体相同的元素所组成，当污染物发生分解之后，有些元素（如碳、氮、硫、磷、钙、镁、钾、钠等）就可以成为生物的构成成分。有些微量元素如锰、铁、铜、钴、铬、锌、钼是高等生物都必需的营养元素。所有的植物都需要硼，大多数植物需要钒，哺乳动物则除硼、钒之外还需要碘、氟、硒、锶和铬等。但如环境中这些元素的含量超过一定限度，也会成为恶化环境质量、危害生态系统的环境污染物。例如锌在土壤中含量过高,可使作物的植株矮小,叶片萎黄。过量的锌还会使土壤酶系丧失活性，细菌数目减少，土壤微生物作用降低。其他必需的营养元素如铜、锰、钴、钒、硒、钼等含量过高都对生态系统有毒害作用和不利影响。有些元素如铍、镉、汞、镍、砷等对生物是有毒的，其中铍、羰基镍和六价铬等对实验动物有致癌作用。锑、铊、铅等也都有毒性，可以在生物体内蓄积，引起各种症状。无机合成在人类生活中占据了重要的位置 人们能切身体会和直接受益的就是合成的农药。民以食为天 药是农业生产中必不可少的生产资料，又是具有毒物属性的有害化学物质，不合理使用将导致对人体键康和生态环境的危害。随着新世纪的到来，人们对环境质量和食品安全的要求越来越高。由于种种原因，我国当前的农药污染状况不容乐观，某些地方还相当严重。提高全民的环境意识，防治农药污染越来越重要。我国是一个农业大国，农药使用品种多、用量人，其中7080的农药直接渗透到环境中，对十壤、地表水、地下水和农产品造成污染，并进一步进入生物链，对所有环境生物和人类健康都具有严重的、长期的和潜在的危害性.国“预防为主，综合防治”的植保方针确立以来，农作物病虫害防治技术水平取得了较大的成就，但也存在化学农药用量过大，一些地区单纯依赖化学农药治虫防病等突出问题。我国白1983年始限制了有机氯的生产和使用，有机氯对环境的污染状况有了极大的改善，但在原有机氯重污染区，还将出现局部的、间歇性污染在科学发展的今天，农药对生态环境的污染尤为严重。这是为什么呢?其中就包括了一个从量变到质变的过程。即可从本底值标准和农药卫生标准或生物标准两方面来理解农药污染。如果污染物的含量超过本底值，并达到一定数值就称为污染。污染物浓度超过卫生标准或生物标准，一般称之为污染或严重污染。这些都危害着人体健康，危害着生物和环境。水体中农药的来源主要是以下几个方面：向水体直接施用农药；含农药的雨水落入水体；植物或土壤粘附的农药，经水冲刷或溶解进入水体；生产农药的工业废水或含有农药的生活污水等都时刻危害着地表水和地下水的水质，不利于水生生物的生存，甚至破坏水生态环境的平衡。在有机农药大量使用期，世界一些著名河流，如密西西比河、莱茵河等的河水中都检测到严重超标的六六六和滴滴滴。有时为防治蚊子幼虫施敌敌畏，敌百虫和其他杀虫剂于水面；为消灭渠道、水库和湖泊中的杂草而使用水生型除草剂等造成水中的农药浓度过高，大量的鱼和虾类的水生动物死亡。还在一些农药药夜配制点有不少药瓶和其他包装物，降雨后会产生径流污染，施药工具的随意清洁也造成水质污染。化学农药对环境的污染主要是毒化大气、水系和土壤，造成对自然的污染，影响生活在自然界中的各种生物， 引起生物相的改变，敏感种的减少与消失，污染种的增多与加强。有关生物无机化学的研究成果对人类的实践有着多方面的贡献，其中最为突出的是在医疗上的应用。人体必需的金属离子，绝大多数是以配合物的形式存在于体内，它们对人体的生命活动发挥着各种各样的作用。上节已作介绍，生命必需元素在体内的存在量都有严格确定的范围，严重的缺乏或过量对健康都有危害作用。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1012m3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。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0.020.04，近年来已上升到0.33。水蒸气的含量约为04。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。自然源如火山爆发、森林火灾、风沙等自然原因会把产生的沙尘、二氧化碳、一氧化碳等污染物带进大气层；人为原因是如燃料燃烧、工厂排放、战争、汽车尾气等人为原因也会造成大气污染。当然，自然源有些是人为活动引发的。大气的污染物种类繁多，已为人们注意的有近百种，。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、NO2、O3及碳氢化物5种。硫氧化物主要是指二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)，它们主要来自燃烧含硫的燃料(煤含硫；0.55，石油含硫0.53)，金属冶炼厂、硫酸厂：，排放大量的硫氧化物气体,以及有机物的分解和燃烧，海洋及火山活动等。SO2是无色、有刺激嗅味的窒息性气体，它对人的眼睛及呼吸系统有强烈刺激作用，吸入SO2含量超过0.2的空气，会使嗓子变哑、喘息，甚至失去知觉。著名的1952年“伦敦烟雾”事件就是SO2在粉尘、雾滴的协同作用下造成的。研究指出，当时来自烟煤中的Fe3O4、Al2O3、SiO2及炭粒等对SO2的氧化起了催化作用：2SO2 +O2 2SO3SO3又极易与大气中的水汽形成硫酸雾，硫酸气溶胶。当时，伦敦完全处于无风状态，致使硫酸雾聚集并沉积于人的肺部、血液而播及全身，造成呼吸困难，危及心脏，在4天中就使4000多人丧生。SO2在空气中遇水形成亚硫酸随雨水降落，当雨水的pH 5.6时，称为酸雨。酸雨对环境和人类十分有害。从排烟中除去SO2，常采用以下三种方法。(1) 氨法：以氨水作吸收剂，除去废气中的二氧化硫。二氧化硫吸收率可达9397。此法可用于处理硫酸厂的制酸尾气或电厂锅炉的烟道气，其反应如下：SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3然后通入空气：(NH4)2SO3 + 1/2O2 (NH4)2SO4产物(NH4)2SO4可作化肥用。(2) 碱法：以氢氧化钠或碳酸钠溶液作吸收剂，可得产物亚硫酸钠，供造纸厂作漂白剂。2NaOH + SO2 Na2SO4 + H2ONa2CO3 + SO2 Na2SO4 + CO2(3) 钙法(石灰石膏法)：以碳酸钙或消石灰或两者的混合浊液(510)作为吸收剂2CaCO3(s) + 2SO2(g) + O2(g) 2CaSO4(s) + 2CO2(g)2Ca(OH)2 + 2SO2 2CaSO3H2O2CaSO3H2O + O2 + 2H2O 2CaSO42H2O最后可得石膏，用作钙塑材料的添加剂。氮氧化物(NOx)的种类很多，作为排放于大气中的污染物主要是NO和NO2。污染源主要来自燃料的燃烧、汽车的尾气、生产和使用硝酸的工厂尾气等。较浓的氮氧化物气体呈棕黄色，故有“黄龙”之称。在一般条件下，空气中氮与氧不能直接化合为氮的氧化物，在1200或更高的温度下，NO生成量显著增加。在空气中，NO与O2化合生成NO2，温度越高，NO2的生成率越小。NO能刺激呼吸系统，并能与血色素结合，生成亚硝基血红素。且结合能力很强，约为CO的数百倍，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹。NO2不但对呼吸系统有强烈刺激作用，能使血红素硝化，危害性比NO还大，而且对心脏、肝脏、肾脏及造血系统和组织都有很大的影响，严重时可导致死亡。氮氧化物的严重危害是作为“光化学烟雾”的引发剂之一。光化学烟雾是汽车尾气或工厂排放物中的含氮氧化物与碳氢化物在日光照射下形成的一种烟雾，它强烈刺激人的眼睛和呼吸器官，轻者使人眼睛红肿，喉咙疼痛，重者呼吸困难，手足抽搐，甚至死亡。1946年美国洛杉矶由于汽车尾气引起的光化学烟雾事件经竟使1400人丧生。1974年2月21日至8月4日兰州西部地区因工厂废气排放，连续7天出现了光化学雾一氧化碳(CO)在燃料燃烧过程中，只有当氧气充分时才能完全生成CO2；若氧气供应不充分，则首先生成CO，再进一步氧化成CO2，由于燃烧温度很高，CO2还会再分解为CO和O2，因此，燃料燃烧总会生成一定量的CO。由于CO是无色无嗅的气体，在接触过程中不易被人察觉，因此对CO的污染更要引起高度警惕。CO进入人体即与血红蛋白相结合，阻碍了血红蛋白的输氧功能，轻度中毒使中枢神经机能受损，严重时则昏迷、痉挛、甚至死亡。CO对植物无害。绿色化学又称环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)。绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或除去那些对人类健康和环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用。必须指出，绿色化学不同于一般的控制污染，而是从根本上消灭污染，它不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，是一门从源头上防治污染的化学绿色化学是贯彻可持续发展的一个不可分割的部分。在考虑对环境无害的同时还要考虑对资源的合理使用等其它问题。目前，主要内容如下：1. 改变现有生产的合成路线和工艺路线，使其成为保护人类可持续性发展、并与生态环境协调发