无机化学与环境保护论文.

无机化学与环境保护无机化学与环境保护 摘要摘要 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 关键词 无机化学 环境保护 环境污染 引言引言 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 其他生物的生存和发展产生不利影响的现象 1 1 元素在生物体中的存在形态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 2污染元素对人体健康的的危害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 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 3环境化学污染环境化学污染 由于缺乏环保意识 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 13 1 大气中的化学污染大气中的化学污染 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 12m 3 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 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 23 2 全球性大气化学污染及其危害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 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 33 3 水体化学污染水体化学污染 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 结束语结束语 随着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 参考文献参考文献 1 屠强 环境保护 J 海洋世界 2006 06 25 27 2 赵洪奎 李长聚 王克红 加强环境保护造福后代 J 河南科 技 1993 01 12 15 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 45 65 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