《海洋化学资源》PPT课件.ppt

海洋化学资源 海水或卤水 石灰乳 氢氧化镁 盐酸 氯化镁 通电 镁 请看书思考下列几个问题 1 海底矿物主要有哪些 2 可燃冰又被称为什么 其主要成分是什么 3 可燃冰的形成条件是什么 4 可燃冰被科学家誉为 21世纪能源 为什么 5 写出甲烷燃烧的化学方程式6 什么是锰结核 它主要含有哪几种金属元素7 你还了解哪些海洋资源 锰结核又称多金属结核 锰矿球 锰矿团 锰瘤等 它是一种铁 锰氧化物的集合体 颜色常为黑色和褐黑色 原理 减压蒸馏 学以致用 1 下列操作不能淡化海水的是 A 过滤B 膜法淡化海水C 加热蒸发D 多级闪急蒸馏法2 浩瀚的海洋不仅繁衍着无数水生生物 还蕴藏着丰富的化学资源 如氯化钠 氯化镁等大量的无机盐 有两瓶无色液体 一瓶是海水 一瓶是蒸馏水 请用将它们鉴别出来 叙述操作步骤 现象和结论 物理方法 化学方法 A 海水中的化学元素 1000g海水的化学组成示意图 有关海水组成的惊人数字 80多种 11种 2 5 1010t 5 1017t 2 6 1016t 1kg 2 5 1011t 9 3 1010t 4 5 109t 2 1015t U 氯碱工业简介 海水 返回 返回 经历的化学变化有 Mg2 2OH Mg OH 2 Mg OH 2 2HCl MgCl2 2H2OMgCl2 Mg Cl2 通电 返回 蔚蓝的海洋与化学资源的开发 BLUESEAANDTHEEXPLORATIONOFTHECHEMICALRESOURCE 2 1以食盐为原料的化工产品 地球上的水 一 海水 液体化工资源 海水化学资源概况海洋化学资源是指海水中所蕴含的可供人类利用的各种化学元素 海水的成分非常复杂 全球海洋的含盐量就达 亿亿吨 还含有大量非常稀有的元素 如金达 万吨 铀达 亿吨 所以海洋是地球上最大的矿产资源库 海洋资源的持续利用是人类生存发展的重要前提 目前 全世界每年从海洋中提取淡水 多亿吨 食盐 万吨 镁及氧化镁 多万吨 溴 万吨 总产值达 亿多美元 水是生命之源 世界上缺水的地区愈来愈多 海水淡化已成为获得淡水资源重要的途径 所有这些都是海洋化学要研究的 海洋 化学元素的故乡 含量最大的食盐资源轻金属镁资源用途广泛的溴 碘资源原子能反应堆燃料铀资源重要的钾肥资源生物工程制氢能源潜力巨大的重水能源海洋淡水资源 海水中部分元素浓度图 绿色化学 二 煮海为盐 三 氯碱工业 阴极 2H 2eH2阳极 2Cl 2eCl22NaCl 2H2O电解2NaOH H2 Cl2 重庆天原化工厂氯气泄漏事件 七 被污染的大海 威望号油轮泄油事件 海洋重金属污染 7 1海洋重金属污染概述7 2重金属存在形态研究 7 3重金属在海洋环境中迁移 重金属的定义几种主要说法是 1 比重大于5或4的金属为重金属 比重大于5的金属约有45种 2 从原子序数21起 即从钪起称为重金属 环境科学中所研究的重金属 主要是指汞 铜 镉 铅 锌 铬等元素 还有银 锡 钴 镍 硒等 砷虽为非金属 但毒性和某些性质类似于上述元素 类金属砷也包括在重金属之列 7 1海洋重金属污染概述 一 海洋中重金属污染的来源 二 重金属污染的危害 一 海洋中重金属污染的来源 重金属的主要污染源为 1 工业废水2 矿山污泥3 废水4 被污染的大气 表7 1 2重金属对海洋污染的来源 途径和污染危害趋势 二 重金属污染对海洋生物的危害 致死现象阻化效应形态变化 危害的根本原因 生物对重金属的富集作用 生物富集系数 f 生物富集系数 f f 生物体内毒物残留浓度 海水中毒物的浓度 表7 1 5金属元素的半致死浓度相对毒性 问题1 48hLC50 ppm 192hLC50 ppm 分别代表什么 问题2 对各生物危害最大的元素分别是什么 7 2重金属存在形态研究 理论计算法直接测定法 理论计算法 理论计算法 是在已知天然水中重金属浓度及配位基浓度的基础上 利用纯化学的现有知识 分析体系中可能存在的反应和反应的平衡常数 然后用公式计算重金属各种存在的形式平衡时的浓度 理论计算法的局限性 理论计算法是假设体系处于热力学平衡状态 但天然环境中化学过程往往是处于热力学不平衡状态 动力学因素起着控制的作用 这导致理论计算结果必然偏离天然环境的现场状况 其次 形态模式对所选用的各种稳定常数值得很大的依赖性 但不同的实验条件下测得稳定常数值就不同 所以难以确定哪套稳定常数是标准 理论模式计算痕量金属元素形态分布存在上述局限性 所以所得结果只是近似 二 直接测定法 直接测定存在形态分类的方法 多采用人为选择适当的条件 操作定义 并采用一定的分离技术和监测技术 将环境中重金属加以形态分类 二 直接测定法 1 根据粒径进行分类2 ASV 重金属测试仪 和紫外照射分类方法 1 根据粒径进行分类 利用一定的分离手段 按粒径对水体中元素形态进行分类 1 0 45 m过滤膜 颗粒态和溶解态2 渗透等方法 将溶解态水样通过不同孔径的滤膜 对溶解态进一步分类 2 ASV和紫外照射分类法 分离方法 螯合树脂和紫外照射 测定方法 阳极溶出伏安法 7 3重金属在海洋环境中迁移 一 沉淀与溶解作用 二 固 液界面吸附过程 三 络合 螯合作用 四 氧化还原电位作用 三 络合 螯合作用 概述配位基金属的络合容量 三 络合 螯合作用 天然水中存在大量天然与人工合成的无机 有机的络合基 它们能与水合的金属离子发生有效反应 生成稳定的络合物或螯合物 这对于重金属在水环境中迁移有很大的影响 天然水中最常见的无机配位基是Cl SO42 HCO3 OH F S2 有机配位体 腐殖质和生物分泌物等有机高分子 3 金属的络合容量 定义 排放到河流 湖泊和海洋等自然水环境中的重金属与水体中有机配位体之间进行的络合 或鳌合 作用的能力 通常称为金属络合容量 络合容量的计算 络合容量的计算 一种金属和一种配位体的体系M L ML K ML M L 根据质量平衡 M T M ML L T L ML 当用金属离子来滴定配位体时 若 M T L T 而K又足够大 则 L 就很小 就有 L T ML 通常把 L T定义为水体的金属络合容量 C C 即水体所能络合金属的最大限度 根据质量平衡 M T M ML 1 L T L ML 2 1 2 式 得 M T L T M L M ML K M 3 L T ML C C 由 3 式得 M T C C M C C K M M T M C C 1 K M C C M K 1 K M 1 C C 1 M T M M K 1 K M 多金属体系M1 M2L M1L M2 K M1L M2 M2L M1 M1L M1 L M2 L M2L K1 K2若K1 K2 则M1可把原被所络合的M2配位体也夺去 即当 M1 T L T时 L T L M1L M2L M2L C C marineradioactivepollution 8 1海洋天然放射性8 2海洋放射性污染来源与分布8 3海洋放射性沉积作用8 4海洋放射性污染的危害 海洋天然放射性 一 单个放射性元素 40K 二 三个天然放射系元素 铀系 锕系 钍系 三 宇宙射线产物 3H 14C 10Be 32Si 129I 早期放射性单位为居里 Ci 因居里夫人而得名 1Ci 106 Ci 1012 Ci1Ci 3 7 1010次核衰变 秒 dps 目前常用的放射性强度单位为贝克 Bq 1Bq 1dps 每秒钟衰变的次数 1Ci 3 7 1010Bqdpm 每分钟衰变的次数 dph 每小时衰变的次数 海水中几种重要天然放射性核素的放射性强度 海洋放射性污染来源与分布 一 放射性污染物质的来源 1 核武器试验所 2 核心动力舰船 3 原子能工业和实验室 二 放射性污染物质在海洋分布的时空变异 海洋放射性沉积作用 人工放射性物质入海后 其中大部分具有颗粒活性 被吸附在悬浮颗粒上 或通过凝集 絮结等途径 沉于海底 因此 海洋沉积物是放射元素的贮藏所 一 与沉积物径粒的关系二 理化条件的影响 一 与沉积物径粒的关系 海洋沉积物放射性比较 泥沉积物 沙沉积物 细颗粒沉积物 粗颗粒沉积物 沉积物中垂直分布 表层高 随深度加深逐渐降低 沉积物中不同大小粒子的放射强度 二 理化条件的影响 1 沉积物氧化或还原条件不同对放射性核素的影响 2 放射性元素重新从沉积物中释放进入上覆海水 扩散作用 海流冲击 底栖生物扰动 海洋放射性污染的危害 一 海洋生物的富集作用二 危害作用 几种食用水产品对主要放射性同位素的富集系数 MarineThermalPollution 9 1Source 9 2Effect Thermal ThermalPollution anincreaseintemperatureCancause thermalshockparasitesanddiseasegreatervulnerabilitytotoxicpollutants 9 1sourceofthermalpollution definitionSources 一 热污染 definition 大量的含热废水 温排水 不断地排入水体 可使水温升高 影响水质 危害水中生物生长 这种现象称为热污染 一般情况下 在局部海区 如果有比该海区正常水温高4 以上的热废水常年注入时 就会产生热污染的问题 提高了水温的冷却水排到水体时 这水称为 温排水 温排水的温度一般高于环境7 8 大量的温排水排入海 局部海区就可能产生热污染 目前 在世界上大多数的海区 热污染还不十分明显 海洋热污染产生条件 a 局部海区 b 有高于该海区正常水温4 以上的温排水 c 常年注入 一 海洋热污染定义 主要为电力工业冷却水 火力发电厂 核电站 冶金 化工 石油 造纸和机械等工业排放的热废水 二 海洋热污染的来源 9 1海洋热污染来源 二 热污染的来源 工业热废水对海洋的污染 海洋热污染的主要来源是电力工业冷却水 其次为冶金 化工 石油 造纸和机械等工业排放的热废水 据统计美国电力工业所用冷却水为总冷却水的81 3 冶金为6 8 化工6 2 因此 一般可用电力工业的发展趋势做指标 来估计将来热污染的情况 9 1海洋热污染来源 以煤 油为燃料的热电厂 只有三分之一的热量转变为电能 剩余热量则排入大气或随冷却水排出 原子能发电厂几乎全部废热都进入冷却水中 约占其总热量的75 每生产1度电约排放1200大卡的热量 一座10万千瓦的火力发电厂 每秒钟排出温排水达3 5吨 而同样规模原子能发电厂 每秒钟排出热水为6 8吨 大量的能量以温排水的形式带给海洋 据估计全世界的发电每年增长7 2 十年就要增加一倍 尤其原子能发电站的迅速发展和使用 将需要更大量的冷却水 排放更多的废热 危害可能更大 电力工业排出冷却水的温度 通常比吸入前升高6 11 平均升高7 effectsofthermalpollution ExamplesHowtoestimatetheareaofmarinethermalpollutionPreventionandcure examples 1 比斯坎湾热污染2 浦底湾污热污染 1 比斯坎湾热污染 美国佛罗里达半岛有一火力发电厂 以每分钟2000立方米冷却水排入只有1 2米的半封闭的比斯坎湾 排水口附近最高日平均水温达40 发电厂的冷却水使海水升温 1968 1969年调查大约有10 12公倾的水域 表层水温升高4 5 60公倾表层水温升高3 4 整个升温海域超过900公顷 由于发电厂排出热废水 改变了该海区的潮流方向 此后 该地区又建两套原子能发电机 投产后所需冷却水每分钟增加了5000千立方米 排出废水对海水的影响更大 2 浦底湾污热污染 日本敦贺发电厂位于敦贺中岛最北端东部 发电量为35万7千瓦 冷却用的海水是从半岛东侧浦底湾中部8 13米水深带取出 浦底湾水容积1 300万m3 海水经流作冷却水后上升7 9 成为废水 从西侧的排水口排入海湾 热废水流量20m3 s 该厂热废水排放后 一边与周围海水混合 一边向海湾口扩散 高于自然海水3 以上 升温水域是自排水口起达500米远 范围最大时沿着两侧沿岸达1300米 增温1 以上的温水自排水口起达2500米 最大可达3000米 以垂直分布来看 在距排水口最近点 温排水影响达6米深 湾中间和湾口 受温排水影响在4米内 Howtoestimatetheareaofmarinethermalpollution 温排水排海影响范围估算有许多研究模式 新田式 经验式是由改变淡水扩散经验公式得到的 淡水扩散公式 logS 1 2291logQ 0 0855 式中 S 受淡水影响的面积 m2 Q 淡水排水流量 m3 天 温排水扩散公式 logS 1 2291log 7 100 Q 0 0855 式中 S 受温排水影响的面积 m2 Q 温排水排放量 m3 天 二 热污染影响面积估算 三 海洋热污染的危害 海洋热污染 水温升高 水环境化学 物理及生物学影响 海洋危害 由于水温升高使水中溶解氧减少 水体处于缺氧状态 同时又使水生生物代谢率增高而需要更多的氧 造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡 主要危害 降低生物繁殖率 改变某些生物的回游路线 改变污染水域藻类结构发生变化 使生物种类和个体数目下降 可能加大海水中有害物质毒性 9 1海洋热污染来源 1965年澳大利亚曾流行过一种脑膜炎 后经科学家证实 其祸根是一种变形原虫 由于发电厂排出的热水使河水温度