环境化学研究进展

1、环境化学研究进展张松林张松林因环境问题复杂性而产生的学科交叉特性，既是环境化学的特色，又是学科生长点。2010年以来，新型污染物和纳米材料的污染问题以及化学污染导致的健康影响日益引起关注，环境化学的研究范围亦随着实际问题的出现而延展，新型污染物的种类持续上升。继2010年首次在氟化工厂环境中发现并报道了新型持久性有机污染物全氟碘烷的存在，2011年又基于效应分析成功甄别了一种具有神经毒性的新型溴代污染物，标志着我国在污染物研究方面已从全面跟踪国外研究到部分引领方向转化。继青藏高原环境介质污染物归趋行为研究之后的极地环境科学考察，将视野着眼于全球尺度环境问题的解决。得益于上海光源等一批大科学装置

2、的建成，污染物环境界面行为探索已达到分子水平。在纳米材料广泛应用所引发的纳米污染层面，其形成、转化和环境归趋行为的研究亦取得突破。污染生态化学研究方面，借助于先进的表面等离子体共振和理论模拟等先进手段，在污染物与生物大分子相互作用探索和联合毒性机制研究上取得了显著进步，环境与健康开始受到广泛关注。这些成果极大丰富了学科内涵，为学科今后的发展奠定了坚实基础。环境化学物质、化学品和化学污染物的研究，在生态毒理研究的支持下已经发展到分子水平，包括化学物质活性和毒性的预测。目前，国际环境化学领域已经涉及化学品的“源”、释放表征和迁移归宿深入研究，而对化学品的安全评测也从单一化学物质发展到复杂化学物质且

3、进入生态系统层面。人类活动产生的黑碳、光化学反应形成的臭氧等也是影响全球变暖的重要因素；“废水”也是一种资源；食品风险评估和公众对食品安全误解的症结；利用耦合多介质过程的大气传输模型、表征源汇关系的概率密度函数等，分析我国多环芳烃的排放、迁移与暴露风险；光化学降解技术、毒理与健康效应等。有关大气气溶胶与健康及气候等相关性的 研 究 更 加 深 入。随 着 先 进 的 气 溶 胶 飞 行 时 间 质 谱(ATOFMS)、 加速器质谱(AMS)等在线测量技术在大气科学研究中的应用日益普遍，大气环境研究的新成果不断涌现。土壤环境化学的研究注重物理-化学-生物过程的耦合、土壤-水-生物的耦合、养分-重

4、金属-有机污染物的耦合机制研究；而同步辐射分析技术、双光子激发显微镜(TPEM)观测技术的应用，将土壤环境化学研究推向了更高的水平。水处理技术研究以有机废水治理为主， 从单一的污染物治理向资源化综合利用发展。新型污染物的毒性效应、污染物代谢产物的毒性效应及纳米材料的毒性效应研究成为关注的热点。新技术在环境分析中的应用极大拓展了环境分析的研究领域，如将纳米材料应用于样品富集、微区技术/质谱应用于单颗粒物成分分析等；此外，发展有机磷阻燃剂、全氟化合物、纳米颗粒等新型污染物的监测技术及开发大分子物质如 DNA 加合物、 微囊藻毒素，有机污染物与蛋白结合物等分析方法，为环境科学研究的深入发展提供了有力

5、的手段。“环境化学环境化学: 三十而立三十而立, 四十不惑四十不惑”我国的环境化学经历了 1970 年以前的孕育阶段、 70 年代的形成阶段、1980 年以后的发展阶段，正在迎接成熟阶段的到来。在过去的 40 年中，我国环境科学工作者在污染物的分析表征、迁移转化、毒性效应和控制技术方面开展了大量的工作，取得了显著的成绩。但是，环境化学涉及的研究内涵非常丰富，国家和社会需求也十分迫切，未来发展任重而道远。我国环境化学工作者一方面要通过相关研究解决国家重大需求，为国家目标服务；另一方面，要通过原创性工作提高环境化学研究的国际影响力。环境化学技术新进展环境化学技术新进展环境化学由于其广泛的学科交叉性

6、，吸收了许多其他学科的方法和技术。近几年，环境分析化学、大气环境化学、 水体和土壤环境化学、生态化学方面一些方法技术的新进展，特别是电化学方法、光谱分析法、色谱技术、光催化技术、统计学方法等新技术、方法在环境化学上的应用。目前，化学物质引起的环境污染已占 80 % 90 %，这些化学污染物质的规律越来越成为人们所关注的焦点。环境化学主要研究化学物质在环境中的存在、 转化、 行为和效应及其控制化学的原理和方法。环境化学的研究主要包括环境分析化学，大气、 水体和土壤环境化学，污染生态化学，污染控制化学等 4 部分内容。近年来，环境化学在纵深发展中与生物学、 生态学、 毒理学等相关学科密切相关。有关

7、化学分析、监测、表征新方法、激光、生物、智能等新技术的应用，也推动着环境化学研究水平的提高。因此，相关学科新技术和分析仪器的创新和发展，同样也促进了环境化学新技术的发展。1 环境分析化学技术环境分析化学技术环境分析化学是环境化学的一个组成部分。新技术的应用促进了环境分析化学研究的发展，如在气溶胶的化学表征分析中采用的激光微探针质谱、 质子弹性散射、 激光吸收光谱、 扫描质子微探针、 自动化电子束分析法等。 1 环境分析化学技术环境分析化学技术20 世纪 90 年代之后，环境生态破坏和健康问题不断出现，无论资源环境管理和修复，还是污染控制和防治的深化以及环境科学各种研究开展的需要，都促进了各种新

8、的方法、 技术和仪器的发展和应用，大大推动了环境分析化学的发展。 1 环境分析化学技术环境分析化学技术Stawarz 等 采用伏安法和原子吸收光谱法研究了波兰克拉科夫的哺乳期妇女年龄与母乳中镉、 铅、 锌、 铜、 钙和镁元素的关系。研究发现，年龄最大的妇女组(3637 岁)母乳中隔和铅元素含量最高，锌元素的含量随年龄组的增大而降低，铜元素的含量却随年龄组的增大而升高；年龄在 26 27 岁的妇女组母乳中钙的含量最高。结果表明，妇女年龄的不同会导致母乳中各元素含量的不同，且随着年龄的增大，母乳中对婴儿有害的镉和铅元素含量也明显升高。1 环境分析化学技术环境分析化学技术目前环境分析化学的发展重心转

9、向环境中微量、 痕量有害化合物的分析，如饮用水、 室内空气中剧毒化学物质，有机氮和有机磷、 农药及除草剂；因工业废气及固体废弃物分解、挥发、 燃烧等产生的芳烃、 挥发烃、 酯、 醛等有机组分 。这些微量、痕量物质的分析，要求仪器灵敏度高、检测限低、准确性好，可以原位、 实时测定。比如便携式色谱在现场环境分析中得到应用 。色谱柱的发展也日新月异。法国研制的一种含有约 900 根长 1m、内径 40 m 的毛细管的平行多毛细管柱系统，成功地分离和测定了多种有机锡化合物，并使分离时间由常规毛细管柱的 5 10 min 缩短到 30 s 。1 环境分析化学技术环境分析化学技术由于杂多酸化合物独特的结构

10、和优异的性能，加之分光光度法的不断发展，杂多酸分光光度法作为一种分析技术，因具有精度高、操作简便和分析速度快等优点，在环境分析领域也得到了迅速发展。已发展出来的方法包括钼蓝法、 杂多酸 - 碱性染料法、 荧光分光光度法、 流动注射分光光度法、 原子吸收分光光度法、 激光热透镜分光光度法等，在痕量元素P、As、Si和V 等的测定中有广泛应用。2 大气环境化学技术大气环境化学技术当今，臭氧层破坏、酸雨和温室效应已成为三大全球性的大气环境问题。1995 年诺贝尔化学奖授予了3 位环境化学家Crutzen、Rowland 和Molina。他们首次提出了平流层臭氧破坏的化学机制，促使了1985 年南极“

11、臭氧洞”的发现，进而推动了1989 年蒙特利尔议定书的签订。目前，在臭氧层保护方面还需要很长的路要走，北极和青藏高原臭氧层变薄就说明氯氟烃类物质的控制及替代物问题远未解决。2 大气环境化学技术大气环境化学技术SO2 是我国酸雨的主要成因之一，低质量煤的燃烧会产生大量的SO2，预计到2020 年我国SO2的排放量会达到3016Mt/a。Tonegawa等研究了中国兰州地区黄沙与SO2之间的非均相反应。他们用自制的圆柱形流动反应器使得SO2能以分子扩散的形式在黄沙颗粒上沉降，发现SO2与黄沙很容易发生反应，特别是在湿润条件下。此研究预示了黄沙与SO2之间的动力学行为，同时也解释了为什么高SO2排放

12、的中国西北地区却很少有酸雨的报道。2 大气环境化学技术大气环境化学技术CO2是温室气体的最主要成分。自工业化时期以来，人类通过燃烧化石燃料向大气中排放的CO2占全球CO2排放总量的95 %以上，是引起大气增温的主要原因。随着经济的发展，目前，中国的温室气体排放量已经超过美国，成为全球温室气体排放第一大户。张雷用多元化指数的方法分析了经济发展对碳排放的影响，认为经济结构的多元化和能源消费结构的多元化会导致国家从高碳燃料为主向低碳为主的转变。影响经济增长和碳排放的因素非常复杂，但是调整产业结构、提高能源利用效率和转变经济增长方式等可在一定程度上减少碳排放量的增加。2 大气环境化学技术大气环境化学技

13、术近年来，作为大气中重要角色之一的羰基化合物也引起了科学家们的注意。通常羰基化合物是以不完全燃烧产通常羰基化合物是以不完全燃烧产物排放到大气当中。物排放到大气当中。2007 年，Ortiz 等报道了日本Saitama 地区的大气中双功能羰基化合物的研究情况。实验采用低容量扩散管和包过滤系统采集样品，并用O-(2,3,4,5,6-五氟苯甲基) 羟胺盐酸盐(PFBHA) 作为羰基吸附剂。研究显示，双功能羰基化合物是农村和郊区大气气溶胶中的重要组成部分，而并非城市所产生。3 水体和土壤环境化学技术水体和土壤环境化学技术水是世界上分布最广的资源之一，但是淡水匮乏和水污染问题已经构成了全球性的难题。近年

14、来，磷和砷等无机污染物、有机物转化过程、水体界面化学等水环境化学方面的研究已成为热点。Dong 等通过紫外-可见光谱、荧光发射光谱以及3-D荧光光谱技术研究了自然水体中砷-水合氧化铁(hydrous ferric oxide，HFO)体系、砷-溶解性有机质(dissolved organic matter, DOM) 体系、砷- DOM- HFO体系中砷形态及浓度的变化。研究表明，DOM与砷在HFO表面存在竞争吸附，DOM和HFO都能使砷的形态和浓度发生变化，且DOM能够使砷在HFO表面的吸附平衡减缓，吸附量减少。该项研究为水体中砷、有机质的污染控制提供了一个新的理论依据。3 水体和土壤环境化

15、学技术水体和土壤环境化学技术目前，土壤环境化学研究主要集中在土壤污染物的降解、污染物在土壤固液界面的相互作用和土壤金属元素等方面。随着农药、化肥等污染物通过不同途径进入土壤系统，脆弱的土壤系统受到破坏，因此农药等污染物的研究越来越受到重视。3 水体和土壤环境化学技术水体和土壤环境化学技术Ramezani 等利用光催化技术研究了土壤表面上腐殖酸催化降解3种咪唑啉酮类除草剂(咪唑烟酸、咪草烟、灭草喹)。实验表明，光催化降解是这些除草剂降解的重要途径之一，但是有机悬浮物的存在却会起阻碍作用。而作为广泛存在于自然界中的天然高分子有机物腐殖酸，除了具备光催化性能，对土壤中重金属也有优良的吸附能力。4 生

16、态化学技术生态化学技术生态化学主要研究化学污染物引起生态效应的化学原理、过程和机制，以及环境中化学物质对健康的影响，综合了化学、生物学、毒理学、医学等学科特点。目前，环境污染物在动植物体内的蓄积导致的生殖或生长问题已成为了环境科研工作者所关注的焦点之一，包括人类的睾丸癌、乳腺癌，还有精子数量下降，形态及生理改变，野生动物生殖能力的逆向改变等等。4 生态化学技术生态化学技术Wilson 等采用王水提取法和ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱仪）分析技术研究了废弃矿场附近的重金属元素在植物生长过程中的分布和蓄积效应。研究发现，重金属在植物组织中的浓度甚至可以超出周围土壤中的浓度，但是植物种子中却没有重金属的蓄积。这保证了这些重金属污染地区的植物能够长期生存下去。4 生态化学技术生态化学技术Massanyi和Lukac等利用原子吸收光谱法考察了牛、羊、猪、马和狐狸的精液中重金属元素铜、锌、铁、镉、铅和镍的含量，并研究了这些元素与精液质量的相关性。发现所有这些重金属元素都会抑制含有巯基的酶，影响核酸的功能和破坏氧化磷酸化的途径，且公猪精液中高含量的锌元素可能是猪精子的保护性因素。他们还研究了重