环境化学原理1名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

环境介质中物质形态分析——环境分析化学进展（2）

第1页研究污染物化学形态意义（1）污染物含量及环境条件改变均会引发对应化学形态改变。（2）污染物存在形态又直接与它们物理化学行为和生态效应相关。第2页

物质在环境中行为通常与它们形态相联络，要了解它们形态，需进行形态分析或分级分析：1、形态分析(SpeciationAnalysis)是指表征和测定某个元素在样品中存在不一样化学形态或物理形态过程。2、分级分析(Fractionation)是依据其物理性质（如颗粒大小，溶解度）或化学性质（如键合、反应活性）进行连续提取并分别分析过程。第3页

在众多环境污染物中，有些污染物存在两种或更多化学形态：①不一样价态：如As—As(Ⅲ),As(Ⅴ),Cr—Cr(Ⅲ),Cr(Ⅵ),Fe—Fe(Ⅱ),Fe(Ⅲ)②不一样无机态和有机态③不一样活性(Ca-P)④不一样化学构型(六六六,DDT)第4页如土壤表面能够与不一样形态As发生作用As针铁矿IR光谱As(Ⅲ)对2700cm-1影响大As(Ⅴ)对2700cm-1影响小

说明不一样As形态与针铁矿作用不一样，反过来，对被砷污染土壤进行IR光谱分析，经过光谱出峰详细情况，能够判断As形态，为下一步对土壤处理作准备。第5页针铁矿IR光谱3400cm-1和3100cm-1分别代表是水合羟基峰与游离羟基峰；特征峰：

888cm-1（Fe-OH-Fe表面羟基弯曲振动）

针铁矿在2700cm-1处并无吸收峰存在，若针铁矿样品在此处有新峰出现，说明有As(Ⅲ)存在。

第6页As(Ⅲ)不易被吸附As(Ⅴ)易与一些吸附剂在通常pH下反应As(Ⅲ)生物毒性大As(Ⅴ)毒性相对小些第7页

所以，以确定环境成份化学状态为目标形态分析日益受到重视，对应形态分析方法急待研究，并需建立一套快速测定防止形态改变及有效预处理，分离系统和测试伎俩。第8页（三）环境胶体化学和界面化学

在众多环境体系中，水环境研究是最成熟，即使这么，水环境仍是一个非常复杂体系。天然水体是一个各种胶体微粒和水溶液共存分散体系，污染物在此分散体系中行为是：1、微量化学污染物在水体中浓度，形态很大程度上受胶体性质影响，如胶体ZPC（电荷零点）对正、负离子吸附影响。2、污染物与胶体之间关系表现为在界面上吸附、絮凝等物理化学过程。第9页3、经过胶体界面上污染物热力学、动力学等表面化学研究，能够了解污染物作用机理。如Cr（Ⅵ）对土壤溶液中苯酚作用就与土壤对Cr（Ⅵ）吸附相关。4、水体污染物环境化学过程与废水控制工艺技术相联络，能够发展高效水污染控制技术。比如纳米材料对水体有机污染物光催化反应可应用于有机污染物降解过程。第10页诺贝尔化学奖取得者格哈特·埃尔特（Gerhard

Ertl）从20世纪60年代起就专心表面化学研究，其研究结果对氮肥工业和汽车工业发展含有很大贡献。第11页比如：TiO2催化作用就是利用界面反应实现。

其原理为：当用能量等于或大于带隙能Ebg光照射半导体材料（如TiO2）表面时，价带上电子受到激发，越过禁带跃迁到导带，在导带上产生带负电荷高活性电子(e-)和对应正价空穴。第12页常见光催化材料PhotocatalystEbg(eV)PhotocatalystEbg(eV)Si1.1ZnO3.2TiO2（Rutile金红石）3.0TiO2(Anatase锐钛矿)3.2WO32.7CdS2.4ZnS3.7SrTiO33.4SnO33.5WSe31.2Fe2O32.2a-Fe2O33.1金属硫化物在水溶液中不稳定，会发生阳极光腐蚀，且有毒！铁氧化物会发生阴极光腐蚀ZnO在水中不稳定，会在粒子表面生成Zn(OH)2第13页e-H+ReductionReactionOxidationReactionPhotonshn>EbgCBVB二、TiO2光催化反应机理价带导带第14页发生在TiO2催化剂上主要过程第15页（四）环境化学动态学(Dynamics)

过去,研究得较多是热力学平衡问题，将其应用于环境化学只能反应实际环境中改变趋势和预期极限状态。而真实环境体系中存在大量反应动力学过程，还有许多是污染物传质动力过程，所以，把热力学平衡与化学动力学过程和各相之间传质过程结合起来进行研究，这就是环境化学动态学基本含义。第16页比如：磷肥从土体向水体转移存在几个过程：①磷从土壤胶体上进行解吸②解吸下磷向土壤溶液扩散③土壤溶液磷向水体间浓差扩散—传质进行环境化学动态研究，是将化学热力学、动力学在更高层面上综合。第17页湖泊类型营养水平叶绿素a(mg/m3)水透明深度(m)总磷(mgP/m3)总氮(mgN/m3)超微营养Ultra-microtrophic0.0-1.00.13-0.3331-240.84-1.816-34微营养Microtrophic1.0-2.00.33-0.8224-151.8-4.134-73贫营养Oligotrophic2.0-3.00.83-2.015-7.84.1-9.073-157中营养Mesotrophic3.0-4.02.0-5.07.8-3.69.0-20.0157-337富营养Eutrophic4.0-5.05.0-12.03.6-1.620.0-43.0337-725超营养Supertrophic5.0-6.012.0-31.01.6-0.743.0-96.0725-1558过营养Hypertrophic6.0-7.031.00.796.01558不一样营养型湖泊主要富营养化指标分级（Scholes,）（五）水环境化学研究进展第18页（六）有毒化学物质环境评价及控制化学品进入环境不可挽回危害和灾难据统计：全球化学物质800万种，全球流通者6万种，每年新增1000种，对此评价及控制尤为主要。

第19页1、国外逐步从重金属、酚类污染物研究转向有害有机物研究；过去研究较多COD、BOD综合技术不能反应水中有多少潜在有害物质存在，所以，须加强有毒物质检测。2、地下水污染和固体废弃物相结合研究；如美国每年4亿吨垃圾，10%是有害物质，已建立了一系列监测、质量控制体系。我国环境废弃物分散在卫生、化学、环境系统分别进行研究，这就需要相互配合，系统进行。第20页3、环评工作需从理化性质，有毒化学物质降解和积累，生态毒理、毒性等研究方面协作起来确定试验方法和评价程序。所以，环评是一个系统工程。4、将现场测试数据和被研发个别过程模式试验结合起来，对某一生态系统中化学污染物进行环境预测，将环境化学和污染物毒理学结合起来进行生态毒理学（Ecotoxicology）评价，是环境化学一个新发展方向。第21页(七)沉积物污染化学

水体沉积物（Sediment）作为污染物载体和作为水系统中可能污染源越来越为人们所重视。

水体有毒有机污染物监测、毒性、迁移、降解；沉积物理化性质改变，H2S等气体物质挥发；重金属迁移、转化等都与沉积物性质相关。第22页水体沉积物有以下特点：

1、它含有胶体特征，它既能够沉降于水底，也可重新悬浮于水中；2、组成结构并非固定，其组成随水质及水动力条件而改变；3、其关键骨架为粘土矿物，有机胶体和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面；4、其含有很大表面积，对微量污染物有强烈吸附作用。第23页

依据沉积物以上特点，20世纪80年代以来，国内外对沉积物污染化学研究主要集中在：

①沉积物中矿物质与有机质相互作用；②沉积物—水界面表面化学反应机理；③沉积物对重金属吸附—解吸作用及其动力学；④非离子性有机物在沉积物中分配；⑤沉积物中污染物赋存形态及沉积物中营养盐积累与释放。第24页（八）土壤环境元素化学

为了理顺人类生存环境与社会经济发展关系，实现人类社会可连续发展，环境化学与土壤学结合研究产生了土壤环境元素化学。

第25页这门科学主要研究土壤中与环境问题亲密相关元素，如As、Cd、Co、Cr、Cu、F、Hg、Mn、Ni、Pb、Se、V、Zn、Mo、B、I，15种稀土元素，U，Th、Na、K、Ca、Mg、Fe、Al、Ti等40种元素等：研究包含①元素背景值；②元素含量、赋存形态及分异规律；第26页③元素在大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间迁移转化；④元素正常含量对生物、人类和环境生态影响主要性；⑤元素异常含量对生态环境乃至人体危害及防治对策。第27页第二讲水环境化学平衡ChemicalEquilibriuminWaterEnvironment第一节天然水性质第28页■水性质

水性质主要取决于其化学组成1、水中溶解氧溶解在水中气体[G(aq)]=KH·PG（亨利定律）

式中：KH—气体在一定温度下亨利常数，不一样气体，KH不一样，KH越大，说明该气体越易溶于水中；PG—气体分压。第29页表3-225℃时一些气体在水中亨利常数气体KH[mol/(L·Pa)]气体KH[mol/(L·Pa)]O21.26×10-8N26.40×10-9O39.16×10-8NO1.97×10-8CO23.34×10-7NO29.74×10-8CH41.32×10-8HNO24.84×10-4C2H44.84×10-8HNO32.07H27.80×10-9NH36.12×10-4H2O27.01×10-1SO21.22×10-5第30页

空气大气压为1.0130×105Pa，在25℃时水蒸汽压为0.03167×105Pa，因为干空气中氧含量为20.95%，所以氧分压为：PO2=(1.0130-0.03167)×105×0.2095=0.2056×105Pa

第31页表3-3水蒸气在不一样温度下分压T(℃)0510152025(×105Pa)0.006110.008720.012280.017050.023370.03167T(℃)3035404550100(×105Pa)0.042210.056210.073740.095810.123301.0130第32页依据亨利定律，可求出氧在水中浓度为：

[O2(aq)]=KH·PO2

=1.26×10-8×0.2056×105=2.6×10-4mol/L=8.3mg/L第33页(太湖五里湖叶绿素-a与环境因子灰关联分析吴琼农业环境科学学报/S2)第34页第35页2、水中CO2浓度

水中CO2也主要来自大气在水中溶解。25℃时干空气中CO2含量为0.0314%(体积)。则空气中CO2分压为：=(1.0130-0.03167)×105×3.14×10-4=30.8Pa

第36页CO2亨利常数是3.34×10-7mol/(L·Pa)CO2在水中溶解度为：[CO2]=3.34×10-7×30.8=1.028×10-5mol/L=0.45mg/L

在天然水中，CO2浓度对水体酸碱度起着至关主要作用。第37页

必须注意，亨利定律并不能说明气体在溶液中深入化学反应过程，如溶解在水中CO2

或SO2会在水中深入离解：CO2+H2OH++HCO3-SO2+H2OH++HSO3-所以，溶解于水中实际气体量，能够高于亨利定律表示量。第38页3、水中溶解盐

水中溶解盐对水性质影响很大:(1)水体硬度、电导率(2)水体营养水平(3)重金属离子溶解

第39页4、水中生物水中生物：第40页按生命体有机物起源分类：①自养生物(Autotrophicorg