1、环环 境境 化化 学学 0.01课程特点课程特点n发展快发展快n概念多概念多n内容新内容新n范围广范围广教材教材1.戴树桂主编戴树桂主编.环境化学环境化学.北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2006.2.董德明，朱利中主编董德明，朱利中主编.环境化学实验环境化学实验.北京：高等教育出北京：高等教育出版社，版社，20020.02n培养兴趣培养兴趣n联系实际联系实际n多记多记n抓关键词抓关键词理理科科中中的的文文科科0.03教学内容与课时安排教学内容与课时安排1.绪论绪论 2学时学时2.大气环境化学大气环境化学 14学时学时3.水环境化学水环境化学 20学时学时4.土壤环境化学土壤环境化
2、学 8学时学时5.典型污染物在环境各圈层中的转归与效应典型污染物在环境各圈层中的转归与效应 4学时学时6.实验部分（实验部分（3个实验）个实验）18学时学时7.复习复习 2学时学时共共6868（50+1850+18）学时）学时0.04第一章第一章 绪绪 论论【概念】【概念】环境污染；环境化学；环境环境污染；环境化学；环境污染物；环境效应；迁移；转化；全污染物；环境效应；迁移；转化；全过程管理模式；优先污染物过程管理模式；优先污染物【其它】【其它】对环境问题的认识过程；环境对环境问题的认识过程；环境化学的任务、内容和特点；环境污染物化学的任务、内容和特点；环境污染物和化学污染物的分类及组成；环境
3、污染和化学污染物的分类及组成；环境污染物在环境各圈层的迁移转化过程物在环境各圈层的迁移转化过程 0.05第一节第一节 环境化学环境化学n环境问题环境问题n环境化学环境化学0.062006年十大环境事件之一年十大环境事件之一0.072006年十大环境事件之四年十大环境事件之四0.08环境问题环境问题1.环境污染的概念环境污染的概念 前因前因后果后果人为因素人为因素环境素质环境素质生态系统生态系统生产生活生产生活工业工业“三废三废”，化肥农，化肥农业，生活垃圾等业，生活垃圾等大气、水、土壤质量等大气、水、土壤质量等要素质量下降要素质量下降水生水生/陆生生态系统破坏，陆生生态系统破坏，生物多样性减少
4、生物多样性减少资源、能源枯竭，生活资源、能源枯竭，生活环境质量下降等环境质量下降等0.09环境问题环境问题n有害物质的环境污染有害物质的环境污染n生态系统的干扰和破坏生态系统的干扰和破坏n不可再生资源的滥采滥用不可再生资源的滥采滥用 n固废、噪声等造成的环境损害固废、噪声等造成的环境损害2.环境污染的内涵环境污染的内涵3.产生环境污染的因素产生环境污染的因素n物理因素：噪声、放射线等物理因素：噪声、放射线等n化学因素：工业化学因素：工业“三废三废”n生物因素：细菌，病毒等生物因素：细菌，病毒等约占约占80%90%。0.010环境问题环境问题20世纪60年代=环境污染环境污染1972年包含生态破
5、包含生态破坏，与社会坏，与社会因素相联系因素相联系20世纪80年代提出解决环提出解决环境问题的根境问题的根本途径本途径可可持续发展战持续发展战略略20世纪90年代可持续发展可持续发展战略得到国战略得到国际认同际认同0.011环境问题环境问题n可持续发展是指既满足可持续发展是指既满足现代人现代人的需求以不损害的需求以不损害后代人后代人满足需求的能力。换句话说，就是指满足需求的能力。换句话说，就是指经经济济、社会社会、资源资源和和环境保护协调发展环境保护协调发展，它们是，它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、的
6、，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。后代能够永续发展和安居乐业。0.0120.013环境化学环境化学1.环境科学的任务、对象、手段与内容环境科学的任务、对象、手段与内容任务任务手段手段环境质量控制与改善环境质量控制与改善 自然科学自然科学对象对象环境问题环境问题 社会科学社会科学地学、物理、化学、医学等地学、物理、化学、医学等 管理学、经济学和法学等管理学、经济学和法学等 交叉学科交叉学科评价学、规划学等评价学、规划学等 微观微观宏观宏观内容内容0.014环境化学环境化学2.环境化学的
7、任务、对象、手段与内容环境化学的任务、对象、手段与内容任务任务内容内容解决化学物质引起的环境问题解决化学物质引起的环境问题有害化学物质的存在状态与化学特性有害化学物质的存在状态与化学特性对象对象化学物质引起的环境问题化学物质引起的环境问题 控制原理与方法控制原理与方法化学行为与效应化学行为与效应0.015环境化学环境化学3.人类活动圈与其它圈层的关系人类活动圈与其它圈层的关系人类活动圈人类活动圈生物圈生物圈岩石圈岩石圈大气圈大气圈水圈水圈营养元素CO2、O2H2SH2S、CO2CO2CO2CO2、O2O20.016环境化学环境化学n氧的循环氧的循环n碳的循环碳的循环n氮的循环氮的循环n磷的循环
8、磷的循环n硫的循环硫的循环4.元素的生物地球化学循环元素的生物地球化学循环0.017环境化学环境化学4.环境化学的分支学科环境化学的分支学科环境分析化学环境分析化学环境有机分析化学环境有机分析化学环境无机分析化学环境无机分析化学环境中化学物质的形态分析环境中化学物质的形态分析各圈层环境化学各圈层环境化学大气环境化学大气环境化学水环境化学水环境化学土壤环境化学土壤环境化学复合污染物的多介质环境行为复合污染物的多介质环境行为污染控制化学污染控制化学大气大气/水污染控制化学水污染控制化学绿色化学与清洁生产绿色化学与清洁生产固体废物污染控制与资源化固体废物污染控制与资源化0.018环境化学环境化学4.
9、环境化学的分支学科环境化学的分支学科污染生态化学污染生态化学化学污染物的生态毒理学研究化学污染物的生态毒理学研究环境污染对陆地环境污染对陆地/水生生态系统的影响水生生态系统的影响化学物质的生态风险评价化学物质的生态风险评价环境理论化学环境理论化学环境界面化学环境界面化学定量结构活性相关研究定量结构活性相关研究环境污染预测模型环境污染预测模型0.019环境化学环境化学n国际国际：重视元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的生物：重视元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的生物地球化学讯及其相互耦合的研究；重视化学品安全地球化学讯及其相互耦合的研究；重视化学品安全评价；重视臭氧层破坏、气候变暖等。评价；重视臭氧层破坏
10、、气候变暖等。2020世纪末，世纪末，美国化学家提出了美国化学家提出了“环境良性化学环境良性化学”。n国内国内（优先考虑与环境化学有关的环境问题）：以（优先考虑与环境化学有关的环境问题）：以有机物污染为主的水质污染；以大气颗粒物和二氧有机物污染为主的水质污染；以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废弃物和化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。今后一段时城市垃圾对大气、水和土地的污染等。今后一段时期的环保工作重点包括环境污染防治和自然生态保期的环保工作重点包括环境污染防治和自然生态保护护2 2方面。方面。4.环境化学的发展方向环境化学的发展
11、方向0.020环境化学环境化学n环境良性化学（环境良性化学（environmental benign chemistry）是以创造）是以创造无污染生产过程无污染生产过程和和产品产品为目的化学。例如设计无铅儿为目的化学。例如设计无铅儿童用品。童用品。0.021环境化学环境化学n研究污染物研究污染物形态形态、价态价态和和结构结构分析方法是环境分析方法是环境化学的一个重要发展方向。研究方法：环境有化学的一个重要发展方向。研究方法：环境有机分析方面，机分析方面，2020世纪世纪8080年，环境样品前处理技年，环境样品前处理技术：术：超临界流体萃取法超临界流体萃取法和固相萃取法；联用仪和固相萃取法；联用
12、仪器技术、连续自动分析和遥感分析等。研究对器技术、连续自动分析和遥感分析等。研究对象：有机污染物（如多环芳烃和有机氯等）、象：有机污染物（如多环芳烃和有机氯等）、挥发性有机物、胺类化合物、表面活性剂、砷、挥发性有机物、胺类化合物、表面活性剂、砷、汞、锡等金属有机物化合物的分析。汞、锡等金属有机物化合物的分析。4.1 环境分析化学的发展方向环境分析化学的发展方向0.022环境化学环境化学n超临界流体萃取技术是利用处于超临界流体萃取技术是利用处于临界压力临界压力和和临界温度临界温度以上的以上的流体，具有特异增加的溶解能力而发展起来的分离新技术。流体，具有特异增加的溶解能力而发展起来的分离新技术。它
13、具有萃取效率高、分离工艺简单、不需要溶剂回收设备、它具有萃取效率高、分离工艺简单、不需要溶剂回收设备、工作条件温和、应用前景广泛等特点，一般是在室温或接近工作条件温和、应用前景广泛等特点，一般是在室温或接近室温下完成。例如深水鱼油（室温下完成。例如深水鱼油（EPAEPA、DHADHA即脑黄金）；维生素即脑黄金）；维生素E E；维生素维生素C C等的提取。当将排放的有机废料与氧置于超临界水中等的提取。当将排放的有机废料与氧置于超临界水中时，氧化反应进行的非常快，常常在几分钟将有机物完全转时，氧化反应进行的非常快，常常在几分钟将有机物完全转化为二氧化碳和水。在处理难转换的酚类化合物、氯烃类化化为二
14、氧化碳和水。在处理难转换的酚类化合物、氯烃类化合物、含氮化合物、有机氧化物、军事材料等方面的废弃物合物、含氮化合物、有机氧化物、军事材料等方面的废弃物污染方面，超临界流体技术都显示了其无与伦比的优越性。污染方面，超临界流体技术都显示了其无与伦比的优越性。尤其是对二恶尤其是对二恶 英的清理更是如此。英的清理更是如此。0.023环境化学环境化学n大气环境化学方面：大气环境化学方面：研究研究对象对象：大气颗粒物、：大气颗粒物、酸沉降、大气有机物、痕量气体、臭氧损耗及酸沉降、大气有机物、痕量气体、臭氧损耗及全球气候变暖等；全球气候变暖等；空间空间尺度尺度：从小到大（从：从小到大（从室内空气、城市、区域
15、环境、远距离乃至全室内空气、城市、区域环境、远距离乃至全球）；球）；化学化学过程过程：大气光化学过程、大气：大气光化学过程、大气自自由基由基反应；反应；模式模式研究：研究：光化学烟雾光化学烟雾和和酸雨酸雨的的形成机制研究。形成机制研究。4.2 各圈层环境化学的发展方向各圈层环境化学的发展方向0.024环境化学环境化学n自由基也称游离基，是指由于共价键均裂而生自由基也称游离基，是指由于共价键均裂而生成的带有未成对电子的碎片。大气中常见的自成的带有未成对电子的碎片。大气中常见的自由基如由基如HOHO，RORO等都是非常活拨的，存在时等都是非常活拨的，存在时间很短，一般只有几分之一秒。间很短，一般只
16、有几分之一秒。0.025环境化学环境化学n19431943年，美国洛杉矶第一次出现，所以光化学烟雾也年，美国洛杉矶第一次出现，所以光化学烟雾也称为称为洛杉矶烟雾洛杉矶烟雾，呈，呈蓝色蓝色，具强氧化性，能使橡胶开，具强氧化性，能使橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，使大气能见度裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，使大气能见度降低。降低。n含有氮氧化物和碳氢化合物等含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物一次污染物的大气，在的大气，在阳光照射下发生光化学反应而产生阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物二次污染物，这种，这种一次污染物和二次污染物（如臭氧，醛等）的混合物一次污染物和二次污染物（如臭氧
17、，醛等）的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。0.026环境化学环境化学n水环境化学方面：水环境化学方面：研究研究对象对象：有毒有害物质：有毒有害物质（固体废物填埋引起的）污染地下水的研究；（固体废物填埋引起的）污染地下水的研究；重点研究对象：重金属（含准金属）及持久性重点研究对象：重金属（含准金属）及持久性有毒有机污染物；有毒有机污染物；研究研究过程过程：天然水体污染：天然水体污染过程和废水净化过程研究；水体界面化学研究、过程和废水净化过程研究；水体界面化学研究、金属形态转化动力学过程、有机物的化学降解金属形态转化动力学过程、有机物的化学降解过程
18、、金属和准金属甲基化等方面的研究。过程、金属和准金属甲基化等方面的研究。4.2 各圈层环境化学的发展方向各圈层环境化学的发展方向0.027环境化学环境化学n土壤环境化学：有机物污染物（如农药）土壤环境化学：有机物污染物（如农药）在土壤中的吸附、降解过程机制，土壤在土壤中的吸附、降解过程机制，土壤环境环境复合污染复合污染问题，以及问题，以及污染土壤修复污染土壤修复的化学基础等。的化学基础等。4.2 各圈层环境化学的发展方向各圈层环境化学的发展方向0.028环境化学环境化学n从从末端末端污染污染控制控制模式转向模式转向全过程控制全过程控制模模式，提倡污染预防（式，提倡污染预防（pollution
19、pollution preventionprevention），），清洁生产清洁生产（cleaner cleaner productionproduction），），循环经济循环经济（circular circular economyeconomy）和）和绿色化学绿色化学（green green chemistrychemistry）。4.3 污染控制化学的发展方向污染控制化学的发展方向0.029环境化学环境化学n即指通过改变产品设计和生产工艺路线，使不即指通过改变产品设计和生产工艺路线，使不生成有害的中间产物和副产品，实现废物或排生成有害的中间产物和副产品，实现废物或排放物的放物的内部循环内
20、部循环，达到，达到污染物最小量化污染物最小量化并节约并节约资源和能源的目的，减小它们对人类和环境的资源和能源的目的，减小它们对人类和环境的危害。也就是政府和学术界提倡的危害。也就是政府和学术界提倡的“清洁生产清洁生产”和和“循环经济循环经济”模式。模式。0.030环境化学环境化学n时间：时间：19911991年，美国环保局年，美国环保局AnastasAnastas博士首先提出绿色化博士首先提出绿色化学名词的创意。此后发展很快。学名词的创意。此后发展很快。n绿色化学（绿色化学（green chemistrygreen chemistry）亦称可持续的化学）亦称可持续的化学（sustainable
21、 chemistrysustainable chemistry）。它是研究利用一套原理在）。它是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产过程中化学产品的设计、开发和加工生产过程中减少减少或或消除消除使用使用或产生对人类健康和环境或产生对人类健康和环境有害物质有害物质的科学。的科学。n例如：开发氯氟烃类化合物（常用作冰箱和空调的制冷剂）例如：开发氯氟烃类化合物（常用作冰箱和空调的制冷剂）的代替品，目前已经开发的代替品有氢氯氟烃的代替品，目前已经开发的代替品有氢氯氟烃HCFCsHCFCs和含和含氢氟代烷氢氟代烷HCFsHCFs，排放到大气中后，即可通过与大气中的活，排放到大气中后，即可通过
22、与大气中的活性物种进行反应而得到去除，减小对臭氧层的破坏。性物种进行反应而得到去除，减小对臭氧层的破坏。0.031第二节第二节 环境污染物环境污染物n环境污染物是指进入环境后使环境的正常组成和环境污染物是指进入环境后使环境的正常组成和性质发生性质发生直接或间接有害于直接或间接有害于人类的变化的物质。人类的变化的物质。它是环境化学研究的对象。它是环境化学研究的对象。n环境污染物大部分由人类的生产和生活活动产生环境污染物大部分由人类的生产和生活活动产生的。环境污染物是个相对的概念，的。环境污染物是个相对的概念，“放错地点的放错地点的原料原料”。它进入环境后可通过物理、化学、生物。它进入环境后可通过
23、物理、化学、生物反应而变成危害更大或将降解成无害的物质。反应而变成危害更大或将降解成无害的物质。1.环境污染物的概念环境污染物的概念0.032环境污染物环境污染物n按环境按环境要素要素分：大气、水体、土壤污染物等分：大气、水体、土壤污染物等n按按形态形态分：气体、液体、固体污染物分：气体、液体、固体污染物n按按性质性质分：化学污染物、物理污染物和生物污染分：化学污染物、物理污染物和生物污染物物n按按来源来源分：工业、农业、交通运输和生活污染物分：工业、农业、交通运输和生活污染物2.环境污染物的类别环境污染物的类别0.033环境污染物环境污染物n(1)工业工业：主要是工业：主要是工业“三废三废”
24、，特点是数量大、，特点是数量大、成分负责、毒性强。成分负责、毒性强。n(2)农业农业：主要是农药、化肥、农业废弃物等。：主要是农药、化肥、农业废弃物等。n(3)交通运输交通运输：主要是噪声、汽油（柴油）等燃料：主要是噪声、汽油（柴油）等燃料燃烧产生的有毒有害气体。燃烧产生的有毒有害气体。n(4)生活生活：主要是生活污水和垃圾。：主要是生活污水和垃圾。2.环境污染物的类别环境污染物的类别0.034环境污染物环境污染物n(1)元素元素：重金属和准金属、卤素、臭氧、黄磷等。：重金属和准金属、卤素、臭氧、黄磷等。n(2)无机物无机物：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、卤化物、无：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、
25、卤化物、无机磷化物等。机磷化物等。n(3)有机化合物和烃类有机化合物和烃类：烷烃、非芳香烃、芳烃等。：烷烃、非芳香烃、芳烃等。n(4)金属有机和准金属有机化合物金属有机和准金属有机化合物：四乙基铅，单甲基或：四乙基铅，单甲基或二甲基胂酸等。二甲基胂酸等。n(5)含氧有机化合物含氧有机化合物：醚、醇、醛、有机酸等。：醚、醇、醛、有机酸等。3.化学污染物的分类化学污染物的分类0.035环境污染物环境污染物n(6)有机氮化合物有机氮化合物：胺、三硝基苯（：胺、三硝基苯（TNT）等。）等。n(7)有机卤化合物有机卤化合物：四氯化碳、多氯联苯（：四氯化碳、多氯联苯（PCBs）和氯代二噁英类等。和氯代二噁
26、英类等。n(8)有机硫化合物有机硫化合物：烷基硫化物、硫醇等。：烷基硫化物、硫醇等。n(9)有机磷化合物有机磷化合物：有机磷农药、磷酸酯类化合：有机磷农药、磷酸酯类化合物等。物等。3.化学污染物的分类化学污染物的分类0.036环境污染物环境污染物n由于化学污染物种类繁多，世界各国都筛选一些由于化学污染物种类繁多，世界各国都筛选一些毒性强、难降解、残留时间长、在环境中分布广毒性强、难降解、残留时间长、在环境中分布广的污染物优先进行控制。例如，美国，的污染物优先进行控制。例如，美国，19761976年，年，确定了确定了129129种优先污染物。我国：种优先污染物。我国：6868种。种。n当前世界范
27、围最关注的化学污染物主要是：当前世界范围最关注的化学污染物主要是：持久持久性有机污染物性有机污染物，具有致突变、致癌变和致畸变作，具有致突变、致癌变和致畸变作用的用的“三致三致”化学污染物化学污染物，以及，以及环境内分泌干扰环境内分泌干扰物物（天然或人工合成的激素药物、二恶英、多氯（天然或人工合成的激素药物、二恶英、多氯联苯等均能影响人类的免疫系统）。联苯等均能影响人类的免疫系统）。0.037环境污染物环境污染物n自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染污染和和破坏破坏，从而导致环境系统的从而导致环境系统的结构和功能发生变化结构和功能发生变化，称
28、为环境效应。，称为环境效应。n可分为自然环境效应和人为环境效应。也可按性质作如下划分：可分为自然环境效应和人为环境效应。也可按性质作如下划分：n1.1.环境环境物理物理效应：物理作用引起，如噪声、电磁辐射、温室效效应：物理作用引起，如噪声、电磁辐射、温室效应等。应等。n2.2.环境环境化学化学效应：化学反应产生的，如湖泊的酸化、土壤盐碱效应：化学反应产生的，如湖泊的酸化、土壤盐碱化、光化学烟雾等。化、光化学烟雾等。n3.3.环境环境生物生物效应：生态系统变异产生的，如工业废水对水生生效应：生态系统变异产生的，如工业废水对水生生态系统的毒害效应，态系统的毒害效应，“三致三致”污染物对人体健康的危
29、害等。污染物对人体健康的危害等。3.环境效应环境效应0.038环境污染物环境污染物n1.1.污染物的污染物的迁移迁移：指污染物在环境中所发生的空间位移及：指污染物在环境中所发生的空间位移及其引起的富集、分散和消失的过程。污染物的其引起的富集、分散和消失的过程。污染物的转化转化：指污：指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。污染物的迁移和转化常常相或转变为另一种物质的过程。污染物的迁移和转化常常相伴进行。伴进行。n2.2.迁移方式：机械、物理迁移方式：机械、物理-化学和生物迁移化学和生物迁移3 3种。物理种
30、。物理-化化学迁移是最重要的迁移形式。学迁移是最重要的迁移形式。n3.3.转化方式：物理、化学和生物作用转化转化方式：物理、化学和生物作用转化3 3种。种。3.环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介 0.039环境污染物环境污染物n 物理过程物理过程:蒸发、渗透、凝聚、吸附、蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射元素蜕变等。放射元素蜕变等。n 化学过程：化学过程：氧化氧化-还原、水解、配位或还原、水解、配位或 螯合、光化学氧化等。螯合、光化学氧化等。n 生物过程：生物过程：生物体吸收、生物代谢等。生物体吸收、生物代谢等。3.环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介 0.040环境污染物环境污染物汞在环境中的迁移转化过程汞在环境中的迁移转化过程 0.041
