环境化学课件-南开大学-孙红文博导-第一章

1-1第一章绪论Chapter1.Introduction《环境化学》第一章绪论1-2《环境化学》第一章绪论内容提要及重点要求本章简要介绍了环境化学在环境科学中和解决环境问题上的地位和作用，它的研究内容、特点和发展动向，主要环境污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程。要求掌握对现代环境问题认识的发展及对环境化学提出的任务，明确学习环境化学课程的目的。从七八百年前因人类开始用煤产生的空气污染，发展到当代面向21世纪多方面的全球环境问题，无不与化学科学密切相关。所以，如何阐明这些危害人类的环境问题的化学机制并为解决这些问题提供科学依据，已成为化学科学工作者的一个重要职责。环境科学与化学交叉形成的环境化学学科在这方面负有特殊的使命。1-3第一节环境化学1.1EnvironmentalChemistry一、化学与环境ChemistryandEnvironment二、什么是环境化学WhatisEnvironmentalChemistry三、元素地球化学循环GeochemicalCycleofElements四、环境化学的前沿FrontiersofEnvironmentalChemistry《环境化学》第一章绪论1-4一、化学与环境ChemistryandEnvironment《环境化学》第一章绪论化学工业的发展为人类带来福祉，目前我们日常生活和工农业生产所使用的化学品已多达100000种以上。没有化学品，就没有如此繁荣的地球。如，没有农药，就不会有粮食的高产，地球不可能支撑如此庞大的人口；各种药物帮助人类战胜疾病，青霉素的使用使人类寿命出现第二次飞跃，平均增加了20岁。但是，人类过度依赖化学品，不当使用化学品，在生产、使用和废弃化学品的过程中疏于管理，使化学品成为环境污染的罪魁祸首。如，难降解有机氯农药及一些具有良好性能的工业品的使用被证明是过大于功，造成了“寂静的春天”；在人类活动过程中还无意识地产生很多副产物，如燃烧产生的多环芳烃、二噁英，饮用水消毒产生的副产物等。1-5•Allmatterischemical;wearechemical•ThehumanbodyisacomplexchemicalfactoryChemistryisGoodGoodThingsfromChemistry•Pharmaceuticalsthathaveimprovedhealthandextendedlife•Fertilizersthathavegreatlyincreasedfoodproductivity•SemiconductorsthathavemadepossiblecomputersandothermodernelectronicdevicesTheDownsideofChemistry•Pollutants•Toxicsubstances•NonbiodegradableplasticcontainersThesehaveresultedinharmtotheenvironment《环境化学》第一章绪论1-6•1928年由英国细菌学家弗莱明发现了青霉素，1940年，牛津大学的病理学家弗洛里和病理化学家钱恩合成了青霉素。三人获1945年诺贝尔生理学和医学奖。青霉素的成功合成带动了药物合成革命，而且至今青霉素都是一个廉价有效的抗生素。但是一些抗生素的滥用，造成环境积累，对生态系统产生危害。《环境化学》第一章绪论•1945年，瑞士化学家穆勒发明合成了DDT，能够有效地杀死蚊虫、控制疟疾蔓延。穆勒因此于1948年荣获诺贝尔生理医学奖。后来发现包括DDT在内的很多有机氯农药难于降解，在生物体内富集，沿着食物链放大，危害人类和生态系统健康。1-7“Bysensibledefinition，anyby-productofachemicaloperationforwhichthereisnoprofitableuseisawaste.Themostconvenient,leastexpensivewayofdisposingofsaidwaste——upthechimneyordowntheriver——isbest.”FromAmericanChemicalIndustry—AHistory,W.Haynes,D.VanNostrandCo.,1954TheOldAttitude《环境化学》第一章绪论1-71-8全球十大环境污染事件1.马斯河谷烟雾事件1930年2.洛杉矶光化学烟雾事件1943年3.多诺拉烟雾事件1948年4.伦敦烟雾事件1952年5.日本水俣病事件1953—1956年6.日本骨痛病事件1955—1972年7.日本米糠油事件1968年8.印度博帕尔事件1984年9.剧毒物质污染莱茵河事件1986年10.切尔诺贝利核泄漏事件1986年《环境化学》第一章绪论1-9•Chemistryisrequiredtodealwithenvironmentalproblemsandchallengestosustainability•Ofallprofessionals,chemistsarethebestqualifiedtounderstandenvironmentalproblemsfromthemisuseofchemicals•Thepracticeofenvironmentallybeneficialchemistryisnotaburden,butratheranopportunitythatchallengeshumanimaginationandingenuity•GreenChemistryseekstopresentabodyofchemicalknowledgefromthemostfundamentallevelwithinaframeworkoftherelationshipbetweenchemicalscienceandhumanbeings,theirsurroundings,andtheirenvironment.ChemistsandChemistryarePartoftheSolution《环境化学》第一章绪论1-10第一节环境化学1.1EnvironmentalChemistry一、化学与环境ChemistryandEnvironment二、什么是环境化学WhatisEnvironmentalChemistry三、元素地球化学循环GeochemicalCycleofElements四、环境化学的前沿FrontiersofEnvironmentalChemistry《环境化学》第一章绪论1-11二、什么是环境化学WhatisEnvironmentalChemistry1.学科隶属环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的，以化学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的新型学科。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支。2.定义环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。《环境化学》第一章绪论1-12EnvironmentalChemistrymaybedefinedasthestudyofthesources,reactions,transport,effects,andfatesofchemicalspeciesinwater,soil,air,andlivingenvironmentsandtheeffectsoftechnologythereon.《环境化学》第一章绪论SO2SO2+1/2O2+H2OH2SO4H2SO4AcidprecipitationS(incoal)+O2SO2H2SO4FromEnvironmentalChemistry,S.E.Manahan,CRCPress,20041-133.研究内容：环境化学研究有害物质在环境介质中存在的来源、浓度水平和形态，它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为，有害物质对环境和生态系统及人体健康产生效应的机制和风险性，有害物质已造成影响的缓解和消除及防止产生危害的方法和途径。《环境化学》第一章绪论4.研究特点：从微观的原子、分子水平上研究宏观的环境现象与变化的化学机制。5.核心：研究化学污染物在环境介质中的迁移transfer转化transformation1-14HazardousCompoundsEnvironmentalSystemMathematicalmodel《环境化学》第一章绪论Characterizationofimportantenvironmentalprocesses(transport,mixing,boundaryfluxes,etc.)andrelevantproperties(temperature,pH,watercomposition,soilconstituents,lightintensity,windvelocity,microbialactivity,etc.)ConceptualmodelforhazardouscompoundinenvironmentalsystemconsideredQuantitativedescriptionoffateofthehazardouscompoundintheenvironmentalsystemconsideredDeterminationoftherelevantcompoundpropertiesandreactivitiesQuestiontobeansweredInputdataFromEnvironmentalOrganicChemistry,R.P.Schwarzenbach,Wiley-Interscience,2003环境化学研究思路1-15atmospherehydrospheregeospherelithospherebiosphereanthrosphere《环境化学》第一章绪论环境各圈层1-16分支学科研究领域环境分析化学环境有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各圈层的环境化学大气环境化学水环境化学土壤环境化学复合污染物的多介质环境行为污染（环境）生态化学化学污染物的生态毒理学研究环境污染对陆地生态系统的影响环境污染对水生生态系统的影响化学物质的生态风险评价环境理论化学环境界面化学定量结构活性相关研究环境污染预测模型污染控制化学大气污染控制水污染控制固体废物污染控制与资源化绿色化学与清洁生产6.分支学科《环境化学》第一章绪论1-17第一节环境化学1.1EnvironmentalChemistry一、化学与环境ChemistryandEnvironment二、什么是环境化学WhatisEnvironmentalChemistry三、元素地球化学循环GeochemicalCycleofElements四、环境化学的前沿FrontiersofEnvironmentalChemistry《环境化学》第一章绪论1-18三、元素地球化学循环GeochemicalCycleofElements《环境化学》第一章绪论1.氧的循环（OxygenCycle）1-19《环境化学》第一章绪论FromEnvironmentalChemistry,S.E.Manahan,CRCPress,20041-202.碳的循环（CarbonCycle）《环境化学》第一章绪论大气中的CO2溶解作用和化学过程溶解性的无机碳主要为HCO3－以溶解的CO2的溶解作用化学沉淀作用和无机碳结合于微生物外壳不溶性无机碳，主要为CaCO3和CaCO3MgCO3光合作用生物降解固定的有机碳（CH2O）和人为合成的碳固定的有机烃类，CxH2x和油母页岩用石油原料生产的异型物质生物地球化学过程1-21《环境化学》第一章绪论FromEnvironmentalChemistry,S.E.Manahan,CRCPress,20042.碳的循