环境化学重点资料整理(戴树桂版)

广西龙江镉污染事件原因：镉含量超《地表水环境质量标准》类标准约80倍。气态颗粒物一次大量吸入可引起急性肺炎和肺水肿；慢性中毒引起肺纤维化和肾脏病变。接触镉的工业有镉的冶炼、喷镀、焊接和浇铸轴承表面，核反应堆的镉棒或覆盖镉的石墨棒作为中子吸收剂，镉蓄电池和其他镉化合物制造等。日本报告痛痛病（1931-1973日本富山县，关节痛开始，骨骼软化萎缩，自然骨折）是因长期摄食被硫酸镉污染水源引起的一种慢性镉中毒。治理：中和法（氢氧化镁）、铁氧化沉淀法，金属还原法。聚合氯化铝将离子状态的镉固化，是治理龙江河镉污染最重要的措施之一，而烧碱则是将调节河水PH值促进聚合氯化铝发生反应的重要物质。八大公害事件马斯河谷烟雾事件：多诺拉烟雾事件：伦敦烟雾事件：洛杉矶光化学烟雾：水俣病事件：痛痛病事件：四日哮喘事件：米糠油事件：第一章：绪论环境问题：是指包括一切形式的环境恶化或对生物圈的一切不利影响。环境污染：由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，导致环境素质下降，从而扰乱和破坏生态系统和人们正常的生活和生产条件。环境化学是在化学学科的传统理论和方法的基础上发展起来，以化学物质在环境中出现和引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科。研究有害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。环境污染物的迁移转化（15）：迁移过程transportprocesses机械迁移：运移（富集、分散）物理化学迁移：溶解-沉淀、氧化-还原、水解、配位或螯合、吸附-解吸等作用实现迁移；有机污染物还可通过化学分解、光分解和生物分解进行迁移。生物迁移：生物体吸收、代谢、生长、死亡，以及通过食物链传递产生的放大和积累等作用实现迁移。转化过程：物理过程：蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射元素蜕变等。化学过程：氧化-还原、水解、配位或螯合、光化学氧化等。生物过程：生物体吸收、生物代谢等。第二章：大气环境化学第一节大气中污染物的迁移一、大气的组成氮（78.09%）、氧（20.95%）、氩（0.9%）、CO2（0.03%）、稀有气体（CH4、SO2、NH3、CO、O3）0.1%、水（正常范围1-3%）。大气固体悬浮物来自：工业（生活）烟尘；火山喷尘；海浪飘逸盐质。10μm称降尘（数小时），10μm称飘尘（数年）。二、大气的温度层结对流层(troposphere，0km-17km）：空气具有强烈的对流（垂直），集中了大气中90.9%天气现象，污染物排放直接进入对流层。平流层（stratosphere，17-55km）：气体状态稳定，垂直对流很小，大气透明度高。中间层（mesosphere，55-85Km）：气温下降达-95℃，垂直运动剧烈，发生光化学反应。热层（thermspher，500Km）空气密度很小，温度升高到1200℃，电离层。三、大气污染物的迁移1.大气污染物硫化物：火山喷发：H2S、SO2等；土壤厌氧微生物与植物释放：H2S、(SO2)；陆地上降雨：SO2、SO42-；风吹起的海盐：SO42-；人为活动。含氮化合物：光化学反应、闪电、微生物固化、火山爆发森林失火，人为污染：燃料燃烧、氮肥、炸药、染料。含碳化合物：海洋中生物作用、植物叶绿素的分解、森林中CO2的放出,人为活动：含碳燃料燃烧不完全（CO）、CO2温室效应含卤素化合物：氟氯烃类，破坏臭氧层。2.影响大气污染物迁移的因素风和大气湍流的影响：风，湍流，浓度梯度天气形势和地理地势的影响第二节大气中污染物的转化一、光化学反应基础初级过程：化学物种吸收光量子形成激发态物种，只有电子跃迁才能产生激发态物种。次级过程：初级过程中反应物与生成物之间进一步发生的反应。光化学第一定律：当激发态分子的能量足够使分子内的化学键断裂，即光子的能量大于化学键时才能引起光离解反应。其次，为使分子产生有效的光化学反应，光还必须被所作用的分子吸收，即分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能产生光化学反应。光化学第二定律：光被分子吸收的过程是单光子过程，由于电子激发态分子的寿命10-8s，在如此短的时间内，辐射强度比较弱的情况下，只可能单光子过程，再吸收第二个光子的几率很小。波长大于700nm的光就不能引起光化学离解。紫外光可以引起氧的光解，N2的光离解限于臭氧层以上，平流层中O3的来源，也是消除O的主要过程。大气中唯一已知O3的人为来源（公式）：二、大气中重要自由基来源自由基：由于在其电子壳层的外层有一个不成对的电子，因而有很高的活性，具有强氧化作用。凡是有自由基生成或由其诱发的反应叫自由基反应。（自由基反应一般总是发生在键能最低的化学键处。）清洁空气中O3的光离解是大气中HO.的主要来源。HNO2的光离解是污染大气中HO.的主要来源。大气中醛的光解尤其是甲醛的光解是HO2.的主要来源。乙醛和丙酮的光解，生成大气中含量最多的甲基，同时生成两个羰基自由基。O.和HO.与烃类发生H摘除反应生成烷基自由基。甲基亚硝酸脂和甲基硝酸脂的光解产生甲氧基。烷基与空气中的氧结合形成过氧烷基。三、氮氧化物的转化1．NO和NO2的基本光化学循环NOX的人为来源主要是矿物燃料的燃烧、汽车尾气和固定的排放源等。由于OH基自由基引发一系列烷烃的链反应，得到RO2、HO2等，使得NO迅速氧化成NO2，同时O3得到积累，以致成为光化学烟雾的重要产物。四、碳氢化合物的转化甲烷是一种重要的温室气体（CO2CH4N2OCFCsCOCCl4），大气中含量最高的碳氢化合物，占大气碳化合物排放量的80％以上，并且是唯一能由天然源排放造成大浓度的气体。大气中甲烷主要来源于有机物的厌氧发酵过程。萜类来自于植物生长过程向大气释放。CH4不断消耗O3也是导致臭氧层损耗的原因之一。五、光化学烟雾1．光化学烟雾的形成（课件10）大气中碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）等一次污染物在阳光照射下，发生光化学反应产生二次污染物，这种由参加反应的一、二次污染物的混合物（包括气体污染物和气溶胶）形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。特征：蓝色烟雾，强氧化性，具有强刺激性，使大气能见度降低，在白天生成傍晚消失，高峰在中午。形成条件：大气中有氮氧化合物和碳氢化合物存在，大气湿度较低，有强阳光照射。光化学烟雾形成的简单机制：（95反应式）光化学烟雾形成反应是一个链反应，链的引发主要是NO2的光解。自由基的引发主要由NO2和醛的光解引起。自由基传递碳氢化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因。光化学烟雾的控制对策：控制反应活性高的有机物的排放；控制臭氧的浓度。六、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染含硫矿物燃料燃烧过程中直接排入大气中的主要是二氧化硫，天然来源主要是火山喷发。激发态的SO2主要以三重态存在。硫酸烟雾型污染：由于煤燃烧而排放出来的SO2、颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。硫酸烟雾型污染属于还原性混合物，称还原性烟雾。特点：发生在冬季，气温低，湿度高，日光弱。52年12月伦敦烟雾。七、酸性降水酸性降水是指通过降水将大气中的酸性物质迁移到地面的过程，最常见的就是酸雨，称湿沉降。（雨水的pH值约为5.6）.降水离子组成对环境影响最大的是：SO42-、NO3-、Cl-、NH4+、Ca2+、H+.酸雨的形成:燃料燃烧产生的SO42-、NOx以及工业加工和矿石冶炼中产生的SO2等转化而成。其中起主要作用的是SO42-，其次是NO3-和CI-，我国的酸雨主要是硫酸型的。CaO、CaCO3、NH3是酸性降水的具有“缓冲作用”的物质.影响酸雨形成的因素：酸性污染物的排放（在有适宜的转化条件下）大气中的NH3：大气中的NH3与H2SO4气溶胶形成中性的NH4HSO4，它降低了雨水的酸度，从而抑制了酸雨的形成。颗粒物的酸度及其缓冲能力：金属催化SO2氧化；酸性物贡献酸雨；碱性物中和酸起缓冲作用。八、大气颗粒物空气动力学直径：指在通常温度压力和相对湿度下，在静止的空气中,与实际颗粒物具有相同重力末速度的密度为1g/cm3的球体直径。大气颗粒物的分类：总悬浮颗粒物（TotalSuspendedParticulates）：是指在一定体积中，被空气悬浮的全部颗粒物，用单位体积中的颗粒物总质量来表示。粒径多在100µm以下，特别是10µm以下的微粒。降尘颗粒10(30)-1000µm飘尘难以降沉可吸入颗粒物（InhalabteParticulatesIP）Dp10µm指TSP中能用口鼻吸入的颗粒物，气象报告中用PM10表示。大气颗粒物的化学组成：无机颗粒物：细粒子：硫酸盐、硝酸盐等，多为二次污染物。有机颗粒物(来自燃料燃烧、废弃物焚化)九．温室气体和温室效应温室效应：大气中温室气体吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留于大气中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。温室气体：二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、四氯化碳和氟氯烃CFC-11，CFC-12。十．臭氧层的形成与耗损臭氧层形成与耗损的化学反应：平流层O2光解,臭氧层形成：臭氧的消耗：第三章：水环境化学第一节天然水的水质标准物理性质指标：温度、嗅味、色度、浊度、悬浮物、电导率、pH值、氧化还原电位。化学性质指标（I）：酸度、碱度、硬度（钙镁浓度）、重金属化学性质指标（II）：溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）：氧化水中有机物(或其它还原性物质)所需化学氧化剂的量，以氧的mg/L计。重铬酸钾（CODCr），主要测定污染水体；高锰酸钾（CODMn），主要测定清洁水体或饮用水中的还原性物质，现常称作高锰酸钾指数。生物需氧量(BOD)：一定条件下水中有机物被微生物所氧化，在一定期间内所消耗的溶解氧的量单位mg/L，BOD5称五日生物耗氧量。总需氧量（TOC）：水中有机物完全氧化所需氧的量（燃烧法）。无机碳和有机碳、三氮、有机污染物。生物性质指标：水中总大肠杆菌群，指能在35℃，48h内发酵乳糖、产酸产气的、需氧的及兼性厌氧的革兰氏阴性的无芽孢杆菌。第二节天然水的组成和基本特征总含盐量（TDS）：亨利定理：气体在液体中的溶解度正比于液体所接触的该种气体的分压。利定律并不能说明进一步的化学反应。溶解度8.32mg.L-1(DO)。富营养化：在高生产率的水体中藻类生产旺盛，死藻的分解引起水中溶解氧水平的降低，这就是水体的富营养化。水中的CO2的增多可引起过量藻类的生长，因此CO2常常是一个限制因素。二、天然水的性质1．碳酸平衡（公式）：封闭体系，CT不变，其余各浓度变化。开放体系：CO2在气液相之间的平衡[H2CO3*]不变。天然水中的碱度和酸度：碱度alkalinity：接受质子的总物质的量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。总碱度=酚酞碱度=酸度Acidity：总酸度=CO2酸度=无机酸度=3．天然水体的缓冲能力公式：优先污染物：也叫优控污染物，由于化学污染物种类繁多，世界各国都筛选出了一些毒性强、难降解、残留时间长、在环境中分布广的污染物优先进行研究和控制，称为优先污染物。第二节水中无机污染物的迁移转化1水中颗粒物：矿物微粒：主要指硅酸盐矿物。黏土矿物：主要是铝镁的硅酸盐，由其他矿物经化学风化而成，具有晶体层状结构、有粘性、具有胶体性质，可以生成稳定的聚集体。金属水合氧化物：在天然水体中以无机高分子及溶胶等形式存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。腐殖质：带负电荷的高分子弱电解质，多含有–COOH、–OH等。在pH高，离子强度低条件下，羟基、羧基大多离解，负电荷相互排斥，构型伸展，亲水性强。在pH低、较高浓度金属离子存在下，各官能团难以离解，高分子趋于卷缩，亲水性弱，因而趋于沉淀或凝聚。悬浮沉积物和其他。2水环境中颗粒物的吸附作用：表面吸附—物理吸附，与胶体的比表面积有关。离子交换吸附—物理化学吸附，水环境中一部分胶体带负电荷，吸附一部份阳离子，同时释放等量其它阴离子。属可逆反应，不受温度影响，交换吸附能力与溶质的性质、浓度、吸附剂性质有关专属吸附—受化学键作用外，还受加强的憎水键、范德华力、氢键等的作用。水合氧化物胶体对金属离子有较强的专属吸附。3、吸附等温线和等温式吸附