第7章 环境与化学new

XUTSchoolofsciences西安理工大学理学院应用化学系第7章环境与化学XUTSchoolofsciences环境问题是当今人类面临的三大问题之一，环境污染与保护将是本世纪关注的重点。特别是温室效应、臭氧层空洞、酸雨沉降等，本章着重介绍环境污染的现状及其防治对策。第7章环境化学XUTSchoolofsciencesXUTSchoolofsciences但是：XUTSchoolofsciences现状XUTSchoolofsciencesXUTSchoolofsciences——环境污染！——生态平衡破坏！XUTSchoolofsciences人类由顺从自然转而利用改造自然，而在利用和改造自然的同时，也在破坏着自己赖以生存的环境。越演越烈，以至威胁到人类自身。对已被破坏的环境进行治理，保护和防止环境的进一步破坏，是人类面临的重大而迫切的课题。XUTSchoolofsciences7.1环境污染与化学XUTSchoolofsciences环境：生物环境；非生物环境。生态平衡：物质循环和能量流动相对平衡。影响因素：自然;人为（物理因素，生物因素，化学因素）环境污染:指由人类生产和生活活动引起的对生态平衡的破坏。一、生态平衡XUTSchoolofsciences二、大气环境大气是人类生存和活动的空间，洁净的空气对生命来说比任何东西都重要。1.大气圈及其构造大气层：(根据气体的温度沿地球表面垂直方向的变化)对流层，平流层，中间层。XUTSchoolofsciences所谓天就是指包围着地球的大气层。（根据气体的温度沿地球表面垂直方向的变化)可分为五层。对流层平流层中间层热气层散逸层XUTSchoolofsciences可变组分：指二氧化碳（通常含量为0.02%~0.04%）和水蒸气（含量小于4%）。恒定组分：占大气体积20.95%的氧、78.09%的氮和0.93%的氩，微量氖、氦、氪、氙、氡。2.大气组成不定组分：主要指因地因时随时变化的组分，这是空气污染的主要来源。XUTSchoolofsciences（1）粉尘：主要来自燃料所产生的烟尘，矿石开采烧结、水泥工业、钢铁工业以及金属冶炼。会诱发呼吸道疾病，甚至癌症。3.大气的污染分类：①降尘(ф10μm)②飘尘(ф10μm)组成：①无机物（矿物、金属）②有机物（碳氢化合物、多环芳烃）XUTSchoolofsciences大气污染XUTSchoolofsciences（2）氮氧化物(NOx:NO、NO2)大部分来自燃料燃烧、汽车等交通工具的尾气以及硝酸的生产或使用。NOx的严重危害是能引发光化学烟雾由汽车尾气（NOx）引起的光化学烟雾最早发生在1946年美国的洛杉矶，又称“洛杉矶烟雾”。XUTSchoolofsciencesNOx与光化学烟雾产生：CxHy化物、NO2在日光下：NO2→NO+OO+O2→O3O3+CxHy→RCHORCHO+NO2+NO→CH3(CO)OONO2（过氧乙酰硝酸酯PAN）PAN+O3+RCHO→光化学烟雾（强氧化剂）XUTSchoolofsciences危害：NO与血红素结合，引起中毒；NO2强烈刺激眼、鼻、呼吸系统，使血红素硝化。光化学烟雾使头晕目眩，手足抽搐；腐蚀金属，危害树木、庄稼。XUTSchoolofsciences燃料燃烧，矿物煅烧产生SO2。1952年12月英国伦敦烟雾事件的起因，就是大气中SO2在粉尘的催化下转化为SO3：2SO2+O22SO3（3）硫氧化物（SOx：SO2和SO3）SO3与雾滴结合成硫酸酸雾。XUTSchoolofsciences伦敦型烟雾XUTSchoolofsciences（4）碳氧化物（COx）CO2、CH4、N2O、O3、氟里昂等，称为温室效应气体。特性：允许阳光进入地面，对红外线有强烈吸收作用，使大气温度上升。XUTSchoolofsciences太阳地球太阳光热辐射云的反射热辐射大气层散射反射温室效应气体吸收XUTSchoolofsciences开发新能源，又要禁止砍伐森林，增加人们的环保意识，特别是要有效地控制人口增长。自然能源的消耗急增，森林面积的减少以及海洋漏油污染等。引起温室效应的原因解决对策XUTSchoolofsciences人为温室气体对全球变暖的贡献XUTSchoolofsciences（5）氟里昂（CFC）由于氟里昂很稳定，在低层大气中可长期存在（寿命约为几十年甚至上百年），还未来得及分解即进入臭氧层，以远快于O3产生的速率分解O3分子。种类波长(nm)特征A紫外线(UVA)320-380能使皮肤晒黑B紫外线(UVB)280-320能烧伤皮肤,引起水泡C紫外线(UVC)190-280紫外线真空紫外线100-190不能达到地表XUTSchoolofsciencesO3电离层过渡层同温层对流层臭氧层的位置在地面上30km左右的平流层中。大气臭氧层及其破坏XUTSchoolofsciences80年代发现南极上空出现臭氧空洞;90年代北半球又发现新的空洞。XUTSchoolofsciences•目前，最早使用CFC的24个发达国家已于1985年和1987年分别签署了限制使用CFC的《维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》。1993年2月，中国政府批准了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰方案》，确定在2010年完全淘汰消耗臭氧层物质。XUTSchoolofsciences•1995年1月23日，联合国大会通过决议，为纪念1987年9月16日签署的《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，把每年的9月16日定为“国际保护臭氧层日”。XUTSchoolofsciences指pH＜5.6的酸性降水，是酸性气体污染大气所产生的后果之一。酸雨对环境破坏性很大:①湖泊、河流中生物受损；②森林被破坏；③土壤生态系统遭破坏；④腐蚀建筑物、设备以及文物古迹。（6）酸雨XUTSchoolofsciencesXUTSchoolofsciences特点：酸雨可以漂移，造成大范围公害。有季节性，夏季pH高。危害：使土壤、江河、湖泊酸化，导致鱼类不能繁育；腐蚀建筑和古迹；影响人体健康；使农作物枯死。XUTSchoolofsciences酸雨在毁灭森林！XUTSchoolofsciencesXUTSchoolofsciences三、水体环境排入水体的污物超过水体的自净能力时，会造成水质恶化，使水的用途受到影响—水体污染。包括：自然污染、人为污染。XUTSchoolofsciences（1）无机污染物酸，碱，无机盐，汞，铬，镉，铅等重金属和氰化物，砷化物；（2）有机污染物耗氧有机物，难降解有机物；无毒的（碳水化合物、脂肪、蛋白质）、有毒的（有机氯、磷农药等)。XUTSchoolofsciences破坏土壤，危害农作物；腐蚀水下设备、船壳。来自电镀，焦化，煤气厂的污染物毒性大，进入水体长期存在，通过食物链富集于人体。水中溶解氧下降影响水中生物的生存乃至死亡。危害XUTSchoolofsciences有毒物质在食物链上的浓集——水俣病水体污染XUTSchoolofsciences许多化学物质对食物链上的影响正在增强。例如DDT可以聚集在生物组织内，特别是动物的脂肪中。当这些物质进入人体后将增加人类患癌症和其他疾病的可能性，并对大脑结构产生长期影响。水体污染XUTSchoolofsciences（3）水体富营养化水体中氮、磷超过指标就是富营养。（N—1.5，P—0.1mg·L-1）危害：使藻类大量繁衡被破坏。类死亡。水体生态平增加，水质恶化，鱼殖，DO减少，CODXUTSchoolofsciences赤潮海洋中一种或几种浮游生物爆发性增毒素聚集，局部海域成“死海”。长，引起水体变色（红、褐、绿、棕）XUTSchoolofsciencesXUTSchoolofsciences海洋遭受污染后产生的灾难性海洋现象：赤潮XUTSchoolofsciences石油泄漏造成的海洋污染已经成为当前十分严重的水污染问题。海洋污染XUTSchoolofsciences原油泄漏XUTSchoolofsciencesXUTSchoolofsciences7.2环境保护与化学XUTSchoolofsciences慢速过滤工艺流程一、生活用水的净化处理沉淀--过滤--灭菌XUTSchoolofsciences快速过滤工艺流程XUTSchoolofsciences二、废水处理基本方法基本原理单元技术物理法物理或机械的分离过程过滤,沉淀,离心,分离,上浮等化学法加入化学物质与污水中有害物质发生化学反应的转化过程中和,混凝,化学沉淀,氧化还原物理化学方法物理化学的分离过程萃取,吸附,离子交换,电渗析,膜分离,光催化氧化,超声净化生物法微生物在污水中对有机物进行氧化分解的新陈代谢过程活性污泥,生物滤池,生物转盘,生物流化床,厌氧消化等废水处理程度：一级、二级、三级污水处理方法分类XUTSchoolofsciences对废气的治理的方法有：7.3大气污染的防治1.从排烟中去除CO、NOx（催化还原）XUTSchoolofsciences4NO+CH4–Pt→2N2+CO2+2H2O4NO2+CH4–Pt→4NO+CO2+H2O2CO+2NO–Pt→2CO2+N22.从排烟中除去SO2氨法石灰乳法碱法催化还原去除CO、NOxXUTSchoolofsciences二十一世纪是生命科学的世纪，因此要求对生命科学，特别是对构成生命的蛋白质、核酸、糖类等基本物质以及与生命现象有关的化学有一个基本的了解。7.4生命科学与化学XUTSchoolofsciences一、构成生命的重要物质生物大分子种类重要作用糖类淀粉纤维素糖原提供食物抑制肠道对脂肪的吸收动物体葡萄糖储存形式蛋白质单纯蛋白结合蛋白结构、运输、催化、调节、运动、免疫等酶单纯酶，结合酶生物催化剂核酸DNARNA遗传信息的储存和传递指导蛋白质的合成脂类脂肪类脂供能,保温和保护作用细胞膜,血液的主要成分XUTSchoolofsciences构成生命的重要物质与生命相关的有机化合物碳水化合物蛋白质脂肪核酸碳氢氧氮XUTSchoolofsciences细胞在生命过程中，把储存在DNA顺序中的遗传信息转录为RNA，再翻译成蛋白质的表达过程，称作基因表达。二、基因的表达与调控基因是具有遗传效应的DNA片段。中心法则XUTSchoolofsciencesDNA（基因、染色体）“指纹识别”条形图案表示人的遗传特点。样品表明，犯罪嫌疑人的血样E与S2明显匹配。XUTSchoolofsciences是具有特殊结构和功能的半透膜。生物膜的主要化学成分是磷脂和蛋白质，并由它们构成流动镶嵌模型结构。三、生物膜被动运输主动运输生物膜的主要功能生物膜是当前分子生物学、细胞生物学中一个十分活跃的研究领域。XUTSchoolofsciences氧自由基:指O2－、HO2、HOOH及·OH等活性氧，具有较分子氧活泼的化学反应性。四、氧自由基与人体健康自由基:指带有未成对电子的分子、原子或离子。SOD是体内O2－的清除剂。222SOD22OOHH2OOH2O2被体内的过氧化氢酶催化而清除。XUTSchoolofsciences五、微量元素与疾病“微量元素”只有痕量，对于人体十分重害。但是，机理仍不清楚。要。缺少任一种元素都可导致生物体的伤甲状腺肿（缺碘）大骨节病（缺Se）XUTSchoolofsciencesFe——血红蛋白成分，输送O2、CO2；Cu——与Fe共同起氧化还原反应；Co——维生素B12成分，造血；Zn——参与核酸和能量代谢；Mo——多种酶的辅助因子；Cr——调节胆固醇、糖和脂质代谢；Se——抗衰老，抑制肿瘤；F——牙齿硬化，促生长；I——甲状腺素成分，调节能量；Mn——合成维生素，防癌；Sr——维持血管功能和通透性；V——刺激骨髓造血，促生长；Sn——促进蛋白质和核酸反应；Ni——参与细胞激素和色素的代谢。微量元素的功能XUTSchoolofsciences人类只有一个地