环境化学复习-1综述

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1、第一章 绪论 l内容提要 1.1 环境化学 1.1.1 环境问题 1.1.2 环境化学 1.2 环境污染物 1.2.1 环境污染物的类别 1.2.2 环境效应及其影响因素 1.2.3 污染物在环境各圈的迁移转化过程 环境问题 l 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。 l 环境污染的具体表现： a、有害物质对大气、水、土壤和动植物的污染 并达到致害的程度 b、生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏 c、不可再生资源被滥采滥用 d、固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等 造成对环境的损害 世界上曾发生过八大公害事件 l(1)比利时马斯(Meuse)河谷烟雾事件：1932

2、年12月，SO2。 l(2)美国洛杉矶光化学烟雾事件：1943年510月。 l(3)多诺拉烟雾事件：1948年10月2631日，SO2和烟尘。 l(4)伦敦烟雾事件：发生在1952年12月58日。 l(5)四日市哮喘事件：1955年以来日本四日市石油提炼和工业燃油 产生的废气严重污染城市大气。 l(6)痛痛病事件：19551972年日本富山县内的锌、铅冶炼厂等排 放的含镉废水污染稻米。 l(7)水俣事件：19531956年，日本熊本县水俣市，甲基汞鱼。 l(8)米糠油事件：1968年3月，日本北九州市爱知县,一带生产米糠油 时，混入多氯联苯。 环境化学的任务、内容 l任务：研究化学物质在环境中

3、出现而引起的环 境问题，并解决环境问题。 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 用化学的基本理论和方法发现和解决环境 问题 环境化学的任务、内容 l内容： 有害物质在环境介质中的存在的浓度水平和形态； 潜在有害物质的来源； 在个别环境介质以及不同环境介质间的环境化学行为； 有害物质对人体健康产生效应的机制以及风险性； 有害物质的消除以及防治。日本的水俣病 l环境化学的特点 从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现象与变 化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环 境中的化学转化和效应。 1.2 环境污染物 概念：进入环境后使环境的正常

4、组成和性质 发生直接或间接有害于人类的变化的物质环 境污染物。 一、环境污染物的类别 l根据人类社会的功能分类：工业、农业 、交通、生活。 l根据化学性质分类，污染物有： 元素 无机物 有机化合物 金属有机物 含氧有机化合物 有机氮化合物 有机卤化合物 有机硫化合物 有机磷化合物 二、环境效应及其影响因素 l环境效应：自然过程或者人类的生产 和生活活动对环境造成污染和破坏， 从而导致环境系统的结构和功能发生 变化。 l环境物理效应：噪声、地面沉降、热岛效应 、温室效应； l环境化学效应：湖泊的酸化、土壤的盐碱化 、光化学烟雾、酸雨； l环境生物效应：大型水利工程、三致作用等 。 三、污染物的迁

5、移转化过程 迁移：污染物在环境中所发生的空间位移及其所 引起的富集、分散和消失的过程。 转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物的 作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。 （物质性质的变化） 污染物的迁移方式 l机械迁移 l物理化学迁移 溶解沉淀、氧化还原、水解、配位和 螯合、吸附解吸 l生物迁移：随着生物体的吸收、代谢、 生长、死亡等迁移 污染物的迁移还可以在单一的环境中 进行或者在多个环境界面中发生。 二、污染物的转化 l物理过程 蒸发、渗透、凝聚、吸附和放射性衰 变等 l化学过程 l无机物 光化学反应、氧化还原、配位络合、水解 l有机物 化学分解、光化学分解、生物分解 l生物过程 生

6、物吸收、代谢，最大的特征？ 污染物的迁移、转化并不是独立的，总是伴随着 发生，同时还会超越圈层，实现大气圈、水圈和土壤 圈间的迁移、转化，并形成物质的循环。 第二章 大气环境化学 资源与环境实验室 Atmospheric Chemistry 联系电话：13956329673 E-mail：lixl100 2.1.1 大气层结构 Pressure units 1 atm=1.013 x 105 Pa Ideal gas law p V = n R T 气温随高度的变化通 常以气温垂直递减表示，即 每垂直升高100米气温的变 化值为0.6。 Atmosphere StructureAtmosphe

7、re Structure 2.1.3 辐射逆温层 Temperature A B C E DF Height 辐射逆温 可在全年出现多发 生于100150m高度。厚度为几 米到200300m 产生条件 晴朗无风的夜间，地 面强烈的向外辐射使地面和近地 面大气层快速冷却。 逆温:Inversion layers 对流层中气温随高度的 增加反而增加的现象。 直线 ABC 曲线FEC、DBC分别表示什么？ 辐射逆温的种类 白天太阳下山后凌晨太阳出来后白天 Height Temperature 逆温对污染物扩散的影响 2 1 T h 逆温层 a b 当烟囱的出气口的位置正好落在1或2 的位置时， 烟羽

8、轨迹会发生什么不同的变化? 2.1.4 气块的绝热过程和干绝热递 减率 气块气块( (团团) ) 污染性气体由污染源排到大气中时不会立 即和周围大气混合，则其理化性质有别于周围大气的理化 性质，可以视作一个气块来进行研究。 两个假设： 它与周围不发生热交换，即其状态的变化为绝热过程 不发生水相的变化过程，即不出现固态和液态的水，仅有 气态水，此为干过程。 当然气块只存在一定的时间，其界面也是相对的，当与周 围大气混合均匀以后，气块的边界消失，气块本身也就不 复存在了。 干绝热递减率干绝热递减率 气块垂直上升时，随外界压力的 减少而必然膨胀作功使气块温度下降，反之亦然， 其温度的降低值与上升高度

9、的比值以d表示。 概念 25.826 262626 26.2 =0.8/100m=1.0/100m=1.2/100m 242424 25 2525 2525 25 24.22523.8 200m 100m 300m d=1.0/100m Height 2.1.4 大气的稳定度 2.1.5 影响大气污染物迁移的因素 l风和湍流 l风 污染物向下风向的扩散 l湍流 向各个方向的扩散 l浓度梯度 质量向低浓度的扩散 气团作有规则运动时， 风 v 系统性铅直速度运动 对流 乱流 称之为摩擦层 摩擦层 具有乱流特征的气层成为摩擦层。其底部与地 面相接触，厚度约为1000m 1500m,各种地貌表面粗 糙

10、不平，且受热不均，导致该层的气流稳定度较低。 自由大气 乱流及其效应已经很小，污染物也很少。 摩擦层 自由大气 2.1.5 影响大气污染物迁移的因素 湍流 动力乱流 对流 热力乱流 l天气形势和地理地势产生的逆温现象 l山谷风 l海陆风 l城郊风 l污染源本身的特性(温度、浓度、化学稳定性) 2.1.5 影响大气污染物迁移的因素 2.2 大气中污染物的转化 自由基 在其电子壳层的外层有一个不成对电子的分子、 原子或基团。 特点1 有很高的活性，有很强的氧化性，来源于未成对 电子的强的亲和力 氧气分子： OO H2S、 CH4、 NH3 H2SO4、CO2、HNO3 特点2 可引起链式反应，引起

11、一个未成对电子与电子成 对的分子反应后必然生成一个新的未成对电子。 光化学定律 光化学第一定律：只有当激发态分子的能量足 够大时，即光子的能量大于化学键时，才能引起光 离解反应。 光化学第二定律：分子吸收光的过程是单光子 过程。 吸收光数目 量子产率= i过程所产生的激发态分子数目 对于初级过程1，甚至很大。 大气组分的源与汇 l在大气中准永久性气体浓度不变，但整个大 气仍是一个动态体系；大气组分可通过大气 圈与其他三个圈之间发生物理、化学或生物 化学过程，不断进行着物质交换或转化，即 构成所谓的“气体循环“。 大气组分的源与汇 l产生气体的过程称为气体的源，它包括大气 中的化学过程、生物活动

12、、火山喷发以及人 类活动等，如燃料的燃烧。 l由大气中去除气体的过程如化学过程和生物 活动、物理过程等就是被去除气体的汇。 大气污染物 八类： l含硫化合物 l含氮化合物 l一氧化碳和二氧化碳 l碳氢化合物和碳、氢、氧化合物 l光化学氧化剂 l含卤素化合物 l颗粒物 l放射性物质。 大气污染物的来源 l人为污染源 通常所说的大气污染源一般是指由人类活动 向大气输送污染物的发生源。 燃料燃烧 ；工业排放 ； 固体废弃物焚烧 ；农业排放 l天然源 ：天然源所排放的大气污染物种类 少、浓度低，但从全球角度看，天然源是重 要的，在某些情况下甚至比人为源危害更严 重 大气污染物的汇 l干沉降 重力沉降，

13、与植物、建筑物或地面(土壤)相碰撞而被捕获(被表面吸附或吸 收)的过程，统称为干沉降。重力沉降仅对直径大于10m的颗粒物有效。 与植物相碰撞可能是过小的粒子在近地面处较有效的去除过程。干沉降对 气态污染物也是很重要的一种去除途径。 l湿沉降 大气中的物质通过降水而落到地面的过程称为湿沉降。被降水湿去除或湿 沉降对气体或颗粒物都是最有效的大气净化机制。湿沉降可分为雨除 (rainout)和冲刷(washout) l化学去除 污染物在大气中通过化学反应生成其他气体或粒子而使原污染物在大气中 消失的过程，称为化学去除。 SO2 lSO2是重要的大气污染物，排放量仅次于CO。 l来源：大气中SO2主要

14、来自含硫燃料的燃烧及冶金、硫酸 制造等工业过程。人为排放的SO2中约有60%来自煤燃烧 ，30%左右来自石油燃烧和炼制。 l危害：SO2是无色、有刺激性气味的气体，它能刺激人的 眼睛、损伤呼吸器官、损坏植物叶子、抑制作物生长。 l汇：SO2在大气中，尤其在污染大气中易通过光化学氧化 、均相氧化、多相催化氧化，最终转变成硫酸或硫酸盐， 并通过干沉降或湿沉降(酸雨)的形式降落到地面。 l危害：我国酸雨属硫酸型酸雨，即致酸物质主要是SO42-。 SO2转化成硫酸或硫酸盐，其危害增大。 氮氧化物（NOx） l大气中的NOx主要来自天然过程。自然界的氮循环每年向大气释放NO约 4.30108t，约占总排

15、放量的90%，人类活动排放的NO仅占10%。 lNO2是由NO氧化生成的。NOx的人为源主要是燃料的燃烧或化工生产过 程，其中以工业窑炉、氮肥生产和汽车 排放的NOx量最多。 l城市大气中三分之二的NOx来自汽车尾气等的排放。 l一般条件下，大气中的氮和氧不能直接化合为氮的氧化物，只有在温度高 于1200时，氮才能与氧结合生成NO： N2 + O2 2NO 上述反应的速率随温度增高而加快。 l燃烧过程中生成的NO量主要与燃烧温度和空燃比 (空气的质量除以燃料的 质量)有关。 l当燃烧完全，即无过量的O2时，空气质量与燃料的比 例称为化学计量空 燃比。 l典型汽油的化学计量空燃比为14.6。 二

16、氧化碳（CO2） l二氧化碳是无毒气体。由于它是温室气体，能造成全球性 环境的重大变化，故引起了人们的普遍关注。 lCO2的人为源主要是矿物燃料的燃烧。而它的天然源主要 有： (a) 海洋脱气。海水中CO2量通常比大气圈高60多倍， 估计大约有千亿吨的CO2在海洋和大气圈之间不停地交换 。 (b) 甲烷转化。CH4在平流层中与OH自由基反应，最 终被氧化为CO2。 (c) 动植物呼吸、腐败作用以及生物物质的燃烧。 (d) CO2不仅来源于地表，而且也来源于地球内部。 二氧化碳（CO2） l 二氧化碳是引起温室效应的主要气体。 氯氟烃类（CFCs） l 排入对流层的氯氟烃类化合物不易在对流层被去 除，它们唯一的去除途径是扩散至平流层，在强 紫外线作用下进行光解，其反应式可表示如下： CFXCl2 + h CFXCl +Cl ( X为F或