化学与环境课件

《化学与环境课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学与环境课件（105页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第一章化学与环境第一章化学与环境n n人类赖以生存的环境由人类赖以生存的环境由自然环境自然环境自然环境自然环境和和社会环境社会环境社会环境社会环境组成。组成。n n自然环境自然环境自然环境自然环境：人类生活和生产所必须的自然条件资：人类生活和生产所必须的自然条件资源的总和。源的总和。1化学与环境地质环境（矿藏、温泉、自然遗迹）地质环境（矿藏、温泉、自然遗迹） 原生原生 土壤环境土壤环境自然环境自然环境 次生次生 大气环境大气环境 水体环境（海洋，湖泊，河流等）水体环境（海洋，湖泊，河流等） 生物环境（森林，草原，野生动植物等）生物环境（森林，草原，野生动植物等）人类环境人类环境 生产环境（工业

2、，农业等）生产环境（工业，农业等） 交通环境（机场，港口，公路，铁路等）交通环境（机场，港口，公路，铁路等）社会环境社会环境 商业环境（商业区等）商业环境（商业区等）（人工环境）（人工环境） 聚落环境（院落，村落，城市等）聚落环境（院落，村落，城市等） 文教环境（文教区等）文教环境（文教区等） 卫生环境（医院，疗养院等）卫生环境（医院，疗养院等） 旅游环境（文物古迹，风景名胜等）旅游环境（文物古迹，风景名胜等）2化学与环境一、环境与生态平衡一、环境与生态平衡1. 1. 植物、动物、微生物等各种生物群落组成了植物、动物、微生物等各种生物群落组成了生物环境。生物环境。生物环境。生物环境。2. 2.

3、 生物群落和其生存环境之间以及生物群落内不同种群内生物群落和其生存环境之间以及生物群落内不同种群内生物之间不停地进行物质交换和能量交换，构成了多种生物之间不停地进行物质交换和能量交换，构成了多种多样的多样的生态系统生态系统生态系统生态系统。3. 3. 生态系统的群落可以分为：生态系统的群落可以分为：生产者生产者生产者生产者、消费者消费者消费者消费者和和分解者分解者分解者分解者。3化学与环境 绿色植物绿色植物生产者生产者 光合细菌等其他自养生物光合细菌等其他自养生物生物环境生物环境初级消费者：草食动物初级消费者：草食动物（生物成分）消费者（生物成分）消费者次级消费者：肉食动物次级消费者：肉食动物

4、 （动物）（动物） 三级消费者：大型动物三级消费者：大型动物分解者分解者微生物，小型动物微生物，小型动物 自然环境自然环境 土壤土壤（非生物成分）水，二氧化碳，氧气（非生物成分）水，二氧化碳，氧气有机物等有机物等生态系统生态系统温度，阳光温度，阳光4化学与环境二、自然环境中化学物质的循环二、自然环境中化学物质的循环1. 生态圈生态圈 自自然然环环境境可可分分为为四四个个圈圈层层：大大气气圈圈、水水圈圈、生生物物圈圈、 和岩石圈，总称生态圈。和岩石圈，总称生态圈。 5化学与环境大气圈大气圈 a. a. 定义定义定义定义 大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，

5、它包围着海洋和陆地。围着海洋和陆地。b. b.大气圈没有确切的上界大气圈没有确切的上界, ,在地下，土壤和某些岩在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。的一个组成部分。c. c.根据大气分布特征，在对流层之上还可分为平根据大气分布特征，在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。流层、中间层、热成层等。6化学与环境水圈水圈 a. a.定义定义定义定义 水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它是一个连续但不很规则的圈层。水等，它是一个连续但不很规则的圈层。 b. b.

6、地球水圈总质量为地球水圈总质量为1.6610241.661024克，约为地球总质量克，约为地球总质量的的36003600分之一，其中海洋水质量约为陆地水的分之一，其中海洋水质量约为陆地水的3535倍。倍。c. c.大气圈和水圈相结合，组成地表的流体系统。大气圈和水圈相结合，组成地表的流体系统。 7化学与环境生物圈生物圈 a. a.定义定义定义定义 现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部，构成了地球上一个独特的圈层，部分和水圈的全部，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈称为生物圈。 b. b.形成原因形成原因形成原因形成原因

7、 由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物，在地由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物，在地球上这个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存球上这个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。的自然环境。 8化学与环境岩石圈岩石圈 a. a.定义定义定义定义 地球岩石圈主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔地球岩石圈主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近近3333公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。一直延伸到软流圈为止。 b.整个固体地球的主要表面形

8、态可认为是由大洋盆整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成了与岩地与大陆台地组成，对它们的研究，构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的石圈构造和地球动力学有直接联系的 全球构造学全球构造学 理论。理论。 9化学与环境 生物圈、大气圈、水圈和岩石圈之生物圈、大气圈、水圈和岩石圈之生物圈、大气圈、水圈和岩石圈之生物圈、大气圈、水圈和岩石圈之间有着复杂的物质交换和能量交换间有着复杂的物质交换和能量交换间有着复杂的物质交换和能量交换间有着复杂的物质交换和能量交换10化学与环境 人类和其他生物生存的生物圈是在大气圈、人类和其他生物生存的生物圈是在大气圈、水圈和岩

9、石圈的交汇处。水圈和岩石圈的交汇处。 生态系统的物质循环生态系统的物质循环生态系统的物质循环生态系统的物质循环就是自然界的各种化学就是自然界的各种化学元素，通过被植物吸收而从环境进入生物界，并元素，通过被植物吸收而从环境进入生物界，并随着生物之间的营养关系而流转，又通过排泄物随着生物之间的营养关系而流转，又通过排泄物和尸体的降解再回到环境中去。和尸体的降解再回到环境中去。 11化学与环境 生物圈的各种循环是非常复杂的，主要有水循环、氮循环、氧循环和碳的循环水循环、氮循环、氧循环和碳的循环等。12化学与环境水循环水循环 13化学与环境氮循环氮循环14化学与环境氧循环氧循环15化学与环境碳循环碳循

10、环16化学与环境三、大气污染三、大气污染17化学与环境大气污染的定义大气污染的定义 在干洁的大气中，痕量气体的组成是微不足道的。但在干洁的大气中，痕量气体的组成是微不足道的。但是在一定范围的大气中，出现了原来没有的微量物质，其是在一定范围的大气中，出现了原来没有的微量物质，其数量和持续时间，都有可能对人、动物、植物及物品、材数量和持续时间，都有可能对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害。当大气中污染物质的浓度达到有料产生不利影响和危害。当大气中污染物质的浓度达到有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人或物造成危害的现

11、象叫做大气污染。对人或物造成危害的现象叫做大气污染。18化学与环境造成大气污染的原因造成大气污染的原因 既有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，如工既有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。随着人类经济活动业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，同时也将大和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，同时也将大量的废气、烟尘物质排入大气，严重影响了大气环境的质量的废气、烟尘物质排入大气，严重影响了大气环境的质量，特别是在人口稠密的城市和工业区域。量，特别是在人口稠密的城市和工业区域。19化学与环境大气污染物 分

12、分类类成分成分颗颗粒物粒物颗颗粒，粒，飞飞灰，灰，CaCOCaCO3 3,ZnO,PbO,ZnO,PbO2 2, ,各种重金属各种重金属尘尘粒粒含硫化合物含硫化合物SOSO2 2,SO,SO3 3,H,H2 2SOSO4 4,H,H2 2S,S,硫醇等硫醇等含氮化合物含氮化合物NO,NONO,NO2 2,NH,NH3 3等等氧化物氧化物O O3 3,CO,CO,CO,CO2 2, ,过过氧化物等氧化物等卤卤化物化物氯氯气，气，HF,HClHF,HCl等等有机化合物有机化合物烃类烃类，甲，甲醛醛，有机酸，焦油，有机，有机酸，焦油，有机卤卤化物，化物，酮类酮类，稠稠环环致癌物致癌物20化学与环境1

13、. 汽车尾气汽车尾气 汽车是近代重要的交通运输工具，随着汽车数量的激汽车是近代重要的交通运输工具，随着汽车数量的激增，汽车尾气造成的环境污染也日益严重。增，汽车尾气造成的环境污染也日益严重。 汽车尾气中含有一氧化碳、氧化氮以及对人体产生不汽车尾气中含有一氧化碳、氧化氮以及对人体产生不良影响的其他一些固体颗粒，尤其是含铅汽油，对人体的良影响的其他一些固体颗粒，尤其是含铅汽油，对人体的危害更大。危害更大。21化学与环境汽车尾气中的有害成分主要有汽车尾气中的有害成分主要有 n nCOCOn nNxOy NO NONxOy NO NO2 2 n n烃类及衍生物烃类及衍生物n n颗粒颗粒 直径直径101

14、0m m 降尘降尘 直径直径 10 10m m 飘尘飘尘 n nSxOy SxOy 22化学与环境2. 光化学烟雾光化学烟雾 光化学烟雾的定义 大气中的大气中的HCHC和和NxOyNxOy等为一次污染物，在太阳光中紫等为一次污染物，在太阳光中紫外线照射下能发生化学反应，衍生种种二次污染物。由一外线照射下能发生化学反应，衍生种种二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物次污染物和二次污染物的混合物( (气体和颗粒物气体和颗粒物) )所形成的所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。烟雾污染现象，称为光化学烟雾。 NxOyNxOy是这种烟雾的主要成分，又因其是这种烟雾的主要成分，又因其1946194

15、6年首次出现年首次出现在美国洛杉矶，因此又叫洛杉矶型烟雾，以区别于煤烟烟在美国洛杉矶，因此又叫洛杉矶型烟雾，以区别于煤烟烟雾雾( (伦敦型烟雾伦敦型烟雾) )。 光化学烟雾对人体及农作物有很大危害。光化学烟雾对人体及农作物有很大危害。23化学与环境 洛杉矶光化学烟雾24化学与环境 这种洛杉矶型烟雾是由汽车的尾气所引起，而日这种洛杉矶型烟雾是由汽车的尾气所引起，而日光在其中起了重要作用光在其中起了重要作用：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)NO2(g)NO(g)+O(g)O(g)+O2(g)O3(g)hv25化学与环境光化学烟雾的防治光化学烟雾的防治光化学烟雾的防治光化学烟雾的防治 a. a

16、.对石油、氮肥、硝酸等化工厂的排废严加管理，严对石油、氮肥、硝酸等化工厂的排废严加管理，严禁飞机在航行途中排放燃料等，以减少氮氧化物和烃的排禁飞机在航行途中排放燃料等，以减少氮氧化物和烃的排放。放。 b. b.现在已研制开发成功的催化转化器，就是一种与排现在已研制开发成功的催化转化器，就是一种与排气管相连的反应器，它使排放的废气和外界空气通过催化气管相连的反应器，它使排放的废气和外界空气通过催化剂处理后，氮氧化物转化成无毒的剂处理后，氮氧化物转化成无毒的N N2 2，烃可转化成，烃可转化成COCO2 2和和H H2 2O O。26化学与环境3.酸雨酸雨 自然活动和人类活动向大气排放若干物质形成

17、酸雨；其中：自然活动和人类活动向大气排放若干物质形成酸雨；其中： 有的物质是中性的有的物质是中性的, ,如风吹浪沫漂向空中的海盐如风吹浪沫漂向空中的海盐,NaCl,KCl ,NaCl,KCl 等；等； 有的物质是酸性的，如有的物质是酸性的，如SxOy SxOy 和和NxOy NxOy 及酸性尘埃及酸性尘埃( (火山火山灰灰) )等；等； 有的是碱性的，如有的是碱性的，如 NHNH3 3及来自风扫沙漠和碱性土壤扬及来自风扫沙漠和碱性土壤扬起的颗粒；有的本身并无酸碱性起的颗粒；有的本身并无酸碱性, ,但在酸碱物质的的迁移转但在酸碱物质的的迁移转化中可起催化作用，如化中可起催化作用，如COCO和臭氧

18、；和臭氧； 27化学与环境酸雨通常是指酸雨通常是指pHpH小于小于5.65.6的降水，是大气污染现象之一。的降水，是大气污染现象之一。 酸雨：PH5.6的降水。 正常雨水:PH=6-728化学与环境酸雨的形成酸雨的形成：29化学与环境酸雨的危害酸雨的危害 酸性物质的干湿沉降酸雨危害环境。这种危害包括森酸性物质的干湿沉降酸雨危害环境。这种危害包括森林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少，农田林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少，农田土壤酸化、贫脊，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜土壤酸化、贫脊，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜果大面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。果大

19、面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。30化学与环境酸雨腐蚀文物酸雨危害31化学与环境4.温室效应加剧温室效应加剧温室效应的定义温室效应的定义温室效应的定义温室效应的定义温室气体温室气体温室气体温室气体 大气中的二氧化碳浓度增加，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。 破坏大气层与地面间红外线辐射正常关系，吸收地球释放出来的红外线辐射，就像“温室”一样，促使地球气温升高的气体称为“温室气体”。32化学与环境温室效应加剧的原因温室效应加剧的原因温室效应加剧的原因温室效应加剧的原因 温室效应是地球上生命赖以生存的必要条件(即保护作用)。但是由于人口激增、

20、人类活动频繁，化石燃料的用量猛增，加上森林面积因滥砍滥伐而急剧减少，导致了大气中CO2和各种气体微粒含量不断增加，致使CO2吸收及反射回地面的长波辐射能增多，引起地球表面气温上升，造成了温室效应加剧，气候变暖。33化学与环境温室效应加剧的危害温室效应加剧的危害温室效应加剧的危害温室效应加剧的危害 a. a.温室效应的加剧导致全球变暖，会对气候、生态环境温室效应的加剧导致全球变暖，会对气候、生态环境及人类健康等多方面带来影响。及人类健康等多方面带来影响。 b. b. 地球表面温度升高会使更多的冰雪融化，海平面慢慢地球表面温度升高会使更多的冰雪融化，海平面慢慢上升，降雨量也会发生变化。上升，降雨量

21、也会发生变化。 c. c.变暖的气候条件有利于病菌、霉菌和有毒物质的生长，变暖的气候条件有利于病菌、霉菌和有毒物质的生长，导致食物受污染或变质。因此，气候变暖将引起全球疾病导致食物受污染或变质。因此，气候变暖将引起全球疾病的流行，严重威胁人类健康。的流行，严重威胁人类健康。34化学与环境温室效应加剧的防治温室效应加剧的防治温室效应加剧的防治温室效应加剧的防治 为减缓温室效应的加剧，既要设法减少矿物燃料的使用为减缓温室效应的加剧，既要设法减少矿物燃料的使用量，开发新能源，又要禁止砍伐森林，特别是要有效地控量，开发新能源，又要禁止砍伐森林，特别是要有效地控制人口的增长。制人口的增长。35化学与环境

22、5.臭氧层空洞臭氧层空洞36化学与环境臭氧层的概念臭氧层的概念臭氧层的概念臭氧层的概念 在高层大气中在高层大气中( (高度范围约离地面高度范围约离地面15km15km25km)25km)，由氧，由氧吸收太阳紫外线辐射而生成可观量的臭氧吸收太阳紫外线辐射而生成可观量的臭氧(O(O3 3) ) 。当。当O O3 3的浓的浓度在大气中达到最大值时，就形成厚度约度在大气中达到最大值时，就形成厚度约20km20km的臭氧层。的臭氧层。臭氧能吸收波长在臭氧能吸收波长在220nm220nm330nm330nm范围内的紫外光，从而防范围内的紫外光，从而防止这种高能紫外线对地球上生物的伤害。止这种高能紫外线对地

23、球上生物的伤害。37化学与环境臭氧层空洞臭氧层空洞臭氧层空洞臭氧层空洞 臭氧层主要分布在距地面臭氧层主要分布在距地面15km15km35km35km的大气层中近年的大气层中近年来不断测量的结果证实臭氧层已经开始变薄，乃至出现空来不断测量的结果证实臭氧层已经开始变薄，乃至出现空洞。此后发现空洞并非固定在一个区域内，而是每年在移洞。此后发现空洞并非固定在一个区域内，而是每年在移动，且面积不断扩大。动，且面积不断扩大。 38化学与环境形成臭氧层空洞的原因形成臭氧层空洞的原因形成臭氧层空洞的原因形成臭氧层空洞的原因a. a.人类活动产生的微量气体人类活动产生的微量气体 NxOy NxOy 氟氯烃氟氯烃

24、 化学过程：化学过程：n nCl+OCl+O3 3 ClO+O ClO+O2 2n nClO+O Cl+OClO+O Cl+O2 2n n总反应：总反应：OO3 3+O 2O+O 2O2 239化学与环境b.b.b.b.人口的增长和氮肥的大量施用等也可以危害到臭氧层。人口的增长和氮肥的大量施用等也可以危害到臭氧层。N2O+ON2+O2N2+O22NONO+O3NO2+O2NO2+ONO+O2O3+O2O2NO按上述反应式循环起作用，使O3TT分解。40化学与环境臭氧层空洞的危害臭氧层空洞的危害臭氧层空洞的危害臭氧层空洞的危害 臭氧层变薄和出现空洞，就意味着有更多的紫外辐射线臭氧层变薄和出现空洞

25、，就意味着有更多的紫外辐射线到达地面。紫外线对生物具有破坏性，对人的皮肤、眼睛，到达地面。紫外线对生物具有破坏性，对人的皮肤、眼睛，甚至免疫系统都会造成伤害，强烈的紫外线还会影响鱼虾甚至免疫系统都会造成伤害，强烈的紫外线还会影响鱼虾类和其他水生生物的正常生存，乃至造成某些生物灭绝，类和其他水生生物的正常生存，乃至造成某些生物灭绝，会严重阻碍各种农作物和树木的正常生长，又会导致的温会严重阻碍各种农作物和树木的正常生长，又会导致的温室效应加剧。室效应加剧。41化学与环境四、水体污染四、水体污染水体的自净水体的自净水体的自净水体的自净 水在自然界中不断徨，从而不断面更替和获得自身净化。水在自然界中不

26、断徨，从而不断面更替和获得自身净化。表表1 1列出了各种水体的更替期。水体中的污染物质经扩散、列出了各种水体的更替期。水体中的污染物质经扩散、稀释、沉淀、氧化还原、分解等物理化学过程及微生物的稀释、沉淀、氧化还原、分解等物理化学过程及微生物的分解、水生生物的吸收等作用后，浓度自然，就这就是水分解、水生生物的吸收等作用后，浓度自然，就这就是水体的自净作用。体的自净作用。水体污染水体污染水体污染水体污染 排入水体的污染物质一旦超过了水体的自净能力，使水排入水体的污染物质一旦超过了水体的自净能力，使水体恶化，达到了影响水体原有用途的程度，这时可以说，体恶化，达到了影响水体原有用途的程度，这时可以说，

27、水被污染了。水被污染了。42化学与环境水体中主要污染物及其来源水体中主要污染物及其来源水体中主要污染物及其来源水体中主要污染物及其来源 水污染物可分为四大类：水污染物可分为四大类：1 1、无机无毒物：酸、碱、一般无机盐、氮、磷等植物、无机无毒物：酸、碱、一般无机盐、氮、磷等植物营养物质；营养物质； 2 2、无机有毒物：重金属、砷、氰化物、氟、无机有毒物：重金属、砷、氰化物、氟化物等；化物等； 3 3、有机无毒物：碳水化合物、脂肪、蛋白、有机无毒物：碳水化合物、脂肪、蛋白质等；质等； 4 4、有机有毒物：苯酚、多环芳烃、有机有毒物：苯酚、多环芳烃、PCBPCB、有机氯农药等。有机氯农药等。43化

28、学与环境五、食品污染五、食品污染食品污染的定义食品污染的定义食品污染的定义食品污染的定义 食品污染是指在食品生产经营过程中，可能对人体健康食品污染是指在食品生产经营过程中，可能对人体健康产生危害的物质介入食品的现象，微生物性污染和化学性产生危害的物质介入食品的现象，微生物性污染和化学性污染是主要的食品污染形式。污染是主要的食品污染形式。44化学与环境食品污染的分类食品污染的分类食品污染的分类食品污染的分类n n细菌性污染。这是涉及面最广、影响最大、问题最多的细菌性污染。这是涉及面最广、影响最大、问题最多的一种污染，大部分食品卫生问题是由于生物因素引起的。一种污染，大部分食品卫生问题是由于生物因

29、素引起的。n n真菌毒素污染。真菌广泛存在于自然界中，其产生的毒真菌毒素污染。真菌广泛存在于自然界中，其产生的毒素致病性强，此外真菌还广泛用于食品工业，新菌种的素致病性强，此外真菌还广泛用于食品工业，新菌种的使用、菌种的变异、已使用的菌种是否产毒等问题，都使用、菌种的变异、已使用的菌种是否产毒等问题，都应引起重视应引起重视n n病毒性污染。从病毒性污染。从19951995年到年到20002000年年1010月，英国已经确定的月，英国已经确定的与疯牛病感染有关的与疯牛病感染有关的“ “新变异型克雅氏病新变异型克雅氏病” ”有有7070余例，余例，备受全球关注的疯牛病及其引发的后果的控制，还有大备

30、受全球关注的疯牛病及其引发的后果的控制，还有大量工作要做。量工作要做。45化学与环境n n寄生虫。生吃水产品甚至一些其它动物肉类的行为在寄生虫。生吃水产品甚至一些其它动物肉类的行为在部分地区较普遍，使人们患寄生虫病的危险性大为增部分地区较普遍，使人们患寄生虫病的危险性大为增加，部分地区的食物源性寄生虫发病率也逐年增加。加，部分地区的食物源性寄生虫发病率也逐年增加。n n农药污染。随着高效、低毒、低残留农药的研制和一农药污染。随着高效、低毒、低残留农药的研制和一些高毒高残留农药禁止使用，农药在食品中的残留问些高毒高残留农药禁止使用，农药在食品中的残留问题也将得到改善，但由于有机氯类农药的特点，今

31、后题也将得到改善，但由于有机氯类农药的特点，今后一段时间内这类农药的污染问题仍不可忽视。此外，一段时间内这类农药的污染问题仍不可忽视。此外，兽药和植物激素在食品中的残留成为食品污染的新焦兽药和植物激素在食品中的残留成为食品污染的新焦点。点。46化学与环境n n重金属污染。随着环保意识的提高及对环境污染的控制，重金属污染。随着环保意识的提高及对环境污染的控制，重金属污染问题虽然得到逐步改善，但在短时间内使食品重金属污染问题虽然得到逐步改善，但在短时间内使食品中的重金属污染降至先进水平，还需进一步努力。中的重金属污染降至先进水平，还需进一步努力。n n其它化学物污染。目前，直接应用于食品的化学物质

32、其它化学物污染。目前，直接应用于食品的化学物质( (如食如食品添加剂品添加剂) )以及间接与食品接触的化学物质以及间接与食品接触的化学物质( (如农药及污染如农药及污染物物) )日益增多。人类长期接触这些化学物质后可能引起的日益增多。人类长期接触这些化学物质后可能引起的毒性毒性( (包括致畸、致癌等包括致畸、致癌等) )反应。由于材料工业的迅速发展，反应。由于材料工业的迅速发展，食品容器、包装材料带来的食品污染问题也应引起重视。食品容器、包装材料带来的食品污染问题也应引起重视。47化学与环境六、固体废弃物对环境的污染六、固体废弃物对环境的污染固定废弃物的定义固定废弃物的定义固定废弃物的定义固定

33、废弃物的定义 固体废弃物就是一般所说的垃圾，是人类新陈代谢排泄固体废弃物就是一般所说的垃圾，是人类新陈代谢排泄物和消费品消费后的废弃物品。目前城市居民的生活垃圾、物和消费品消费后的废弃物品。目前城市居民的生活垃圾、商业垃圾、市政维护和管理中产生的垃圾，以及工业生产商业垃圾、市政维护和管理中产生的垃圾，以及工业生产排出的固体废弃物，数量急剧增加，成分日益复杂。世界排出的固体废弃物，数量急剧增加，成分日益复杂。世界各国的垃圾以高于其经济增长速度各国的垃圾以高于其经济增长速度2 23 3倍的平均速度增长。倍的平均速度增长。48化学与环境固定废弃物的危害固定废弃物的危害固定废弃物的危害固定废弃物的危害

34、 堆放的垃圾若不及时清除，必然污染空气，有损环境，堆放的垃圾若不及时清除，必然污染空气，有损环境，且会滋生蚊蝇等害虫，危害人体键康。垃圾对土壤、水体且会滋生蚊蝇等害虫，危害人体键康。垃圾对土壤、水体和大气均会造成严重的污染。垃圾中的化学污染物和生物和大气均会造成严重的污染。垃圾中的化学污染物和生物病原体，如致病菌和寄生虫，会污染农田和土壤。人食用病原体，如致病菌和寄生虫，会污染农田和土壤。人食用受污染土壤上生长的蔬菜，瓜果等就会感染肠道传染病、受污染土壤上生长的蔬菜，瓜果等就会感染肠道传染病、寄生虫病等疾病。垃圾经过雨水淋沥，流入河流或渗入地寄生虫病等疾病。垃圾经过雨水淋沥，流入河流或渗入地下

35、，将使地表水和地下水受到污染。下，将使地表水和地下水受到污染。 49化学与环境化学与环境保护化学与环境保护1. 1.环境质量评价的一般要求环境质量评价的一般要求 环境质量评价的内容包括污染源评价、污染状况评价、环境自净能力评价、环境对人体健康与生态系统的影响评价和环境经济学的评价等。 常规的大气环境质量评价中受监测的污染物种类一般有5种：颗粒飘尘(PM)，SxOy，NxOy，CO，氧化剂(以O3为代表)。50化学与环境 测定目标确定后，通过具体监测，将各污染物的实际测测定目标确定后，通过具体监测，将各污染物的实际测得值和标准值代入公式进行计算，并根据得值和标准值代入公式进行计算，并根据E E值

36、大小，将大值大小，将大气环境质量分为气环境质量分为6 6个级别，见下表。个级别，见下表。级别级别环境质量指数环境质量指数E E污染程度污染程度0 00.010.01清洁清洁0.010.010.10.1微污染微污染0.10.11 1轻污染轻污染1 14.54.5中度污染中度污染4.54.51010较重污染较重污染1010严重污染严重污染51化学与环境2 2、环境质量监测的主要手段环境质量监测的主要手段 环境分析化学是研究如何运用现代科学理论和先进实环境分析化学是研究如何运用现代科学理论和先进实验技术来鉴别和测定环境污染物及有关物种的种类、成分验技术来鉴别和测定环境污染物及有关物种的种类、成分与含

37、量以及化学形态的科学，是环境化学的一个重要分支与含量以及化学形态的科学，是环境化学的一个重要分支学科，也是环境科学和环境保护的重要基础学科。学科，也是环境科学和环境保护的重要基础学科。 52化学与环境环境分析的主要特点如下环境分析的主要特点如下(1)研究领域广、对象复杂。(2)被测组分含量低 。(3)样品组成复杂 。(4)样品稳定性差。 53化学与环境3、三废处理 a a、废气的处理废气的处理 大气污染物绝大部分是由化石燃料燃烧和工业生产过程产大气污染物绝大部分是由化石燃料燃烧和工业生产过程产生的，一般可通过下列措施防止或减少污染物的排放。生的，一般可通过下列措施防止或减少污染物的排放。 改革

38、能源结构，积极开发无污染能源改革能源结构，积极开发无污染能源( (太阳能、地热能、太阳能、地热能、海洋能、风能等海洋能、风能等) )，或采用相对低污染能源，或采用相对低污染能源( (天然气、沼气等天然气、沼气等) )； 改进燃煤技术和能源供应办法，逐步采取区域采暖、集中改进燃煤技术和能源供应办法，逐步采取区域采暖、集中供热的方法，这样既能提高燃烧效率，又能降低有害气体排供热的方法，这样既能提高燃烧效率，又能降低有害气体排放量；放量；54化学与环境 采用无污染或低污染的工业生产工艺；采用无污染或低污染的工业生产工艺； 及时清理和合理处置工业、生活和建筑废渣，减少地面及时清理和合理处置工业、生活和

39、建筑废渣，减少地面扬尘；扬尘； 加强企业管理，注意节约能源和开展资源综合利用，并加强企业管理，注意节约能源和开展资源综合利用，并要减少事故性排放和逸散；要减少事故性排放和逸散； 植树造林，这是治理大气污染、绿化环境的重要途径。植树造林，这是治理大气污染、绿化环境的重要途径。 即使采取上述措施，仍会有即使采取上述措施，仍会有污污染物排入大气，因此，染物排入大气，因此，对对各种各种污污染源要染源要进进行治理，控制其排放行治理，控制其排放浓浓度和排放度和排放总总量，量，使其不致超使其不致超过该过该地区的地区的环环境容量。境容量。55化学与环境b b 、废水的处理、废水的处理 污染水体的污染物主要来自

40、城市生活污水、工业废水污染水体的污染物主要来自城市生活污水、工业废水和径流污水。这些污水若不经处理就排入地面水体，会使和径流污水。这些污水若不经处理就排入地面水体，会使河流、湖泊受到严重污染。因此必须先将其输送至污水处河流、湖泊受到严重污染。因此必须先将其输送至污水处理厂进行处理后排放。理厂进行处理后排放。 56化学与环境基本方法基本方法基本原理基本原理单元技术单元技术 物理法物理法物理或机械的分离过物理或机械的分离过程程过滤，沉淀，离心分过滤，沉淀，离心分离，上浮等离，上浮等 化学法化学法加入化学物质与污水加入化学物质与污水中有害物质发生化学中有害物质发生化学反应的转化过程反应的转化过程中和

41、，氧化，还原，中和，氧化，还原，分解，混凝，化学沉分解，混凝，化学沉淀等淀等物理化学法物理化学法物理化学的分离过程物理化学的分离过程汽提，吹脱，吸附，汽提，吹脱，吸附，萃取，离子交换，电萃取，离子交换，电解电渗析，反渗透等解电渗析，反渗透等生物法生物法微生物在污水中对有微生物在污水中对有机物进行氧化，分解机物进行氧化，分解的新陈代谢过程的新陈代谢过程活性污泥，生物滤池，活性污泥，生物滤池，生物转盘，氧化塘，生物转盘，氧化塘，厌气消化等厌气消化等 排放到污水处理厂的污水及工业废水，可利用排放到污水处理厂的污水及工业废水，可利用多种分离和转化进行无害化处理，其基本方法可分多种分离和转化进行无害化处

42、理，其基本方法可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法。为物理法、化学法、物理化学法和生物法。 污污水水处处理理方方法法分分类类57化学与环境C C、废渣的处理、废渣的处理 垃圾不是完全不可以利用的，通过各种加工处理可以把垃垃圾不是完全不可以利用的，通过各种加工处理可以把垃圾转化为有用的物质或能量，所以人们把垃圾看成一种资圾转化为有用的物质或能量，所以人们把垃圾看成一种资源。面对垃圾资源与日剧增同自然资源日渐枯竭的严峻现源。面对垃圾资源与日剧增同自然资源日渐枯竭的严峻现实，人类已开始自觉和不自觉地投入垃圾处理技术的研究。实，人类已开始自觉和不自觉地投入垃圾处理技术的研究。 58化学与环境当前全

43、球垃圾资源开发处理现状主要特点为：当前全球垃圾资源开发处理现状主要特点为：发达国家垃圾资源开发处理量远高于发展中国家；发达国家垃圾资源开发处理量远高于发展中国家；垃圾垃圾处理技术在发达国家以卫生填埋为主，而在发展中国家以处理技术在发达国家以卫生填埋为主，而在发展中国家以堆肥为主；堆肥为主；垃圾资源开发处理系列化和垃圾资源综合利用多元化已成垃圾资源开发处理系列化和垃圾资源综合利用多元化已成为全球垃圾处理和综合回收利用的新趋势。为全球垃圾处理和综合回收利用的新趋势。59化学与环境在采用各种合理方法处理垃圾的同时，更有价值的是在采用各种合理方法处理垃圾的同时，更有价值的是对垃圾进行回收，这种回收包括

44、材料和能源的回收。其中对垃圾进行回收，这种回收包括材料和能源的回收。其中材料回收主要是根据垃圾的物理性能，研究和发展机械化、材料回收主要是根据垃圾的物理性能，研究和发展机械化、自动化分选垃圾技术自动化分选垃圾技术。 60化学与环境随着可燃性垃圾不断增加，不少国家把它作为能源的资随着可燃性垃圾不断增加，不少国家把它作为能源的资源。一般是通过三种途径利用：源。一般是通过三种途径利用：作为辅助燃料代替低硫煤使用；作为辅助燃料代替低硫煤使用；在焚化炉内焚化，利用其热能生产蒸汽和发电；在焚化炉内焚化，利用其热能生产蒸汽和发电；高温干馏产生气体和残渣，气体可作燃料，残渣冷却后高温干馏产生气体和残渣，气体可

45、作燃料，残渣冷却后形成玻璃体，可作原料利用。形成玻璃体，可作原料利用。 61化学与环境d d、绿色工艺的设计、绿色工艺的设计 三废的处理过程不应产生新的污染，这样才能实现减少三废的处理过程不应产生新的污染，这样才能实现减少或消除污染。更有实际意义的是绿色工艺的设计。或消除污染。更有实际意义的是绿色工艺的设计。 要选择合适的途径，提高原子利用率。 62化学与环境绿色化学绿色化学什么是绿色化学？什么是绿色化学？ 利用化学原理和方法来减少或消除对人类健康、社利用化学原理和方法来减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试区安全、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、

46、产物和副产物的新兴学科，是一门从源头上、从根剂、产物和副产物的新兴学科，是一门从源头上、从根本上减少或消除污染的化学。又称为环境无害化学。本上减少或消除污染的化学。又称为环境无害化学。63化学与环境 绿绿色色化化学学是是当当今今国国际际化化学学科科学学研研究究的的前前沿沿。它它吸吸收收了了当当代代物物理理、生生物物、材材料料、信信息息等等学学科科的的最最新新理理论论和和技技术术，是是具具有有明明确确的的科科学学目目标标和和社社会会需需求求的的新新兴兴交交叉叉学学科科。绿绿色色化化学学是是利利用用化化学学来来预预防防污污染染，不不让让污污染染产产生生，而而不不是处理已有的污染物。是处理已有的污染

47、物。64化学与环境绿色化学示意图绿色化学示意图 无毒无害原料无毒无害原料 可再生资源可再生资源原子经济反应、高选择性环境友好产品无毒无害催化剂无毒无害溶剂65化学与环境绿色化学的目标绿色化学的目标n n在在化化学学过过程程中中不不产产生生污污染染，设设计计没没有有或或者者只只有有尽尽可可能能小小的负作用并且在技术上经济上可行的化学品和化学过程。的负作用并且在技术上经济上可行的化学品和化学过程。n n绿绿色色化化学学的的目目标标就就是是追追求求完完美美。绿绿色色化化学学致致力力于于研研究究经经济济技技术术上上可可行行、对对环环境境不不产产生生污污染染、对对人人类类无无害害的的化化学学品和化学过程

48、的设计和应用。品和化学过程的设计和应用。n n在绿色化学中，合成效率很重要。在绿色化学中，合成效率很重要。 66化学与环境绿色化学的特点 在化学反应的始端就采用实现污染预防的科学手段，在化学反应的始端就采用实现污染预防的科学手段，化学过程和终端均为零排放或零污染。化学过程和终端均为零排放或零污染。 绿色化学主张在绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有具有“ “原子经济性原子经济性” ”，既利用资源，又防止污染。，既利用资源，又防止污染。 例如：例如：C C为目标产物为目标产物 传统方法：传统方法：A+B=C+DA+B=

49、C+D，DD为废物为废物; ; 新方法新方法 : : E+F=CE+F=C，原料，原料E E、F F中的所有原子都进入中的所有原子都进入C C中，中，反应的原子利用率达到反应的原子利用率达到100%100%，没有副产品的污染。，没有副产品的污染。67化学与环境绿色化学研究的内容绿色化学研究的内容 设计或重新设计安全有效的化学品、寻找新的更安全设计或重新设计安全有效的化学品、寻找新的更安全的化学合成路线和生产工艺、寻找安全有效的反应条件、的化学合成路线和生产工艺、寻找安全有效的反应条件、寻找新的转化方法。寻找新的转化方法。 其其中中研研究究的的中中心心问问题题是是化化学学反反应应及及其其产产物物

50、必必须须具具有有以下特点：以下特点： 1 1、采用无毒、无害的原料、采用无毒、无害的原料 2 2、无毒无害反应条件（催化剂、溶剂）、无毒无害反应条件（催化剂、溶剂） 3 3、具有、具有“ “原子经济性原子经济性” ”，实现，实现“ “零排放零排放” ” 4 4、对环境是友好的、对环境是友好的68化学与环境绿色化学与环境化学差异1 1、环环境境化化学学是是一一门门研研究究污污染染物物的的分分布布、存存在在形形式式、运运行行及及其其对对环环境境影影响响的的科科学学。绿绿色色化化学学是是利利用用化化学学原原理理和和方方法法减减少少或或消消除除对对环环境境有有害害的的原原料料、催催化剂、溶剂、产物等的

51、一门学科。化剂、溶剂、产物等的一门学科。2 2、环环境境化化学学是是研研究究治治理理已已经经产产生生的的污污染染物物的的原原理理和和方方法法，是是一一种种治治标标的的方方法法。绿绿色色化化学学是是一一门门从从源源头上、从根本上减少或消除污染的化学。头上、从根本上减少或消除污染的化学。3 3、绿绿色色化化学学主主张张在在反反应应中中充充分分利利用用每每个个原原子子，因因此此它既能充分利用资源，又能实现防止污染。它既能充分利用资源，又能实现防止污染。69化学与环境化学反应的原子经济性1 1、原子利用率、原子利用率 在在化化学学反反应应中中有有多多少少反反应应物物的的原原子子转转变变到到目目标标产产

52、物中。物中。 原原子子利利用用率率= =目目标标产产物物的的量量/ /各各反反应应物物的的量量之之和和100%100% = =目标产物的量目标产物的量/ /所有产物的量之和所有产物的量之和100%100%2 2、原原子子经经济济性性：反反应应物物中中的的所所有有原原子子都都进进入入目目标标产产物的反应，即原子利用率为物的反应，即原子利用率为100%100%的反应的反应70化学与环境绿色化学原则1 1、不让废物产生、不让废物产生2 2、最最有有效效地地设设计计化化学学反反应应和和过过程程，最最大大限限度度地地提提高高原子经济性原子经济性3 3、尽尽可可能能不不使使用用、不不产产生生对对人人类类健

53、健康康和和环环境境有有毒毒有有害的物质害的物质4 4、设计安全的化学品、设计安全的化学品5 5、尽尽可可能能不不使使用用辅辅助助物物质质，如如须须使使用用也也应应是是无无毒毒无无害的害的6 6、耗能低、耗能低7 7、技术、经济可行时应以可再生资源为原料。、技术、经济可行时应以可再生资源为原料。71化学与环境8 8、新型催化剂的开发利用、新型催化剂的开发利用9 9、减少官能团引入、减少官能团引入1010、产物易降解、产物易降解1111、应应发发展展现现场场实实时时分分析析方方法法，以以监监控控和和避避免免有有毒毒有害物质的生成。有害物质的生成。1212、选用安全的化学物质，防止化学事故发生。、选

54、用安全的化学物质，防止化学事故发生。72化学与环境绿色化学的意义n n不不仅仅有有重重大大的的社社会会、环环境境和和经经济济效效益益，而而且且避避免了化学的负作用，体现了人的能动性。免了化学的负作用，体现了人的能动性。n n体体现现化化学学科科学学、技技术术与与社社会会的的相相互互联联系系和和相相互互作作用用，是是化化学学科科学学高高度度发发展展以以及及对对化化学学科科学学发发展的作用的产物。展的作用的产物。73化学与环境n n 19951995年年3 3月月1616日日，美美国国总总统统克克林林顿顿宣宣布布设设立立设设立立“ “绿绿色色化化学学挑挑战战奖奖计计划划” ”，以以推推动动社社会会

55、各各界界进进行行化化学学污污染染预预防防和和工工业业生生态态学学研研究究，鼓鼓励励支支持持重重大大的的创创造造性性的的科科学学技技术术突突破破，从从根根本本上上减减少少乃乃至至杜杜绝绝化化学学污污染染源源。同同年年1010月月3030日日设设立立“ “总总统统绿绿色色化化学挑战奖学挑战奖” ”，是化学化工领域内唯一的总统奖。，是化学化工领域内唯一的总统奖。3R原则：减量化、再利用、再循环74化学与环境绿色化学的任务1、设计安全有效的目标分子、设计安全有效的目标分子2、寻找安全有效的反应原料、寻找安全有效的反应原料例例1 1：用：用COCO2 2代替有毒有害的光气生产聚氨酯。代替有毒有害的光气生

56、产聚氨酯。 传统生产工艺：传统生产工艺： RNHRNH2 2+COCl+COCl2 2=RNCO+2HCl=RNCO+2HCl RNCO+ROH=RNHCOOR RNCO+ROH=RNHCOOR75化学与环境 孟山都的新工艺：孟山都的新工艺： RNHRNH2 2+CO+CO2 2=RNCO+H=RNCO+H2 2OO RNCO+ROH=RNHCOOR RNCO+ROH=RNHCOOR 聚氨酯是重要高分子材料，广泛用于涂料、黏合聚氨酯是重要高分子材料，广泛用于涂料、黏合剂、合成钎维、合成橡胶或塑料等。传统工艺用剂、合成钎维、合成橡胶或塑料等。传统工艺用剧毒的光气作原料，还生成对环境有害的氯化氢，

57、剧毒的光气作原料，还生成对环境有害的氯化氢，用新工艺解决了两个问题。用新工艺解决了两个问题。76化学与环境 亚氨基二乙酸二钠是制造除草剂的重要中间体，亚氨基二乙酸二钠是制造除草剂的重要中间体，过去以氨、甲醛、过去以氨、甲醛、HCN(HCN(剧毒）为原料合成：剧毒）为原料合成： NHNH3 3+2HCHO+2HCN=NCCH+2HCHO+2HCN=NCCH2 2NHCHNHCH2 2CN CN NCCHNCCH2 2NHCHNHCH2 2CN+2NaOH=CN+2NaOH= NaOOCCH NaOOCCH2 2NHCHNHCH2 2COONa +NHCOONa +NH3 3 HOCH HOCH2

58、 2CHCH2 2NHCHNHCH2 2CHCH2 2OH+2NOHOH+2NOH（催）（催） NaOOCCHNaOOCCH2 2NHCHNHCH2 2COONa +4HCOONa +4H2 2 例例2 2：生产亚氨基二乙酸二钠的传统工艺和新工艺：生产亚氨基二乙酸二钠的传统工艺和新工艺 （19961996年）年）77化学与环境例例3 3：改变原料生产已二酸：改变原料生产已二酸 传统工艺：传统工艺：传统工艺：传统工艺： 由苯加氢（镍催化）制得环已烷，加氧气氧化环由苯加氢（镍催化）制得环已烷，加氧气氧化环已烷（钴催化）得到环已酮或环已醇，加硝酸，已烷（钴催化）得到环已酮或环已醇，加硝酸，镍催化，得

59、到已二酸。镍催化，得到已二酸。 新工艺：新工艺：新工艺：新工艺： 1 1、环已烯加过氧化氢，生成已二酸和水、环已烯加过氧化氢，生成已二酸和水 2 2、用葡萄糖生产已二酸（铂催化）、用葡萄糖生产已二酸（铂催化）78化学与环境3、寻找安全有效的合成路线、寻找安全有效的合成路线n n化学反应原子经济性化学反应原子经济性化学反应原子经济性化学反应原子经济性 例例1 1：由硝基苯合成对苯二胺有：由硝基苯合成对苯二胺有4 4条合成路线：条合成路线： （1 1）C C6 6H H5 5-NO-NO2 2+6Fe+12HCl+(CH+6Fe+12HCl+(CH3 3CO)CO)2 2OO +HNO +HNO3

60、 3= = C C6 6H H4 4-2NH-2NH2 2+6FeCl+6FeCl2 2+2CH+2CH3 3COOH+4HCOOH+4H2 2OO 反应物总合反应物总合10621062，目标产物，目标产物108108原子利用率原子利用率10%10%79化学与环境(2) C(2) C6 6H H5 5-NO-NO2 2+6H+6H2 2+(CH+(CH3 3CO)CO)2 2O+HNOO+HNO3 3= = C C6 6H H4 4-2NH-2NH2 2+2CH+2CH3 3COOH+4HCOOH+4H2 2OO 反应物总合反应物总合300300，目标产物，目标产物108,108,原子利用率原

61、子利用率36%36%(3) C(3) C6 6H H5 5-NO-NO2 2+3Fe+NH+3Fe+NH3 3+6HCl+1/2O+6HCl+1/2O2 2= = C C6 6H H4 4-2NH-2NH2 2+3FeCl+3FeCl2 2+3H+3H2 2OO 反应物总合反应物总合543543，目标产物，目标产物108108原子利用率原子利用率20%20%80化学与环境(4) C(4) C6 6H H5 5-NO-NO2 2+3H+3H2 2+1/2O+1/2O2 2+NH+NH3 3= = C C6 6H H4 4-2NH-2NH2 2+3H+3H2 2OO 反应物总合反应物总合16216

62、2，目标产物，目标产物108108原子利用率原子利用率67%67%81化学与环境4、寻找合适的转化方法、寻找合适的转化方法 如如CO2CO2和和CH4CH4合成燃料油，传统工艺：先镍催化合成燃料油，传统工艺：先镍催化 生成生成COCO和和H2H2，在用费，在用费- -托合成工艺转化为燃料油，托合成工艺转化为燃料油，不仅高耗能，而且催化剂易失效。新工艺：采用不仅高耗能，而且催化剂易失效。新工艺：采用催化等离子体方法实现一步直接合成，耗能低。催化等离子体方法实现一步直接合成，耗能低。82化学与环境5、寻找安全有效的反应条件、寻找安全有效的反应条件（1 1）催化剂）催化剂）催化剂）催化剂 催化剂不易

63、与原料、产物分离，并腐蚀设备，催化剂不易与原料、产物分离，并腐蚀设备，如果活性组分的负载化，可以使催化剂变为环如果活性组分的负载化，可以使催化剂变为环境友好催化剂。境友好催化剂。（2 2）反应介质）反应介质）反应介质）反应介质 如用超临界流体作溶如用超临界流体作溶CO2剂。剂。（3 3）反应原料）反应原料）反应原料）反应原料 用用CO2CO2作发泡剂代替氟氯烃类。作发泡剂代替氟氯烃类。83化学与环境绿色化学的发展趋势绿色化学的发展趋势1 1、不对称催化合成、不对称催化合成、不对称催化合成、不对称催化合成 如有一种药物如有一种药物R-R-对映异构体是镇静剂，但对映异构体是镇静剂，但S-S-异异构

64、体却是一种较强的胎儿致畸剂。要制造光学构体却是一种较强的胎儿致畸剂。要制造光学纯化合物，用不对称催化合成是方向纯化合物，用不对称催化合成是方向2 2、酶催化和生物降解、酶催化和生物降解、酶催化和生物降解、酶催化和生物降解 迅速发展的生物技术领域提供酶催化的反应是迅速发展的生物技术领域提供酶催化的反应是典型的环境友好的反应。利用酶能自我再生、典型的环境友好的反应。利用酶能自我再生、便宜制得，而又能在环境中常规条件下工作的便宜制得，而又能在环境中常规条件下工作的特点，是处理和降解有害废物的有效方法特点，是处理和降解有害废物的有效方法84化学与环境思考题思考题1. 1. 大气中硫氧化物、氮氧化物、一

65、氧化碳的主要来大气中硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳的主要来源及其对环境的污染危害有哪些？源及其对环境的污染危害有哪些？2. 2. 试评述温室效应加剧的原因及其对环境的影响。试评述温室效应加剧的原因及其对环境的影响。3. 3. 请举例讨论水体中的主要化学污染物及其对人体请举例讨论水体中的主要化学污染物及其对人体健康的危害。健康的危害。85化学与环境 创造一个清洁美好的生活环境是人类的共同愿望，给后代留下一个良好的环境，也是我们这一代人所必须履行的道德责任！ 86化学与环境第七章 绿色化学n一、什么是绿色化学？一、什么是绿色化学？n n 利用化学原理和方法来减少或消除对人利用化学原理和方法来减少或消

66、除对人类健康、社区安全、生态环境有害的反应类健康、社区安全、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物和副产原料、催化剂、溶剂和试剂、产物和副产物的新兴学科，是一门从源头上、从根本物的新兴学科，是一门从源头上、从根本上减少或消除污染的化学。又称为环境无上减少或消除污染的化学。又称为环境无害化学。害化学。87化学与环境n 绿绿色色化化学学是是当当今今国国际际化化学学科科学学研研究究的的前前沿沿。它它吸吸收收了了当当代代物物理理、生生物物、材材料料、信信息息等等学学科科的的最最新新理理论论和和技技术术，是是具具有有明明确确的的科科学学目目标标和和社社会会需需求求的的新新兴兴交交叉叉学学科科。

67、绿绿色色化化学学是是利利用用化化学学来来预预防防污污染染，不不让让污污染染产产生生，而而不不是是处理已有的污染物。处理已有的污染物。88化学与环境绿色化学示意图绿色化学示意图n n无毒无害原料n n可再生资源原子经济原子经济反应、高反应、高选择性选择性环境友环境友好产品好产品无毒无害催化剂无毒无害催化剂无毒无害溶剂无毒无害溶剂89化学与环境二、绿色化学的目标二、绿色化学的目标n n 在在在在化化化化学学学学过过过过程程程程中中中中不不不不产产产产生生生生污污污污染染染染，设设设设计计计计没没没没有有有有或或或或者者者者只只只只有有有有尽尽尽尽可可可可能能能能小小小小的的的的负负负负作作作作用用

68、用用并并并并且且且且在在在在技技技技术术术术上上上上经经经经济济济济上上上上可可可可行行行行的的的的化化化化学品和化学过程。学品和化学过程。学品和化学过程。学品和化学过程。n n 绿绿绿绿色色色色化化化化学学学学的的的的目目目目标标标标就就就就是是是是追追追追求求求求完完完完美美美美。绿绿绿绿色色色色化化化化学学学学致致致致力力力力于于于于研研研研究究究究经经经经济济济济技技技技术术术术上上上上可可可可行行行行、对对对对环环环环境境境境不不不不产产产产生生生生污污污污染染染染、对对对对人类无害的化学品和化学过程的设计和应用。人类无害的化学品和化学过程的设计和应用。人类无害的化学品和化学过程的设

69、计和应用。人类无害的化学品和化学过程的设计和应用。n n 在绿色化学中，合成效率很重要。在绿色化学中，合成效率很重要。在绿色化学中，合成效率很重要。在绿色化学中，合成效率很重要。n n 90化学与环境三、绿色化学的特点n n 在在在在化化化化学学学学反反反反应应应应的的的的始始始始端端端端就就就就采采采采用用用用实实实实现现现现污污污污染染染染预预预预防防防防的的的的科科科科学学学学手手手手段段段段，化化化化学学学学过过过过程程程程和和和和终终终终端端端端均均均均为为为为零零零零排排排排放放放放或或或或零零零零污污污污染染染染。 绿绿绿绿色色色色化化化化学学学学主主主主张张张张在在在在通通通通

70、过过过过化化化化学学学学转转转转换换换换获获获获取取取取新新新新物物物物质质质质的的的的过过过过程程程程中中中中充充充充分分分分利利利利用用用用每每每每个个个个原原原原子子子子，具具具具有有有有“ “原原原原子子子子经经经经济济济济性性性性” ”，既既既既利利利利用用用用资资资资源源源源，又又又又防防防防止止止止污污污污染染染染。例例例例如如如如：C C为为为为目目目目标标标标产产产产物物物物，传传传传统统统统方方方方法法法法：A+B=C+DA+B=C+D，DD为为为为废废废废物物物物，新新新新方方方方法法法法，E+F=CE+F=C，原原原原料料料料E E、F F中中中中的的的的所所所所有有有

71、有原原原原子子子子都都都都进进进进入入入入C C中中中中，反反反反应的原子利用率达到应的原子利用率达到应的原子利用率达到应的原子利用率达到100%100%，没有副产品的污染。，没有副产品的污染。，没有副产品的污染。，没有副产品的污染。91化学与环境四、绿色化学研究的内容 设计或重新设计安全有效的化学品、寻找新的设计或重新设计安全有效的化学品、寻找新的设计或重新设计安全有效的化学品、寻找新的设计或重新设计安全有效的化学品、寻找新的更安全的化学合成路线和生产工艺、寻找安全有更安全的化学合成路线和生产工艺、寻找安全有更安全的化学合成路线和生产工艺、寻找安全有更安全的化学合成路线和生产工艺、寻找安全有

72、效的反应条件、寻找新的转化方法。效的反应条件、寻找新的转化方法。效的反应条件、寻找新的转化方法。效的反应条件、寻找新的转化方法。n n 其其其其中中中中研研研研究究究究的的的的中中中中心心心心问问问问题题题题是是是是化化化化学学学学反反反反应应应应及及及及其其其其产产产产物物物物必必必必须须须须具有以下特点：具有以下特点：具有以下特点：具有以下特点：n n 1 1、采采采采用用用用无无无无毒毒毒毒、无无无无害害害害的的的的原原原原料料料料2 2、无无无无毒毒毒毒无无无无害害害害反反反反应应应应条条条条件件件件（催催催催化化化化剂剂剂剂、溶溶溶溶剂剂剂剂）3 3、具具具具有有有有“ “原原原原子

73、子子子经经经经济济济济性性性性” ”，实现实现实现实现“ “零排放零排放零排放零排放” ”。4 4、对环境是友好的、对环境是友好的、对环境是友好的、对环境是友好的92化学与环境五、绿色化学与环境化学差异1 1、环环环环境境境境化化化化学学学学是是是是一一一一门门门门研研研研究究究究污污污污染染染染物物物物的的的的分分分分布布布布、存存存存在在在在形形形形式式式式、运运运运行行行行及及及及其其其其对对对对环环环环境境境境影影影影响响响响的的的的科科科科学学学学。绿绿绿绿色色色色化化化化学学学学是是是是利利利利用用用用化化化化学学学学原原原原理理理理和和和和方方方方法法法法减减减减少少少少或或或或

74、消消消消除除除除对对对对环环环环境境境境有有有有害害害害的的的的原原原原料料料料、催催催催化剂、溶剂、产物等的一门学科。化剂、溶剂、产物等的一门学科。化剂、溶剂、产物等的一门学科。化剂、溶剂、产物等的一门学科。2 2、环环环环境境境境化化化化学学学学是是是是研研研研究究究究治治治治理理理理已已已已经经经经产产产产生生生生的的的的污污污污染染染染物物物物的的的的原原原原理理理理和和和和方方方方法法法法，是是是是一一一一种种种种治治治治标标标标的的的的方方方方法法法法。绿绿绿绿色色色色化化化化学学学学是是是是一一一一门门门门从从从从源源源源头上、从根本上减少或消除污染的化学。头上、从根本上减少或消

75、除污染的化学。头上、从根本上减少或消除污染的化学。头上、从根本上减少或消除污染的化学。3 3、绿绿绿绿色色色色化化化化学学学学主主主主张张张张在在在在反反反反应应应应中中中中充充充充分分分分利利利利用用用用每每每每个个个个原原原原子子子子，因因因因此此此此它既能充分利用资源，又能实现防止污染它既能充分利用资源，又能实现防止污染它既能充分利用资源，又能实现防止污染它既能充分利用资源，又能实现防止污染。93化学与环境六、化学反应的原子经济性n n1 1、原子利用率、原子利用率、原子利用率、原子利用率n n在在在在化化化化学学学学反反反反应应应应中中中中有有有有多多多多少少少少反反反反应应应应物物物

76、物的的的的原原原原子子子子转转转转变变变变到到到到目目目目标标标标产产产产物中。物中。物中。物中。n n原原原原子子子子利利利利用用用用率率率率= =目目目目标标标标产产产产物物物物的的的的量量量量/ /各各各各反反反反应应应应物物物物的的的的量量量量之之之之和和和和100%100%n n= =目标产物的量目标产物的量目标产物的量目标产物的量/ /所有产物的量之和所有产物的量之和所有产物的量之和所有产物的量之和100%100%n n2 2、原原原原子子子子经经经经济济济济性性性性：反反反反应应应应物物物物中中中中的的的的所所所所有有有有原原原原子子子子都都都都进进进进入入入入目目目目标产物的反

77、应，即原子利用率为标产物的反应，即原子利用率为标产物的反应，即原子利用率为标产物的反应，即原子利用率为100%100%的反应的反应的反应的反应94化学与环境七、绿色化学原则 1 1、不不不不让让让让废废废废物物物物产产产产生生生生2 2、最最最最有有有有效效效效地地地地设设设设计计计计化化化化学学学学反反反反应应应应和和和和过过过过程程程程，最最最最大大大大限限限限度度度度地地地地提提提提高高高高原原原原子子子子经经经经济济济济性性性性3 3、尽尽尽尽可可可可能能能能不不不不使使使使用用用用、不不不不产产产产生生生生对对对对人人人人类类类类健健健健康康康康和和和和环环环环境境境境有有有有毒毒毒

78、毒有有有有害害害害的的的的物物物物质质质质4 4、设设设设计计计计安安安安全全全全的的的的化化化化学学学学品品品品5 5、尽尽尽尽可可可可能能能能不不不不使使使使用用用用辅辅辅辅助助助助物物物物质质质质，如如如如须须须须使使使使用用用用也也也也应应应应是是是是无无无无毒毒毒毒无无无无害害害害的的的的6 6、耗耗耗耗能能能能低低低低7 7、技技技技术术术术、经经经经济济济济可可可可行行行行时时时时应应应应以以以以可可可可再再再再生生生生资资资资源源源源为为为为原原原原料料料料。8 8、新新新新型型型型催催催催化化化化剂剂剂剂的的的的开开开开发发发发利利利利用用用用9 9、减减减减少少少少官官官官

79、能能能能团团团团引引引引入入入入1010、产产产产物物物物易易易易降降降降解解解解1111、应应应应发发发发展展展展现现现现场场场场实实实实时时时时分分分分析析析析方方方方法法法法，以以以以监监监监控控控控和和和和避避避避免免免免有有有有毒毒毒毒有有有有害害害害物物物物质质质质的的的的生生生生成成成成。1212、选选选选用用用用安安安安全全全全的的的的化化化化学学学学物物物物质质质质，防止化学事故发生。防止化学事故发生。防止化学事故发生。防止化学事故发生。95化学与环境八、绿色化学的意义n n1 1、不不不不仅仅仅仅有有有有重重重重大大大大的的的的社社社社会会会会、环环环环境境境境和和和和经经

80、经经济济济济效效效效益益益益，而而而而且避免了化学的负作用，体现了人的能动性。且避免了化学的负作用，体现了人的能动性。且避免了化学的负作用，体现了人的能动性。且避免了化学的负作用，体现了人的能动性。n n2 2、体体体体现现现现化化化化学学学学科科科科学学学学、技技技技术术术术与与与与社社社社会会会会的的的的相相相相互互互互联联联联系系系系和和和和相相相相互互互互作作作作用用用用，是是是是化化化化学学学学科科科科学学学学高高高高度度度度发发发发展展展展以以以以及及及及对对对对化化化化学学学学科科科科学发展的作用的产物。学发展的作用的产物。学发展的作用的产物。学发展的作用的产物。n n3 3、1

81、9951995年年年年3 3月月月月1616日日日日，美美美美国国国国总总总总统统统统克克克克林林林林顿顿顿顿宣宣宣宣布布布布设设设设立立立立设设设设立立立立“ “绿绿绿绿色色色色化化化化学学学学挑挑挑挑战战战战奖奖奖奖计计计计划划划划” ”，以以以以推推推推动动动动社社社社会会会会各各各各界界界界进进进进行行行行化化化化学学学学污污污污染染染染预预预预防防防防和和和和工工工工业业业业生生生生态态态态学学学学研研研研究究究究，鼓鼓鼓鼓励励励励支支支支持持持持重重重重大大大大的的的的创创创创造造造造性性性性的的的的科科科科学学学学技技技技术术术术突突突突破破破破，从从从从根根根根本本本本上上上上

82、减减减减少少少少乃乃乃乃至至至至杜杜杜杜绝绝绝绝化化化化学学学学污污污污染染染染源源源源。同同同同年年年年1010月月月月3030日日日日设设设设立立立立“ “总总总总统统统统绿绿绿绿色色色色化化化化学学学学挑挑挑挑战战战战奖奖奖奖” ”，是是是是化化化化学学学学化化化化工工工工领领领领域域域域内内内内唯一的总统奖。唯一的总统奖。唯一的总统奖。唯一的总统奖。96化学与环境3R原则：减量化、再利用、再循环n n九、绿色化学的任务：九、绿色化学的任务：n n1、设计安全有效的目标分子、设计安全有效的目标分子n n2、寻找安全有效的反应原料、寻找安全有效的反应原料n n例例1：用：用CO2代替有毒有

83、害的光气生产聚代替有毒有害的光气生产聚氨酯。传统生产工艺：氨酯。传统生产工艺：RNH2+COCl2=RNCO+2HCln nRNCO+ROH=RNHCOOR97化学与环境孟山都的新工艺孟山都的新工艺n nRNH2+CO2=RNCO+H2On nRNCO+ROH=RNHCOORn n聚氨酯是重要高分子材料，广泛用于涂料、黏合剂、合成钎维、合成橡胶或塑料等。传统工艺用剧毒的光气作原料，还生成对环境有害的氯化氢，用新工艺解决了两个问题。98化学与环境例例2：生产亚氨基二乙酸二钠：生产亚氨基二乙酸二钠 的传统工艺和新工艺（的传统工艺和新工艺（1996年）年）n n亚氨基二乙酸二钠是制造除草剂的重要中间

84、体，过去以氨、甲醛、HCN(剧毒）为原料合成：NH3+2HCHO+2HCN=NCCH2NHCH2CN NCCH2NHCH2CN+2NaOH=n nNaOOCCH2NHCH2COONa +NH3n nHOCH2CH2NHCH2CH2OH+2NOH (催）n nNaOOCCH2NHCH2COONa +4H2 99化学与环境例例3：改变原料生产已二酸：改变原料生产已二酸n n传统工艺：传统工艺：n n由苯加氢（镍催化）制得环已烷，加氧气由苯加氢（镍催化）制得环已烷，加氧气氧化环已烷（钴催化）得到环已酮或环已氧化环已烷（钴催化）得到环已酮或环已醇，加硝酸，镍催化，得到已二酸。醇，加硝酸，镍催化，得到已

85、二酸。n n新工艺：新工艺：n n1、环已烯加过氧化氢，生成已二酸和水、环已烯加过氧化氢，生成已二酸和水n n2、用葡萄糖生产已二酸（铂催化）、用葡萄糖生产已二酸（铂催化）100化学与环境3、寻找安全有效的合成路线、寻找安全有效的合成路线n n化学反应原子经济性化学反应原子经济性化学反应原子经济性化学反应原子经济性n n例例例例1 1：由硝基苯合成对苯二胺有：由硝基苯合成对苯二胺有：由硝基苯合成对苯二胺有：由硝基苯合成对苯二胺有4 4条合成路线：条合成路线：条合成路线：条合成路线：n n（1 1）C C6 6HH5 5-NO-NO2 2+6Fe+12HCl+(CH+6Fe+12HCl+(CH3

86、 3CO)CO)2 2OOn n+HNO+HNO3 3= =n nC C6 6HH4 4-2NH-2NH2 2+6FeCl+6FeCl2 2+2CH+2CH3 3COOH+4HCOOH+4H2 2OOn n反应物总合反应物总合反应物总合反应物总合10621062，目标产物，目标产物，目标产物，目标产物108108原子利用率原子利用率原子利用率原子利用率10%10%101化学与环境n n(2)C6H5-NO2+6H2+(CH3CO)2O+HNO3=n nC6H4-2NH2+2CH3COOH+4H2On n反应物总合反应物总合300，目标产物，目标产物108,原子利用原子利用率率36%n n(3)

87、 C6H5-NO2+3Fe+NH3+6HCl+1/2O2=n nC6H4-2NH2+3FeCl2+3H2On n反应物总合反应物总合543，目标产物，目标产物108原子利用原子利用率率20%102化学与环境n n(4) C6H5-NO2+3H2+1/2O2+NH3=n nC6H4-2NH2+3H2On n反应物总合反应物总合162，目标产物，目标产物108原子利用原子利用率率67%n n4、寻找合适的转化方法、寻找合适的转化方法n n如如CO2和和CH4合成燃料油，传统工艺：合成燃料油，传统工艺：先镍催化生成先镍催化生成CO和和H2，在用费，在用费-托合成托合成工艺转化为燃料油，不仅高耗能，而

88、且工艺转化为燃料油，不仅高耗能，而且催化剂易失效。新工艺：采用催化等离催化剂易失效。新工艺：采用催化等离子体方法实现一步直接合成，耗能低。子体方法实现一步直接合成，耗能低。103化学与环境5、寻找安全有效的反应条件、寻找安全有效的反应条件n n（1）催化剂）催化剂n n催化剂不易与原料、产物分离，并腐蚀催化剂不易与原料、产物分离，并腐蚀设备，如果活性组分的负载化，可以使设备，如果活性组分的负载化，可以使催化剂变为环境友好催化剂。催化剂变为环境友好催化剂。n n（2）反应介质）反应介质n n如用超临界流体如用超临界流体CO2作溶剂作溶剂n n（3）反应原料）反应原料n n用用CO2作发泡剂代替氟

89、氯烃类。作发泡剂代替氟氯烃类。104化学与环境十、绿色化学的发展趋势十、绿色化学的发展趋势n n1 1、不对称催化合成：如有一种药物、不对称催化合成：如有一种药物、不对称催化合成：如有一种药物、不对称催化合成：如有一种药物R-R-对映异对映异对映异对映异构体是镇静剂，但构体是镇静剂，但构体是镇静剂，但构体是镇静剂，但S-S-异构体却是一种较强的胎异构体却是一种较强的胎异构体却是一种较强的胎异构体却是一种较强的胎儿致畸剂。要制造光学纯化合物，用不对称催儿致畸剂。要制造光学纯化合物，用不对称催儿致畸剂。要制造光学纯化合物，用不对称催儿致畸剂。要制造光学纯化合物，用不对称催化合成是方向化合成是方向化

90、合成是方向化合成是方向n n2 2、酶催化和生物降解：迅速发展的生物技术、酶催化和生物降解：迅速发展的生物技术、酶催化和生物降解：迅速发展的生物技术、酶催化和生物降解：迅速发展的生物技术领域提供酶催化的反应是典型的环境友好的反领域提供酶催化的反应是典型的环境友好的反领域提供酶催化的反应是典型的环境友好的反领域提供酶催化的反应是典型的环境友好的反应。利用酶能自我再生、便宜制得，而又能在应。利用酶能自我再生、便宜制得，而又能在应。利用酶能自我再生、便宜制得，而又能在应。利用酶能自我再生、便宜制得，而又能在环境中常规条件下工作的特点，是处理和降解环境中常规条件下工作的特点，是处理和降解环境中常规条件下工作的特点，是处理和降解环境中常规条件下工作的特点，是处理和降解有害废物的有效方法有害废物的有效方法有害废物的有效方法有害废物的有效方法105化学与环境