02环境化学
《环境化学》课程教学大纲
一、课程基本信息
课程编号：13103211
课程类别：专业选修课
适应专业：材料物理
总学时：54
总学分：3
课程简介：
环境化学是一门面向材料物理专业开设的选修课程，通过本课程学习，旨在使学生初步了解目前有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为与效应，及污染控制的化学原理与方法的科学，本课程是环境科学的一门重要的分支学科。
授课教材：《环境化学》，陈景文，全燮，大连理工大学出版社，2009年。
参考书目：
[1] 《环境化学》(第2版)，戴树桂，高等教育出版社，2006年。
[2] 《环境化学》，张宝贵，华中科技大学出版社，2009年。
二、课程教育目标
通过本课程教学，要求：
(1) 通过大气圈；水圈；土壤圈；生物圈的基本知识，了解目前环境问题面临着严重的挑战。
(2) 介绍化学污染物的迁移行为，了解环境的基本原理。
(3) 通过学习典型化学污染物及来源，了解化学污染物的源解析技术。
(4) 学习化学污染物的转化行为。
(5) 通过学习多介质环境模型，掌握代表性的多介质环境逸度模型。
(6) 掌握污染控制与修复化学技术。
三、教学内容与要求
第1章环境介质及性质
教学重点：环境问题
教学难点：自然环境
教学时数：6学时
教学内容：自然环境；大气圈；水圈；土壤圈；生物圈；环境问题
教学方式：课堂讲授
教学要求：通过教学是了解自然环境、大气圈、水圈、土壤圈、生物圈和环境的基本问题。
第2章化学污染物的迁移行为
教学重点：挥发与沉降
教学难点：挥发与沉降和界面吸附与分配
教学时数：8学时
教学内容：概述；挥发与沉降；界面吸附与分配
教学方式：课堂讲授
教学要求：通过教学，使学生掌握挥发与沉降；掌握界面吸附与分配。
第3章化学污染物的转化行为
教学重点：有机污染物的化学转化
教学难点：光化学转化、典型无机污染物的转化行为和有机污染物的生物降解动力学
教学时数：6学时
教学内容：光化学转化；典型无机污染物的转化行为；有机污染物的化学转化；有机污染物的生物降解动力学
教学方式：课堂讲授
教学要求：通过教学，使学生掌握光化学转化，掌握典型无机污染物的转化行为，掌握有机污染物的化学转化，掌握有机污染物的生物降解动力学。
第4章污染物的生态毒理
教学重点：毒理学与生态毒理学；；毒性及其机理
教学难点：生物转运；生物富集、放大与积累；生物转化
教学时数：8学时
教学内容：毒理学与生态毒理学；生物转运；生物富集、放大与积累；生物转化；毒性及其机理；化学品污染的生态风险性评价
教学方式：课堂讲授
教学要求：通过教学，使学生了解毒理学与生态毒理学，了解生物转运，掌握生物富集、放大与积累，掌握生物转化，掌握毒性及其机理，了解化学品污染的生态风险性评价。
第5章典型化学污染物及来源
教学重点：有机污染物
教学难点：重金属、非金属及其化合物；化学污染物的源解析技术
教学时数：8学时
教学内容：重金属、非金属及其化合物；有机污染物；化学污染物的源解析技术
教学方式：课堂讲授
教学要求：通过教学，使学生了解重金属、非金属及其化合物，了解有机污染物，掌握化学污染物的源解析技术。
第6章有机污染物的定量结构-活性关系
教学重点：分子结构的参数化表征
教学难点：QSAR模型的建立方法及其透明性；QSAR模型的验证和表征
教学时数：6学时
教学内容：分子结构的参数化表征；QSAR模型的建立方法及其透明性；QSAR模型的验证和表征
教学方式：课堂讲授
教学要求：通过教学，使学生了解分子结构的参数化表征，掌握QSAR模型的建立方
法及其透明性，掌握QSAR模型的验证和表征。
第7章多介质环境模型
教学重点：污染物在环境中的迁移转化过程
教学难点：多介质环境逸度模型的类型及计算；代表性的多介质环境逸度模型
教学时数：6学时
教学内容：基本概念；污染物在环境中的迁移转化过程；多介质环境逸度模型的类型及计算；代表性的多介质环境逸度模型
教学方式：课堂讲授
教学要求：通过教学，使学生了解污染物在环境中的迁移转化过程，了解多介质环境逸度模型的类型及计算，了解代表性的多介质环境逸度模型。
第8章污染控制与修复化学
教学重点：环境污染修复技术
教学难点：物理化学技术；高级氧化技术
教学时数：6学时
教学内容：物理化学技术；高级氧化技术；环境污染修复技术
教学方式：课堂讲授
教学要求：通过教学，使学生了解物理化学技术，掌握高级氧化技术，掌握环境污染修复技术。
四、作业
该课程原则上每次课都布置作业，除了教材中的习题，也可以补充一些典型习题。
五、考核方式与成绩评定
考核方式：考试。
成绩评定：综合考试成绩、平时作业、考勤情况，按百分制评定。
考核成绩占70%。
平时成绩占30%。
执笔人：
责任人：
2013年8月。
《环境化学》第二章.ppt
平流层 -56 -2 17 55 O3
中层
-2 -92 55 85 O2+、NO+
热层
-92 1200 85 500 O2+、NO+、NO+
大气稳定度
大气中污染物的迁移
• 污染物在大气的迁移是指由污染源排放 出来的污染物由于空气的运动使其传输 和分散的过程。
• 影响大气污染物迁移的因素： （1）风和大气湍流的影响 （2）天气形势和地理形势的影响
(随时间累积) 5~10a
(随时间累积) 107a
(随时间累积) (随时间累积)
4~7a 0.2~0.5a
4~8a 2.5~4a 0.3~2a 0.5~4d 2~4d 5~6d 8~11d
性质
永 久 性 气不 体可
变 成 半分 永 久 气 体
可 变 成 分
大气各成分的作用
大气组成
主要作用
干
主要 N2 生物体的基本成分
（2）污染物体积与气样总体积的比值（体 积—体积浓度），常用单位为ppm或 ppb。适用于气态或蒸气态物质。
ppm系指在100万体积空气中含有害气体或蒸 气的体积数，表示百万分之一；ppb是ppm的 1/1000。
大气中污 染物的转
化
第三节 大气中重要的光 化学反应
自由基化学基础
• 自由基也称游离基，是指由于共价键均裂 而生成的带有未成对电子的碎片。
• 人为源是指人类的生产活动和生活活动 产生的污染物。
（1）工业污染源 （2）交通污染源 （3）农业污染源 （4）居民生活污染源
大气污染物组成分类
• 使大气产生污染的物质称为大气污染物。 物理状态
形成过程 化学组成
大气污染物浓度表示方法
中国地质大学(武汉)环境化学02 Atmospheric structure and composition
Ionosphere
Ionosphere is a region where ions and electrons are most abundant. This region is located at altitude above 60km, therefore lie within the mesosphere and above.
Ionosphere
Ionosphere acts as a conducting layer in the upper atmosphere that would allow a transmitted electromagnetic signal to be reflected back toward the Earth.
Ionosphere: Northern light (1)
Ionosphere: Northern light (2)
Energetic events on the Sun can turn the solar wind into an intense solar "gale” which injects large numbers of energetic particles in the Earth's magnetosphere.
Ftrop = 1 − P(tropopause) P( surface)
P(tropopause) = 100 hPa P(surface)=1000hPa Result: Ftrop =0.90
Units for pressure
International System of Units: Pascal (N/m2) Hectopascal (hPa) mm Hg or Torr Millibar (mbar) psi (lb/in2)
环境化学课件第二章
四、含卤素化合物
〔1〕简单的卤代烃
源：CH3Cl、CH3Br、CH3I等卤代甲烷来自 天然源,主要是来自海洋,其余含卤素化合物都 是由于人类活动产生的.
CH3Cl和CH3Br寿命较长,可以扩散进入平流层 .而CH3I在对流层大气中,主要是在太阳光作 用下发生光解,产生原子碘：
CH3I+hv→CH3·+I·
▪ 1.气块的绝热过程和干绝热递减率
湿沉降是其重要的消除方式193燃烧生成nox的机理一般认为有两种途径含氮化合物o极快nohnoh极快no12o203影响nox形成的因素温度温度越高形成的nox越多4nox环境浓度nox环境背景值随地理位置不同有明显差异且浓度nono21三含碳化合物1co1来源co是由含碳燃料的不完全燃烧而产生或者是在内燃机的高温高压的燃烧条件下产生约80的co均由汽车排放co的天然源主要来自海洋中生物的作用植物叶绿素的分解森林中放出萜的氧化森林大火以及大气中ch另外放电作用引起云层中有机物的光氧化作用二氧化碳的轻微解离作用种子发芽籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生co
* 以城市空气中SO2、NO2和可吸入颗粒物<PM10>的浓度为依据换算成空气污染 指数即API和空气质量级别
大气的主要污染物分类
害
大气污染物
一次污染物——从不同污染源直接向大气排放的有 气体和粉尘等.
二次污染物——大气污染物之间相互作
用或污染物与大气
主要大气污染物
分类
成 中的正分常成分作用或因太
从18世纪末至20世纪初,是大气污染的形成时期. 上世纪50年代至70年代,工业发达国家石油、化石燃料使用 量迅速上升,大气污染物含量迅速上升,致使大气污染加剧. 80年代以来,由于酸雨、臭氧层的破坏和温室效应等问题的 加剧,大气污染问题已成为全球性环境问题,严重威胁着人类 生存和发展.
环境化学课件-2024鲜版
2024/3/28
1
目
录
2024/3/28
• 环境化学概述 • 大气环境化学 • 水环境化学 • 土壤环境化学 • 生物体内污染物质运移规律 • 环境污染治理技术与方法 • 环境化学未来发展趋势与挑战
2 contents
01 环境化学概述
2024/3/28
3
环境化学定义与发展
2024/3/28
定义
环境化学是研究化学物质在环境中 的存在、转化、行为和效应的科学。
发展
自20世纪60年代以来，随着工业 化和城市化的快速发展，环境问题 日益严重，环境化学逐渐发展成为 一门独立的学科。
4
研究对象与内容
研究对象
环境化学的研究对象包括大气、水、 土壤、生物等环境中的化学物质。
研究内容
环境化学主要研究化学物质在环境中的 来源、迁移、转化、归宿和生态效应等 方面的问题。
污染物质进入血液后，随血液循环分布到全身各组织器官。
淋巴循环
部分污染物质可进入淋巴液，通过淋巴循环转运至淋巴结等组织。
2024/3/28
细胞内转运
污染物质在细胞内可通过各种转运蛋白进行跨膜转运，影响细胞 正常生理功能。
21
生物体内污染物质排出机制
01
02
03
04
呼吸系统排出
部分挥发性污染物质可通过呼 吸系统以呼出气体的形式排出
化学处理技术
通过中和、氧化、还原等化学反应去除水中的溶 解性污染物。
生物处理技术
利用微生物的代谢作用降解水中的有机污染物， 包括活性污泥法、生物膜法等。
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25
土壤污染治理技术
2024/3/28
02-4环境化学第二章__大气环境化学
重点
·
6、光化学烟雾的防治对策
?
1）改进技术:控制汽车尾气排放,安装汽车尾气净化装置
+ 改良燃料（使用天燃气燃料、二甲醚燃料）等
2）改善能源结构:使用替代能源，尽量减少使用化石燃料 3）加强监督管理:控制氧化剂浓度(0.5ppm-警戒水平，
1.0ppm-危害健康水平，1.5ppm-严重危害健康水平)
活性自由基促使NO向NO2转化,同时使PAN、O3等生成（结果）
3）反应过程
第一阶段：引发反应(自由基产生) A 、主要是NO2光解 NO2+hv(<430nm)→NO+O· k1 O· +O2+M→O3+M k2
O3+NO→NO2+O2
k3
B、RCHO+hv→RCO· +H·
引发碳氢化合物产生活性自由基
六、光化学烟雾
重点掌握概念、日变化曲线 、发生的简化化学机制 烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用
思考题
1、大气中有哪些重要自由基？其来源如何？
2、简述大气中碳氢化合物烷烃和烯烃可能发生的重要光化学
反应？分别以甲烷和乙烯为例写出典型反应的方程式？ 3、解释光化学烟雾的概念、特征、日变化曲线？ 4、光化学烟雾形成的必要条件？用反应式表示出光化学烟雾 发生的简化化学机制？ 5、说明烃类在光化学烟雾形成过程中的重要作用？用典型反 应式表示
1）观察结果：
NO2＋O3
随时间增加，NO向NO2转化。（NO消耗）
NO3＋O2 NO＋2O2
NO2＋O3
由于氧化而大量消耗丙烯（碳氢化合物消耗）。
臭氧、PAN、HCHO、NO2等二次污染物生成。
2）关键反应（3个）
南开大学《环境化学》课件第二章
上述方程两边取对数： 取地面大气压力P0=1
2-12
《环境化学》 第二章 大气环境化学
第一节 大气的组成及其主要污染物 2.1 Atmospheric Composition and Primary Pollutants
一、大气的主要成分
(Main Compositions of the Atmosphere)
From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004
2-5
《环境化学》 第二章 大气环境化学
地表大气的平均压力为 101 300 Pa，相当于
每平方厘米地球表面包围着 1034 g的空气。地球 的总表面积为510 100 934 km2，所以大气总质量 约为5.3 ×1018 kg，相当于地球质量的10-6倍。大 气随高度的增加而逐渐稀薄，其质量的99.9％集中
几种惰性气体：He（5.24×10-4）、Ne（1.81×10-3）、 Kr（1.14×10-4）和Xe（8.7×10-6）的含量相对比较高。
水蒸气的含量是一个可变化的数值，一般在1% ～3%。 痕量组分，如H2（5×10-5）、CH4（2×10-4）、CO （1×10-5）、SO2（2×10-7）、NH3（6×10-7）、N2O （3×10-5）、NO2（2×10-6）、O3（4×10-6）等。
80 60
中间层顶
中间层
高度/km
平流层顶
40
平流层
吸收紫外线，放出热量，臭氧吸收热量
20
对流层顶 对流层
3. 中间层 (Mesosphere)： 50~80 km
4. 热层（电离层）(Thermosphere)：80~500 km
《环境化学》(第二版)知识点总结和部分课后习题答案(共18页)
环境化学第一章绪论1、环境：环境是指与某一中心事物有关（相适应）的周围客观事物的总和，中心事物是指被研究的对象。
对人类社会而言，环境就是影响人类生存和发展的物质、能量、社会、自然因素的总和。
1972年，联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了人类环境会议，通过了《人类环境宣言》。
2、构成环境的四个自然圈层包括土壤、岩石圈、大气圈和水圈3、为保护人类生存环境，联合国将每年的4月22定位世界地球日，6月5日定位世界环境日。
4、环境保护的主要对象是由于人类生产、生活活动所引起的次生环境问题，主要包括：环境污染和生态破环两个方面。
5、环境问题：全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象，称为环境问题。
原生环境问题：自然力引发，也称第一类环境问题，火山喷发、地震、洪灾等。
次生环境问题：人类生产、生活引起生态破坏和环境污染，反过来危及人类生存和发展的现象，也称第二类环境问题。
目前的环境问题一般都是次生环境问题。
生态破坏：人类活动直接作用于自然生态系统，造成生态系统的生产能力显著减少和结构显著该变，如草原退化、物种灭绝、水土流失等。
当今世界上最引人注目的几个环境问题温室效应、臭氧空洞、酸雨等是由大气污染所引起的。
6、环境污染:由于人为因素使环境的构成状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件。
造成环境污染的因素有物理、化学和生物的三个方面，其中化学物质引起的约占80%~90%。
环境污染物定义：进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物。
污染物的性质和环境化学行为取决于它们的化学结构和在环境中的存在状态。
(五十年代日本出现的痛痛病是由镉Cd 污染水体后引起的；五十年代日本出现的水俣病是由 Hg 污染水体后引起的) 重要污染物(1)元素：Cr,Hg,As,Pb,Cl(2)无机物:CO,NOx,SO2,KCN(3)有机化合物和烃类:烷烃（饱和）、芳香烃（苯环）、不饱和非芳香烃（不饱和，不带苯环）、多环芳烃(4)金属有机和准金属有机化合物：四乙基铅、三丁基锡(5)含氧有机化合物：环氧乙烷、醚、醇、醛、酮、酚、有机酸等(6)有机氮化合物：胺、腈、硝基苯、三硝基苯（TNT）(7)有机卤化物：氯仿（四氯化碳）、PCBs、氯代二恶英、氯代苯酚(8)有机硫化合物：硫醇类（甲硫醇）、硫酸二甲酯(9)有机磷化合物：有机磷农药、磷酸二甲酯、磷酸三乙酯按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等；按污染物的形态可分为气体污染物、液体污染物和固体废物；按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物。
《环境化学》(第二版)全书教学课件
2024/1/26
5
环境化学与其他学科关系
01 与化学的关系
环境化学是化学的一个分支，它应用化学的理论 和方法来研究环境问题。
02 与环境科学的关系
环境化学是环境科学的重要组成部分，它为环境 科学提供化学物质在环境中的行为和效应方面的 理论支撑。
03 与其他学科的关系
环境化学还与生态学、毒理学、地理学、气象学
包括混合、扩散、挥发、 吸附等。
化学过程
包括氧化、还原、水解、 络合等。
生物过程
包括生物降解、生物富集 、生物转化等。
污染物迁移途径
包括地表水-地下水交互作 用，水-土界面交互作用， 水-气界面交互作用等。
2024/1/26
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04
土壤环境化学
2024/1/26
15
土壤组成与性质
矿物质
土壤矿物质是土壤的主要组成物质， 构成了土壤的“骨骼”，一般占土壤 固相部分质量的95%～98%。土壤矿
等。
迁移
包括机械迁移、物理-化学迁移和生物迁移。机械迁移是指污染物在土壤中的机械运动 ，如耕作、灌溉等引起的污染物在土壤中的混合和搅动；物理-化学迁移是指污染物在 土壤中的溶解、吸附、解吸、沉淀、气化等过程；生物迁移是指污染物通过生物体的吸
收、代谢、死亡等过程而发生的迁移。
18
生物体内污染物质运输与转
环境质量评价标准
包括环境质量标准、污染物排放标准、环境基础 标准等。
3
环境影响评价
预测和评价人类活动对环境的影响，提出相应的 预防和治理措施。
2024/1/26
24
大气污染治理技术
01
颗粒物治理技术
包括机械除尘、湿式除尘、电除 尘等。
02-1环境化学第二章__大气环境化学(1)
（三）中间层
从平流层顶到约85km的高度
特点：
1、空气更稀薄 2、无水分 3、温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低
（-100℃） 4、对流运动强烈。 5、中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。
（四）热层
从80km到约500km的高度
特点： 1、温度随高度增加迅速增高； 2、大气更为稀薄; 3、大部分空气分子被电离成为离子和自由
第一节 大气结构、组成和性质
一、大气垂直分层 二、大气的组成 三、大气中的主要污染物
一、大气垂直分层
通常把静态大气的温度和密度在垂直方向上的分布， 称为大气温度层结和大气密度层结。
大气
依据
大气的 温度层结 密度层结 运动规律
划分为
对流层 平流层 中间层
热层 散逸层
（一）对流层
平均厚度12km,赤道19km，两 极8-9km，云雨主要发生层， 夏季厚，冬季薄。
以上快 (占N9O0%＋以1上／)2，O其2 次才N为ON2O2（仅占10%左慢右）
（三）含碳化合物的来源和演变
CO、CO2、CHx、含氧烃等
1、CO
1）危害
阻碍体内氧气输送 参与光化学烟雾形成
·OH ＋ CO CO2 ＋ H· O2 ＋ H· HO 2·＋ M
NO ＋ HO2· NO2＋ ·OH
N2O ＋
N2＋O·N2O ＋
hv N2O ＋
O2N·O
N2＋O2
O·
（二）含氮化合物的来源和演变
2、NOx
1）危害
NO、NO2，通式NOx
与血红蛋白结合，肺炎
损伤叶组织、造成斑点 光化学烟雾
（二）含氮化合物的来源和演变
NO、NO2，通式NOx
环境化学完整ppt课件
土壤空气是存在于土壤孔隙中的气体，对 植物生长和土壤微生物活动有重要影响。
土壤污染及危害
重金属污染
主要来自工业废水、废气、废渣的排放，以及农药、化肥 的过度使用。重金属在土壤中难以降解，会通过食物链富 集，对人体健康造成危害。
有机物污染
主要来源于工业和城市污水、石油泄漏、农药使用等。有 机物污染会破坏土壤生态平衡，影响农作物产量和品质。
面临挑战和机遇探讨
复杂环境问题
随着工业化和城市化的加速，复合型、区域性环境问题日益突出 ，对环境化学提出更高要求。
新兴污染物研究
新型污染物如纳米材料、微塑料等的环境行为、生态效应和风险 控制成为研究热点。
国际合作与交流
全球环境问题需要加强国际合作与交流，共同应对挑战。
未来发展方向预测
01
绿色化学与可持续发展
自20世纪70年代以来，环境化学逐渐 成为一个独立的学科领域，随着环境 问题日益严重，环境化学的研究和应 用也越来越受到重视。
环境化学研究内容
01
02
03
04
环境中化学物质的来源、分布 和归宿
化学物质在环境中的迁移、转 化和降解过程
化学物质对生物和生态系统的 毒性效应和风险评估
环境污染的监测、治理和修复 技术
生物转化
土壤中的微生物、植物根系等生物因素会对污染 物进行降解、转化或吸收。生物转化是土壤中污 染物去除的重要途径之一。
05
生物体内污染物质运输与转化
生物体内污染物质来源及危害
工业排放
废气、废水和固体废弃物中的 重金属、有机物等污染物，通
过食物链进入生物体内。
农业活动
农药、化肥的过度使用，导致 土壤、水源污染，进而影响生 物体。