环境化学-重金属污染化学
环境化学第六章金属及有机污染PPT课件
一般有机汞的挥发性大于无机汞，有机汞中又以甲 基汞和苯基汞的挥发性最大。无机汞中以碘化汞挥发性 最大，硫化汞最小。气相汞的最后归趋是进入土壤和海 底沉积层。
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汞在环境中的迁移、 转化与环境（特别是 水环境）的电位和pH 值有关。从图可以看 出，液态汞和某些无 机汞化合物，在较宽 的pH和电位条件下， 是稳定的。
被辅酶FADH2还原，使其中钴 由三价降为一价，然后辅酶甲 基四氢叶酸(THFA-CH3)将正离 子CH3+ 转移给钴，并从钴上 取得二个电子，以CH3-与钴结 合，完成了甲基钴氨素的再 生，使汞的甲基化能够继续进 行。
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在S2－或H2S存在下，甲基汞离子转化为二甲基汞。 2CH3Hg＋＋S2－ → (CH3Hg)2S (CH3Hg)2S → (CH3)2Hg + HgS
各种形态汞在水中稳定范围 -
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2、汞的甲基化 在天然环境中某些无机形态的金属元素能转化为有机金属
化合物，其中主要过程为环境甲基化，又叫生物甲基化。 甲基钴氨素是金属甲基化过程中甲基基团的重要生物来源。
CH3CoB12 + Hg2+ + H2O → H2OCoB12+ CH3Hg+
甲基钴氨素的再生： 水合钴氨素（H2OCoB12）
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2、环境中As的迁移转化 在一般的pH和Ea范围内，As主要以+3，+5存在。 水溶性部分：AsO43-、HAsO42-、H2AsO4-、AsO33-、 H2AsO3-只占5~10%。 因为：
A. 水溶性As易与土壤中Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+ 等离子生成难溶性砷化物(与PO43-相似)。
004.2土壤环境化学-土壤污染(重金属)
而不同种类的重金属，在土壤和农作物系统中迁移转化规律明 显不同。
重金属在土壤中的含量和植物吸收累积研究的结果为： Cd、As较易被植物吸收， Cu、Mn、Se、Zn等次之， Co、Pb、Ni等难于被吸收， Cr极难被吸收。
研究春麦受重金属污染状况后发现， Cd是强积累性元素， 而Pb的迁移性则相对较弱； 铬和铅是生物不易积累的元素。������
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（3）土壤环境容量：
土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大 允许量或负荷量(土壤环境静容量).
土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准， 既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环 境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数 量或负荷量(土壤环境动容量)。
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（4）当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能 力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化， 微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在 土壤中逐渐积累，通过“土壤→植物→人体”， 或通过“土壤→水→人体” 间接被人体吸收，达 到危害人体健康的程度，就是土壤污染。
4.放射性污染物
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（6）重金属污染土壤的特点：
重金属不被土壤微生物降解，可在土壤中 不断积累，也可以为生物所富集，并通过食物 链在人体内积累，危害人体健康。
重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的 清除。日本的“痛痛病”，我国沈阳郊区张 士灌区的“镉米”事件等是重金属污染的典 型实例。
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•克山病 •大骨节病 •水俣病 •痛痛病 •黑脚病
第四章 土壤环境化学
Chapter 4. Soil Environmental Chemistry
补充掌握
土壤污染概述
（1）土壤背景值 土壤本身含有微量的金属元素，其中很
多是作物生长必需的微量营养元素，如Mn、 Zn、Cu等。不同地区土壤中重金属的种类和 含量也有很大差别。
环境化学第六章
1 重金属元素
重金属元素（Heavy Metals）
• 一、汞 Mercury
• 二、镉 Cadmium
• 三、铬 Chromium
• 四、砷 Arsenic
1 重金属元素
一、汞的来源
环境中汞的来源、分布与迁移
• 汞在自然界中的浓度不大，但分布很广。主要开采应用后 绝大部分以三废形式进入环境。
（Ⅲ）形态存在。
1 重金属元素
砷的pE-pH图
1 重金属元素
砷在土壤中的存在形态： 主要以铁、铝水合氧化物胶体结合的形态存在，水溶态含
量极少（5－10％）。 被带正电荷的土壤胶体吸附；与Fe3+、Al3+、Ca2+生成难溶
化合物而吸附。
砷的转化: 土壤Eh降低，pH升高，有利于砷的溶解 砷的生物甲基化反应和生物还原反应是其转化的重要途径
• Fe 2+、硫化物和其他还原性物 质还原为Cr(Ⅲ)。在天然水体 环境中经常发生三价铬和六价 铬之间的这种相互转化。
1 重金属元素
三、铬Chromium
3. 毒性效应
与前面几种金属不同的是，三价铬是人体必需的微量元 素。它参与正常的糖代谢和胆固醇代谢的过程，促进胰 岛素的功能，人体缺铬会导致血糖升高，产生糖尿，还 会引起动脉粥样硬化症。但六价铬又对人体有严重的毒 害作用，吸入可引起急性支气管炎和哮喘；入口则可刺 激和腐蚀消化道，引起恶心、呕吐、胃烧灼痛、腹泻、 便血、肾脏损害，严重时会导致休克昏迷。另外，长时 间地与高浓度六价铬接触，还会损害皮肤，引起皮炎和 湿疹，甚至产生溃疡(称为铬疮)。六价铬对黏膜的刺激和 伤害也很严重，空气中质量浓度为0.15～0.3 mg/m3时可 导致鼻中铬穿孔。六价铬的致癌作用也已被确认。另外， 三价铬的摄入也不应过量，否则同样会对人体产生有害 作用。
环境化学论文——重金属迁移转化
重金属是指密度在4.0以上的约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。砷、硒是非金属元素，但是它们的毒性及某些性质与重金属类似，所以也将砷、硒列入重金属范畴内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷、还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。
2.1.1.1不同工矿企业对重金属积累的影响
工业过程中广泛使用重金属元素，工矿企业将未经严格处理的废水直接排放，使得它们周围的土壤容易富集高含量的有毒重金属。企业排放的烟尘、废气中也含有重金属，并最终通过自然沉降和雨淋沉降进入土壤。矿业和工业固体废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗等，重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散，固体废弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大。
2.1.2土壤中重金属危害
土壤的重金属污染具有长期性、累积性和不可逆性等特点，一旦污染就很难消除，而且会通过生物链条传递下去，造成不可逆转的影响。重金属进入植物并且累积到一定程度后就会产生毒害症状，表现出生长受到抑制、植株矮小及失绿等现象，导致农作物减产;土壤污染还会影响生长在其上面的农作物的品质，如蔬菜的味道变差、易烂，甚至出现难闻的异味等，还会在农作物体内造成重金属元素的累积污染，严重影响食品安全。土壤中重金属在植物体内积累，通过食物链进入人体，并且富集，危害人体健康，是主要的致癌元凶之一。
2.1.1.3交通运输对土壤重金属污染的影响
交通运输产生的重金属类污染物主要来源于汽车行驶中产生的汽车尾气、轮胎和机械部件磨损污染物、燃料油、润滑油的泄漏及机动车运载货物导致的扬尘，污染元素则主要为Pb、Cu、Zn等元素。它们一般以道路为中心成条带状分布，强度因距离公路、铁路、城市以及交通量的大小有明显的差异。
镉污染,环境化学
一、影响重金属在土壤—植物体系中迁移的理化性质（一）pHpH的大小显著影响土壤中重金属离子的存在形态和土壤对重金属的吸附量。
由于土壤胶体一般带负电荷，而重金属在土壤中大多以阳离子形式存在，因此，一般来说，土壤pH越低，H+越多，重金属被解吸得越多，其活动性就越强，从而加大了土壤中重金属向生物体内迁移的数量。
如pH=4时，土壤中镉的溶出率超过50%；当pH达到7.5时，镉就很难溶出；pH>7.5时，94%以上的水溶态镉进入土壤中，这时的镉主要以粘土矿物和氧化物结合态及残留态形式存在。
Cd(OH)2 = Cd2+ + 2OH-（Ksp = 2.0×10-14）[Cd2+][OH-]2 = 2.0×10-14[Cd2+] = 2.0×10-14/ 1.0×10-14/ [H+]2log[Cd2+] = 14.3–2pH因此，[Cd2+] 随pH 值的升高而减少.反之，pH 值下降时土壤中重金属就溶解出来，这就是酸性土壤作物受害的原因。
但对部分主要以阴离子状态存在的重金属来说，则正好相反。
（二）土壤质地土壤质地影响着颗粒对重金属的吸附，一般来说，质地粘重的土壤对重金属的吸附能力强，降低了重金属的迁移转化能力。
如小麦盆栽试验结果表明，随着土壤质地的改变，即从砂壤→轻壤→中壤→重壤→粘土，麦粒对汞的吸收率呈规律性减少。
（三）土壤的氧化还原电位土壤的氧化还原电位影响重金属的存在形态，从而影响重金属化学行为，迁移能力及对生物的有效性。
一般来说，在还原条件下，很多种金属易产生难溶的硫化物，而在氧化条件下，溶解态和交换态含量增加。
但以阴离子状态存在的砷的情况正好相反。
对某些重金属来说，在不同的氧化还原条件下，不同价态的化合物的溶解性和毒性显著不同。
以镉为例，CdS是难溶物质，但在氧化条件下CdSO4的溶解度要大很多。
而实验发现镉对水稻生长的抑制与镉的溶解度有关。
（四）土壤中有机质含量土壤中有机质含量影响土粒对重金属的吸附能力和重金属的存在状态，有机质含量较高的土壤对重金属的吸附能力高于有机质低的土壤。
环境化学名词解释
引言概述环境化学是研究环境中化学物质的分布、行为和影响的学科。
在环境化学的研究中，我们会经常遇到一些特定的名词和术语，这些名词和术语的解释对于理解和应用环境化学非常重要。
本文将深入解释环境化学中的一些名词，以帮助读者更好地理解环境化学领域的知识。
正文内容一、环境污染物1.重金属污染物重金属的定义和分类重金属在环境中的来源和分布重金属对环境和人体的危害重金属的迁移与转化过程重金属的监测和控制方法2.有机污染物有机污染物的定义和分类有机污染物的来源和生物标准化学特征有机污染物对环境和人体的危害有机污染物的生物降解和生物富集有机污染物的监测和风险评估方法3.气溶胶污染物气溶胶污染物的定义和分类气溶胶的来源和形成机制气溶胶对大气的影响和环境效应气溶胶的气象学特征和传输过程气溶胶的监测和治理方法4.持久性有机污染物持久性有机污染物的定义和分类持久性有机污染物的来源和分布持久性有机污染物在环境中的行为和效应持久性有机污染物的迁移和转化过程持久性有机污染物的监测和治理策略5.微塑料污染物微塑料污染物的定义和分类微塑料的来源和分布微塑料对生态系统和人体的影响微塑料的生物降解和迁移过程微塑料的监测和减少策略总结通过对环境化学中的一些重要名词的解释，我们更深入地理解了环境污染物的不同类型以及它们在环境中的来源和影响。
环境污染物对环境和人体健康造成严重威胁，因此，我们需要加强对环境污染物的监测和控制。
同时，我们也需要研究和开发更有效的方法来减少环境污染物的排放，保护环境和人类健康。
通过环境化学的研究，我们可以更好地理解和解决环境问题，为可持续发展做出贡献。
环境化学中的重金属污染
环境化学中的重金属污染重金属是指比铁、铜、锌等重的金属元素，包括铬、汞、铅、镉等，它们广泛存在于环境中，也是工业生产中不可避免的产物。
然而，重金属元素的排放和释放成为了环境污染的主要来源之一，给生态环境和人类健康造成严重威胁。
环境化学的研究可使我们更加深入地认识重金属污染的成因和影响，以及对其采取措施进行治理和修复的有效性。
影响重金属元素不易被分解，因此易在环境中累积，对土壤、水体和空气造成影响。
土壤是重金属污染最常见的载体，影响范围较大。
重金属污染可破坏土壤结构，改变土壤物理性质，降低作物产量，严重的还可能造成土壤酸化和盐渍化。
水体是可溶性重金属污染的主要载体，通常直接或间接地进入水体，破坏水体生态系统平衡，损害水体生物多样性，威胁人类健康。
大气重金属污染则通常与工业活动相关，对空气质量造成威胁。
污染来源重金属污染的主要来源是人类活动，包括煤矿、电力、冶金、化工等行业的生产，废水和废气的排放，以及无组织的垃圾堆放和排放。
例如，工业废水排放中 Cd、Cr、Hg、Pb 等多种重金属元素的含量高达数千毫克/升，这些重金属污染物难以被自然环境完全去除。
废气污染方面，工业废气中的 SO₂、NOx等污染物一旦排放到空气中，会与水分子结合成硫酸和硝酸，促进大气沉降，加剧土壤和水体的酸化作用。
控制和治理为了控制和治理重金属污染，我们需要采取一系列措施。
首先应从源头控制，减少重金属排放，这需要加强对工业、农业、家庭等各个行业的监督，并对不符合标准的企业实施处罚和整改。
其次，采用适当的技术手段，例如固体废物的焚烧和控制、生物修复等，为重金属污染的防治提供技术保障。
最后，应从地区性和全球性层面，规划和执行治理计划，借助国际合作和知识交流，共同推进重金属污染防治和生态修复。
结论环境化学的研究和应用为我们提供了完整和详实的数据，帮助我们更深入地理解重金属污染对人类和环境的影响。
我们可以借助环境化学提供的手段，采取多种措施控制和治理重金属污染，建立更健康、安全和持续的生态环境。
环境化学知识点整理
第一章绪论第一节环境与环境问题环境概念：相对于特定中心事物而言的。
围绕中心事物的周边事物的总和，就是该主体事物的环境。
环境科学中所研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即围绕着人群的，直接或者间接影响人类生产生活和发展的各种外界事物和因素的总和。
环境分类：按主体分：人类环境和生物环境按性质分：自然环境、半自然环境、社会环境按范围大小分：宇宙环境、地球环境、区域环境、微环境、内环境等环境问题：指包括一切形式的环境恶化或对生物圈的一切不利影响。
分类：➢原生环境问题：由自然力引起的环境问题，如火山爆发、海啸、地震、洪涝、干旱和滑坡等引起。
（自然灾害问题、第一环境问题）➢次生环境问题：由人类的生产和生活活动引起的生态系统破坏和环境污染，包括生态破坏、环境污染和资源浪费等方面（第二环境问题）。
一般所说的环境问题是指次生环境问题，也是环境科学研究的重点次生环境问题的具体表现ϒ资源开发过程中过度地向自然索取ϒ在物质生产和日常生活过程中向环境释放出废物和废能ϒ经济建设对环境的干扰ϒ人口增长引起单位时间和空间中人类活动频度增加第二节环境污染与环境污染物定义：环境污染一般是指由于人类生产生活活动导致有害物质进入环境，在环境中的累积数量和速率超过了环境的净化能力，从而使环境质量变差，对人们正常的生活和生产条件产生了有害影响。
分类ϒ按污染对象（要素）分：大气污染、水污染、土壤污染、生物污染等。
ϒ按污染物的排放方式分：废水污染、废气污染、固体废弃物污染等。
ϒ按污染物的性质分：化学污染、物理污染、生物污染等。
ϒ按污染物的分布范围分：全球性污染、区域性污染、局部性污染等环境化学污染物➢1．元素：如汞、镉、铅、砷、铬等重金属和类金属、卤素、氧（臭氧）、黄磷等。
➢2．无机物：如无机酸、碱、盐类、氰化物、一氧化碳、氮氧化物、卤化物、卤间化合物（如ClF、BrF3、IF5、BrCl、IBr3等）、卤氧化物（ClO2）、硅的无机化合物（如石棉）、无机磷化合物、硫的无机化合物等。
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• 推出 Pb(II)的形态基本全是[PbT-]，即[PbT-]=1.00×10-5molL-1
[ PbT ][ H ] [ Pb2 ] 7.75 1012 M 2 [1 T ]k
3.2.1.3.2 NTA对重金属氢氧化物的螯合作用
• pH=7.00时，
Pb(OH)2
+
+
T
3
[T 3 ] ka1ka 2ka 3 [ H 3T ] [ H 2T ] [ HT 2 ] [T 3 ] [ H ]3 ka1[ H ]2 ka1ka 2 [ H ] ka1ka 2ka 3
• 同理可列出
HT
2
H T 、 H3T ，并作出-pH图。 、 2
• ∴ THg(II)= [Hg2+]+[HgCl+]+[HgCl20]+ [HgCl3-] +[HgCl42-] +[HgOH+] +[Hg(OH)20] • =[Hg2+](1+1 [Cl-]+ 2 [Cl-]2 + 3 [Cl-]3 + 4 [Cl-]4 + 5 [OH-] + 6 [OH-]2 ) • =[Hg2+]f
• ∴ Ca2+的存在影响极大。
<返回>
3.2.2.1 体系的氧化还原电位
Ox + ne
Red k
[Re d ] [Ox][e]n
1 [Ox] pE log[e] pE log n [Re d ]
0
pE 0
1 log k n
pE
F E 2.303 RT
pE 0
F E0 2.303 RT
k= ksp ka3 kf / ka2’=4.06×10-2 ksp=1.48×10-13 ka3 kf ka2’=4.69×10-11
[ PbT ] k 4.06 102 40.6 2 3 [ HT ] [ HCO3 ] 1.00 10
3.2.1.3.4 Ca2+对NTA与重金属微溶盐作用影响
Hg2+分布系数 HgCl+ HgCl20 HgCl3HgCl42HgOH+ Hg(OH)20
[ Hg 2 ] T f 1 THg ( II )
fCl- fCl- fCl- fCl- fOH- fOH-
图 pH一定时，Cl-变化时各形态分布 （天然水中TCl-=2×0-4 mol· L-1）
S 按溶度积计算 总溶解度 （mg·L-1） （mg·L-1） Zn(OH)2 0.861 160 Cd(OH)2 3.84 158 Hg(OH)2 107 7.98×10-7 (ZnCdPb)(OH)2 Cl-时，S 增加 2~77 倍 HgS Cl-10-4时，S 增加 45 倍 Hg(OH)2 Cl-10-4时，S 增加 408 倍 由于络合作用，粘粒矿物对 Hg 的吸附作用大大降低
H T
3
H T
2
HT
2
T
3
1.00 0.49 0.16 0.02 0.00 0.00 0.00
0.00 0.49 0.68 0.49 0.00 0.00 0.00
0.00 0.02 0.16 0.49 1.00 0.50 0.00
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.50 1.00
3. 重金属污染化学
• 3.1 重金属迁移转化的概念 • 3.2 重金属的化学转化迁移
– 3.2.1 配合作用与重金属的迁移 – 3.2.2 氧化还原作用与重金属的迁移 – 3.2.3 吸附作用与重金属的迁移
• 重金属在水环境中发生空间位置的移动和存在化学形态的转化以及由 此引起的富集、分散过程。 • 1）化学形态 在环境中实际存在的形式，包括四方面内容 • （a）价态 化合价 • （b）化合态 存在的化学实体的具体形式 • （c）结构态 具体的分子构型 • （d）结合态 与载体共存的具体形式，如水合、有机、结晶等形式 • eg. 毒性 CH3Hg+>>Hg2+，Cu2+>>Cu，Cr6+>>Cr3+ • 2）迁移类型 • （a）机械迁移 结合在悬浮颗粒物上或自身随水流运动 • （b）化学转化迁移 通过化学反应改变形态等 • （c）生物迁移 通过生物化学过程改变形态等 • 3）水迁移能力 以存在比值和溶解度表征
Hg(OH) 2 6=1022.13
• 推出 [HgCl+] = 1 [Hg2+] [Cl-] • [HgCl20] = 2 [Hg2+] [Cl-]2 • [HgCl3-] = 3 [Hg2+] [Cl-]3 • [HgCl42-] = 4 [Hg2+] [Cl-]4 • [HgOH+] = 5 [Hg2+] [OH-] • [Hg(OH)20] = 6 [Hg2+] [OH-]2
• Eg. pH=7.00，TNTA=1.00×10-2molL-1，TPb(II)=1.00×10-5molL-1
Pb2+ + HT 2HT 2-
H+
H+
+
+
PbT-
k=ka3kf=12.9 ka3=5.25×10-11 kf=2.45×1011
T3-
Pb2+ + T3-
PbT-
[ Pb2 ] [H ] 1.00 107 7 7 . 75 10 [ PbT ] [ HT 2 ]k 1.00 102 12.9
1=k1
0
Me 2+ + 2 ClMe 2+ + 3 ClMe 2+ + 4 Cl-
MeCl 2
MeCl 3MeCl 42-
2=k1k2 3=k1k2k3 4=k1k2k3k4
• Eg. 已知天然水pH=8.5，TCl=0.5 mol· L-1，问Cl-和OH-对Hg(II)的配 合竞争。（此条件接近海水条件） • 解：对Hg(II)
3.2.1.3 螯合剂NTA对重金属的配合作用 • NTA，N(CH2COOH)3Na，氮基三乙酸钠盐，洗涤剂 • 3.2.1.3.1 NTA对重金属的配合作用
H 3T H 2T HT 2-
H+ H+
+
H2T- ka1=2.18×10-2 T3ka3=5.25×10-11
H+ + HT 2- ka2=1.12×10-3
存在比值
某元素在水中含量 某元素在地壳中平均丰 度
<返回>
• 配合体：OH-、Cl-、SO42-、CO32-、F-、S2-、PO43• 表 天然水中重金属无机配合物主要形态
Cr、Mn、Fe、Co、Ni Hg、Cd、Zn、Cu d 区元素 ds 区元素 OHClIIIB-VIII IB-IIB As、Pb p 区元素 OHIIIA-0 族
3.2.2.2 水环境的决定电位体系
氧化剂 还原态 还原剂
DO，Fe(III)、Mn(IV)、S(VI) H2O，Fe(II)、Mn(II)、S(-II) 有机物，Fe(II)、Mn(II)、S(-II)
• 天然水中有机物重要组成元素的最终氧化产物
有机物中 的元素 C H N S P 有 DO 存在下的 最终氧化产物 CO2、 HCO3-、 CO32（依 pH 定） H2O NO3SO42HPO42-、H2PO4（依 pH 定） 无 DO 存在下的 最终氧化产物 CH4 —— NH3、NH4+ （依 pH 定） H2S、HS（依 pH 定） HPO32-、H2PO3（有时为 PH3）
P bCO3
+
CaT - + H +
+
Ca 2+ + HCO .24 k = 4.06×10-2 k’= 7.75×10-3
PbCO 3
HT 2-
PbT - + HCO 3-
Ca2+ + HT2-
CaT- + H+
[ PbT ] [ H ]k" 5.24 1.00 107 0.524 2 3 3 [CaT ] [Ca ][HCO3 ] 1.00 10 1.00 10
f区 SO42OHCO32-
3.2.1.1 羟基、Cl-对重金属的配合作用
n+ Me(H2O)y + H2O n+ Me(H2O)y + OH
Me 2+ + OH MeOH + + OH Me(OH) 2
0
Me(H2O)y -1OH n -1 + + H3O+ Me(H2O)y -1OH n -1 + + H2O
HT2-
PbT- + OH- + H2O
+
k= ksp ka3 kf / kw=2.07×10-5 ka3
HT 2Pb(OH) 2
H+
T3+ OH 2
Pb2+
ksp=1.61×10-20 kw kf
OH - + H+
Pb2+ + T3-
H2O PbT-
[ PbT ] k 2.07 105 207 2 7 [ HT ] [OH ] 1.00 10
MeOH +
Me(OH) 2
0
k1 k2
3 -
+
OH -
Me(OH)
k3 k4
4+