1、環境化學?教案環境化學是研究有害化學物質在環境介質中的存在、特性、 行為和效應的化學原理與方法的科學。本課程依次講解大氣、水、巖石土壤各圈層的環境化學之后，對典型污染物 在各圈層之間的遷移轉化規律做了專門論述。通過學習使學生了解環境化學在環境科學中和解決環境問題上的作用， 環境化學研究的 內容、特點和開展動向。 使學生掌握主要環境污染物的類別和它們在環境各圈層中的遷移轉 化過程，具備一定的處理實際環境問題的思路、方法和技術。第一章 緒論第一節 環境化學一、環境問題1、環境污染2、可持續開展二、環境化學1、環境化學的概念2、環境化學的任務；內容及特點3、環境化學的開展動向1環境分析化學2各圈層環

2、境化學3環境工程化學第二節 環境污染物、環境污染物的類別1、人類社會不同功能產生的污染物1工業2農業3交通運輸4 生活2、化學污染物 1 元素 2 無機物 3 有機化合物和烴類 4 金屬有機和準金屬有機化合物 5 含氧有機化合物6)有機氮化合物7)有機鹵化合物8)有機硫化合物9)有機磷化合物二 環境效應及其影響因素1、環境物理效應2、環境化學效應3、環境生物效應三、環境污染物在環境各圈的遷移轉化過程簡介1、污染物的遷移與轉化2、遷移方式3、轉化方式4、污染物在多介質中的遷移、轉化和循環舉例：大氣 水 土壤第二章 大氣環境化學 本章重點： 1 污染物在大氣中遷移過程2 光化學煙霧和硫酸型煙霧的形

3、成過程和機理第一節 大氣中污染物的轉移大氣層簡介一、大氣溫度層結出示大圖：圖 1 大氣溫度的垂直分布圖 2 大氣密度的垂直分布大氣垂直遞減率二、輻射逆溫層三、絕熱過程與干絕熱過程四、大氣穩定度的判定五、影響大氣污染物遷移的因素1、風和大氣湍流的影響2、天氣形勢和地理地勢的影響第二節 大氣中污染物的轉化一、光化學反響根底1、光化學反響過程什么是光化學反響？初級過程：A + h v k A*次級過程舉例：HCI + h v k H + ClH + HCI H2 + ClCl + Cl Cl22、量子產率(不做介紹)3、大氣中重要吸光物質的光離解(1) 氧分子和氮分子的光離解O2 + h v O +

4、 ON2 + h vN + N(2) 臭氧的光離解O3 + h v * O + 02(3) N02的光離解N0 2 + h v 0 + 0(4) 亞硝酸和硝酸的光離解HN02 + h vk H0 + N0HN02 + h v* H + N0 2(5) 二氧化硫對光的吸收SO2 + h v SO2*(6) 甲醛的光離解H2CO + h v H + HCOH2CO + h v H2 + CO(7) 鹵代烴的光離解CH3X + h v k CH3 + X二、大氣中重要自由基的來源1、大氣中HO和HO2自由基的濃度2、大氣中HO和HO2自由基的來源HO 來源: O3 + h vO + O 2O + H

5、2O * 2HOHO來源二：HNO2 + h v HO + NOH2O2 + h v* 2HOHO2的來源：H2CO + h v H + HCOH + O2 + M HO2 + MHCO + O2 HO2 + CO3、R、RO和RO2等自由基的來源大氣中存在最多的烷基是甲基，主要來源是：CH3CHO + h v k CH3 + HCOCH3COCH3+ h v CH3 + CH3CO烷基自由基:RH + O* R + HORH + HO甲氧基:CH3ONO + h vCH3O + NO過氧烷基:CH3ONO2 + h vCH3O + NO 2R + O 2 RO 2三、氮氧化物的轉化1、大氣中

6、的含氮化合物2、氮氧化合物和空氣混合體系中的光化學反響NO + ONO2 + h vO3 + NO NO2 +O23、氮氧化物的氣相轉化1NO的氧化NO + O 3 NO 2 + O2NO + RO 2 NO2 + RONO + HO 2 NO2 + HONO + HO HNO 2NO + RO RONO2NO2的轉化NO2+ HOk HNO3NO2 + O3 k NO3 + O2NO2 + NO3 N2O53PANCH 3C000 + N0 2 CH 3C000N0 24、氮氧化物的液相轉化補充內容四、碳氫化合物的轉化1、大氣中主要的碳氫化合物2、碳氫化合物在大氣中的反響1 烷烴的反響RH

7、+ H0R + H 20RH + 0 R + H02稀烴的反響與H0發生加成反響和氫原子摘除反響3、光化學煙霧現象什么是光化學煙霧1光化學煙霧的日變化曲線出示大圖：光化學煙霧日變化曲線2煙霧箱模擬曲線4、光化學煙霧形成的簡化機制引發反響：N02 + h vN0 + 00 + 02 + M 03 + MN0 + 0 3 N02 + 02自由基傳遞反響：RH + H0R02 + H20RCH0 + H0RC 0 02 + H20RCH0 + h v R02 + H02 + C0H02 + N0 N02 + H0RO2 + NO k NO2 + R HO + HO 2RC OO2 + NO NO2

8、+ RO2 +CO2終止反響：HO + NO 2. HNO3RC OO2 + NO2片 RC OO2NO2RC OO2NO2 RC OO2 + NO 25、光化學煙霧的控制對策五、硫氧化物的轉化及硫酸煙霧型污染1、二氧化硫的氣相氧化1SO?的直接光氧化3SO2 +。2 SO4 SO3 + O或 SO2 + SO4 2SO32SO?被自由基氧化SO2與HO的反響HO + SO 2kHOSO2HOSO2 + O2 HO 2 + SO3SO3+ H2O*H2SO4與其他自由基反響CH3CHOO + SO 2 CH3CHO + SO 3HO2 + SO2 - HO + SO 3CH3O2 + SO2

9、CH 3O + SO 32、二氧化硫的液相氧化3、硫酸煙霧型污染六、酸性降水1、降水的pH2、降水pH的背景值3、降水的化學組成1降水的組成大氣中固定氣體成分 無機物有機物光化學反響產物不溶物2降水中的離子成分4、酸雨的化學組成502 + 0 S03503 + H20 H 2SO4SO2 + H 2OH2SO3HSO3 + OH2SO4NO + ONO22NO2 + H2O k HNO 3 + HNO 25、影響酸雨形成的因素1酸性污染物的排放及其轉化條件2大氣中的氨3顆粒物酸度及其緩沖能力4天氣形勢的影響七、大氣顆粒物1、顆粒物的粒度及外表性質1顆粒物的粒度分布總懸浮顆粒物飄塵降塵可吸入粒子

10、2大氣顆粒物的三模態2、大氣顆粒物的化學組成1無機顆粒物2有機顆粒物3、大氣顆粒物的去除過程(1) 干沉降(2) 濕沉降八、溫室氣體和溫室效應九、臭氧層的形成與耗損1、臭氧層形成與耗損的化學反響生成：302 + h v 203消耗：03 + h v k 02 + 003 + 02022、南極的臭氧洞現象第三節大氣污染數學模式(補充內容)第三章水環境化學本章重點：1、無機污染物在水體中進行沉淀-溶解、氧化-復原、配合作用、吸 附-解吸、絮凝-沉淀的根本原理2、計算水體中金屬存在形態3、pE計算4、有機污染物在水體中的遷移轉化過程和分配系數、揮發速率、水 解速率、光解速率和生物降解速率的計算方法第

11、一節天然水的根本特征及污染物的存在形態一、天然水體的根本特征1、天然水的組成(1) 天然水中的主要離子組成(2) 水中的金屬離子(3) 氣體在水中的溶解性亨利定律(4) 水生生物2、天然水的性質(1) 碳酸平衡+H2CO3 = HCO3 + H+HCO3- =2- += CO 32- + H+2) 天然水中的堿度和酸度- 2- - +總堿度=HCO 3- + 2CO3- + OH- -H 總酸度 = H+ + HCO 3- + 2H 2CO3 - OH -、水中污染物的分布和存在形態1、有機污染物1)農藥2)多氯聯苯3)鹵代脂肪烴4)醚類5)單環芳香族化合物6)苯酚類和甲酚類7)酞酸酯類8)多

12、環芳烴9)亞硝胺和其他化合物、金屬污染物1)鎘2)汞3)鉛4)砷5)鉻6)銅7)鋅8)鉈9)鎳10)鈹第二節 水中無機污染物的遷移轉化一、顆粒物與水之間的遷移1、水中顆粒物的類別( 1) 礦物微粒和黏土礦物( 2) 金屬水合化合物 3 腐殖質 4 水體懸浮沉積物 5 其他2、水環境中顆粒物的吸附作用1吸附等溫線和等溫式H 型等溫線F 型等溫線L 型等溫線2氧化物外表吸附的配合模式3、沉積物中重金屬的釋放誘發釋放的因素1 鹽濃度升高2氧化復原條件的變化3降低 pH4增加水中配合劑的含量二、水中顆粒物的聚集1、膠體顆粒物凝聚的根本原理和方式2、膠體顆粒絮凝動力學三、溶解和沉淀1、氧化物和氫氧化物M

13、eOHns = Men+ + nOH-n+ - n Ksp = Me n+OH -nn+ - n + n n Me n+ = Ksp/OH -n = KspH +n/KwnPc = Ksp - npKw + npH2、硫化物+-H2S = H+ + HS-+ 2-HS = H+ + S2-+ 2-H2S = 2H+ + S2-K12 = K 1K2如溶液中存在二價金屬離子 Me 2+，那么有：2+ 2-Me S = Ksp3、碳酸鹽4、水溶液中不同固相的穩定性四、氧化 -復原1、電子活度和氧化復原電位pE = pE0 + 1/n lg 反響物 / 生成物 2、天然水體的 pE-pH 圖3、天然

14、水的 pE 和決定電位4、無機氮氧化物的氧化復原轉化5、無機鐵的氧化復原轉化6、水中有機物的氧化五、配合作用1、配合物在溶液中的穩定性2、羥基對重金屬離子的配合作用3、氯離子對重金屬的配合作用4、腐殖質的配合作用5、有機配體對重金屬遷移的影響第三節 水中有機污染物的遷移轉化一、分配作用1、分配理論2、標化分配系數3、生物濃縮因子二、揮發作用1、亨利定律2、揮發作用的雙膜理論三、水解作用四、光解作用五、生物降解作用第四節 水質模型一、氧平衡模型二、湖泊富營養化預測模型三、有毒有機污染物的歸趨模型。第四章 土壤環境化學 本章重點： 1、土壤的吸附2、土壤的酸堿性3、土壤的氧化復原特性4、農藥在土壤

15、中的遷移原理與主要影響因素5、農藥在土壤中的轉化規律第一節 土壤的組成與性質一、土壤的組成1、 土壤由固體、液體和氣體組成2、 土壤礦物質1原生礦物2 次生礦物3、土壤有機質4、土壤水分5、土壤中的空氣 二、土壤的粒級分組與質地分組1、 土壤礦物質的粒級劃分2、 各粒級的主要礦物成分和理化特性 1 石塊和石礫2沙礫3粘粒4粉粒3、土壤質地分類及其特性三、土壤吸附性1、 土壤膠體的性質1土壤膠體具有巨大的比外表和外表能2土壤膠體的電性3土壤膠體的凝聚性和分散性2、 土壤膠體的離子交換吸附1土壤膠體的陽離子交換吸附影響吸附的因素：電荷數、離子半徑及水化程度2土壤膠體的陰離子交換吸附四、土壤酸堿性1

16、、土壤酸度活性酸度潛性酸度2、 土壤堿度3、土壤的緩沖性能土壤溶液的緩沖作用土壤膠體的緩沖作用對酸的緩沖作用對堿的緩沖作用鋁離子對堿的緩沖作用五、土壤的氧化復原性第二節 污染物在土壤植物體系中的遷移及其機制一、污染物在土壤植物體系中的遷移1、 污染物由土壤向植物體遷移的方式2、 影響重金屬在土壤 -植物體系中轉移的因素1)植物種類2)土壤種類3)重金屬形態4)重金屬在植物體內的遷移能力二、植物對重金屬污染產生耐性的幾種機制1、 植物根系通過改變根際化學性狀、原生質泌溢等作用限制重金屬離子跨膜吸收2、重金屬與植物的細胞壁結合3、酶系統的作用4、形成重金屬硫蛋白或植物絡合素第三節 土壤中農藥的遷移

17、轉化一、土壤中農藥的遷移1、 擴散1)土壤水分含量2)吸附3)土壤的緊實度4)溫度5)氣流速度6)農藥種類2、 質體流動二、非離子型農藥與土壤有機質的作用1、 非離子型有機物在土壤 -水體系的分配作用2、 土壤濕度對分配過程的影響三、典型農藥在土壤中的遷移轉化1、 有機氯農藥1 滴滴涕2 林丹2、有機磷農藥 1 有機磷農藥的非生物降解過程吸附催化水解光降解 2 有機磷農藥的生物降解第五章 生物體內污染物質的運動過程及毒性本章重點：1、污染物的生物富集、放大和積累2、耗氧和有毒有機物的微生物降解3、元素的微生物轉化4、微生物對污染物的轉化速率5、毒物的毒性、聯合作用、致突變、致癌及抑制酶活性第一

18、節 物質通過生物膜的方式一、生物膜的結構；利用示意圖講解生物膜的結構提示： 1 生物膜是流動變動的復雜體2 蛋白質的生理功能：載體作用，轉運膜內外物質催化作用，如酶能量轉換作用3 膜孔：帶極性，含水的微小孔道二、物質通過生物膜的方式共 5 種：膜孔濾過、被動擴散、被動易化擴散、主動轉運及胞吞和胞飲1、膜孔濾過動力：膜兩側靜水壓及滲透壓2、被動擴散脂溶性物質順濃度梯度高低擴散通過生物膜。3、被動易化擴散物質+特異蛋白質載體高濃度生物膜物質+特異蛋白質載體低濃度 該過程受載體及其數量制約，呈現特異性選擇4、主動轉運與被動易化擴散相反特征：消耗代謝能量，特異性選擇5、胞吞和胞飲提示：物質與膜上特定蛋

19、白質親和膜的外表張力改變膜外包或內陷進入膜內固體胞吞液體一胞飲小結：1物質的脂溶性、水溶性、解離度、分子大小會影響其通過生物膜 2營養物質和代謝物質以被動易化擴散和主動轉運進入生物膜 3大多數物質以被動擴散方式通過生物膜第二節污染物質在機體內的轉運、吸收以下介紹的是在人體內的轉運1、吸收：機體外 體膜血液2、吸收的途徑1消化管主要途徑方式：被動擴散吸收部位：小腸、胃2呼吸管大氣污染物吸收部位：肺泡污染物通過方式：被動擴散肺泡濾過毛細血管3皮膚被動擴散表皮真皮- 血液 毛細管壁膜脂溶性污染物如酚、尼古丁、馬錢子堿等易被皮膚吸收。 、分布機體組織返回血液污染物的轉運方式：被動擴散1、不同組織污染物

20、的分布特點2、污染物質與血漿蛋白的結合三、排泄 排泄是指污染物及其代謝物向機體外轉運過程。主要部位：腎、肝、膽、腸、肺、外分泌腺。1、腎排泄2、膽汁排泄3、腸肝循環四、蓄積指吸收大于排泄或轉化蓄積發生時，污染物的分布相對集中，主要集中在以下部位：血漿蛋白、脂肪組織、骨 骼。小結：毒物吸收、分布、排泄、蓄積圖解血液和淋巴系統骨脂肪毒物儲存腎和膀胱呼1吸攝吸出1入入1f1收肺和肺泡胃和腸道皮膚第三節污染物質的生物富集、放大和積累一、生物富集生物富集的概念：非吞食方式蓄積污染物，使其在機體內濃度超過周圍環境濃度BCF= Cb/Ce影響BCF的因素物質性質生物特性環境因素富集速率的計算：BCF = C

21、f/Cw=Ka/Ke說明在一定條件下生物濃縮系數有一閾值，此時水生生物富集到達動態平衡。富集體機理：污染物在水和生物脂肪兩相間的分配前提：較高的脂溶性，較低水溶性，難降解，通過生物膜的方式是被動擴散二、生物放大生物放大的概念：高營養級生物吞食低營養級生物蓄積污染物，濃度隨營養級數提高而增大。表達：BCF結果：Cf Ce注解：生物放大并不是在所有條件下都發生三、生物積累生物積累的概念：注意與生物富集的區別-多了食物鏈這一獲取污染物的渠道表達： BCF積累速率：Ci = Cwi + C $ i即：積累濃度 = 水中攝取濃度 + 食物鏈傳遞的濃度 反映的是在生物積累到達平衡時，生物富集和生物放大的相

22、對奉獻 第四節 污染物質的生物轉化 污染物質在環境中的三大轉化途徑：化學轉化、光化學轉化、生物轉化一、生物轉化中的酶1、 酶的成分：蛋白質，底物酶促反響2、酶催化的特點專一性高效率高外界條件溫和3、酶催化反響類型氧化復原轉移化學基團水解裂解異構合成4、單成分酶和雙成分酶二、假設干種重要輔酶1、FMN 和 FAD 即：黃素單核苷酸 和 黃素腺嘌呤二核苷酸 是一類氧化復原輔酶，傳遞氫原子2、NAD+ 和 NADP+即：輔酶 I 和輔酶 II 是一類氧化復原輔酶，傳遞氫原子3、輔酶 Q 泛醌 CoQ 氧化復原輔酶，傳遞氫原子4、細胞色素酶系輔酶鐵卟啉，傳遞電子5、輔酶 A CoASH ， 傳遞?；?/p>

23、、生物氧化中的氫傳遞過程 生物氧化主要是去氫氧化，1、 有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程舉例：2、 有氧氧化中分子氧為間接受氫體的遞氫過程舉例：3、無氧氧化中底物中間產物作氫受體遞氫過程舉例：4、無氧氧化無機含氧化合物作受氫體遞氫過程舉例：四、耗氧有機污染物質的微生物降解簡介：生物降解的概念：有機物質通過生物氧化及其他的生物轉化，變成更小更簡單的分子 徹底降解，不徹底降解耗氧有機污染物1、糖類的微生物降解糖類的通式：Cx 出0 y分類：單糖、二糖、多糖糖類降解總的結果：有氧條件下：二氧化碳和水無氧條件下：有機酸、醇、二氧化碳降解過程：生成二氧化碳和水醇無氧TCA循環有氧， 多糖單糖丙酮

24、酸有機酸、二氧化碳、2、脂肪的微生物降解1脂肪水解成脂肪酸和甘油2甘油轉化成丙酮酸3脂肪酸的轉化有氧條件下，經?-氧化，最后進入 TCA循環無氧條件下，轉化成為有機酸、醇、二氧化碳3、蛋白質的微生物降解1蛋白質 -氨基酸.脂肪酸4、甲烷發酵五、有毒有機污染物轉化類型1、氧化反響1混合功能氧化酶加氧氧化C=C環氧化C羥基化氧脫烴硫脫烴、硫氧化及脫硫N脫烴、氮氧化及脫氮23脫氫氧化 氧化酶氧化2、復原反響1加氫復原2硝基復原3偶氮復原4脫氯復原3、水解反響4、結合反響1葡萄糖醛酸結合2硫酸結合3谷胱甘肽結合六、有毒有機污染物的微生物降解先紹以下內容：生物轉化的復雜性影響因素：酶的種類酶的分布外界影

25、響條件每種物質的轉化途徑包含一系列連續反響轉化途徑多樣、交錯確定一種物質的生物轉化，通常需要通過實驗進行。1、烴類以有氧氧化占絕對優勢1正烷烴末端氧化即羥基化，其中次末端和雙端氧化是次要的兩種情況。正烷烴 醇 醛脂肪酸TCAC02 + H20 對于甲烷，情況稍有變化，需要有專一微生物。2稀烴a飽和末端氧化，經與正烷烴相同途徑，形成不飽和脂肪酸b雙鍵環氧化，開環二醇 脂肪酸3 苯第一步：雙醇中間產物兒茶酚第二步：形成有機酸第三步：進入TCA循環形成二氧化碳和水。能夠降解苯及苯系物的菌種的介紹：小結：烴類降解的難易順序a稀烴 烷烴 芳烴 多環芳烴 脂環烴b正構烷烴 異構烷烴c直鏈烷烴 支鏈烷烴d烷

26、基苯 多環化合物 苯2、農藥1苯氧乙酸類以2，4-D乙脂為例2對硫磷七、氮及硫的微生物轉化1、氮的微生物轉化1環境中氮的形態：分子氮、有機氮、無機氮2相互轉化作用種類：同化 氨化硝化反硝化固氮 3 轉化過程2、硫的微生物轉化 1 硫在環境中的形態：單質硫、無機硫、有機硫 2 有機硫的微生物降解 3 硫化 4 反硫化八、重金屬元素的微生物轉化1、Hg 1 在環境中的形態：無機汞、有機汞 2 毒性：有機汞 金屬汞 無機汞 3 汞的生物甲基化在好氧或厭氧條件下 ,水體底質中某些微生物能使二價無機汞鹽轉變為甲基汞 和二甲基汞的過程 .涉及的酶 : 甲基鈷氨素 甲基維生素 B12甲基化途徑的圖解 :4復

27、原作用 生物去甲基化 2、As1 存在形態 : 無機砷 , 有機砷2毒性3砷的微生物甲基化4去甲基作用5三價與五價之間的轉化九、污染物質的生物轉化速率是微生物體外的酶促反響速率， 另一個是微生物本身對生物轉化速率有兩個方面的內容： 生物轉化速率的奉獻。1、酶促反響的速率 1 米氏方程 2 影響酶促反響速率的因素酸度溫度 抑制劑2、微生物反響的速率 1 微生物反響的速率方程 2 影響反映速率的因素 化學結構 微生物體內的酶 共代謝 環境條件 溫度 酸度 養分 溶解氧第五節 污染物質的毒性一、毒物1、毒物的概念2、毒物的相對性3、毒物的作用部位4、刺激性、腐蝕性、窒息性、致突變、致癌、致畸、致敏二、毒物的毒性1、影響毒性的因素2、毒物的劑量半數有效劑量半數有效濃度三、毒物的聯合作用1、協同作用2、相加作用3、獨立作用4、拮抗作用四、毒作用的過程1吸收一分布一代謝轉化 排泄2、受體改性，引起生化效應3、病理生