环境化学进展动态

环境化学进展动态

曹植菁,朱　明,龙炳清,赵仕林,杨代军

(四川师范大学化学与生命科学院,四川　成都　610066)

　　摘要:本文概述了近年来环境化学包括环境分析化学、环境污染化学、环境污染控制化学、生态化学等方面研究的一些新进展。

关　键　词:环境化学;进展

中图分类号:X13　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:100123644(2002)0420013203

RecentDevelopmentofEnvironmentalChemistry

CAOZhi2jing,ZHUMing,LONGBing2qing,ZHAOShi2lin,YANGDai2jun

(SchoolofChemistryandLifeScience,SichuanNormalUniversity,Chengdu610066,China)

Abstract:Therecentprogressofenvironmentalchemistry,includingenvironmentalanalyticalchemistry,environmentalpollutantchem2

istry,environmentalpollutioncontrolchemistryandecologicalchemistryetc.isreviewed.Keywords:Environmentalchemistry;development

1　前　　言

目前化学物质引起的环境污染已占80%～90%[1],与此相对应,作为研究污染物的产生和在环境

弃物分解、挥发、燃烧等产生的芳烃、挥发烃、酯、醛等有机组分等。

与之发展相应的是,环境分析灵敏度平均每十年提高三个数量级。90年代痕量分析已达ppb级,超痕量分析可检出10-9mg/L的物质[2],毛细管电泳、毛细管免疫测定法、超微电极相结合可使检出限降至10-18mg/L,故已有望监测出单分子、原子[3]。

中的迁移、转化、归宿、危害及其污染控制原理和方法的

环境化学近年取得了长足的进展,主要表现在:从单项的、对不同介质的分别研究转向多项的、多介质的系统研究;研究的范围日益扩大,全球性、跨国界的区域性环境化学问题成为首要对象,国际间的合作日益加强;科学技术、信息产业的高速发展促使环境化学理论水平不断深化,相关实用技术向高新技术方向发展,在环境监测及污染控制技术方面表现尤为突出;由于自然、社会环境的复杂性、系统性,环境化学不断与其他学科交叉、渗透,并与环境科学其他方面朝一体化/系列化方向发展;宏观与微观相结合、静态与动态相结合、简单与复杂相结合,系统地分析、解决问题是环境化学解决各类问题的总体思路及方向。

环境分析的自身特点要求环境分析仪器可靠、灵敏、快速、简便且小型化。1998年,美国匹兹堡会议上出现的毛细管便携式色谱,几分钟内可测定100多种元素,标志着色谱在线监测已达到实用水平。进一步将毛细管电泳缩微芯片用于微量全分析是色谱在线监测的新发展方向。90年代初国外学者提出的“微全分析系统(μ2TAS)”的概念和设计现已走向研制、生产使用阶段[4](我国已研制出了定量测定水中Cr3+的微芯片,并投入生产[5])。应用微机械技术大批量生产的廉价μ2TAS可一次自动实现包括取样、预处理、样品转移、化

2　环境分析化学

目前环境分析化学的发展重心转向环境中微量、痕

量有害化合物的分析,主要是“三致”有机化合物的痕量、超痕量分析,如饮用水、室内空气中剧毒化学物质;有机氮和有机磷、农药及除草剂;因工业废气及固体废

收稿日期:2002203219

作者简介:曹植菁(1978-),女,四川成都人,2000年就读四川师范大

学环境科学专业研究生。

学反应、待测物分离、测定、产品分离和数据处理等所有

μ分析步骤。2TAS不仅减少了试剂、载体用量,节约了监测成本,减少了污染及对实验人员的身体损害,而且分析高效、可靠、操作简单。

大量微型化、高灵敏度传感器因符合环境分析化学的发展需要,更是应运而生。1999年美国匹兹堡分析化学与应用光谱学术会议展示了生物传感器、电化学传感器、表面声波传感器、光—电—化学合为一体

—14—四川环境2002年第21卷第4期的传感器。新技术涉及电子微观谱学、微观分析、胶体化学、界面化学技术,充分反映了学科交叉的发展趋势[6]。目前应用已较为成熟的还有光导纤维传感器、多孔硅传感器、电流微传感器等。利用核酸分子间的特异性互补配对规律,研究基因片断实现快速分析的新方法—DNA生物传感器已成为当今生物传感器中的前沿性课题[7]。电化学DNA芯片具有小型和多道化的特点,可同时获得数以千万计的信号,将成为一大发展方向[8]。

起源、演变和持续发展有重要作用。已发现生物源的源强超过化石燃料燃烧的源强,其生成和消失的生化和光化学元素过程值得深入研究。应用环境化学原理和计算机技术已对水田释放甲烷、小麦释放NO2及高密度有毒气体扩散等过程进行模拟。

对人体健康有直接、长期影响的室内污染物如甲醛、氨、氡、苯类等挥发性有机物的存在、分布及化学转化和影响已受到重视[12]。312　水体、土壤污染化学和多介质环境化学水是世界上分布最广的资源之一,也是人类与生物体赖以生存和发展必不可少的物质,但世界上可供人类利用的水资源很少,仅占地球水资源的0164%[1],因而水质及水体的有效净化已成为环境水化学研究的中心问题。大气中的水分因云雾、降水参与全球水循环并影响土壤、大气、水环境,而备受关注。胶体化学、界面化学和多相化学动力学的迅速发展促进了水、土、气多介质环境化学的发展。研究热点有:土壤/沉积物间有机物和无机物的环境行为及转换机制;水与底泥界面营养元素的转化及其向水体中的再释放机制,大气微粒与表层水之间的污染物行为。金属离子和配位体形成络合键的表面络合以及非极性化合物与疏水性吸附是吸附过程基本机制的观点已得到普遍认可。这些成果对颗粒物胶体化学系统和行为的认识、对地球化学过程的定量处理等均十分重要。

水环境化学热力学、动力学研究建立的模型逼近真实,天然水体化学已逐渐进入定量化阶段[3]。

污染物(特别是农药)在土壤体系中的分布、形态变化、界面反应等非均相/均相转化过程、结合态的稳定性、生物特别是微生物的影响和降解作用,以及为防止污染物经食物链的生物累积、放大的潜在影响而制定土壤(特别是可耕地)中化学污染物的允许含量,都是近年来土壤环境化学的研究重点[13]。

3　环境污染化学

环境污染化学主要研究环境污染物的产生、迁移、转化、累积、降解、危害及归宿。一般可分为大气污染化学,水污染化学,土壤污染化学和生态污染化学以及多介质污染化学。311　大气污染化学

目前,臭氧层破坏、酸雨和温室效应已成为全球性的环境问题,因而平流层和对流层化学一直是大气化学研究的重要内容。臭氧层破坏研究主要从其形成机制、化学变化及保护三方面入手。对臭氧空洞形成的解释,还必须研究大气气溶胶表征,吸附特性及催化作用等非均相表面化学过程;对臭氧化学变化过程的研究,需更好了解大气组成变化的基本过程,大气圈、生物圈以及气候过程的相互作用,从而与预测人为、自然诸因素对大气组成的影响研究相互促进共同进行;在臭氧层保护方面目前做得还远远不够,北极和青藏高原臭氧层变薄就说明氯氟烃类物质的控制及替代物问题远未解决。为减少臭氧耗损,寻找调控臭氧的最佳条件,研究超细颗粒物的低温反应的储库化合物与活性种的低温催化失活反应特性等正在进行中[2]。

我国酸雨的主要成因是SO2,TSP,与煤烟型大气污染紧密相关,因而也是我国大气化学界研究的热点。我国在天然源研究、区域酸沉降模式和酸雨成因、能源与环境协调规划、酸雨区域综合防治和临界负荷的研究方法等方面的成果已达到国际先进水平[9,10]。而西方国家更为关注的则是建立区域性监测网或计算机模拟以测定或演示长距离、跨国界的酸雨物质输送。

甲烷,CO2是温室气体的最主要成分,其利用是碳化学的主攻方向。在美国化学会220次年会上,日本学者声称在等离子体甲烷转化方面取得实质性进展;CO2回收、深埋及利用和合成气化学的报告吸引了学术界的普遍关注[11]。

辐射活性气体发生、转化与归宿的研究对地球的

4　污染控制化学

自90年代初联合国环境规划署(UNEP)在全球推动“清洁生产”概念以来,世界各国都从“末端控制战略”逐渐转向“一体化污染预防战略”。1994年美国环境技术项目预算中避害技术占50%,污染控制仅占30%[14]。1995年又推出了“总统绿色化学挑战奖”。1997年举办了第一届绿色化学与工程会议;1998年我国也举办了第一届国际绿色化学高级研讨会。2000年美国总统绿色化学挑战奖发布会与第四届绿色化学工程年会同时召开,会议的主题是可持续性

四川环境2002年第21卷第4期—15—

技术———从科研至工业应用。

第15届污染控制协会国际同盟国际研讨会及第31届北欧污染控制讨论会在本年度召开,会议集中反映了世界范围污染物控制、洁净技术的最新成果。

μm粉尘控制技术日趋成熟,特氟隆(PTFE)超0101

μm微粒几乎可完全高效空气过滤器效率对011～012

去除。高效过滤器所引起的分子污染和分子污染机理

及动态模拟的研究成果也在会上发表[11]。

目前化学、生物以及化学与生物配合技术已成功用于土壤污染控制。化学修复技术中,络合剂应用于金属及放射性元素的提取很有成效;化学固化剂的选择还有较大的潜力;液相萃取、光降解、氧化法(用ClO2,H2O2等)也有研究;超临界萃取、光降、膜分离法也在试验中。油污染的现场生物修复已有应用实例。化学技术配合生物技术修复被沾污的土壤已成为国外研究热点,利用表面活性剂、改性粘土矿物固定有机物进行微生物降解已获得重要进展[12]。在水污染控制中,化学处理技术朝深度处理、资源综合利用和在线自动监测控制等方向发展。新型高絮凝剂的研制朝复合、多功能方向发展,以便拓宽混凝剂的应用范围,提高水处理效果,降低水处理成本[15]。多相光催化氧化因对多种有机物有明显去除优势,已从反应机理的理论研究逐步转向实际应用(如处理染料废水)。此外,结合生物降解的化学深度氧化也是研究热点。微污染水源水深度净化已出现的纳滤膜、预臭氧化及新型生物反应器(膜生物反应器和电生物反应器)等新技术[16]。红外加热器用红外线摧毁有害物。产生10,000摄氏度热气冲击波的等离子弧融化炉可使有毒分子融解成为较安全的化合物。

可据此改变化学物质分子结构,降低其毒性,从而设计更安全的化学品。目前研究的热点物质为类雌激素有机污染物、有机氯化物、农药和多环芳烃、多氯联苯等。对物质危害性研究重点已由直接毒性转到间接毒性,由人类转到野生生物,地区范围也由局部环境扩展到全球性环境生态系统,如对热带、温带、气候差别较大的地区环境。

6　结束语

环境化学的研究成果已越来越受到科学界和各国政府的高度重视,1995年诺贝尔化学奖颁发给三位环境化学家就是例证。随着人类环境意识的提高,环境化学研究的领域将日益拓宽,其成果对人类的命运更加重要。通讯作者:龙炳清(1957～),男,工学博士,四川师范大学教授。参考文献:

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5　生态化学

综合环境化学、生物学、毒理学研究大量化学物

质在环境中引起生态效应和对人体健康的影响是生态化学研究的主要内容。目前最引人注意的是研究外来因素通过自由基引发癌形成的过程,以及此过程的预警和阶段预防方法。以大量有毒物毒性资料、化学资料、生态资料和环境资料为基础,计算机信息系统为依托进行毒物的风险预测评价,推测各种排放形式和排放量对生态的影响、自然系统对有毒物质污染的反应,并估计和评价预测结果的可信程度,为制定有毒化学品管理法提供科学依据的生态风险评价已成为前沿领域。利用实验数据建立的结构—活性模型已开发出来并正在改进。该模型不仅用于风险评价,而且还

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