您正在看的化学化工论文是:新世纪初的环境化学。

　　历史进入21世纪，人类社会的物质文明建设取得了巨大成就。但是，无论中国还是世界其他国家，仍然面临着严重的环境问题。一些被联合国环境规划署(UNEP)和环境问题专门委员会(SCOPE)等国际机构和组织认为是全球性的重要环境问题，如气候变暖、臭氧层耗损、生物多样性消失，以及持久性有机污染物等，还在威胁着人类的健康、生存和社会发展;区域性和局部地区的环境问题，像酸雨、“三废”公害等，在不少国家和地区仍很严重。近年来，世界各国政府和人民对环境问题的认识不断深化，对环境保护的投入不断增加。

　　环境化学及其面临的形势

　　社会进步的需要推动科学的发展。20世纪中叶，一门以研究环境质量及其控制和改善为目的的新学科——环境科学诞生并得到了迅速发展。作为环境科学的一个重要组成部分，环境化学在经历了20世纪五六十年代的孕育时期，七十年代的形成时期以后，到八九十年代进入了向纵深发展的新时期。

　　环境化学是一门研究化学物质在环境介质(空气、水、土壤、生物)中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。各种自然或人工合成的化学物质进入环境系统后，就会在其迁移、转化过程中表现出对各环境介质的影响和对生物的效应。环境污染的出现、生态平衡的破坏，大量环境问题的产生、控制及消除，都与化学物质或化学密切相关。因此，认识和解决环境问题离不开对环境化学的研究。各国政府和人民对环境保护的日益重视，给包括环境化学在内的环境科学带来了新的挑战。

　　美国国家研究理事会(NRC)公布的21世纪优先研究领域中，列出了环境监测和生态系统、化学品和环境、能源及工业生态学等涉及到环境化学的内容。美国环保局研究与发展(R&D)办公室把颗粒物研究、消毒副产物及其污染与饮水健康研究、对人体和野生动物有内分泌影响的化学研究、改善生态系统风险评价方法、开发异常敏感的灵敏污染物监测方法和先进的环境监测工具，列为近期环境研究的六个优先领域;在污染控制方面则逐渐引导向污染预防、清洁生产、绿色化学方向发展。日本科技厅公布的今后30年100项最重要的科研项目中，包含削减汽车氮氧化物(NOx)的排放量、氟利昂代用品的实用化、利用垃圾做固体燃料等把环境化学与工程技术密切结合的环境科技项目。中国在“十五”期间，国家重点基础研究发展规划总共71个项目中，资源与环境研究占了15项。以跟踪世界先进科技水平为目标的国家高技术研究发展计划，第一次把资源与环境技术领域列为发展重点。这些均表明：新世纪初对于环境化学工作者来说，将会是一个“问题多、任务重、有挑战"的学科发展好时机。

　　环境污染化学

　　当今人们关注的众多环境问题，无不与环境化学物质密切相关。除了一般公认的污染物质外，还有营养物质、信息物质以及一些目前尚未完全确定的“潜在有害化学物质”等。随着人们对作用于环境和生态系统的化学物质危害性认识的深入，将会有更多的“潜在有害化学物质”被列入“污染物质”之列。因此，加强环境化学物质在环境介质中的化学行为和生态效应及对环境影响的研究是十分重要的。

　　大气环境化学

　　针对当前全球性重要的大气环境问题，臭氧层耗损、温室气体、酸性污染越界输送以及大气中细微颗粒物等问题将会得到更多的关注。

　　臭氧层耗损 1987年，132个国家的政府代表签订了保护臭氧层的协议——《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。10年后的1997年，人们发现北极臭氧层变薄，这说明臭氧层耗损问题还远未解决。引起臭氧层耗损的原因和机理，目前比较公认的看法是：由于氯氟烃类气体进入平流层后，在紫外线的照射下分解产生Cl原子，Cl原子与臭氧接触，使臭氧的结构发生分解，从而引起臭氧层的耗损。近来，有学者提出大气中氧气被过度消耗可能是臭氧层耗损的另一个原因。人类的活动加速开启了碳库的大门，化石燃料的大量使用、毁林烧荒、水体污染造成大量水生生物死亡而后分解等等，碳无限制地被释放出来，消耗了大量的氧气，促使臭氧层破坏。可见，臭氧层耗损的机制以及与此相关的臭氧层耗损物质的控制及其替代物的进一步研究，都将是今后的热点和前沿。

　　温室气体 1970年代以后，人们已发现大气中因燃烧矿物燃料产生的二氧化碳、稻田释放的甲烷、使用氮肥产生的氧化亚氮等气体浓度的增加，会引起温室效应而使气候变暖。近来，有学者认为自然界的温室气体源还包括所有的动物，它们都在氧气中“燃烧”自己的碳基食物，产生二氧化碳;所有的反刍动物都释放甲烷。温室气体的吸收和固定，则称为汇，如二氧化碳被海洋吸收，它在海水中发生反应并作为碳酸盐被结合进入海洋动物的骨骼。中国科学家发现：近20年来，中国每年工业排放的二氧化碳平均有5%～8%被森林吸收，森林也是温室气体的汇，为缓解全球温室效应作出了积极贡献。对温室效应这类科学问题的圆满解答，必将推动和促进气候变暖问题的顺利解决。 酸性污染越界输送 在酸性污染越界输送的研究中，硫在环境中的平衡化学、迁移机制、通量和速率以及酸沉降模式的研究成为重点。除二氧化硫外，现已转向对硫化氢、二甲硫醚、硫化碳、二硫化碳和甲硫醇，以及同样也会导致酸性污染的氮氧化物、挥发性有机物等的研究。海洋和植物的硫排放以及元素循环中的耦合作用(如CH4和NOx会影响有机硫的氧化)等课题也是研究热点。

　　可吸入颗粒物 由燃煤、机动车尾气排放以及大气化学反应过程所产生的大气颗粒物，是一种吸附能力极强、危害严重的复合污染物，其中小于2.5微米的细微颗粒物能通过鼻和嘴进入人体呼吸道甚至血液系统(故称为可吸入颗粒物，记作PM2.5)，会引发呼吸道疾病和心血管疾病，引起人们普遍关注。这种细微颗粒物具有极大的消光作用，使大气能见度急剧降低。目前，已开始考虑把大气细微颗粒物和大气气溶胶的来源(人工源、天然源、生物地球化学源)、气候效应、健康效应等,与大气化学过程和表面多相复合化学反应结合起来，使研究向纵深发展。

　　水、土和多介质环境化学

　　水质污染使本已并不富裕的淡水资源更为短缺，人们对水环境质量的优劣也更加关注。当前，与水环境化学有关的热点问题有：水体富营养化及沿海赤潮，水体颗粒物表面/界面结构和界面反应，金属(类金属)元素的甲基化等形态转化，有毒有机物的水解、光解和生物降解等。

　　水体富营养化 氮、磷等营养元素的大量排入是造成水体富营养化的根本原因。未经妥善处理的生活污水、城市地面径流排水、农田灌溉退水等都含有大量氮和磷。目前着重于对面源污染、藻类和藻毒素等的研究。

　　水体颗粒物 现代环境化学中，水体颗粒物被广义定义为1纳米以上的实体物质。它们不但包括粘土矿物、金属氢氧化物等无机物，也包括腐植质、高聚物等有机物，还包括细菌、藻类等有生命的物质。由于水中大部分微量污染物都吸附在其表面，发生各种表面转化反应和生态效应，随之沉降于底泥或被浮游生物摄取，最终又释放至水中造成二次污染，因而对水体颗粒物与水溶液组成的微界面体系进行深入研究十分重要。微界面化学理论的核心是表面配位化学反应与计算模式，近年来该理论的发展已使之在水体颗粒物界面过程的研究中得到广泛应用。

　　重金属甲基化 汞、镉等重金属引起的水污染问题，早在20世纪六七十年代就已受到重视并开展了许多研究，但因污染源仍然存在、水体中金属形态多变、转化过程及其生态效应复杂等因素，现在依旧是水环境化学的一个研究热点。

　　多介质环境化学 化肥和农药的大量施用、城市和工业废水的灌溉排放、固体废弃物的填埋堆放等引起的土壤污染问题十分普遍，有的相当严重。因此，对土壤环境化学的研究得到很大关注并已取得诸多成果，尤其是对有机物和重金属的形态及其转化的研究。目前的研究动向是：污染物在土壤中的非均相/均相转化过程，土壤中温室气体的释放，复合体系中污染物在水、底泥、土壤等多介质中的相互作用等。在对温室气体源和汇的研究中，近年来国际上已将土壤作为一个主要的排放源，研究CO2、CH4和N2O的释放与土壤性质的关系。同时科学家也注意到，土壤还能通过微生物的作用吸收大气中的CO2，起到汇的作用。对于土壤温室气体源和汇的估算，也将成为今后研究的一个重要方面。

　　有毒化学品的环境化学

　　优先污染物 目前，全球已有各类化学物质1000万种，每年新登记注册的约有1000种，且产量还在不断增加。这些化学品在提高生产力、消灭虫害、减少疾病、方便人民生活等方面发挥了巨大作用，但在生产、运输、使用、废弃过程中，不免因管理或处理不当进入环境而引起污染。它们中有不少是有毒有害的，对生态环境和人体健康造成了严重危害。早在1970年代，美国和欧共体(现为欧盟)等就公布了一些称为“优先污染物(priority pollutants)”的有毒化学品的名单(俗称“黑名单”或“灰名单”)，它们的共同点是：有毒性、难降解、有生物积累性、在环境中有一定的残留水平。后来，德国、荷兰、日本等国也公布了各自类似的“黑名单”。各国对有毒化学品的危害及其控制的重要性有了更多的共识，一直在寻求全球的共同行动，导致1980年代以来，世界各国相继签订了不少相关的国际公约或协议，对有毒化学品的控制起到了有效作用。 持久性有机污染物 持久性有机污染物(persistent organic pollutants, POPs)是指具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性(致癌、致畸、致突变，干扰内分泌系统，生殖毒性)、能够在大气环境中长距离迁移并能沉降到地球、对人类健康和环境具有严重危害的天然或人工合成的有机污染物质。各国新近签订的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，标志着国际社会朝着淘汰和防治这类有毒污染物迈出了重要一步。持久性有机污染物的筛选标准、低浓度的精确或快速检测方法、毒理作用的生物化学机制、毒性评价和环境安全性评价、在环境中的迁移转化归趋规律、在天然或人工强化条件下的降解行为、持久性有机污染物的“源”控制技术和替代品研制、受污染环境的修复，这些都是摆在环境化学工作者面前的任务。

　　内分泌干扰物质 内分泌干扰物质(endocrine disrupting chemicals, EDCs)是近年来备受关注的又一类有毒化学物质。它是一种会导致未受损伤的生物体产生不利健康影响，或使其后代的内分泌功能发生改变的外源物质。有证据表明,人类和动物的生殖健康和生殖能力的逆向改变，如乳腺癌和睾丸癌的发生、精子数量下降、野生动物胚胎发育不正常、内分泌系统紊乱等，都可能与环境中的这类化学物质有关。内分泌干扰物质的某些效应可能需要较长的时间才能出现，甚至产生跨世代效应，因此其筛选和测试方法，对人和动物的影响和作用机制等的研究要困难得多。但正是这些，加上内分泌干扰物质的环境行为、归趋，及其控制、阻断与处理技术，将是未来研究的新热点。

　　有毒化学品还包括汞、镉、铅、锡、硒、砷等重金属和类金属的化合物，对它们的研究热点不再赘述。需要指出的是，现已逐渐把元素在生物体内的结合形态(分子水平)与生物地球化学循环(宏观研究)结合起来，使研究向着更深入的方向发展。

　　定量构效关系 由于全球有毒化学品的种类和数量不断增加，大多数有毒化学品的环境行为和生态效应及对人体健康的危害人们还不完全清楚，它们在环境中的迁移转化行为也难以控制，这些对人类和环境构成了严重的威胁。因此，确定各种化学品潜在的危险性，选择恰当的污染控制对策是关注的一个热点。目前， 把实验和计算结合起来进行预测的“定量构效关系(quantitative structural activity relationship, QSAR)”研究成为环境化学基础研究的一个前沿领域。化学物质的各种毒性和反应活性归根到底是内因引起的，其分子结构是决定性因素。对定量构效关系的研究就是从化学微观结构和能量特