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新世纪初的环境化学
你正在浏览的化学化工论文是新世纪初的环境化学 性等理化要素出发,在实验基础上建立相关模型,预测污染物的反应活性(如生物毒性、致癌性、降解性等)规律。它可为筛选有毒化学品,进行化学品安全评价及选择控制对策提供有效的科学方法。研究的关键问题是理化参数和计算方法的选择。今后的发展趋势是:由描述性向推理性、由构效二维向结构-剂量-效应三维定量、由宏观状态向微观分子结构深入,并与计算机技术(如建立软件包)相结合。

  其他化学物质的环境化学

  环境中的化学物质除了有毒或有污染的以外,还有一些可能是无害,或者目前认为不是直接有害的,但它们在环境中的存在会对环境质量产生正面或负面的影响,因此也应予以认真研究,其中化学信息物质(semiochemicals)和生物学标记物(biomarkers)近来备受环境化学家的关注。

  化学信息物质 地球上极为丰富的生物多样性,很大程度上是由于动植物之间通过某些化学物质的介入,产生相互作用发展的结果。这种作用称为“化感作用(allelopathy)"。其中,用于在生物与生物、生物与环境之间传递信息的化学物质,称为“化感物质(allelochemicals)”或称“化学信息物质”。化感作用广泛存在于自然界中。一般认为,化感作用是生物在进化过程中产生的一种对环境的适应性机制,是生态系统中自然的化学调控现象。深入研究环境中的化学信息物质在生态系统中的作用,利用化感作用来减少污染、保护环境是一个崭新的内容。生物学标记物 生物机体由于接触外来物质,有可能发生细胞的、免疫系统的或神经系统的改变,反映这种发生改变事件的指示物,叫“生物学标记物"。它是一种可以测量的信号,具有一定的标识作用。其特点是:正常情况下可能不存在,只在致病因子暴露后才出现;或虽存在但正常表达,只在致病因子暴露后才发生改变。对于生物学标记物的研究,除环境化学外,还涉及生物学、生物化学、毒理学等多学科交叉。生物学标记物和化学信息物质一样,都有可能成为未来环境科学发展的新的生长点。

  环境工程化学

  环境质量的保护与改善大多离不开有效的工程措施。污染控制和治理工程中的化学原理是采取工程措施的依据与基础。针对新世纪初环境保护的艰巨任务,环境工程化学也将迎来新的巨大发展的好时机。

  污染控制中的化学研究

  空气污染控制 1970年代,空气污染控制研究热点是燃煤、燃油引起的脱硫、脱氮、防治酸沉降和去除颗粒物等;1980~1990年代的研究热点是臭氧层耗损、温室气体控制技术与措施。现在,这些问题仍然存在。结合中国国情,今后我国的研究重点为:脱硫、脱氮、脱碳、脱氟及有机废气处理;汽车尾气处理;可吸入颗粒物的防治与处理;臭氧层耗损物质的处理和替代品的研制;温室气体的面源控制;室内受污染空气的净化等。

  水污染控制 针对中国不少地区淡水资源紧缺、水体污染严重和污水处理率低的实际情况,中国政府已提出“先节水后调水,先治污后通水,先环保后用水”的方针。可以预计,未来5~10年全国各地的污水处理工程将会有很大发展。需要研究的课题主要有:受污染(特别是微有机污染)水源的水净化;难降解有机废水处理;污水的脱磷脱氮处理;污水厂污泥处理处置;水再利用与水资源化等。此外,对于水中有毒化学品、内分泌干扰物等的处理也已提上议程。

  固体废物污染控制 固体废物污染控制的主要原则是:减量化、资源化、无害化。一些工业废渣的综合利用、生活垃圾高温裂解回收汽油等资源化技术中的许多化学问题需要解决。常用的无害化处理技术焚烧法要研究如何防止有毒物质二的生成;填埋法要研究防渗技术、渗滤液处理及如何防止恶臭。随着生活水平的提高,一些日常废弃物如废电池、旧电器等的妥善处置,也已成为迫在眉睫的研究新课题。

  污染控制材料 在污染控制技术和工程中要用到各种各样的药剂、材料,如絮凝剂、吸附剂、消毒剂和膜材料等。其性能好坏、质量高低对污染控制效果影响极大。由于涉及化学、化工、材料学、环境工程学等各方面的知识,自身又具有一定的特点,近年来,一个新的交叉学科(分支)——环境材料学可能正在形成。在各类药剂和材料中,絮凝剂是应用最普遍、用量最大的一种。近代发展的主流是无机高分子絮凝剂,它的代表是聚合氯化铝(PAC)。中国学者对其研究和开发已处于国际前沿地位。絮凝剂方面的其他研究动向是复合型无机高分子絮凝剂(聚硅酸铝、聚硅酸铁)、天然高分子絮凝剂(淀粉衍生物、壳聚糖)和生物絮凝剂(已发现至少14个絮凝基因)等。催化剂在污染控制中的应用也很广泛。与一般化工催化相比,环境催化有以下特点:不是用于化合物的合成,而是分解破坏;在所用的催化反应体系中,反应物复杂,很不单纯(如废水、废气);产物的价值低,甚至没有(零附加值);均相催化少,多为非均相;操作人员非化工出身,相关水平低。因此,环境催化剂的开发和研制乃至催化理论,都需要进行专门的研究。

  污染修复中的化学研究

  受污染环境修复化学主要研究受污染土壤、地下水等修复技术的化学过程、机理和原理。修复已被污染的环境,保障人类健康,实现社会的可持续发展,这一举措已引起很多国家政府和环境科学界的重视。20世纪八九十年代,欧美发达国家已开始投入大量资金开展污染修复研究。1995年,德国投入60多亿美元进行土壤修复;美国专用于环境修复的政府基金多达100亿美元。这大大推动了科技的发展,与此相关的受污染环境修复化学也应运而生。近几年来,中国对于污染修复的研究和工程实践已有了较快发展。 污染预防和清洁生产中的化学研究

  迄今污染控制有两种模式,一种是终端治理(end-of-pipe control),另一种是污染预防(pollution prevention)与清洁生产(cleaner production)。前者是对已发生污染的物质进行控制与处理,以阻止它们进入环境介质。但终端治理模式只能减少污染物质向环境中排放,不能阻止其产生,仍有资源和能源未被充分利用;污染物质在治理前后只是转移而不是消除,治理过程耗能耗资,且多无附加经济效益。因此,从1980年代开始,“无废少废工艺”、“零排放”、“污染预防”、“清洁生产”等概念陆续被提出并受到重视。1990年代初,联合国环境署在全球推动清洁生产概念。作为一种新的污染控制模式,清洁生产得到了飞速发展。

  清洁生产 《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》中指出:“所谓清洁生产,是指既可满足人们的需要,又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施,其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理,将废物减量化、资源化和无害化,或消灭于生产过程之中。同时对人体和环境无害的绿色产品的生产,亦将随着可持续发展进程的深入而日益成为今后产品生产的主导方向。"很明显,清洁生产要求在生产活动的全过程中,从产品开发、规划、设计、建设到运行管理的全过程,采取必要措施,防止污染发生;还要求在产品的生命全过程中,从原材料加工、产品产出、产品使用直到产品寿命终结,都要实施污染控制。这是一条积极的控制污染的途径,是今后的战略方向。需要指出的是,清洁生产是一个相对的、比较的概念(不是绝对“清洁”);是一个方向,还在不断发展与完善中。在未来相当长的一段时期里,终端治理仍不可缺少,甚至它本身也是清洁生产的一个组成部分。

  绿色化学 绿色化学是一门旨在彻底阻止污染产生、从根本上消灭污染的化学;是进入成熟期的更高层次的化学。其根本目的是用化学的技术和方法,减少或消除对人类健康和生态环境有害的原料、溶剂、试剂、产物和副产物等的生产和应用。近年来,世界各国纷纷制订绿色化学与技术的科研计划,绿色化学已成为当今国际化学科学和环境科学研究前沿。中国从1995年起开展绿色化学活动,化学界和环境界对此给予了极大的重视。由于绿色化学要求高,设计难度很大,而计算机是人脑的延伸。因此,计算机辅助绿色化学设计将极有发展前景。

  工业生态学 美国国家研究理事会已确认工业生态学是今后20年的重点研究领域之一。工业生态学可视为污染预防、绿色化学、环境设计、可持续发展战略的综合。它们互有联系但又各有区别。清洁生产是对一种产品、一个工艺、一家企业的环境污染控制;绿色化学是清洁生产中的一种重要技术手段;工业生态学则是试图模仿自然界生态系统中的能流、物流原则来组织工业区的生产与生活,是污染控制化学发展的一个崭新阶段。

  环境分析化学

  环境分析化学是开展环境科学研究和环境保护工作的基础。近年来,环境分析化学发展很快。为了适应新世纪环境保护的形势需要,环境分析化学面临的任务同样非常艰巨。中国“十五"期间在环境分析化学方面的优先领域有:污染物总量控制监测技术系统化和实用化研究(废水废气在线连续自动监测技术、在线监测仪器实用化、监测信息实时传输系统等);预测、预报和预警监测技术研究(城市空气、重点流域水质、生态与海洋预警监测);环境中有毒有害污染物质监测技术系统研究(重点是持久性有机物、内分泌干扰物、痕量及超痕量污染物);遥测遥感技术的应用研究(典型生态区域、海洋近岸海域、面源污染控制);为履行国际公约、开展环境外交服务的全球环境污染问题的监测研究(温室气体、酸沉降、臭氧消耗物质、化学品转移等)。

  江泽民同志指出:“人口资源环境工作,是强国富民安天下的大事。在新的世纪,这项工作只能加强,不能削弱。新世纪的人口资源环境工作充满机遇和挑战,……要把人口资源环境工作提高到一个新的水平。”

  面对新世纪,环境化学将迎来一个有利于学科发展的大好时机。

  [1]国家自然科学基金委员会编.环境化学.北京:科学出版社,1996

  [2]国家环境保护局编.中国环境保护21世纪议程.北京:中国环境科学出版社,1995

  [3]《化境化学学科新动向调研》小组.环境化学,1999,18(1):1

  [4]Anastas P T, et al.Green Chemistry:Theory and Practice. Oxford:Oxford University Press,1998

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