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2019/10/141环境化学学科发展现状与展望主要参考:王春霞等主编,环境化学学科前沿与展望,科学出版社,20112019/10/142一、环境化学的战略地位(一)环境化学发展的总体态势2019/10/1431.环境化学发展历程第二次世界大战以后至20世纪70年代,八大公害事件等环境问题的出现,引发污染物残留分析和控制方法的研究,化学原理和技术被越来越多地用于研究和治理环境污染,一些与化学相关的环境科学专著相继出版,环境化学学科基本形成;20世纪80年代至今,化学污染问题更加突出,推动了科学家应用化学原理与技术系统研究化学污染物迁移转化等环境行为、毒性效应与风险评价及污染控制与治理方法。环境化学作为独立的学科门类进入全面和成熟和发展阶段。2019/10/1442.环境化学发展的总体态势一门快速发展的新兴交叉学科,其研究领域不断扩展,研究深度不断增加,研究焦点与人们关注的热点紧密结合,呈现出如下发展态势:1)研究方法不断完善;2)研究内容不断丰富;3)研究深度不断增加;4)研究领域不断扩大。(二)对推动其它学科和相关技术发展所起的作用环境科学、化学、地球科学、生物学、毒理学、生态学、土壤学、大气科学、水科学等相关学科。二、环境化学的发展态势(一)学科的发展特点1.学科发展的动力已从解决环境问题的被动需求转为预防环境污染、保护和改善生存环境、建设生态文明的主动意愿。2.学科交叉融合,相互促进发展3.成果转移态势基础研究、应用基础和工程研究方面取得了一系列高水平的研究成果,并逐渐转化为生产力,并在环保事业中发挥了十分重要的作用。(二)环境化学的发展状况与趋势1.环境分析化学经典手工操作的化学分析连续自动化的现代仪器分析;常量分析微量、痕量、超痕量分析;宏观分析表面结构和微区分析;单元素分析复杂元素分析;常见污染物分析新型污染物分析;单一分析方法多种分析方法连用;污染物定性定量分析毒性及在环境中的迁移转化分析。应用高新技术(如激光、微波、分子束、核技术、纳米技术等)从根本上革新原来的分析方法、步骤和程序,是今后的主要发展方向。2.环境污染化学在解释典型污染物的环境行为和重大环境污染事件的化学机制方面取得了重要突破,如:全球性大气环境问题:臭氧层耗损、温室效应、酸雨;水体中典型重金属形态变化、有机污染物降解、水体富营养化等水环境过程;典型污染物在固-液界面的吸附/脱附行为及在土壤孔隙环境中迁移渗透。将在继续深入研究污染物单一介质环境行为的基础上,加强研究污染物多介质界面行为与调控原理。研究尺度:由局部地区向区域和全球范围过渡;研究方式:由定性描述向定量预测发展,并注重复合污染过程和新型污染物的环境行为研究。3.污染控制化学研究重点:环境功能材料和污染控制过程的研究;温室气体和酸雨及臭氧层耗损前驱物排放阻断技术原理与方法;难降解有机废水治理;土壤/地下水污染修复与缓解技术原理与方法;多种污染物控制技术连用。4.污染生态化学目前,主要研究典型化学污染物在生态系统中的积累、迁移转化、降解代谢、生物毒性效应及机理、生态风险及其快速准确诊断。对污染物的生态效应研究:单一化合物复合污染;点源面源直接生物毒性间接效应人类健康效应野生生物安全局部环境影响全球生态风险加强研究:污染物在生物—环境介质的界面行为;环境中污染物的老化与生物可利用性;环境污染物的致毒/脱毒过程及应用;生态系统化学污染阻控新方法与新技术等。5.理论环境化学化学污染热力学和动力学;化学污染物在环境介质中的微观界面行为及反应机理;污染物的环境归趋和生态风险评价数学模型;污染物的界面效应和环境现象的非线性和非平衡理论;环境化学方法学体系等。四、环境化学发展方向(一)学科交叉与发展方向1)与地学和生物学交叉,在污染物多介质界面行为与区域环境环境过程等领域取得若干原创性成果;2)与材料科学和环境工程交叉,深入研究纳米材料的环境行为、环境友好/功能材料在污染控制中的应用等,为环境污染控制与治理提供技术支撑;3)与毒理学和医学等交叉,在化学污染物暴露与食品安全、化学品的风险评估与管理的理论与方法、纳米颗粒物的生物效应等方向开展系统研究,为国家环境安全和人民健康服务。(二)优势学科与薄弱学科的平衡优势学科:环境控制化学、环境污染化学较好基础:环境分析化学、污染生态化学相对薄弱:理论环境化学、区域环境化学、环境污染与健康五、优先发展领域与重大交叉研究领域(一)优先发展领域1.环境分析化学(1)关键科学问题1)代表性样品采集技术2)复杂基体中超痕量污染物/生物标志物分离和富集方法3)快速高效的污染物/生物标志物分析测定方法4)海量数据的分析与有效信息提取。(2)发展目标应用新原理、新方法和新技术,发展高效分析测定复杂基体中超痕量污染物及生物标志物形态、含量和毒性的方法与装置,构建一个较完整的学科体系。(3)重要研究方向1)被动采样技术2)环境污染物分离和测定的新方法和新装置3)原位和现场分析技术4)新型污染物的分析方法5)生物监测与生物标志物6)环境计量学7)标准参考物质2.大气污染及控制(1)关键科学问题完善新经济形势下我国主要大气污染物的排放清单,发展主要大气污染物的在线监测方法。揭示典型大气污染物的环境微界面过程和区域性复合大气污染的形成机制,提出控制策略。提出优先控制大气污染物,并发展关键污染物控制的新原理、新方法。(2)发展目标建立我国主要大气污染物的排放清单,提出优先控制污染物清单;在区域性大气污染的基础理论方面有重要创新,注重新原理、新机制的探索,提出有效的大气污染控制策略;在控制原理和方法上有有重大突破,在氮氧化物、温室气体和室内空气污染控制等方面取得具有国际领先水平的创新成果;为我国实施清洁大气战略计划提出理论基础和技术储备。(3)重要研究方向1)灰霾污染、成因与控制2)大气中持久性有机污染物的迁移、转化机制3)氮氧化物控制4)温室气体控制5)室内空气净化和消毒3.水体污染与控制(1)关键科学问题地表水、地下水和水处理及污染水体修复过程中典型污染物的化学性质、迁移转化和归趋;新型高风险环境污染物的高效处理新技术原理与生态安全性;废水中污染物资源化利用过程中的转化原理。(2)发展目标围绕水质转化的化学过程及水污染控制领域的关键科学问题开展基础理论研究,明确水体优先控制污染物及其结构和形态,在源头、过程和末端三个控制阶段形成具有实际应用前景的水污染控制技术原理和方法,为满足我国水污染控制的重大技术需求和应对新的污染控制标准提供理论基础。(3)重要研究方向1)水质转化的化学过程2)废/污水中传统污染物消减新技术及其原理3)难降解有毒有机污水的处理原理、排放标准与生态安全性4)污染水体的修复原理与方法5)给水处理工艺中新型环境污染物的风险控制原理6)废水资源化利用的安全风险评价4.土壤污染与控制(1)关键科学问题探明土壤污染过程、污染物的界面反应、生物有效性和环境效应;土壤-植物系统中污染物迁移积累过程及调控机制,土壤污染控制、消减与缓解的新技术原理。(2)发展目标围绕土壤污染与控制领域的关键科学问题开展基础理论研究,探明土壤/场地污染控制、消减与修复的新技术原理,为拟定经济、高效、安全的土壤污染控制新技术和新方法、制定科学合理的我国土壤环境质量标准提供理论依据和技术支撑。(3)重要研究方向土壤复合污染过程及调控原理;污染物的界面反应及生物有效性;土壤-植物间污染物迁移转化过程及调控原理;植物-微生物联合修复污染土壤的新技术及化学调控机理;化学强化修复重金属-有机物复合污染土壤的新技术原理;污染场址的绿色修复技术原理。5.污染生态化学(1)关键科学问题复合污染条件下环境系统中化学污染物的生态行为、反应模式及生物作用过程;生物体对化学污染物的反馈机制、耐受机理及降解脱毒过程;污染生态系统诊断及生态风险评价;生态系统化学污染阻控的新方法与新技术等。(2)发展目标从生态系统水平上认识化学污染物的生态行为与毒理效应,并结合生物标志物方法阐明污染环境生态毒理诊断以及生态风险评价的基本原理,揭示引起生态系统与人体健康损害的本质;通过深入了解生物体对化学污染物的反馈机制耐受机理以及降解脱毒过程,为污染环境治理与修复提供理论依据。同时系统开展环境质量基准研究,为我国制定与修订环境质量标准提供基础数据。(3)重要研究方向1)化学污染的生态毒理过程;2)化学污染物对生态系统的影响及其机理;3)化学污染胁迫下生物的抗性与生态化学调控;4)污染生态诊断、风险评价与相关应用研究。6.生态毒理与健康(1)关键科学问题环境污染物及其降解或代谢产物的复合暴露及低剂量长周期暴露效应是当前生态毒理学与健康效应研究的重要科学问题。(2)发展目标采用分子生物学、细胞技术及基因干扰等技术深入研究环境污染物对生物体系与人体的毒害作用及其机制;构建典型环境污染物包括致突变、致癌、致畸、神经毒性、内分泌干扰与生殖效应等在内的毒性评价体系;发展超灵敏的生物分析技术、复杂环境生物样品分析技术、大规模的快速筛查技术;构建系统全面的生物毒理与健康效应研究平台。(3)重要研究方向1)污染物的体内过程2)低剂量长周期效应3)复合毒性效应4)非典型剂量-效应关系7.理论环境化学(1)关键科学问题关于环境污染物转化、致毒和归趋机制的理论研究,从方法学建立到有效性验证都还不成熟,其环境过程机制的理论研究仍存在一些关键问题亟待回答,如:污染物界面行为的微观机理,包括气溶胶和土壤颗粒的表面吸附和催化转化;环境污染物生物转化与毒性效应的分子机制与靶点选择性的结构基础;混合物联合毒性的化学机制环境理论计算模型的应用域与机理解释。(2)发展目标污染物环境界面反应与生物代谢等复杂环境转化机制的理论模拟、污染物与生物大分子作用过程的动力学模拟及结合后效应的毒性机制研究、混合物毒性预测等新方法的提出与建立;提出在环境界面过程、生物转化与毒性及联合毒性的理论研究方法;面向需求,开展理论方法与模拟在污染物风险评价中的应用研究,为其环境实践提供方法储备与技术支持。(3)重要研究方向1)复杂环境过程的理论模拟方法2)生物毒性分子机制理论研究方法3)混合物毒性预测方法学4)环境污染物非线性非均匀相多介质模型5)环境理论计算化学方法与模型在污染物风险评价中的应用。(二)重大交叉研究领域1.污染物多介质界面行为、区域环境过程与调控(1)关键科学问题污染物的多介质界面行为与区域环境过程、迁移转化过程的调控原理、污染物的消减与修复技术原理。(2)发展目标发展污染物微界面环境行为的表征方法与技术探明环境中典型污染物的“老化”、“锁定”与“活化”机制,发展典型污染物生物有效性的调控技术原理;探明区域环境介质中典型污染物的浓度水平、源汇机制、多介质界面行为与区域环境过程及调控机制,提出预测污染物区域环境容量的方法;发展污染削减与修复的新材料、新方法与新技术。(3)重要研究方向区域环境介质中典型污染物的浓度水平、源汇机制及复合污染过程;污染物的多介质界面行为、生物有效性、影响因素及机制;典型污染物的区域环境过程及调控机制;环境污染缓解与修复的技术原理。2.纳米颗粒物的环境行为与生物效应(1)关键科学问题纳米颗粒物的源汇机制、迁移、转化和归宿;纳米颗粒物的环境行为与生物效应评价方法体系;纳米材料的生物效应、作用机制及影响因素。(2)发展目标采用现代仪器分析技术与分子生物学研究手段,揭示纳米材料环境行为、生物学效应与作用机制,建立简单可靠的安全性预测模型,建立标准化纳米毒理学实验方案与一流的研究平台。(3)重要研究方向纳米材料本身性质、在不同环境介质中的存在形态、时空分布等环境行为;纳米材料在生物体内的迁移、转化、代谢的表征方法体系;纳米尺度相关性生物学效应与作用机制;复杂环境介质中纳米颗粒物与其它污染物的相互作用行为;纳米颗粒物毒性作用的标准评价方法体系。3.环境有好和功能材料在污染控制中的应用(1)关键科学问题环境材料复杂界面微观过程及调控机制;环境材料的构-效关系及污染控制新技术原理。(2)发展目标发展新一代高效去除大气污染物、颗粒物及二次污染物的环境功能材料,建立工业废气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