第三章 化工对环境的污染

作业题1、环境致病的特点2、环境承载力与环境容量有什么区别？3、什么是环境问题？环境问题产生的实质是什么？4、当前中国环境的主要问题有哪些？其解决的途径有哪些？1化学化工研究应该解决的问题（1）保证人类的生存：诸如在解决人类粮食、能源、合理使用自然资源以及保护环境方面所作出的努力和贡献。（2）提高人类的生活质量：诸如合成新的材料，物质的净化和纯化等，均使人类衣、食、住、行的条件有大幅度的改善和提高。（3）延长人类的寿命：诸如探明生命过程中的化学奥秘，合成新的药物等。2化学化工的地位和重要性1.化学是人类赖以解决食品问题的重要学科之一2.化学对能源的开发利用起着不可忽视的作用3.信息技术的高速发展离不开化学的大力支持4.化学是提高人类生存质量的有效保障5.化学是材料科学发展的基础3人类面临的五大危机:FiveCrises能源(energysources)粮食(foodsupplied)资源(resources)环境(environment)人口(population)4化学化工与人类健康据世界卫生组织统计，世界人口的平均寿命已从20世纪初的45岁上升到2008年的男63.3岁和女67.6岁（我国男为72岁，女73岁）；美国人1900年平均寿命估计为49岁,而2008年78.14岁,其中男性为75.29岁,女性为81.13岁。“人生七十古来稀”这句老话已经成为历史。其原因有两方面：•医疗条件改善，其中药物的使用是关键因素；•人类生活质量的提高，包括营养状况、生活和工作环境的改善等。这一切都与化学化工紧密相关5•化学为人类的健康做出了巨大贡献：•提供预防、治疗和诊断疾病方法和技术•发明新药物，使各种疾病得到有效控制•合成杀虫剂减少虫源性疾病对人类的困扰•提高临床化验技术，提高疾病诊断准确性•认识食品的营养物质成分•保证食品质量•提高食品的利用价值6毒品7常见的毒品：目前国际上对毒品的排列分为十个号，主要是鸦片、海洛因、大麻、可卡因、安非他明、致幻剂等十类。鸦片鸦片又称“阿片”，俗称“大烟”、“鸦片烟”、“烟土”等，是英文名Opium的音译，来自于鸦片罂粟。鸦片有生鸦片和熟鸦片之分。鸦片罂粟（以下简称罂粟）是两年生草本植物，每年初冬播种，春天开花。其花色艳丽，有红、粉红、紫、白等多种颜色，初夏罂粟花落，约半个月后果实接近完全成熟之时，用刀将罂粟果皮划破，渗出的乳白色汁液经自然风干凝聚成粘稠的膏状物，颜色也从乳白色变成深棕色，这些膏状物用烟刀刮下来就是生鸦片。生鸦片有强烈的类似氨的刺激性气味，味苦，长时间放置后，随着水分的逐渐散失，慢慢变成棕黑色的硬块，形状不一，常以球状、饼状或砖状出售。8冰毒即甲基苯丙胺，又称甲基安非他明、去氧麻黄素，为纯白色晶体，晶莹剔透，外观似冰，俗称“冰毒”，吸、贩毒者也称之为“冰”。该药小剂量时有短暂的兴奋抗疲劳作用，故其丸剂又有大力丸之称。冰毒最早由日本人发明。二次大战时，日本侵略者给士兵服用冰毒以提高战斗力。５０年代在我国叫“抗疲劳素片”，１９５７年在重庆曾出现过吸食冰毒的成瘾人群。１９６２年，在山西、内蒙古等地也发生过滥用的问题。后来国家禁止了去氧麻黄素的生产、销售与使用。910种类一次能源二次能源常规能源煤石油天然气植物秸秆水力风力煤气、煤油汽油、柴油甲醇、乙醇苯胺电、蒸汽新能源核燃料生物质太阳能氢能沼气激光能源的分类1112常规能源（指煤炭、石油和天然气）的燃烧将化学能转换为热能和光能，同时生成二氧化碳、水和其他无机物。由于其中含有硫、氮等元素，在燃烧过程中转化为二氧化硫和氮氧化物而造成大气污染。同时人类对化石燃料的消费速度远远超过了动植物经地质作用形成化石能源的速度。因此化石能源面临被消耗殆尽的危险。根据国际能源机构的统计，假使按目前的势头发展下去，不加节制，那么，地球的三种主要能源——原油、天然气和煤炭。能供人类开采的年限，分别只有40年、50年和240年了。所以，开发新能源，替代上述3种传统能源，迅速地逐年降低它们的消耗量，已经成为人类发展中的紧迫课题，核能在今后一段时期内还将有所发展，但是核电站的最大使用期只有25-30年，核电站的建造、拆除和安全防护费用也相对不低，过多地建设核电站是否明智可取，还有待今后实践和历史来检验。那么，人类将向何处寻找新能源呢？先进国家的能源专家认为，太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能这五种新能源，在今后将肯定会优先获得开发利用。13中国能源消费现状及特点我国虽然幅员广大，但能源并不丰富。中国人口占世界的20%，而已探明的煤炭储量只占世界的11%，原油占22%，天然气占1.20%，人均煤炭资源为世界平均值的42.5%，人均石油资源为17.1%，人均天然气资源为13.2%，人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半。我国一次能源预测总量约4万亿吨标准煤，但其中90%是煤炭资源，石油、天然气等资源不足10%。同时，我国能源利用率只有32%左右，比发达国家低了10个百分点。到2000年底，我国煤炭地质储量探明保有储量为10077亿吨，资源探明率为20%，根据国际通行的划分标准，我国现有煤炭经济可开发剩余可采储量为1145亿吨，约占世界同类储量的11.6%，按2000年年产煤炭10亿吨计算，经济剩余可采储量的保证程度为114年，如果按年产40亿吨计算，则最多可保证开采26年。我国石油资源量约有1000亿吨，其中探明储量160亿吨，天然气资源总量约为38万亿立方米，其中探明储量2万亿立方米。我国到2000年油气资源探明剩余可采储量石油为32.7亿吨，天然气为1.37万亿立方米，分别占世界总量的2.3%和0.9%。按2001年我国原油产量1.63亿吨、天然气272亿立方米计算，剩余可采储量石油为20年，天然气为49年。也就是说，按目前我国每年石油开采量1.6亿多吨计算，现有剩余可采储量用不了到2020年就已被全部开采完。为此，中国地质科学院已发出警告：我国油气资源的现有储量将不足10年消费，最终可采储量勉强可维持30年消费。14能量的化学转换现象能量的化学转换现象化学能→热能热能→化学能→热能化学能→化学能光能→化学能光能→化学能→电能燃烧反应、反应热化学热管、化学热泵气化反应、液化反应、化学平衡光化学反应光化学电池化学能→电能电能→化学能光能→生物能生物能→化学能电化学反应、燃料电池电解光合作用、生物化学反应生物化学反应、发酵用化学反应进行的能量转换15人类文明社会的先导--新材料一、材料的发展史，就是人类社会的发展史二、材料的发展史，就是科学技术的发展史化学化工与材料16什么是材料(materials)?Materialsisthestufffromwhichathingismadeforusing.材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。天然材料人工材料17材料的分类用途：结构材料（受力，承载）功能材料（半导体，超导体，以及光、电、声、磁、应力转换，等）物理形态：晶体材料、非晶态材料和纳米材料属性：金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料几何形态：三维材料、二维材料、一维材料和零维材料发展：传统材料（钢铁，铜，铝，水泥，塑料，陶瓷，...）新材料（金属间化合物，高温超导材料，非晶态合金，纳米材料,...）18•自然界含量最多的金属——铝及其合金铝是地壳中含量最多的金属元素，约占地壳总质量的7.51％，比铁几乎多1倍，是铜的近千倍。但由于铝的性质活泼，同氧结合紧密，冶炼困难，因此，人类发现和利用铝比较迟。德国化学家维勒经过17年的不懈努力，在1845年制得一粒别针大小的铝。铝属于轻金属。其导电、导热性好，又有优良的延展性，所以可制成导线。•铝及铝合金的特性：①比重小，比强度高；ρ纯铝=2.7g/cm3；②优良的物理、化学性能；i)导电性好，仅次于Ag,Cu,Au；ii)极好的抗大气腐蚀能力；“钝化”iii)非磁性，即磁化率极低。③加工性能良好：i)塑性好，可冷成形；ii)切削性能好；iii)铸造铝合金铸造性能极好。19高温金属陶瓷是将熔点较高的金属或合金和一种或几种难熔化合物（如W、Mo、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Hf等的碳化物、硼化物、硅化物等）粉末混合压制烧结而成的。其中熔点较高的金属（如Mo、Cr、Co等）或合金用作粘结剂，而难熔化合物作为基体。金属陶瓷有金属的高抗拉强度、高塑性、高冲击韧性、高导热性等优点，又有陶瓷的高硬度、高熔点、高抗氧化性等特性。•高温金属陶瓷20高温结构陶瓷有氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC）和二氧化锆（ZrO2）、氧化锆等，氮化硅可用多种方法合成，工业上普遍采用纯硅粉作原料，做成所需的形状，在氮气及1200℃的高温下进行初步氮化，使其中一部分硅粉与氮反应生成氮化硅，这个初步氮化了的毛坯可以象金属零件一样进行机械加工，修制出精确的尺寸，然后在1350~1450℃的高温炉中进行第二次氮化，使所有的硅粉都反应成氮化硅。与金属材料相比较，高温结构陶瓷有密度小、高强、高硬、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能，在航空、航天、电子、冶金、机械、石油、化工、能源、交通、电器等领域有着广泛的应用前景。高温结构陶瓷21222324第三章：化工对环境的污染化工环境污染概况3.1化工污染物种类及来源3.2化工污染的特点3.325一、化学工业污染的发生期：主要发生在19世纪末期，当时化学工业刚刚兴起，产品以生产无机盐为主，规模小，品种少，污染物单一，主要是无机酸碱盐，属无机污染物，不足以构成大面积的污染，环境污染问题不很明显。污染类型：无机型。3.1化工环境污染概况26二、化学工业污染的发展时期发生在20世纪初到40年代左右，这时，以煤为原料的煤化工兴起，化学工业发展较快，无机化工规模扩大，有机化工也开始发展，环境污染无机物和有机物协同作用，环境污染日益严重。污染类型：煤烟型。三、化学工业污染的泛滥时期20世纪50年代开始，石油化工迅速发展，化学工业进入以石油、天然气为主要原料的石油化学时代，环境污染泛滥成灾，污染类型转变为石油型污染，污染物以苯、酚等有机物为主。污染类型：石油型。27形态：化工污染物无机化工污染有机化工污染噪声污染3.2化工污染物的种类及来源一、种类：性质：噪声废气废渣废水化工污染物曲靖陆良工业园区铬渣污染追踪2829二、来源：1、化工生产的原料、半成品、产品A化学反应不完全化学反应大都是可逆反应，A+BC+D可逆反应的化学平衡随反应条件的不同，化学平衡向左或向右移动，原料不可能完全转化为产品。也就是说有个转化率的问题，大致说来，如果转化率是70%，则有30%左右的物质将可能作为废弃物排出而污染环境。30B原料不纯无疑，不纯的原料对化学反应是有害无益的，将对环境造成重大污染。C“跑、冒、滴、漏”设备密封不严，管理水平不高造成污染。2、化工生产过程排放的废弃物A燃烧过程化学反应需要在一定的温度和压力下进行，即需要能量，以煤、油为主的能源，燃烧后将产生大量的废气和烟尘，如CO、CO2、NOX、SO2、烟气、尘埃等，剩下的还有不能燃烧的废渣。3132B冷却水化工生产除需要大量的热能外，还需大量的冷却水。如：每生产一吨烧碱大约要用100吨水冷却。冷却方式有：直接冷却和间接冷却。直接冷却：以水直接与产品接触，如磷肥生产，但将溶解部分产品，造成污染。间接冷却：通过盘管冷却。但使久了，盘管外壁会生锈、长青胎和藻类，因而经常加入防腐剂、杀藻剂等化学药物，排出后也会对环境造成污染，排出的热水会影响水生动植物的生长。33C副反应和副产物化工生产往往伴有副反应发生，虽有些副反应物可回收，但大部分都是废弃物。副反应和副产物有几个特点：产量小；成分复杂、不易分离；不经济。比如磷肥工业用磷矿、焦炭、硅石生产黄磷。反应式为：Ca3（PO4）2＋5C＋3SiO2＝2P＋5CO↑（废气）＋3CaSiO3（废渣）34D生产事故化工生产一般是在高温高压下进行，原料和产品大多是易燃易爆和有毒有害物质，而且具有腐蚀性，容器、管道、反应器等很容易损坏。如果检修不及时，生产中的“跑、冒、滴、漏”