人类进步与环境代价——绿色化学关注的问题

人类进步与环境代价——绿色化学关注的问题孙立广（中国科技大学极地环境研究室）一、引言从绿色革命到绿色科技20世纪60年代“绿色革命”的结果：农作物高产高产水稻品种化肥大量使用烈性农药水土污染、肥力降低水荒1987年联合国环境与发展大会发表了著名的《布伦特兰报告》(BrundtlandReport)可持续发展：“在满足当代人需要的同时，不损害人类后代的满足其自身需要的能力。”导致1.1992年巴西里约联合国环发大会将清洁生产纳入“廿一议程”，各国政府首脑会议;导致2.环境科学思维的划时代转变：从单纯的环境防护到可持续发展，到原子经济性，从源头上控制污染物来源。二、从绿色化学角度重新审视传统概念《资源》传统：生产资料或生活资料的天然来源，包含矿产资源、能源、水资源、生物资源、土壤和大气资源。绿色化学：“资源也是废弃物、污染物的来源。”《污染物》传统：指人类直接或间接的生产活动产生的导致破坏生物资源、危害人体健康、降低大气、水土使用量的那部分物质。绿色化学：污染物是尚待利用的宝贵资源与能源，每一个垃圾场都是一个资源和能源的富矿。“绿色科技”承担着完成这个转变的任务。回收1300万吨垃圾/年150万吨可利用废料有机废料Au、Ag、Cu（纯度99．9%）沼气资源评价：以矿床评价为例传统的要领是：矿床的储量、品位、矿床形态、深度是矿床评价的基本因素。绿色科技的角度来看：还是要考虑，可综合利用的元素，暂时不可利用的有害、有用和无害元素的种类和数量以及它们作为开采废弃物对环境的破坏程度。中国矿产资源的分布和开发问题。矿渣、脉石中元素的综合利用：进步与代价新疆的小煤窑；塞里木湖的污染；攀枝花的铬铁矿；铜陵铜矿工程决策的科学性和必要性扭转“北煤南运”1966年—1987年长江以南小型煤矿产量达1亿吨，1993年发现为了保证长江以南中小城市环境质量控制在国家二级标准以内，必须将硫品位控制在职1.32%以下。“南水北调”与扭转“南粮北调”大炼钢铁、大跃进西部大开发了解自然资源现状，开发石油天然气，把整个西部变成中国的国家公园，保护生态、退耕还林、退耕还草，宜林则林、宜草则草，西部开发需要绿色化学的保障。三、环境代价：人类活动在南极的历史记录1.大气温室气体的浓度变化1850年的280ppm上升到1998年的365ppm.南极CH4浓度变化表.法尔兹半岛不同环境近地面大气CH4浓度观测结果（1999年与2000年夏季）观测区域样品数CH4浓度范围（ppbv）CH4浓度均值（ppbv）标准偏差（ppbv）退潮海藻带82373~20202119.6122.7企鹅活动区191836~24832077.5157.7人类活动区231835~20922016.785.0内陆无人区141727~18351778.452.4苔藓植被区541550~18351719.630.1地衣植被区101651~17721720.838.3南极N2O浓度变化2.南极臭氧洞的变化南极哈雷湾站观测的10月份平均气柱O3总量1970年的一天，保罗·格森教授发现肥料和超音速飞机释放的氮氧化物可能对臭氧层造成破坏。他的研究提醒人类开始关注头顶上那根本看不着的臭氧层的变化。4年后，罗兰德和简·莫里纳教授也证实了氟里昂在大气中分裂并释放出破坏臭氧层的氯原子，灭火剂中的哈龙也在破坏臭氧层。这3位科学家因发现了危及人类生存的重大问题，而获得1995年的诺贝尔化学奖。变化的原因大气动力学太阳黑子活动NO2+O3→NO3+O2人类活动（汽车、喷气式飞机尾气、工农业生产）NOX（NO、NO2、N2O）O+NO2→NO+O2O3+NO→NO2+O2总反应：O+O3→2O2氟里昂的使用Farman（1985)提出氯催化化学反应能破坏南极O3层：Cl+O3→ClO+O2ClO+NO→NO2+ClO+NO2→NO+O2O+O3→2O2南极O3和N2O浓度关系南极1999南极20009-Jan19-Jan29-Jan8-Feb18-Feb28-Feb10-Mar20-Mar30-Mar50100150250300SunspotO3sunspot305310315320325O3(DU)N2O(ppb)N2O10-Jan20-Jan30-Jan9-Feb19-Feb1-Mar11-Mar21-Mar31-Mar50100150250300O3(DU)SunspotO3Sunspot290295300305310315N2O(ppb)N2O3.过去3000年粪土中Pb的历史记录05001000150020002500300051015202530y=13.01+8.41e^(-x/384.38)Chi^2=14.32距今年龄(年)[Pb]m(p.p.m)51015202530y=12.86+8.54e^(-x/372.31)Chi^2=13.91[Pb]s(p.p.m)5101520253035y=14.11+9.44e^(-x/376.10)Chi^2=16.86[Pb]p(p.p.m.)过去2000年Hg的历史记录与人类文明00.510500100015002000A.D.Con.(%)2468100500100015002000YearsB.P.Cal.HgY2(ngg-1)500100015002000Hg(ngg-1)01020304050Cal.HgHF4(ngg-1)RomefallRome＆Hanper.Islamic/SuiT.Christian/IncasNewWorldInd.WarSilverexh.①Modernabcd海豹毛中的Hg海豹毛中的Hg&Se拮抗关系051015202530350500100015002000DateHg(×10-9g/g)0500100015002000Se(?0-6g/g)SeHg01020304050600500100015002000DateHg/LOI(10-7)0.000.050.100.150.200.250.30Se/LOI(10-4)Hg/LOISe/LOI海豹毛海豹粪土湖泊沉积的210Pb、137Cs定年与沉积速率表15-5南极阿德雷岛湖泊沉积物中210Pb、137Cs的含量深度（cm）210Pb（Bq/Kg）226Ra（Bq/Kg）137Cs（Bq/Kg）Y2湖G湖Y2湖G湖Y2湖G湖0.0-1.075.10169.2026.0046.5024.2040.301.0-2.076.90186.6046.8052.8026.6063.902.0-3.0124.30127.4039.6043.1025.1032.503.0-4.064.10154.8030.2049.2027.304.0-5.0121.0067.3037.9032.6040.805.0-6.0112.2045.0036.7037.6037.406.0-7.079.4034.5022.2038.2034.407.0-8.074.8046.1023.3046.5025.708.0-9.0130.80/36.20/45.909.0-10.0109.2048.4035.8046.1035.8010.0-11.097.0035.8051.1011.0-12.0186.9046.9048.2012.0-13.074.9031.7058.3013.0-14.074.6061.0051.9014.0-15.075.0027.4032.70引自孙立广等（2001）Pb-210定年0204060801001201401601802006543210210PbCRS模式定年深度(cm)yr.BPCs-137定年010203040506070432101965年深度(cm)137Cs(Bq/Kg)有机难降解农药在冰缘沉积物中的分布NRX0.101.0010.00100.001940195019601970198019902000DateDDTs(ngcm-2yr-1)020406080100DDTsusage(kt)DDTFluxDDTusage0.0010.0020.000246810121416Depth(cm)DDT(ngg-1)4.南极站区的污染状态(1)能源问题(2)运载系统的尾气污染(3)建筑材料的锈蚀(4)垃圾处理系统(5)污水处理系统(6)食物残体5.绿色化学在南极环境维护中的研究目标(1)绿色石油化学(2)环境催化研究(3)低温下可降解高分子材料研究(4)防止火灾的环保建筑材料及防腐油漆的研究谢谢！