污染控制化学1.ppt

《污染控制化学1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《污染控制化学1.ppt（45页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、污染控制化学污染控制化学 E-mail:Tel：13618656404；87287184（O）讲授：朱端卫讲授：朱端卫三不：n不逃课、不开小差、不打瞌睡三勤：n勤想、勤记、勤练n只要可能，都要求做笔记，笔记记在专门的本子。课堂要求课堂要求课堂要求课堂要求 考 试 方 式平时平时:10%(到课到课、回答问题、回答问题、作业等作业等)；实验：实验：30%期末考试：期末考试：60%教材：朱端卫编.污染物分离控制化学.华中农业大学教务处印，2007主要参考资料：1、何燧源主编.环境化学(第四版).上海：华东理工大学出版社，20052、化学分离富集方法及应用编委会编著.化学分离富集方法及应用.长沙：中南

2、工业大学出版社，20003、陆九芳，李总成，包铁竹编著.分离过程化学.北京：清华大学出版社，19934、杨智宽，韦进宝编著.污染控制化学.武汉：武汉大学出版社，20025、朱端卫编.化学分离原理.武汉：华中农业大学自编教材，20036、徐光宪等著.萃取化学原理.上海：上海科学技术出版社，19847、严希康编著.生化分离工程.北京：化学工业出版社，20018、杨伯和，周梅编著.有机萃取剂体系中的离子交换.北京：冶金工业出版社,1993Principles of Chemical Separations with Environmental ApplicationsSeries:Cambridge

3、 Series in Chemical EngineeringRichard D.Noble University of Colorado,BoulderPatricia A.Terry University of Wisconsin,Green Bay(ISBN-13:9780521010146|ISBN-10:0521010144)DOI:10.2277/0521010144Published March 2004 47.00学习网站：u环境化学，http:/ Science&Technology，http:/pubs.acs.org/journals/esthag/index.htmlu

4、Journal of Environmental Quality，http:/jeq.scijournals.org/uChemosphere,http:/ “五分一控”原理及技术u分离控制的典型试剂或材料 如沉淀剂、絮凝剂、萃取剂、离子交换剂、催化剂、吸附剂(纳米材料)、膜分离材料等u学习的重点和难点 了解：各种污染物的基本性质 重点：掌握各种方法的基本过程和操作要领 难点：掌握各种方法的基本原理课程内容及学时安排：理论 20 学时u第1章：绪论(1学时)u第2章：污染物的沉淀分离控制(4学时)u第3章：污染物萃取分离控制(5学时)u第4章：污染物的离子交换分离控制(4学时)u第5章：污染物

5、的吸附分离控制(2学时)u第6章：污染物的膜分离(2学时)u第7章：污染物的氧化还原控制(2学时)课程内容及学时安排：实验 20 学时u实验一 共沉淀分离水中钼 (6学时)u实验二 离子交换树脂分离水中钴和镍(6学时)u实验三 芬顿（Fenton）试剂氧化降解含酚废水 (8学时)第第1章章 绪论绪论 当代环境污染及其治理问题大都与化学密切相关，化学污染是造成环境污染的主要因素。污染控制化学是论述“化化学学污污染染物物的的分分离离和和控控制制”的科学，它侧重研究污染控制和治理过程中的有关化学问题，是环境科学与环境工程学科的重要组成部分，最终为化学污染物的治理提供理论与方法。学科领域学科领域分支学

6、科分支学科环境科学环境科学环境化学环境生物学环境生态学环境工程环境工程大气污染控制工程水污染控制工程固体废弃物控制工程环境科学与工程环境科学与工程污染控制化学污染控制化学污染控制化学的归属污染控制化学的归属PrefaceChemical separations are of central importance in many areas of environmental science,whether it is the clean up of polluted water or soil,the treatment of discharge streams from chemical pr

7、ocesses,or modification of a specific process to decrease its environmental impact.This book discusses：1.The general aspects of separation technology as a unit operation.2.How property differences of separation technology.3.How to use separating agents.4.The selection criteria for particular separat

8、ion techniques.The general approach for each technology is to present the chemical and/or physical basis for the process and explain how to evaluate it for design and analysis.It is an ideal textbook for undergraduate and graduate students taking courses on environmental separations or environmental

9、 engineering.1.1 环境化学污染特征环境化学污染特征 化学品日益增多化学品日益增多 1950s:200万种万种 1985年年:600万种万种(美国化学文摘美国化学文摘(CA)上正式登录上正式登录)1990年年:1000万种，万种，如如果果保保持持这这个个速速度度增增长长下下去去，现现已已知知的的化化合合物物将将增增加加到到 3000万种左右。万种左右。2004:市市场场上上常常见见的的人人工工合合成成化化学学物物质质有有7万万多多种种(世世界界自然保护基金会（自然保护基金会（WWF）)有毒化学品有毒化学品 poisonous chemicals化学品日益复杂化学品日益复杂 如聚溴

10、二苯醚（如聚溴二苯醚（PBDE，如，如5-溴二苯醚混合物），溴二苯醚混合物），10-溴溴二苯醚；二苯醚；再如再如二噁英：二噁英：PCDDs有有75个同族体，个同族体，PCDFs有有135个同族体，统称为个同族体，统称为PCDD/Fs OOCl mCl n多氯二苯并二噁英多氯二苯并二噁英（PCDDs）Cl nOCl m多氯二苯并呋喃多氯二苯并呋喃（PCDFs）（1 m+n 8）1.2 污染物分类污染物分类1.2.1 无机化学污染物无机化学污染物 重金属重金属(类金属元素类金属元素)无机营养盐无机营养盐（N、PO43-、PH3）矿山含酸排水矿山含酸排水 硫化物硫化物（H2S）氟化物氟化物 二氧化硫

11、（二氧化硫（SO2）实际上，一种化合物是否为污染物，主要视其在环境中的作用而定。酸性废水来源及特性 来源钢铁厂、化工厂、冶炼厂、电镀厂、矿山等 特性除含酸外，还含有各种有害物质、重金属及其盐类；会腐蚀管道，损坏农作物，伤害鱼类等水生物，污染土壤，危害人体健康 pH 2个月；个月；土壤土壤/沉积物：沉积物：t1/2 6个月）；（个月）；（2）生物积累性；（）生物积累性；（3）远距离迁移能力；（远距离迁移能力；（4）严重危害性。）严重危害性。典型事例典型事例：有机氯农药、多氯联苯：有机氯农药、多氯联苯天然有机毒物天然有机毒物 黄曲霉素（真菌产生）黄曲霉素（真菌产生）微囊藻毒素（浮游植物产生）微囊藻

12、毒素（浮游植物产生）鸦片、大麻酚（高等植物产生）鸦片、大麻酚（高等植物产生）河豚毒素、鱼类组胺毒素（动物产生）河豚毒素、鱼类组胺毒素（动物产生）虚线处是否甲基化；虚线处是否甲基化；X、Z：不同氨基酸：不同氨基酸微囊藻毒素微囊藻毒素 1.2.3 核化学污染物核化学污染物 表表1-1 环境中人为放射性核素的来源环境中人为放射性核素的来源来源来源核素核素含核燃料矿物的开采、冶炼及含核燃料矿物的开采、冶炼及各类燃料加工厂各类燃料加工厂反应堆、原子能电站、核动力反应堆、原子能电站、核动力舰艇舰艇工农业、医学、科研各部门使工农业、医学、科研各部门使用放射性核素用放射性核素大气层核试验、地下核爆炸冒大气层核

13、试验、地下核爆炸冒顶、外层空间核动力舰具事故顶、外层空间核动力舰具事故含铀、钍、镭的废水；氡、钍射线及含铀、钍、镭的废水；氡、钍射线及其子体（进入大气）其子体（进入大气）含各种核裂变产物（含各种核裂变产物（131I、60Co、137Cs等）三废排放物等）三废排放物含所使用放射性核素如含所使用放射性核素如131I、32P、198Au、65Zn等的废物等的废物含裂变产物（含裂变产物（131I、90Sr、137Cs等）的等）的放射性气溶胶和放射性沉降物放射性气溶胶和放射性沉降物1.3 污染物分离与控制化学的应用污染物分离与控制化学的应用 什么是分离？什么是分离？要有量的概念要有量的概念 什么是控制？

14、什么是控制？污染物的去除、减量或钝化等方法或措施的集污染物的去除、减量或钝化等方法或措施的集合。合。分离与控制的关系分离与控制的关系 根据污染物的化学特性或含量 选择合适的分离控制方法例如：重金属离子 有毒有机物 痕量化学物质 具有氧化还原性质的污染物 u现阶段，哪些化学污染物正成为防治与控制的对象？u这些污染物具有那些主要化学特征？u针对这些特征，可以使用哪些化学方法进行分离与控制？思考题：思考题：第第2 2章章 污染物的沉淀分离控制污染物的沉淀分离控制2.1 沉淀与共沉淀原理沉淀与共沉淀原理 沉淀与共沉淀，它们具有不同的含意：沉淀与共沉淀，它们具有不同的含意：1、在一定条件下，两种离子发生

15、沉淀反应，利用这、在一定条件下，两种离子发生沉淀反应，利用这种反应就可去除反应离子；种反应就可去除反应离子；2、两种离子可以通过沉淀反应形成一种沉淀，这种、两种离子可以通过沉淀反应形成一种沉淀，这种沉淀可以使第三种离子（往往是微量物质，难以单独除去）沉淀可以使第三种离子（往往是微量物质，难以单独除去）形成共同沉淀而被除去。形成共同沉淀而被除去。上述两个问题分别对应：上述两个问题分别对应：1、更多的是化学沉淀问题，常涉及沉淀、更多的是化学沉淀问题，常涉及沉淀-溶解平衡，溶解平衡，以以Ksp进行讨论；进行讨论；2、污染物的共沉淀分离过程，属污染物沉淀的控制、污染物的共沉淀分离过程，属污染物沉淀的控

16、制化学范畴，化学范畴，以沉淀为手段，讨论物质的定量分离与富集以沉淀为手段，讨论物质的定量分离与富集。2.1.1 共沉淀现象共沉淀现象 混晶共沉淀混晶共沉淀 在沉淀的晶体形成时，两种或两种以上的晶体以在沉淀的晶体形成时，两种或两种以上的晶体以一定的分配方式混为一体，这种过程形成的沉淀被称一定的分配方式混为一体，这种过程形成的沉淀被称为混晶共沉淀。为混晶共沉淀。1、真正混晶：、真正混晶：形成真正混晶的各组分可以任何比例混形成真正混晶的各组分可以任何比例混合，即混合性很高。合，即混合性很高。三个条件：三个条件：（1）彼此应该在化学性质上相类似；）彼此应该在化学性质上相类似；（2）彼此应该具有相同的构

17、型；）彼此应该具有相同的构型；（3）彼此应有十分相近的结晶构型，即）彼此应有十分相近的结晶构型，即离子半径及结晶类型应该十分相近（一般晶离子半径及结晶类型应该十分相近（一般晶格常数相差不超过格常数相差不超过5%）。）。常见真正混常见真正混晶举例：晶举例：AgCl,AgBr,AgI BaSO4,PbSO4 CaCO3,MgCO3 FeOOH,MnOOH2、反常混晶、反常混晶 化学性质上不相似；化学性质上不相似；不具备相同的构型不具备相同的构型;结晶学上的共同点也很少。结晶学上的共同点也很少。举例：举例：AgI，Ag2S CaF2,LaF3 混晶共沉淀的形成规律混晶共沉淀的形成规律 （1）均匀分配

18、定律）均匀分配定律 常量组分沉淀时，微量组分跟随进入沉淀常量组分沉淀时，微量组分跟随进入沉淀的晶格中，经过的晶格中，经过陈化陈化过程的再结晶作用，两种过程的再结晶作用，两种组分沉淀和溶解均达到组分沉淀和溶解均达到平衡平衡，微量组分，微量组分均匀均匀地地分布在整个结晶之中。这种分布在整个结晶之中。这种共沉淀共沉淀规律称为均规律称为均匀分配定律。匀分配定律。均匀分配定律的数学表达式均匀分配定律的数学表达式 共共沉沉淀淀达达到到平平衡衡时时，微微量量组组分分在在结结晶晶和和溶溶液液之之间间的分配，有如下关系：的分配，有如下关系：CK为微量组分在结晶中的浓度，CS为微量组分在溶液中的浓度，K为常数 x

19、：结晶中微量组分的质量：结晶中微量组分的质量y：结晶中常量组分的质量：结晶中常量组分的质量a：微量组分的初始质量（即总质量）：微量组分的初始质量（即总质量）b：常量组分的初始质量（即总质量）：常量组分的初始质量（即总质量）D：均匀分配系数：均匀分配系数 或：或：或：或：微量组分的量：微量组分的量：常量组分的量：常量组分的量 混晶共沉淀的规律性混晶共沉淀的规律性 （2）对数分配定律（不均匀分配定律）对数分配定律（不均匀分配定律）常量组分沉淀时，微量组分跟随进入结晶的晶格常量组分沉淀时，微量组分跟随进入结晶的晶格中，虽然经过中，虽然经过陈化陈化过程的再结晶作用，各组分沉淀和过程的再结晶作用，各组分

20、沉淀和溶解很难达到溶解很难达到平衡平衡，常量组分和微量组分以对数变化，常量组分和微量组分以对数变化的形势分布在整个结晶之中。这种的形势分布在整个结晶之中。这种共沉淀共沉淀规律称为对规律称为对数分配定律。数分配定律。对数分配定律数学表达式对数分配定律数学表达式 dx：结晶中微量组分的微元质量：结晶中微量组分的微元质量dy：结晶中常量组分的微元质量：结晶中常量组分的微元质量a：微量组分的初始质量（即总质量）：微量组分的初始质量（即总质量）b：常量组分的初始质量（即总质量）：常量组分的初始质量（即总质量）x、y分别表示在某一时间内已进入结晶中的微量和常分别表示在某一时间内已进入结晶中的微量和常量组分

21、的量量组分的量 ：对数分配系数：对数分配系数 对数分配定律数学积分表达式对数分配定律数学积分表达式或或(N)总总：微量组分总量，：微量组分总量，(N)溶溶：溶液中微量组分的量：溶液中微量组分的量(M)总总：常量组分总量，：常量组分总量，(M)溶溶：溶液中常量组分的量：溶液中常量组分的量 对数分配定律的特点 每个基元层形成时能和溶液达到平衡；整个结晶和溶液间没有达到平衡；所有基元层组分的变化不是均匀的，但是是连续的。因此，在整个结晶中微量组分非均匀而连续地由里至外改变。在这种情况下，均匀分配定律不能正确反映微量组分在整个结晶和溶液之间的分配，但可以反映微量组分在每一个基元层和溶液之间的分配。晶体生长方向晶体生长方向均匀分配定律示意图均匀分配定律示意图对数分配定律示意图（对数分配定律示意图（1）（）（1）晶体生长方向晶体生长方向晶体生长方向晶体生长方向对数分配定律示意图（对数分配定律示意图（2）（）（1）u 什么是混晶共沉淀？混晶共沉淀有哪些类型？u 什么是均匀分配定律，什么是对数分配定律，它们有何联系和区别？u 怎样理解均匀分配定律、对数分配定律的数学表达式？思考题：思考题：