環(huán)境化學(xué)作為一門典型的交叉學(xué)科，其發(fā)展過程早已突破了化學(xué)、生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科的范疇，在其運(yùn)用這些學(xué)科理論和方法解決環(huán)境問題的同時(shí)，新環(huán)境問題的不斷出現(xiàn)又對(duì)相關(guān)學(xué)科理論和方法的創(chuàng)新起到極大的推動(dòng)作用。本書首先從諸多環(huán)境化學(xué)研究和實(shí)踐中歸納出共性理論知識(shí)和典型研究方法學(xué)，提出在本科以水、土、氣、生不同介質(zhì)環(huán)境污染問題學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，遵循知識(shí)提升-技能訓(xùn)練-任務(wù)實(shí)踐這一邏輯鏈條，以基礎(chǔ)理論篇、研究方法篇和環(huán)境問題篇來設(shè)計(jì)大綱，以期既能達(dá)到前沿領(lǐng)域的專業(yè)性和理論深度，又可體現(xiàn)知識(shí)和技能的實(shí)用性。本書在基礎(chǔ)理論篇中注重污染物環(huán)境行為和毒理效應(yīng)的化學(xué)規(guī)律的闡述，在研究方法篇突出方法體系和先進(jìn)技術(shù)，在實(shí)際問題篇?jiǎng)t側(cè)重于示范如何將上述理論知識(shí)和研究方法運(yùn)用于環(huán)境問題分析和解決的實(shí)踐。這樣在學(xué)習(xí)理論和方法的同時(shí)，又可了解這些知識(shí)和技術(shù)在實(shí)際環(huán)境問題解決中的作用。
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主持多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、973項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體等。
目錄
第一篇 環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)理論篇
第1章 污染物環(huán)境行為的化學(xué)本質(zhì) 3
1.1 環(huán)境污染物的化學(xué)組成和性質(zhì) 3
1.1.1 穩(wěn)定物質(zhì)的化學(xué)組成 3
1.1.2 污染物分子的三維結(jié)構(gòu) 9
1.1.3 污染物性質(zhì)與反應(yīng)活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 11
1.2 污染物環(huán)境過程與生物效應(yīng)的化學(xué)本質(zhì) 17
1.2.1 天然水體的碳酸鹽平衡 17
1.2.2 降水的pH 18
1.2.3 臭氧的生成與分解 19
第2章 污染物環(huán)境遷移與轉(zhuǎn)化的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 21
2.1 污染物環(huán)境遷移與轉(zhuǎn)化過程發(fā)生的吉布斯自由能判據(jù) 21
2.2 污染物環(huán)境遷移的熱力學(xué)基礎(chǔ) 22
2.2.1 分子間相互作用 22
2.2.2 污染物的分配作用 24
2.3 污染物環(huán)境轉(zhuǎn)化的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 30
2.3.1 污染物環(huán)境轉(zhuǎn)化的熱力學(xué)基礎(chǔ) 30
2.3.2 污染物環(huán)境轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 33
2.4 污染物環(huán)境遷移與轉(zhuǎn)化過程的線性自由能相關(guān) 39
2.4.1 利用線性自由能相關(guān)模型預(yù)測(cè)和評(píng)估分配系數(shù) 39
2.4.2 利用線性自由能相關(guān)模型預(yù)測(cè)和評(píng)估反應(yīng)速率常數(shù) 41
第3章 污染物的環(huán)境遷移 44
3.1 污染物環(huán)境介質(zhì)界面間的分配平衡 44
3.1.1 污染物的沉淀–溶解 44
3.1.2 污染物的揮發(fā) 49
3.2 在分子水平上理解污染物的吸附 53
3.2.1 污染物在氣–固界面的吸附 53
3.2.2 親水性污染物在固–液界面的吸附 57
3.2.3 疏水性污染物在固–液界面的吸附 62
3.3 污染物環(huán)境界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 66
3.3.1 Langmuir-Hinshelwood機(jī)理 66
3.3.2 Rideal-Eley機(jī)理 69
3.3.3 簡單反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的局限性 70
3.4 污染物的生物積累 71
3.4.1 污染物生物積累的結(jié)構(gòu)依賴 72
3.4.2 污染物的生物可給性與有效性 73
第4章 污染物的分子轉(zhuǎn)化 78
4.1 污染物分子轉(zhuǎn)化的基本認(rèn)識(shí) 78
4.2 環(huán)境中常見熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型和機(jī)理 80
4.2.1 配位反應(yīng) 80
4.2.2 氧化還原反應(yīng) 82
4.2.3 親核反應(yīng)和親電反應(yīng) 86
4.3 環(huán)境光化學(xué)反應(yīng) 95
4.3.1 光化學(xué)基本定律 95
4.3.2 天然水體中污染物的光解 96
第5章 環(huán)境自由基化學(xué)反應(yīng) 104
5.1 常見的環(huán)境自由基 104
5.2 自由基的特征 106
5.3 自由基的生成 108
5.4 自由基參與的大氣化學(xué)反應(yīng) 111
5.5 自由基參與的大氣化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 113
5.6 水環(huán)境中的活性氧及化學(xué)反應(yīng) 115
5.7 熱化學(xué)反應(yīng)中的自由基機(jī)制 119
第6章 污染物毒性效應(yīng)與健康危害的化學(xué)基礎(chǔ) 126
6.1 污染物暴露與機(jī)體負(fù)荷 126
6.1.1 外暴露 126
6.1.2 內(nèi)暴露 127
6.1.3 暴露組 127
6.1.4 機(jī)體負(fù)荷 128
6.1.5 劑量-效應(yīng)關(guān)系 128
6.2 污染物的毒性效應(yīng) 129
6.2.1 基因毒性 129
6.2.2 血液毒性 130
6.2.3 免疫毒性 131
6.2.4 內(nèi)分泌干擾效應(yīng) 132
6.2.5 神經(jīng)毒性 133
6.2.6 生殖發(fā)育毒性 134
6.2.7 化學(xué)污染物的聯(lián)合作用 136
6.3 污染物與生物分子的相互作用 136
6.3.1 污染物與蛋白質(zhì)相互作用 136
6.3.2 污染物與核酸相互作用 139
6.3.3 污染物與其他生物分子的相互作用 142
6.4 污染物毒性作用的化學(xué)本質(zhì) 142
6.4.1 化合物毒性機(jī)制分類 142
6.4.2 化合物毒性機(jī)制判定與應(yīng)用 144
6.4.3 影響化合物毒性作用模式判別的因素 145
第二篇 環(huán)境化學(xué)研究方法篇
第7章 環(huán)境中污染物的識(shí)別與檢測(cè)方法 151
7.1 目標(biāo)污染物的分析技術(shù) 152
7.1.1 基于光譜技術(shù)的環(huán)境污染物分析 152
7.1.2 色譜分析 154
7.1.3 質(zhì)譜分析 157
7.1.4 其他分析技術(shù) 159
7.2 環(huán)境污染物的非靶標(biāo)分析方法 161
7.2.1 環(huán)境污染物非靶標(biāo)分析概念與基本流程 161
7.2.2 基于高分辨質(zhì)譜技術(shù)的環(huán)境污染物非靶標(biāo)分析方法 161
7.2.3 非靶標(biāo)分析的數(shù)據(jù)處理 166
7.2.4 非靶標(biāo)分析應(yīng)用示例 167
7.3 靶標(biāo)分析與非靶標(biāo)分析優(yōu)缺點(diǎn)比較 168
第8章 環(huán)境污染物賦存狀態(tài)的解析方法 170
8.1 分子振動(dòng)光譜的理論及應(yīng)用 170
8.1.1 紅外光譜 170
8.1.2 拉曼光譜 174
8.1.3 分子光譜選律 176
8.1.4 環(huán)境應(yīng)用 179
8.2 同步輻射X射線吸收譜 181
8.2.1 X射線吸收光譜與精細(xì)結(jié)構(gòu) 181
8.2.2 XAFS的單電子理論解釋與表式 183
8.2.3 XAFS在環(huán)境中的應(yīng)用 189
第9章 發(fā)現(xiàn)新污染物的理論與方法 193
9.1 發(fā)現(xiàn)新型有機(jī)污染物的基礎(chǔ)理論 194
9.1.1 發(fā)現(xiàn)新型有機(jī)污染物的關(guān)鍵科學(xué)問題 194
9.1.2 持久性有機(jī)污染物的判別原則 194
9.1.3 環(huán)境行為特征的預(yù)測(cè)工具和應(yīng)用 197
9.2 發(fā)現(xiàn)新型有機(jī)污染物的分析方法 200
9.2.1 樣品前處理技術(shù) 200
9.2.2 發(fā)現(xiàn)新污染物的主要策略方法 202
9.2.3 數(shù)據(jù)處理和整合 208
9.3 展望 210
第10章 環(huán)境污染來源與過程的示蹤方法 212
10.1 無機(jī)/有機(jī)指示物組成示蹤污染物來源 212
10.1.1 無機(jī)/有機(jī)指示物 213
10.1.2 化學(xué)質(zhì)量平衡法 213
10.2 同位素“指紋”組成示蹤污染來源與過程 215
10.2.1 穩(wěn)定同位素分餾 216
10.2.2 穩(wěn)定同位素分餾制約因素 218
10.2.3 穩(wěn)定同位素組成的描述 218
10.2.4 穩(wěn)定同位素來源與過程示蹤 219
10.2.5 傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素示蹤應(yīng)用 220
10.2.6 非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素示蹤應(yīng)用 220
10.3 富集同位素示蹤 224
10.3.1 放射性同位素示蹤 225
10.3.2 富集穩(wěn)定同位素示蹤 227
10.4 展望 231
第11章 毒性效應(yīng)與健康危害的實(shí)驗(yàn)研究策略 232
11.1 毒性測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 232
11.2 污染物對(duì)不同器官的毒性研究方法 233
11.2.1 污染物環(huán)境內(nèi)分泌干擾效應(yīng) 233
11.2.2 環(huán)境污染物的生殖及發(fā)育毒性研究方法 238
11.2.3 神經(jīng)毒性效應(yīng)研究方法 240
11.2.4 環(huán)境污染物的致突變及致癌效應(yīng)研究方法 243
11.2.5 其他靶器官的研究方法 246
11.3 毒性效應(yīng)評(píng)估的新技術(shù) 252
11.3.1 成組毒理學(xué)分析技術(shù) 252
11.3.2 體細(xì)胞重編程和基因編輯技術(shù) 252
11.3.3 器官芯片技術(shù) 253
11.4 展望 253
第12章 環(huán)境化學(xué)研究中的計(jì)算模擬方法 255
12.1 典型計(jì)算模擬方法 256
12.1.1 量子化學(xué)計(jì)算方法 256
12.1.2 分子動(dòng)力學(xué)方法 257
12.1.3 粗�；Ｐ图捌涞湫湍M方法 258
12.2 基于計(jì)算模擬的污染物環(huán)境化學(xué)行為研究示例 259
12.2.1 量子化學(xué)方法的應(yīng)用 259
12.2.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬方法的應(yīng)用 260
12.2.3 粗粒化模型的應(yīng)用 262
12.2.4 不同類型方法聯(lián)用的環(huán)境實(shí)踐 263
12.3 展望 263
第三篇 環(huán)境化學(xué)實(shí)際問題篇
第13章 二英類污染控制中的典型化學(xué)方法 267
13.1 工業(yè)過程有機(jī)污染物的生成機(jī)理 267
13.1.1 從頭合成機(jī)理 267
13.1.2 前驅(qū)體合成機(jī)理 268
13.1.3 有機(jī)物間的相互轉(zhuǎn)化機(jī)理 272
13.2 阻滯二英類生成的機(jī)理與技術(shù) 273
13.2.1 堿性金屬氧化物阻滯劑 274
13.2.2 氮基阻滯劑 274
13.2.3 硫基阻滯劑 276
13.3 有機(jī)污染物催化降解原理和技術(shù) 277
13.3.1 加氫脫鹵 277
13.3.2 催化氧化 279
第14章 飲用水消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生和控制 282
14.1 飲用水消毒 282
14.1.1 氯化消毒 282
14.1.2 氯胺消毒 283
14.1.3 二氧化氯消毒 283
14.1.4 臭氧消毒 284
14.1.5 紫外消毒 284
14.1.6 電化學(xué)消毒 284
14.1.7 聯(lián)合消毒 285
14.2 飲用水消毒副產(chǎn)物 285
14.2.1 消毒副產(chǎn)物的種類 285
14.2.2 消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物 286
14.2.3 消毒副產(chǎn)物的危害 287
14.2.4 消毒副產(chǎn)物的識(shí)別與檢測(cè) 287
14.3 飲用水消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生的化學(xué)機(jī)制 288
14.3.1 三鹵甲烷 288
14.3.2 鹵代乙酸 290
14.3.3 鹵代乙腈 291
14.3.4 鹵代乙酰胺 292
14.3.5 鹵代硝基甲烷 292
14.3.6 亞硝胺 293
14.3.7 其他消毒副產(chǎn)物 294
14.4 飲用水消毒副產(chǎn)物控制的化學(xué)原理 294
14.4.1 削減消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物 294
14.4.2 優(yōu)化消毒方式 296
14.4.3 去除已經(jīng)生成的消毒副產(chǎn)物 296
14.5 飲用水消毒副產(chǎn)物研究和管理存在的問題 297
第15章 地下水砷氟去除的化學(xué)方法 299
15.1 地下水砷氟來源與危害 299
15.1.1 地下水砷的來源與危害 299
15.1.2 地下水氟的來源與危害 302
15.2 地下水砷氟去除進(jìn)展 302
15.2.1 主要化學(xué)處理方法 302
15.2.2 砷氟吸附材料 303
15.3 砷氟吸附機(jī)理 306
15.3.1 研究手段 306
15.3.2 吸附機(jī)理 311
15.4 地下水砷氟吸附去除實(shí)例 315
15.4.1 地下水吸附除砷 315
15.4.2 地下水砷氟共除 319
第16章 微納顆粒的環(huán)境化學(xué)研究 324
16.1 納米材料 324
16.1.1 納米材料的定義及環(huán)境來源 324
16.1.2 納米材料的分離測(cè)定方法 325
16.1.3 納米材料的環(huán)境行為與效應(yīng) 327
16.1.4 納米材料的環(huán)境應(yīng)用 331
16.2 微納塑料 332
16.2.1 微納塑料定義及環(huán)境來源 332
16.2.2 環(huán)境中微納塑料的分離測(cè)定方法 333
16.2.3 微納塑料的環(huán)境行為與效應(yīng) 335
第17章 病毒與抗性基因的環(huán)境傳播及其環(huán)境化學(xué)問題 338
17.1 病毒及環(huán)境病毒學(xué) 338
17.1.1 病毒 338
17.1.2 環(huán)境病毒學(xué) 339
17.2 病毒的環(huán)境傳播 339
17.2.1 病毒的環(huán)境傳播途徑 339
17.2.2 病毒環(huán)境傳播的影響因素 340
17.2.3 病毒環(huán)境傳播的典型實(shí)例 341
17.3 環(huán)境病毒的分析技術(shù) 344
17.3.1 病毒核酸的分析技術(shù) 344
17.3.2 病毒蛋白的分析技術(shù) 345
17.3.3 病毒顆粒的分析技術(shù) 345
17.3.4 病毒活性的分析技術(shù)及集成化分析方法 345
17.4 病毒環(huán)境傳播的預(yù)防與控制 346
17.5 環(huán)境中的抗生素抗性基因 347
17.5.1 抗生素概述 347
17.5.2 抗生素的生態(tài)與健康風(fēng)險(xiǎn) 347
17.5.3 抗生素耐藥性概述 348
17.5.4 抗生素耐藥機(jī)制 349
17.5.5 抗生素耐藥基因的分類 349
17.5.6 抗生素抗性基因的研究方法 350
17.5.7 環(huán)境中抗生素抗性基因 352
17.5.8 環(huán)境中抗生素抗性基因的健康風(fēng)險(xiǎn) 354
17.5.9 抗生素抗性基因的去除技術(shù) 354
第18章 水處理膜技術(shù)中的化學(xué) 356
18.1 膜分離過程的物理化學(xué)原理 356
18.1.1 膜分離過程的驅(qū)動(dòng)力 356
18.1.2 壓差驅(qū)動(dòng)膜分離過程 357
18.1.3 電勢(shì)差驅(qū)動(dòng)膜分離過程 359
18.1.4 膜分離過程中的濃差極化 361
18.2 膜材料的化學(xué)合成原理 362
18.2.1 常規(guī)膜材料 362
18.2.2 功能膜材料 364
18.3 膜反應(yīng)器中的化學(xué)原理 364
18.3.1 膜生物反應(yīng)器 364
18.3.2 膜化學(xué)反應(yīng)器 367
18.3.3 膜混凝反應(yīng)器 368
18.3.4 膜生物電化學(xué)反應(yīng)器 368
18.4 膜污染的分子機(jī)制 369
18.5 膜法水處理技術(shù)應(yīng)用 372
18.5.1 微濾/超濾 372
18.5.2 納濾/反滲透 372
18.5.3 電滲析 372
18.5.4 其他膜工藝 373
第19章 環(huán)境污染與食品安全 374
19.1 食品安全的基本概念 374
19.1.1 物理性污染 374
19.1.2 化學(xué)性污染 375
19.1.3 生物性污染 378
19.2 食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 379
19.2.1 概念 379
19.2.2 典型膳食暴露評(píng)估方法與模型 380
19.2.3 暴露評(píng)估案例——中國總膳食研究 384
19.2.4 食品中污染物的生物有效性 385
第20章 危險(xiǎn)化學(xué)品相關(guān)的環(huán)境化學(xué) 390
20.1 化學(xué)戰(zhàn)劑及其污染事件 390
20.1.1 化學(xué)戰(zhàn)劑 390
20.1.2 化學(xué)戰(zhàn)劑的環(huán)境檢測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 394
20.1.3 化學(xué)戰(zhàn)劑污染處置及其化學(xué)原理 397
20.2 其他涉及國家安全的化學(xué)品及其污染 399
20.2.1 違禁藥物與環(huán)境污染 399
20.2.2 爆炸物及其環(huán)境污染 402
20.2.3 核污染事件 404
第21章 污染物的長距離傳輸與國際履約 406
21.1 全球性污染物 406
21.1.1 持久性有機(jī)污染物 406
21.1.2 汞 407
21.2 污染物長距離傳輸途徑及典型研究區(qū)域 408
21.2.1 長距離傳輸途徑 408
21.2.2 污染物長距離傳輸有關(guān)的模型研究 412
21.2.3 典型研究區(qū)域 413
21.3 污染全球控制國際公約 418
21.3.1 《斯德哥爾摩公約》 418
21.3.2 《關(guān)于汞的水俁公約》 419
21.4 挑戰(zhàn)與展望 421
第22章 碳中和與環(huán)境保護(hù) 423
22.1 碳中和的概念與提出背景 423
22.1.1 碳中和的概念 423
22.1.2 碳中和的提出背景 423
22.2 我國碳中和的實(shí)現(xiàn)途徑 424
22.2.1 能源行業(yè)減排 425
22.2.2 工業(yè)部門綠色低碳發(fā)展 426
22.2.3 交通和建筑領(lǐng)域 427
22.2.4 CO2捕集、利用與封存 427
22.2.5 提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能 428
22.3 碳中和與協(xié)同減排 429
22.3.1 碳中和對(duì)環(huán)境保護(hù)的同向作用 429
22.3.2 碳中和與大氣污染協(xié)同減排 430
22.3.3 污水處理中的碳中和技術(shù) 431
22.3.4 土壤污染防治與減排增匯 432
22.4 挑戰(zhàn)與展望 433
參考文獻(xiàn) 435
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