《环境有机污染化学》教学大纲

一、基本信息

课程名称		环境有机污染化学				课程编号	ENSE4138
英文名称		Environmental Organic Pollution Chemistry				课程类型	本专业推荐选修课
总学时	36	理论学时		27	实验学时	9	实践学时
学分	2	预修课程	有机化学、物理化学			适用对象	环境科学
课程简介 （200字左右）		主要讲述作为有机污染物环境行为的重要基础特征—有机化合物的辛醇/水分配系数、溶解度等理论、测定和计算方法。进一步学习环境中的有机污染物在不同介质（土壤、水、大气）中的迁移、转化、富集和降解等过程及动力学特征。最后介绍几种主要的有机污染物的环境行为。

 

二、教学目标及任务

环境有机污染化学为环境类专业本科生高年级学生的专业选修课，目的使学生能够定量的表征描述有机化学物质在进入环境过程中所需要的化合物参数和系统参数，理解有机化学物质环境行为的基本原理；为评价和定量描述人工合成的有机化学物质在天然系统中的动力学行为提供相关信息 要求：1）能够敏感的判别化学结构如何支配各种迁移与反应的过程；2）学习定量的表征描述特定过程所需要的环境因子；3）学会用复杂程度适中的模型来评价和描述系统中的各种过程。培养学生的抽象思维能力。

 

三、学时分配

教学课时分配

章节	章节内容	讲课	实验	实践	合计
绪论	本课程的目标及相关基础知识回顾	1
第一章	分配：分子间相互作用，相关参数的描述	2
第二章	有机化合物的溶解度与活度系数、化合物在水与有机溶剂间分配	4	4
第三章	化合物在固相界面吸附行为	8	5
第四章	化合物的转化行为	8
第五章	环境中典型有机化合物	4
合计		27	9

四、教学内容及教学要求

各章节格式如下：

  绪论 （1学时）

 第一节 有机污染物的种类、来源

 第二节 有机污染物的现状和危害

 第三节 有机污染物的持久性和生物的可积累性

 第三节 有机污染物的研究进展

 

第一章分配：分子间相互作用，相关参数的描述（2学时）

第一节 有机化合物在不同相之间的分配及分子间相互作用

吸收交换、界面交换；

分配与分子间相互作用

习题要点:分子间相互作用的的因素

 

第二节 平衡分配常数

玻尔兹曼方程

分配常数

习题要点:如何理解迁移自由能与分配常数的关系?

第三节 利用热力学函数量化分子能量

化学势、逸度；

化合物在气体状态下的压力和逸度

液体和固体的逸度

习题要点：基本概念；气态、液态条件下化学势与逸度、活度系数间的关系

第四节 利用热力学函数评价平衡分配

 

本章要求：在理论上理解为什么要将化学势与其它因子结合，来评价分配。

学会用分配常数/系数估算中性有机化合物在多项体系中的平衡分配

 

第二章  有机化合物的溶解度与活度系数、化合物在水与有机溶剂间分配（4学时）

 第一节  有机化合物的正辛醇 / 水分配系数（Kow）

定义和测量方法

在环境中的意义

Leo的碎片常数估算法

回归方程估算法

习题要点：掌握正辛醇 / 水分配系数的概念和这个参数的环境意义

 

 第二节  有机污染物在水中的溶解度测定与估算

溶解度的定义、单位和变化范围

溶解度的估算方法

影响溶解度的因素

习题要点：掌握溶解度与活度系数的间的关系，以及推导方式；

       溶解度与活度系数的间的简化关系，所依据的假设条件

本章要求：掌握基本概念；理解正辛醇 / 水分配系数，溶解度的测定及估算方法

 

第三章  化合物在固相界面吸附行为（8学时）

 第一节  吸附等温线、固体-水分配系数（Kd）

吸附等温线的定量描述

固体-水分配系数Kd

体系中化合物的溶解及吸收分数

习题要点：掌握什么是吸附等温线？ 有机物被吸附到天然吸附剂上会遇到那些吸附等温线？

      掌握Freundlich 、 Langmuir等温线的数学表达式，并说明各个参数的意义，以及如何从试验数据中推导.

 

 

第二节  中性有机化合物从水相到固相有机质的吸附

天然有机质对非极性化合物吸附

有机碳归一化系数

影响Kd、Koc的因素

 

习题要点：掌握非极性有机化合物在有机质上的吸附特征；

         掌握测定Kd、Koc的主要因素

 

 

第三节  有机物在无机表面吸附

 

非极性有机化合物在无机固体表面的吸附

极性有机化合物在在无机固体表面的吸附（电子供体/受体的吸附方式）

离子性有机和合物在无机固体表面的吸附

习题要点：以硝基芳香化合物为例说明该类化合物在无机固体表面的电子供体/受体的吸附方式

 

第四节  吸附：在生命介质中的分配

化合物在特定生物介质中的分配

整体生物的平衡分配模型

水生生态系统的生物积累

陆地生态系统中的生物积累

分配常数的测定和估算方法

习题要点：描述以下参数：生物浓缩因子、生物放大因子、生物区系-沉积物-积累因子和生物区系-土壤-积累因子、生物积累因子

 

本章要求：掌握基本模型和不同类型有机化合物在各种介质性的吸附特征及影响因素。

 

 

第四章  化合物的转化行为（8学时）

 第一节 有机物水解

水解概念及机制

水解常数

有机官能团的酸碱催化

例题：农药敌敌畏和甲基对硫磷水解速率

习题要点：

什么是水解反应？简述水解反应的机制（简述两种取代反应）。

 

第二节 有机化合物的光化学分解

光化学的基本定律

量子产率及测定方法

光吸收与光物理、化学过程

光化学反应的类型

例题：紫外光照射下H2S及有机硫化物的光分解

习题要点

直接光解和间接光解的区别；

反应的量子产率描述是什么？

什么是敏化、猝灭

 

 

第三节  有机污染物的生物化学转化

生物体系特征

生物降解过程

生物转化的限制因素

生物转化的动力学特征

例题：微生物降解对苯二甲酸的降解

习题要点：为什么生物转化速率比矿化（将基质转化为CO2、HNO3等）速率大？

本章要求：掌握基本概念，以及有机和合物的水解、光化学降解和生物降解特征及影响因素

 

第五章：几种主要类型的有机污染物（4学时）

 第一节：多环芳烃类

多环芳烃的理化性质

多环芳烃的致癌活性及理论

多环芳烃的分离与富集

习题要点：多环芳烃的来源；

能够指出多环芳烃的“中蒽位”（L区）和“中菲键”（K区），湾区

了解土壤、大气和水体多环芳烃的浸提、浓缩和纯化方法。

 

 第二节：多氯联苯和二 英

多氯联笨、二 英的生产、用途和排放

在天然水中的性质

残留和毒性

习题要点：PCBs的来源；性质危害，

了解测定方法

 

 第三节：农药

大气中的农药

水体中的农药

土壤中的农药

有机氯及有机磷化合物

 

 第四节：有机染料、颜料和表面活性剂

有机染料的分类、生态行为

污染物的处理和在环境中的自净化行为

积累、残留和毒性

表面活性剂的结构及分类

表面活性剂的结构与性能

表面活性剂的污染与毒性

表面活性剂的生物降解、光解和化学处理法

习题要点：

什么是表面活性剂？ 表面张力？

表面活性剂的种类有那几种？

表面活性剂的化学结构和性能有什么样的关系？

表面活性剂的生物降解机制？

 

第五节 有机金属、酚类等有机化合物

有机金属的概念、合成

有机铅、汞、锡的来源、用途经污染

酚类有机化合物的分类经污染

什么是内源酚、外源酚？

习题要点：

什么是有机金属

酚在水体中的环境行为；

了解酚、亚硝胺类化合物的毒性。

 

本章要求：掌握集中奠定污染物的来源、结构特征，迁移转化分析；了解必要的测定方法

 

 

实验部分

实验目的：主要了解对有机污染物化学参数的测定。

内容：

实验1：有机化合物正辛醇 / 水分配系数的测定（3学时）

有机化合物的正辛醇/水的分配系数反映化学物质在水相和有机相间的迁移能力，是描述有机化合物在环境中重要的理化参数，可以表示化合物分配在有机相（生物体、土壤）和水相之间的倾向。通过对某一化合物的分配系数的测定，可以提供该化合物在环境中的重要信息。本实验主要学习摇瓶法和高效液相色谱法测定有机物质在辛醇/水分配系数的测定。

 

实验二植物体内多环芳烃（菲）的提取及测定（3学时）

多环芳烃在环境中分布广泛，是一类具有较强“三致”作用的有机污染物。由于有一定的亲脂性，多环芳烃可在植物体内累积，进而危害人类的健康。监测和分析植物提内的多环芳烃的种类和含量，对于预测其在环境中的归宿及环境安全评价具有重要意义。

 

实验三:有机污染物(苯酚\多环芳烃(菲)的光化学降解 （3学时）

含有不饱和共轭结构的有机污染物易光解，也是这类化合物自然衰减的主要过程之一，分析不同光强、光解时间及影响因素（离子、有机物等）对水体和土壤体系的光化学降解速率，对于认识这类污染物的自然衰减有意义。

备选实验：

实验：土壤/沉积物对有机污染物的吸附常数的测定（3学时）

   有机化学物质在土壤/沉积物之间的分配，决定于化学品的理化性质和土壤/沉积物本身的组成和特性。一般用吸附系数来表示被吸附的趋势，有机物质的吸附系数对于评价该物质在土壤/沉积物中的迁移和归宿有着特殊的意义。

 

五、考核方式及要求

考核: 期末考试(60%)+平时成绩(单元考核三次、出席等；20%)+试验成绩（20%）

 

六、推荐教材及教学参考书

教 材：无

参考书：《环境有机化学》，Schwarzenbach,R.P.等编著，化学工业出版社，2004年

《有机污染化学》，王连生编著，中国教育出版社，1990年

 

 

大纲修订人：代静玉

大纲审定人：

修订日期：2015年4月23日