环境化学是研究化学物质在环境介质（空气、水、土壤、生物）中的存在、行为、效应（命运与效应），以及控制和消除污染的化学原理与方法的科学。

　　它的核心思想是：追蹤化學物質在環境中的蹤跡，從源頭到歸宿，並理解其影響。

　　环境化学的知识框架

　　环境化学的知识体系可以围绕以下几个核心问题构建：

　　化学物质从哪里来？（来源与排放）

　　它们去了哪里？（分布与迁移）

　　它们变成了什么？（转化与降解）

　　它们有什么影响？（效应与风险）

　　我们如何应对？（控制与修复）

　　其完整知识框架与核心逻辑如下图所示：

　　图表代码

　　下载

　　综合应用与效应

　　核心化学过程

　　界面迁移

　　（挥发、吸附、分配）

　　化学转化

　　（光解、水解、氧化还原）

　　生物转化

　　（降解、代谢）

　　四大环境介质

　　大气环境化学

　　水环境化学

　　土壤环境化学

　　生物体内化学过程

　　（生物转化与累积）

　　环境化学核心：

　　化学物质在环境中的行为与效应

　　归趋与行为预测

　　生态与健康风险评价

　　污染控制与修复化学

　　最终目标:

　　化学品风险管控与环境可持续发展

　　一、核心概念与基本原理

　　环境介质：

　　研究主要围绕四大自然圈层展开：大气圈、水圈、土壤圈、生物圈。化学物质在这四个圈层之间进行迁移、转化和交换。

　　污染物：

　　分类：按形态可分为无机污染物（如重金属Hg， Cd， Pb）和有机污染物（如农药、多环芳烃、二噁英）。按降解性可分为难降解污染物（持久性有机污染物POPs）和可降解污染物。

　　关键理论参数：

　　分配系数：预测化学物质在不同介质间迁移的关键。

　　亨利常数：衡量物质在气-液两相间的分配能力。决定了一种物质是从水体挥发到大气，还是从大气溶解到水体。

　　辛醇-水分配系数：衡量物质在有机相（如生物体脂肪）和水相间的分配能力。Kow值越高，物质越疏水（亲脂性越强），越容易在生物体内富集。

　　有机碳-水分配系数：预测有机物在土壤/沉积物（有机质）和水之间的吸附行为。

　　迁移与转化过程：

　　迁移：包括挥发、扩散、吸附、解吸、沉降、冲刷等物理过程。

　　转化：包括光解、水解、氧化还原反应等化学过程，以及微生物降解和生物代谢等生物过程。

　　二、各圈层环境化学要点1.大气环境化学

　　研究焦点：对流层和平流层中的化学现象，如光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏、灰霾。

　　光化学烟雾：

　　起因：汽车尾气中的氮氧化物和挥发性有机物在强阳光（紫外线）照射下，发生一系列复杂的光化学反应。

　　过程：NO₂光解产生O原子，进而生成O₃（臭氧）。VOCs的存在加速了NO向NO₂的转化，导致O₃不断累积。同时生成醛类、PAN等二次污染物。

　　危害：高浓度O₃和颗粒物对人体呼吸系统和植物造成伤害。

　　酸雨：

　　成因：化石燃料燃烧排放的SO₂和NOx，在大气中被氧化成H₂SO₄和HNO₃，随雨水降落，pH < 5.6。

　　影响：酸化湖泊、土壤，腐蚀建筑物，危害生态系统。

　　臭氧层破坏：

　　元凶：氯氟烃等物质进入平流层，在紫外线下分解释放氯自由基（Cl·），Cl·能催化分解O₃，一个Cl·可破坏上万个O₃分子。

　　2.水环境化学

　　研究焦点：天然水体（河流、湖泊、海洋、地下水）中的化学平衡与污染问题。

　　水体富营养化：

　　成因：过量氮和磷（来自生活污水、农业施肥）进入水体，刺激藻类疯狂生长。

　　后果：藻类死亡后，被微生物分解消耗大量溶解氧，导致水体缺氧，鱼虾死亡，生态系统崩溃。

　　颗粒物与吸附：水体中的颗粒物（黏土、腐殖质、金属氧化物）是污染物的重要载体，通过吸附作用携带污染物迁移。

　　重金属污染：

　　特点：不可降解、具有生物累积性。其毒性和迁移能力与其形态密切相关（如Cr³+毒性远小于Cr⁶⁺）。

　　有机污染物：难降解的持久性有机污染物（POPs）即使浓度很低，也因其高生物累积性和毒性而备受关注。

　　3.土壤环境化学

　　研究焦点：污染物在土壤中的化学行为、归宿及其对土壤生态系统的影响。

　　土壤组成：是由矿物质、有机质、水、空气和生物组成的复杂多相体系。

　　吸附-解吸：是控制污染物在土壤中滞留、迁移和生物有效性的关键过程。土壤有机质和黏土矿物是主要吸附剂。

　　农药行为：农药在土壤中的归宿由吸附、迁移、降解、挥发等过程共同决定。其持久性用半衰期表示。

　　三、污染物的生物效应与全球议题

　　生物富集与放大：

　　生物富集：生物从周围环境（水、土壤）中吸收污染物，导致体内浓度高于环境浓度。

　　生物放大：通过食物链和食物网，污染物浓度从低营养级向高营养级传递时逐级增高。高Kow（亲脂性）的物质极易发生生物放大（如DDT、二噁英）。

　　持久性有机污染物：

　　特征：难以降解、高毒性、亲脂性、可长距离迁移。

　　例子：DDT、二噁英、多氯联苯等。它们是《斯德哥尔摩公约》首批控制的物质。

　　内分泌干扰物：

　　作用：外源性物质能干扰生物体内激素的正常分泌和功能，即使浓度极低也可能产生影响。

　　例子：双酚A、邻苯二甲酸酯、某些农药。可能导致生殖和发育异常。

　　四、环境分析化学与污染控制化学

　　环境分析化学：

　　任务：发展高灵敏度、高选择性的方法，用于检测环境介质中痕量甚至超痕量的污染物。

　　技术：色谱-质谱联用是定性定量的核心手段（如GC-MS， LC-MS）。原子吸收/发射光谱、ICP-MS用于重金属分析。

　　污染控制化学：

　　水处理：混凝、沉淀、过滤、消毒（氯化、臭氧、UV）的化学原理；高级氧化技术（如Fenton反应、光催化）用于降解难处理有机物。

　　废气处理：吸附、吸收、催化转化（如催化燃烧、SCR脱硝）的化学原理。

　　固体废物处理：垃圾焚烧中二噁英的控制；危险废物的固化和稳定化。

　　总结：环境化学的独特视角

　　微观与宏观结合：从分子水平理解宏观环境现象。

　　动态与静态结合：研究化学物质在环境中的迁移、转化等动态过程，而非静态平衡。

　　界面过程：高度重视发生在气-水、水-土、生物-环境等界面上的化学过程。

　　多介质环境：强调化学物质在多个环境介质间的迁移和循环。

　　归趋与效应：核心目标是预测化学物质的环境归趋（来源、迁移、转化、归宿）并评估其生态与健康风险，从而为环境管理和政策制定提供科学依据。

　　环境化学不仅是化学的一个分支，更是连接化学、生物学、地学、工程学和公共政策的交叉学科，是解决复杂环境问题的科学基础。