《海洋化學(xué)資源》PPT課件.ppt

《《海洋化學(xué)資源》PPT課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《海洋化學(xué)資源》PPT課件.ppt（100頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,,海洋化學(xué)資源,,,海水或鹵水,,,石灰乳,氫氧化鎂,,,鹽酸,氯化鎂,,,通電,,鎂,請(qǐng)看書(shū)思考下列幾個(gè)問(wèn)題：,1、海底礦物主要有哪些？ 2、可燃冰又被稱(chēng)為什么？其主要成分是什么？ 3、可燃冰的形成條件是什么？ 4、可燃冰被科學(xué)家譽(yù)為“21世紀(jì)能源”為什么？ 5、寫(xiě)出甲烷燃燒的化學(xué)方程式 6、什么是錳結(jié)核？它主要含有哪幾種金屬元素 7、你還了解哪些海洋資源？,,錳結(jié)核又稱(chēng)多金屬結(jié)核、錳礦球、錳礦團(tuán)、錳瘤等，它是一種鐵、錳氧化物的集合體，顏色常為黑色和褐黑色。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,原理：減壓蒸餾,學(xué)以致用,1、下列操作不能淡化海水的是（ ） A. 過(guò)濾 B. 膜法淡化海水

2、 C. 加熱蒸發(fā) D. 多級(jí)閃急蒸餾法 2、浩瀚的海洋不僅繁衍著無(wú)數(shù)水生生物,還蘊(yùn)藏著豐富的化學(xué)資源，如氯化鈉、氯化鎂等大量的無(wú)機(jī)鹽。有兩瓶無(wú)色液體，一瓶是海水，一瓶是蒸餾水，請(qǐng)用將它們鑒別出來(lái)。敘述操作步驟、現(xiàn)象和結(jié)論。 物理方法： 化學(xué)方法：,A,海水中的化學(xué)元素,1000g海水的化學(xué)組成示意圖,有關(guān)海水組成的驚人數(shù)字,80多種,11種,2.51010t,51017t,2.61016t,<1kg,2.51011t,9.31010t,4.5109t,21015t,U,氯堿工業(yè)簡(jiǎn)介,海水,返回,返回,經(jīng)歷的化學(xué)變化有： Mg2++2OH-=Mg(OH)2 Mg(OH)2+2HCl=MgCl

3、2+2 H2O MgCl2====Mg+Cl2,通電,返回,蔚藍(lán)的海洋與化學(xué)資源的開(kāi)發(fā),BLUE SEA AND THE EXPLORATION OF THE CHEMICAL RESOURCE,2.1 以食鹽為原料的化工產(chǎn)品,,地球上的水,一、海水液體化工資源,海水化學(xué)資源概況 海洋化學(xué)資源是指海水中所蘊(yùn)含的可供人類(lèi)利用的各種化學(xué)元素。海水的成分非常復(fù)雜，全球海洋的含鹽量就達(dá)億億噸，還含有大量非常稀有的元素，如金達(dá)萬(wàn)噸，鈾達(dá)億噸，所以海洋是地球上最大的礦產(chǎn)資源庫(kù)。海洋資源的持續(xù)利用是人類(lèi)生存發(fā)展的重要前提，目前，全世界每年從海洋中提取淡水多億噸、食鹽萬(wàn)噸、鎂及氧化鎂多萬(wàn)噸、溴萬(wàn)噸，總產(chǎn)值

4、達(dá)億多美元。水是生命之源，世界上缺水的地區(qū)愈來(lái)愈多，海水淡化已成為獲得淡水資源重要的途徑，所有這些都是海洋化學(xué)要研究的。,海洋化學(xué)元素的故鄉(xiāng),含量最大的食鹽資源 輕金屬鎂資源 用途廣泛的溴、碘資源 原子能反應(yīng)堆燃料鈾資源 重要的鉀肥資源 生物工程制氫能源 潛力巨大的重水能源 海洋淡水資源,,海水中部分元素濃度圖,,綠色化學(xué),二、煮海為鹽,三、氯堿工業(yè),陰極： 2H++2e H2 陽(yáng)極： 2Cl-2e Cl2 2NaCl+2H2O 電解 2NaOH+H2+Cl2,,,,,,重慶天原化工廠氯氣泄漏事件,七、被污染的大海,威望號(hào)油輪泄油事件,海洋重金屬

5、污染,7.1 海洋重金屬污染概述 7.2 重金屬存在形態(tài)研究 7.3 重金屬在海洋環(huán)境中遷移,重金屬的定義 幾種主要說(shuō)法是： (1)比重大于5或4的金屬為重金屬，比重大于5的金屬約有45種； (2)從原子序數(shù)21起，即從鈧起稱(chēng)為重金屬。 環(huán)境科學(xué)中所研究的重金屬。 主要是指汞、銅、鎘、鉛、鋅、鉻等元素，還有銀、錫、鈷、鎳、硒等。砷雖為非金屬，但毒性和某些性質(zhì)類(lèi)似于上述元素，類(lèi)金屬砷也包括在重金屬之列。,7.1 海洋重金屬污染概述,一、海洋中重金屬污染的來(lái)源 二、重金屬污染的危害,一、海洋中重金屬污染的來(lái)源,重金屬的主要污染源為： 1） 工業(yè)廢水 2） 礦山污泥 3） 廢水 4） 被污染的大氣

6、。,表7.1.2 重金屬對(duì)海洋污染的來(lái)源、途徑和污染危害趨勢(shì),二、重金屬污染對(duì)海洋生物的危害,致死現(xiàn)象 阻化效應(yīng) 形態(tài)變化,危害的根本原因：生物對(duì)重金屬的富集作用,生物富集系數(shù)（f）,生物富集系數(shù)（f） f = 生物體內(nèi)毒物殘留濃度/海水中毒物的濃度,表7.1.5 金屬元素的半致死濃度相對(duì)毒性,問(wèn)題1：48hLC50（ppm）、 192hLC50（ppm）分別代表 什么？ 問(wèn)題2：對(duì)各生物危害最大的元素分別是什么？ ,7.2 重金屬存在形態(tài)研究,理論計(jì)算法 直接測(cè)定法,理論計(jì)算法,理論計(jì)算法：是在已知天然水中重金屬濃度及配位基濃度的基礎(chǔ)上，利用純化學(xué)的現(xiàn)有知識(shí)，分析體系中可能存在的反應(yīng)

7、和反應(yīng)的平衡常數(shù)，然后用公式計(jì)算重金屬各種存在的形式平衡時(shí)的濃度。,理論計(jì)算法的局限性,理論計(jì)算法是假設(shè)體系處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，但天然環(huán)境中化學(xué)過(guò)程往往是處于熱力學(xué)不平衡狀態(tài)，動(dòng)力學(xué)因素起著控制的作用，這導(dǎo)致理論計(jì)算結(jié)果必然偏離天然環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)狀況。 其次，形態(tài)模式對(duì)所選用的各種穩(wěn)定常數(shù)值得很大的依賴(lài)性，但不同的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得穩(wěn)定常數(shù)值就不同，所以難以確定哪套穩(wěn)定常數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)。 理論模式計(jì)算痕量金屬元素形態(tài)分布存在上述局限性，所以所得結(jié)果只是近似。,二、直接測(cè)定法,直接測(cè)定存在形態(tài)分類(lèi)的方法，多采用人為選擇適當(dāng)?shù)臈l件（操作定義），并采用一定的分離技術(shù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)，將環(huán)境中重金屬加以形態(tài)分類(lèi)。,二、直

8、接測(cè)定法,1. 根據(jù)粒徑進(jìn)行分類(lèi) 2. ASV(重金屬測(cè)試儀)和紫外照射分類(lèi)方法,,,1. 根據(jù)粒徑進(jìn)行分類(lèi),利用一定的分離手段，按粒徑對(duì)水體中元素形態(tài)進(jìn)行分類(lèi)： 1） 0.45m過(guò)濾膜 ：顆粒態(tài)和溶解態(tài) 2） 滲透等方法：將溶解態(tài)水樣通過(guò)不同孔徑的濾膜，對(duì)溶解態(tài)進(jìn)一步分類(lèi)。,2. ASV和紫外照射分類(lèi)法,分離方法：螯合樹(shù)脂和紫外照射； 測(cè)定方法：陽(yáng)極溶出伏安法；,7.3 重金屬在海洋環(huán)境中遷移,一、沉淀與溶解作用 二、固-液界面吸附過(guò)程 三、絡(luò)合、螯合作用 四、氧化還原電位作用,三、絡(luò)合、螯合作用,概述 配位基 金屬的絡(luò)合容量,三、絡(luò)合、螯合作用,天然水中存在大量天然與人工合成的無(wú)機(jī)、有機(jī)的

9、絡(luò)合基，它們能與水合的金屬離子發(fā)生有效反應(yīng)，生成穩(wěn)定的絡(luò)合物或螯合物，這對(duì)于重金屬在水環(huán)境中遷移有很大的影響。 天然水中最常見(jiàn)的無(wú)機(jī)配位基是Cl-、SO42-、HCO3-、OH-、F-、S2-； 有機(jī)配位體：腐殖質(zhì)和生物分泌物等有機(jī)高分子。,3. 金屬的絡(luò)合容量,定義：排放到河流、湖泊和海洋等自然水環(huán)境中的重金屬與水體中有機(jī)配位體之間進(jìn)行的絡(luò)合(或鰲合)作用的能力，通常稱(chēng)為金屬絡(luò)合容量。 絡(luò)合容量的計(jì)算,絡(luò)合容量的計(jì)算,一種金屬和一種配位體的體系 ML ML；K =MLML 根據(jù)質(zhì)量平衡， MT =M+ML LT =L+ML 當(dāng)用金屬離子來(lái)滴定配位體時(shí)，若MTLT，而K又足夠大，則L就很小，就

10、有： LTML 通常把LT定義為水體的金屬絡(luò)合容量C、C，即水體所能絡(luò)合金屬的最大限度。 ,,根據(jù)質(zhì)量平衡， MT =M+ML(1) LT =L+ML (2) (1)-(2)式，得：MT-LT = M - L = M ML/(KM) (3) LT = ML= (C C) 由（3）式得， MT- (C C) = M (C C)/(KM) MT - M = (C C)（1-/（K M）） = (C C)（MK-1）/（K M） 1/ (C C) =1/（ MT - M ） （MK-1）/（K M）,多金屬體系 M1 + M2L M1L + M2 K =M1LM2M2LM1

11、 =M1L/(M1L) M2LM2L = K1 K2 若K1K2，則M1可把原被所絡(luò)合的M2配位體也奪去，即當(dāng)M1T LT時(shí), LT=L+M1L+M2LM2L=（CC）,marine radioactive pollution,8.1 海洋天然放射性 8.2 海洋放射性污染來(lái)源與分布 8.3 海洋放射性沉積作用 8.4 海洋放射性污染的危害,海洋天然放射性,一、單個(gè)放射性元素（ 40K） 二、三個(gè)天然放射系元素 （鈾系、錒系、釷系） 三、宇宙射線產(chǎn)物 （3H、14C、10Be，32Si、129I）,早期放射性單位為居里（Ci），因居里夫人而得名。 1Ci=106 Ci=1012 Ci 1Ci

12、=3.71010次核衰變/秒（dps） 目前常用的放射性強(qiáng)度單位為貝克（Bq） 1Bq=1dps（每秒鐘衰變的次數(shù)） 1Ci= 3.71010Bq dpm ：每分鐘衰變的次數(shù)； dph ：每小時(shí)衰變的次數(shù)。,海水中幾種重要天然放射性核素的放射性強(qiáng)度,海洋放射性污染來(lái)源與分布,一、放射性污染物質(zhì)的來(lái)源 1、核武器試驗(yàn)所 2、核心動(dòng)力艦船 3、原子能工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室 二、放射性污染物質(zhì)在海洋分布的時(shí)空變異,海洋放射性沉積作用,人工放射性物質(zhì)入海后，其中大部分具有顆粒活性，被吸附在懸浮顆粒上，或通過(guò)凝集，絮結(jié)等途徑，沉于海底。因此，海洋沉積物是放射元素的貯藏所。 一、與沉積物徑粒的關(guān)系 二、理化條件的影

13、響 ,,一、與沉積物徑粒的關(guān)系 海洋沉積物放射性比較： 泥沉積物沙沉積物 ； 細(xì)顆粒沉積物粗顆粒沉積物 ； 沉積物中垂直分布 ： 表層高，隨深度加深逐漸降低。,沉積物中不同大小粒子的放射強(qiáng)度,,二、理化條件的影響 1. 沉積物氧化或還原條件不同對(duì)放射性核素的影響。 2. 放射性元素重新從沉積物中釋放進(jìn)入上覆海水（擴(kuò)散作用，海流沖擊，底棲生物擾動(dòng)）,海洋放射性污染的危害,一、海洋生物的富集作用 二、危害作用 ,幾種食用水產(chǎn)品對(duì)主要放射性同位素的富集系數(shù),Marine Thermal Pollution,9.1 Source 9.2 Effect ,Thermal,Thermal Pollu

14、tion = an increase in temperature Can cause:thermal shock parasites and disease greater vulnerability to toxic pollutants,9.1 source of thermal pollution,definition Sources,一、熱污染,definition ：大量的含熱廢水(溫排水)不斷地排入水體，可使水溫升高，影響水質(zhì)，危害水中生物生長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱污染。 一般情況下，在局部海區(qū)，如果有比該海區(qū)正常水溫高4以上的熱廢水常年注入時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱污染的問(wèn)題。 提高了水溫的冷卻

15、水排到水體時(shí)，這水稱(chēng)為“溫排水”。 溫排水的溫度一般高于環(huán)境78。大量的溫排水排入海，局部海區(qū)就可能產(chǎn)生熱污染。目前，在世界上大多數(shù)的海區(qū)，熱污染還不十分明顯。,海洋熱污染產(chǎn)生條件： a）局部海區(qū)； b）有高于該海區(qū)正常水溫4以上的溫排水； c）常年注入。,一、海洋熱污染定義,主要為電力工業(yè)冷卻水（火力發(fā)電廠、核電站）； 冶金，化工，石油，造紙和機(jī)械等工業(yè)排放的熱廢水。,二、海洋熱污染的來(lái)源,9.1 海洋熱污染來(lái)源,二、熱污染的來(lái)源,工業(yè)熱廢水對(duì)海洋的污染，海洋熱污染的主要來(lái)源是電力工業(yè)冷卻水，其次為冶金，化工，石油，造紙和機(jī)械等工業(yè)排放的熱廢水。 據(jù)統(tǒng)計(jì)美國(guó)電力工業(yè)所用冷卻水為總冷卻

16、水的81.3%，冶金為6.8%，化工6.2%，因此，一般可用電力工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)做指標(biāo)，來(lái)估計(jì)將來(lái)熱污染的情況。,9.1 海洋熱污染來(lái)源,,以煤、油為燃料的熱電廠，只有三分之一的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，剩余熱量則排入大氣或隨冷卻水排出。 原子能發(fā)電廠幾乎全部廢熱都進(jìn)入冷卻水中，約占其總熱量的75%，每生產(chǎn)1度電約排放1200大卡的熱量。 一座10萬(wàn)千瓦的火力發(fā)電廠，每秒鐘排出溫排水達(dá)35噸，而同樣規(guī)模原子能發(fā)電廠，每秒鐘排出熱水為68噸。大量的能量以溫排水的形式帶給海洋。,,據(jù)估計(jì)全世界的發(fā)電每年增長(zhǎng)7.2%，十年就要增加一倍，尤其原子能發(fā)電站的迅速發(fā)展和使用，將需要更大量的冷卻水，排放更多的廢熱，危害

17、可能更大，電力工業(yè)排出冷卻水的溫度，通常比吸入前升高611，平均升高7。,effects of thermal pollution,Examples How to estimate the area of marine thermal pollution Prevention and cure,examples,1、比斯坎灣熱污染 2、浦底灣污熱污染,1、比斯坎灣熱污染,美國(guó)佛羅里達(dá)半島有一火力發(fā)電廠，以每分鐘2000立方米冷卻水排入只有12米的半封閉的比斯坎灣，排水口附近最高日平均水溫達(dá)40。 發(fā)電廠的冷卻水使海水升溫，19681969年調(diào)查大約有1012公傾的水域，表層水溫升高45，60公

18、傾表層水溫升高34，整個(gè)升溫海域超過(guò)900公頃。 由于發(fā)電廠排出熱廢水，改變了該海區(qū)的潮流方向。此后，該地區(qū)又建兩套原子能發(fā)電機(jī)，投產(chǎn)后所需冷卻水每分鐘增加了5000千立方米，排出廢水對(duì)海水的影響更大。,2、浦底灣污熱污染,日本敦賀發(fā)電廠位于敦賀中島最北端東部，發(fā)電量為35萬(wàn)7千瓦，冷卻用的海水是從半島東側(cè)浦底灣中部813米水深帶取出(浦底灣水容積1,300萬(wàn)m3)。 海水經(jīng)流作冷卻水后上升79，成為廢水，從西側(cè)的排水口排入海灣。熱廢水流量20m3/s，該廠熱廢水排放后，一邊與周?chē)Ｋ旌?，一邊向海灣口擴(kuò)散，高于自然海水3以上，升溫水域是自排水口起達(dá)500米遠(yuǎn)，范圍最大時(shí)沿著兩側(cè)沿岸達(dá)1300

19、米。增溫1以上的溫水自排水口起達(dá)2500米，最大可達(dá)3000米。 以垂直分布來(lái)看，在距排水口最近點(diǎn)，溫排水影響達(dá)6米深，灣中間和灣口，受溫排水影響在4米內(nèi)。,How to estimate the area of marine thermal pollution,溫排水排海影響范圍估算有許多研究模式，“新田式”經(jīng)驗(yàn)式是由改變淡水?dāng)U散經(jīng)驗(yàn)公式得到的。 淡水?dāng)U散公式： log S=1.2291 log Q+0.0855 式中，S:受淡水影響的面積(m2)；Q：淡水排水流量(m3天) 溫排水?dāng)U散公式： logS=1.2291 log (7/100）Q + 0.0855

20、式中：S：受溫排水影響的面積(m2)；Q：溫排水排放量(m3天)。,二、熱污染影響面積估算,三、海洋熱污染的危害,海洋熱污染水溫升高 水環(huán)境化學(xué)、物理及生物學(xué)影響海洋危害： 由于水溫升高使水中溶解氧減少，水體處于缺氧狀態(tài)，同時(shí)又使水生生物代謝率增高而需要更多的氧，造成一些水生生物在熱效力作用下發(fā)育受阻或死亡；（主要危害） 降低生物繁殖率； 改變某些生物的回游路線； 改變污染水域藻類(lèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化； 使生物種類(lèi)和個(gè)體數(shù)目下降。 可能加大海水中有害物質(zhì)毒性。,9.1 海洋熱污染來(lái)源,,1965 年澳大利亞曾流行過(guò)一種腦膜炎，后經(jīng)科學(xué)家證實(shí)，其禍根是一種變形原蟲(chóng)，由于發(fā)電廠排出的熱水使河水溫度增高，這

21、種變形原由在溫水中大量孳生，造成水源污染而引起了這次腦膜炎的流行。,,比斯坎灣熱污染調(diào)查結(jié)果表明，在水溫升高4以上的水域中，幾乎所有的動(dòng)植物絕跡，常見(jiàn)的硅藻、紅藻和褐藻也消失了，而代之是高溫種類(lèi)的藍(lán)綠藻大量地繁殖。 在水溫升高3以上的水域，動(dòng)物的種類(lèi)和個(gè)體數(shù)都有所下降。,三、海洋熱污染的防治,首先是要改進(jìn)冷卻設(shè)備和方法，如以空氣冷卻代替水冷卻，使進(jìn)入海洋的熱廢水減少到最小的限度。 根據(jù)海洋的特點(diǎn)，把熱廢水用管道排列遠(yuǎn)離海岸的水域，利用海水的擴(kuò)散作用減少熱廢水的影響； 海洋深處抽取低溫海水作冷卻水，從而使所排出冷卻水的溫度不致高于表層海水。,,Thanks for your attention!,