环境化学南开大学_孙红文博导_
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上了大学,化学教材如果按学习顺序是哪一些教材三基础:1-0 化学导论•傅献彩,等. 大学化学. 第二版 (上册). 高等教育出版社, 2019•华彤文,等. 普通化学原理. 第4版. 北京大学出版社, 2013.•申泮文. 近代化学导论. 第二版 (上、下册). 高等教育出版社•北京师范大学无机化学教研室,等. 无机化学. 第四版(上册). 高等教育出版社•蒲雪梅,寇兴明,李桂英,等. 大学化学实验. 第二版. 化学工业出版社[1]0-1 高等数学•同济大学数学系. 高等数学. 第七版 (上、下). 高等教育出版社•龚昇. 简明微积分. 第四版. 高等教育出版社•四川大学数学学院. 高等数学. 第二版(上、下). 四川大学出版社1-1 无机化学(元素化学)•北京师范大学无机化学教研室,等. 无机化学. 第四版(下册). 高等教育出版社•车云霞,等. 化学元素周期系. 南开大学出版社, 1999•张祖德. 无机化学. 第2版. 中国科学技术大学出版社[2]•刘新锦,等. 无机元素化学. 第二版. 科学出版社•傅献彩. 大学化学. 第2版 (下册). 高等教育出版社,2019[3]•李瑞祥,曾红梅,等. 无机化学. 第2版. 化学工业出版社2-1 有机化学•David Klein. Organic chemistry. Wiley•邢其毅,裴坚,等. 基础有机化学. 第4版(上、下册).北京大学出版社, 2016,2017.•李瑛,张骥. 有机化学基础. 第三版. 科学出版社, 2020•王玉良,等. 有机化学实验. 科学出版社, 20200-2 概率统计•盛骤,等. 概率论与数理统计. 第4版. 高等教育出版社•陈鸿建,等. 概率论与数理统计. 第二版. 高等教育出版社0-3 普通物理•Feynman. The Feynman lectures on physics.•赵凯华. 新概念物理教程. 第二版. 高等教育出版社•王磊,陈钢,等. 大学物理学. 第二版 (上、下册). 高等教育出版社3-1 分析化学•Daniel Harris. Quantitative chemical analysis.•武汉大学. 分析化学. 第6版 (上、下册). 高等教育出版社[4]•柴逸峰,等. 分析化学. 第8版. 人民卫生出版社, 2016.•胡坪,等. 仪器分析实验. 第三版. 高等教育出版社,2016.4-1 物理化学•Peter Atkins,et al. Atkins物理化学, Atkins'physical chemistry. 第7版 (影印版). 高等教育出版社•傅献彩,等. 物理化学. 第五版 (上、下册). 高等教育出版社•彭笑刚. 物理化学讲义. 高等教育出版社•何玉萼,童冬梅,等. 物理化学. (上、下册). 化学工业出版社, 2006.•王健礼,等. 物理化学实验. 第二版. 化学工业出版社, 2015.•复旦大学,等. 物理化学实验.•袁永明,等. 物理化学学习指导. 中国石化出版社[5]0-4 线性代数•Gilbert Strang,et al. Linear algebra and itsapplication. 4th edition. Thomson Learning•北京大学数学系前代数小组. 高等代数. 第五版. 高等教育出版社•四川大学数学学院. 线性代数. 第二版. 四川大学出版社4-2 结构化学•李炳瑞. 结构化学. 第4版. 高等教育出版社, 2020.•周公度,等. 结构化学基础. 第5版. 北京大学出版社•李平. 量子化学导论:原子、分子结构. 科学出版社,2018.[6]进阶:1-2《中级无机化学》4-1-1 分子光化学•Turro,Ramamurthy,et al. Modern molecularphotochemistry of organic molecules. UniversityScience Books•图罗,拉马穆尔蒂,等. 现代分子光化学. 吴骊珠,吴世康,等译 (原理篇、反应篇). 化学工业出版社2-1-1 有机反应机理•Daniel Levy. Arrow-pushing in organic chemistry.Wiley•Robert Grossman. 有机反应机理的书写艺术, The artof writing reasonable organic reaction mechanisms.2nd edition. 科学出版社, 2012.2-1-2 合成化学•Stuart Warren,et al. Organic synthesis, thedisconnction approach. 2nd edition. Wiley•巨勇,等. 有机合成化学与路线设计. 第2版. 清华大学出版社, 2007.2-1-3 有机立体化学•David Morris. Stereochemistry.•叶秀林. 立体化学. 2版. 北京大学出版社, 1999•Hellwich,et al. Stereochemistry workbook.translated by Allan Dunn3-2 谱学导论•Robert Silverstein. Spectrometric identification of organic pounds.•周向葛,徐开来,等. 波谱解析. 化学工业出版社2-2 中级有机化学4-2-1《量子化学》4-2-2《计算化学》其它:2-3 高分子科学•王玉忠,等. 高分子科学导论. 科学出版社•丁会利,等. 高分子材料及应用. 化学工业出版社2-4 生物化学•David Nelson,et al. Lehninger principles ofbiochemistry. 7th edition, 2017•朱圣庚,等. 生物化学教程. 第4版 (上、下册). 高等教育出版社, 2017.•王靳娥,等. 生物化学基础. 第二版. 化学工业出版社, 2019.•Koolman,et al. Color atlas of biochemistry. 2ndedition, 20135-3 环境化学•马纳汉. 环境化学. 第九版, 孙红文,等译. 高等教育出版社•戴树桂. 环境化学. 高等教育出版社5-1-1《化工原理》5-1-2 工业化学•李金铭,等. 现代工业化学. 第二版. 华中科技大学出版社5-1-3 化工制图•林大钧. 简明化工制图. 化学工业出版社•陈志. 化工制图. 四川大学出版社5-2《精细化学品》1-3 放射化学•王祥云,等. 核化学与放射化学. 北京大学出版社•祝霖. 放射化学. 原子能出版社4-2-2《计算化学》5-4《化学信息学》。
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在我国经济进入发展新常态后,面临的环境形势十分严峻,处于升级与转型中的环境产业也面临新的发展形势,社会对环境工程本科教育的要求已经和正在发生重大变化[1]。
针对目前环境工程本科教育中实践教育弱化趋势明显、工程性缺失和创新性不足的问题,不少学校通过多种途径加强环境工程教育与产业的结合,促使学生能真真切切地参与工程实践,全面提高了学生的实践能力[2-4]。
但是,这些实践活动由于培养规划相对单一,多以教学科研为导向,导致学生的兴趣减弱,重视程度降低。
同时,当下高校、企业、政府在培养大学生实践能力过程中的认识与实践之弊,存在企业参与内在动力不足、相关政策与管理机制不健全、针对性系统实践平台缺乏、教师队伍建设有待加强等问题。
如何解决这些问题并积极推动大学生社会实践的发展,成为新形势下环境工程专业发展面临的重要问题。
环境工程学科对于工程实践能力有特殊要求,实践教学环节不仅是学生培养不可或缺的部分,而且与学生的就业密切联系在一起[5,6]。
然而,从就业来看,全社会对环境工程专业人才的需求并不旺,媒体对本专业就业的悲观言论较多;按“复合型”人才衡量,不少环境工程本科生知识面不够宽,对国内外环保领域的最新技术进展了解较少,环保法律法规、政策知识比较肤浅,事业单位和国有企业仍是本科生就业的主流倾向,在专业方向选择上更注重监测和设计类方向[7];从课程设置来看,随着环保设施的自动化程度越来越高,小型化和一体化设备增多,以传统水处理、固废处理和烟气处理为主的专业学习在缺乏自动化控制等专业背景下较难适应市场需求,这些可能都会导致就业渠道窄就业难的问题。
同时环境工程专业的实际教学活动中,应有更为具体的与学生就业需求相适应的教学目标和任务[8,9]。
为此,笔者根据近几年的带队实习体验,结合一次学生参与某企业畜禽养殖废水工程前期调研的社会实践为例,提出了应用于实践教学体系的基于企业需求的大学生社会实践模式,采样SWOT 分析方法对这种实践模式进行了分析,以期为环境工程学科发展和实践教学体系建设提供参考。
h j h x .r ce e s .a c .c n 第37卷㊀第3期2018年㊀㊀3月环㊀境㊀化㊀学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol.37,No.3March2018㊀2018年2月5日收稿(Received:February5,2018).㊀∗国家自然科学基金(41773109)资助.SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(41773109)㊀∗∗通讯联系人,E⁃mail:sunhongwen@nankai.edu.cnCorrespondingauthor,E⁃mail:sunhongwen@nankai.edu.cnDOI:10.7524/j.issn.0254⁃6108.2018020509张凯,孙红文.(可降解)微塑料颗粒吸附有机污染物及对其生物有效性的影响[J].环境化学,2018,37(3):375⁃382.ZHANGKai,SUNHongwen.Adsorptionoforganicpollutantson(degradable)microplasticsandtheinfluencesontheirbioavailability[J].EnvironmentalChemistry,2018,37(3):375⁃382.(可降解)微塑料颗粒吸附有机污染物及对其生物有效性的影响∗张㊀凯㊀孙红文∗∗(南开大学环境科学与工程学院,环境污染过程与基准教育部重点实验室,天津,300350)孙红文,教育部长江学者特聘教授㊁国家杰出青年基金获得者,百千万人才工程国家级人选;现任南开大学环境科学与工程学院院长.主要研究方向为微量有机污染物环境化学㊁人体暴露与修复原理.主持或参加国家基金㊁973㊁863等项目40余项.发表期刊论文310余篇,其中SCI收录160余篇,SCI论文总被引用2800余次;获得发明专利授权6项;编写专著及教材10余部.曾获天津市科技进步二等奖及教育部高等学校自然科学一等奖㊁二等奖各1项.担任中国生态学会污染生态专业委员会副主任及若干专业委员会委员,担任‘EnvironmentalScienceandPollutionResearch“㊁‘环境化学“㊁‘农业环境科学学报“等国内外刊物编委.摘㊀要㊀微塑料是环境中一类不断增加的新兴污染物,工业生产活动以及日常生活是环境中微塑料的主要来源,同时农用塑料薄膜的残留对其也有贡献.鉴于不可降解塑料在环境中的持久性,作为传统塑料的替代品,可降解塑料的应用越来越多.然而,当前针对陆地系统微塑料的研究主要集中于不可降解材质的微塑料,针对可降解塑料作为微塑料来源的研究则十分匮乏.由于微塑料的憎水性和较大比表面积,进入环境中的微塑料能够通过分配作用和表面吸附作用大量吸附环境中的有机污染物从而改变被吸附物质的生物有效性;同时随着塑料的风化,生产过程中添加的大量助剂也会逐渐进入环境中.与不可降解微塑料相比,可降解微塑料的性质有很大不同,可降解微塑料与污染物的相互作用及对其生物有效性的影响也与不可降解微塑料不同.另外,可降解微塑料进入环境后,粒径及表面性质可在较短时间内产生变化,这些变化对可降解微塑料与有机污染物的相互作用及对所吸附有机污染物的生物有效性的影响有待研究.关键词㊀可降解微塑料,有机污染物,吸附,粒径,生物有效性.Adsorptionoforganicpollutantson(degradable)microplasticsandtheinfluencesontheirbioavailabilityZHANGKai㊀㊀SUNHongwen∗∗(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,MinistryofEducationKeyLaboratoryofPollutionProcessesandEnvironmentalCriteria,NankaiUniversity,Tianjin,300350,China)Abstract:Microplasticsareincreasingemergingcontaminantsintheenvironment,andtheindustryproductionanddailylifeaswellasdebrisofagriculturemulcharethemainsources.Asthesubstituteoftraditionalnon⁃degradableplastics,theuseofh j h x .r c e e s .a c .c n376㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学37卷degradableplasticshasincreasedcontinuallyinrecentyears,however,fewresearcheshavereferredtodegradableplasticsasapotentialsourceofmicroplastics.Researchaboutmicroplasticsinterrestrialenvironmenthasbeenprimarilyfocusedonnon⁃degradablemicroplastics;ithasbeenfoundthatmicroplasticscouldadsorblargequantitiesoforganicpollutantsbypartitionandsurfaceadsorptionduetotheirhydrophobicityandlargespecificsurfacearea,whichfurtherinfluencesthebioavailabilityoftheseadsorbedpollutants.Besides,inresponsetotheweatheringeffects,variousadditivesaddedduringtheproductionofplasticswouldgraduallyentertheenvironment.Comparedwithnon⁃degradablemicroplastics,degradablemicroplasticsownvariedpropertieswhichleadtodifferentinteractionpatternsbetweenmicroplasticsandorganicpollutantsaswellasinfluencesonthebioavailabilityofpollutants.Besides,degradablemicroplasticswouldundergochangesofsizesandsurfacepropertiesinrelativelyshortperiodsafterenteringtheenvironment;andthesechangeswouldhavesignificantimpactsontheadsorptionandbioavailabilityoforganicpollutants,whichdeserveintensiveresearch.Keywords:degradablemicroplastics,organicpollutants,adsorption,sizes,bioavailability.随着塑料制品的大量使用,微米级甚至纳米级的塑料颗粒大量进入环境或在环境中产生.早在上个世纪70年代,就有学者在Science上撰文呼吁关注塑料碎片对生态环境的潜在危害[1⁃2].但是,直到本世纪微塑料颗粒污染的问题才得到科学家的广泛关注[3],2011年,微塑料污染被联合国环境规划署(UNEP)列为全球要面对的一个新的问题和挑战.微塑料广泛分布于海水㊁河流湖泊㊁沉积物等环境介质中,甚至在极地也有发现[4⁃6],同时环境中微塑料的含量呈现不断增加的趋势[7].在浮游生物㊁鱼类㊁鲸类等不同营养级生物体内均发现微塑料颗粒的存在[8⁃10],微塑料还能够沿着食物链向上传递到高营养级生物体内[11⁃13],在群落㊁个体水平上对生物体产生不利影响[14⁃18].同时微塑料对有机污染物有较强的吸附能力,并对有机污染物的生物有效性产生影响.可降解塑料是塑料工业发展方向之一,是减轻当前不可降解塑料污染的解决方案.可降解塑料进入环境后短期内可产生大量的微塑料,一些可降解微塑料对有机污染物有很强的吸附能力,并可对环境中污染物的迁移转化产生影响;同时可降解微塑料在短期内可以发生显著的变化(表面结构及粒径),而这些变化可以影响微塑料对有机污染物的吸附,同时影响被吸附有机污染物的生物有效性,因此需要关注可降解微塑料的环境影响,尤其降解过程相关的环境学问题.1㊀(可降解)微塑料来源(Sourceof(degradable)microplastics)微塑料从化学组成上可以分为不可降解材质微塑料(non⁃degradablemicroplastic,不可降解微塑料)和可降解材质塑料(degradablemicroplastic,可降解微塑料)两大类(结构单元见图1),不可降解微塑料主要材质有聚乙烯(PE)㊁聚丙烯(PP)㊁聚氯乙烯(PVC)㊁聚苯乙烯(PS)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等;常见的可降解微塑料主要材质有聚乳酸(PLA)㊁聚羟基丁酸脂(PHA)和聚丁二酸丁二酯(PBS)等.微塑料的来源可分为一次来源(primarysource)和二次来源(secondarysource).一次来源微塑料是指直接添加到化工及日化用品中的塑料颗粒和原料颗粒在加工使用过程中进入环境的塑料颗粒,如在新西兰某地和五大湖水体中所发现的磨砂颗粒[19];而废弃的塑料制品,如日用塑料制品㊁塑料包装㊁泡沫塑料等在机械㊁氧气和太阳辐射等作用下,进入环境后破碎裂解形成的微塑料则属于二次来源微塑料[20].从微塑料具体来源来看,污水处理厂是微塑料显著的源和汇之一,来自生活生产的微塑料随着污水汇集到污水处理厂,大部分微塑料在处理过程中被除去,剩余部分通过出水输入到环境.根据对处理650000人生活污水的处理厂进出水中微塑料含量的研究发现,经过污水处理厂的沉淀絮凝等处理后98.41%的微塑料被除去,尽管去除率很高,其出水中每天也含有6500万个微塑料[21],另一项研究也得到相似的结论,发现污水处理厂出水中的微塑料含量比其受体水中含量高数倍[22],针对一条有污水处理厂出水排放的河流研究发现,污水出口下游的微塑料含量要远高于出水口上游微塑料的含量[23].其h jh x .r c e e s .a c .c n㊀3期张凯等:(可降解)微塑料颗粒吸附有机污染物及对其生物有效性的影响377㊀他一些生活生产过程也是微塑料的来源,如使用洗衣机洗衣时每次可产生超过1900个纤维碎片[24],此外大气沉降㊁地表径流和生物噬咬海洋浮标设施也是微塑料的来源[25⁃27].塑料薄膜残留则是另一个微塑料主要来源[28],以聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)为材质的农用塑料薄膜在农业增产和土壤调节上发挥了重要作用,且用量持续增加[29],据统计,2014年我国农用塑料薄膜的消耗量已高达258万吨,占全球农膜市场的61%[30].据估测,当前世界范围内塑料薄膜使用后的回收率仅为50%[31],而每年进入欧洲和北美农田中微塑料的量分别可达6.3ˑ104 4.3ˑ105t和4.4ˑ104 3.0ˑ105t[32].传统农用薄膜自然环境下难以完全降解,PE薄膜在土壤中8.5年依然保持基本形态完整,造成了塑料薄膜在土壤环境中不断积累[33].长期残留于土壤中的塑料薄膜则会在光照和氧气的作用下逐渐老化破碎成碎片,塑料碎片完全矿化则是一个极其缓慢的过程,最终导致薄膜源的微塑料逐渐在土壤中蓄积.图1㊀常见塑料结构单元Fig.1㊀Chainelementofseveralkindsofplastics针对农膜残留的问题,有文章指出可降解塑料薄膜是未来农用塑料薄膜的发展方向[34].而当前可降解材质塑料薄膜也存在诸多问题,许多可降解薄膜并非可完全降解(降解率>90%),往往是不可降解塑料中掺入可降解塑料或者预氧化剂(pre⁃oxidant)等,使得塑料薄膜用毕后迅速解体为大量不可降解的塑料碎片(微塑料)[35⁃36],另外即便全部以可降解塑料制成塑料薄膜,其完全降解也需要一定的条件和时间,实际的环境往往不能满足其迅速完全矿化所需的条件,因此在相当长的时期内这些可降解塑料逐步缓慢降解,以微塑料的形式存在于土壤中.2㊀(可降解)微塑料与有机污染物相互作用(Interactionbetween(degradable)microplasticsandorganicpollutants)2.1㊀微塑料吸附有机污染物微塑料具有较大的比表面积和较强的疏水性,因而对有机污染物有较强的吸附作用,针对水体中微塑料的调查发现微塑料上有多种有机污染物检出[37⁃39].微塑料吸附有机污染物受微塑料材质的影响,同h j h x .r c e e s .a c .c n 378㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学37卷时有机污染物的特性对吸附也有较大的影响.对不可降解微塑料的研究发现,微塑料对多环芳烃(PAHs)㊁多氯联苯(PCBs)㊁有机氯农药(OCPs)等污染物均表现出较强的吸附能力,有机污染物的分配系数高达104 106L㊃kg-1[40⁃41],同时对离子型化合物及重金属离子也有一定的吸附能力[42⁃43].软质(玻璃化温度Tg较低,链段活动性较强)的塑料如PP㊁PE等对有机污染物有较强的吸附能力且吸附等温线多呈现线性,原因在于PE和PP的玻璃化温度较低,常温下呈软质的橡胶态,有机污染物较容易以分配作用的方式进入微塑料基质,因而吸附等温线呈线性且表现出较强的吸附能力;硬质塑料如PS等也能吸附一定量的PCBs,因为PCBs能够与PS表面的结构发生π⁃π电子作用[44].另外离子型化合物和重金属的吸附研究则发现表面官能团可能对微塑料吸附污染物有一定的作用,对3种材质微塑料(PVC㊁PE㊁PP)吸附全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛基磺酰胺(PFOA)的研究发现,硬质塑料PVC吸附两种物质的能力要高于PE和PP,作者推测PVC表面的极性基团能够与两种物质发生作用,因而呈现出较强的吸附能力[42],针对模拟塑料在河岸吸附壬基酚的研究也有类似结果[45].针对新鲜和海滩老化的同种材质微塑料吸附污染物的研究发现,老化的塑料相比新鲜的塑料吸附能力更强[46],这可能是老化作用使得微塑料表面的极性官能团增加,使得表面极性作用引起的吸附增加所致.同时发现,PS微塑料颗粒对海水中非邻位PCBs的吸附能力高于邻位PCBs,这是由于邻位取代氯原子破坏了PCBs平面性,导致π⁃π电子作用下降[44].关于可降解微塑料吸附有机污染物的研究则是空白,可降解微塑料有着与不可降解微塑料不同的结构和性质,同时其短期内能够产生显著的变化,与有机污染物的作用情况也与传统塑料不尽相同.本课题组针对可降解微塑料的研究表明,三种可降解微塑料(PLA㊁PHA㊁PBS,300 500μm)对有机污染物的吸附是一个缓慢的过程,平衡所需时间长达数10d.玻璃化温度较低的微塑料(PBS),对菲有很强的吸附能力(Kd=104L㊃kg-1),其吸附有机污染物菲的主要机制为分配作用,对吸附后的微塑料进行解吸,解吸滞后因子接近于0,无明显滞后.同时针对加速老化后的可降解微塑料吸附行为进行研究,发现PLA材质微塑料老化后对菲的吸附能力显著增加(12倍),玻璃化温度及表面结构改变则是可能的原因.这表明可降解微塑料进入环境后能够大量吸附环境中有机污染物,同时老化降解的过程可能加剧这一趋势,因此有必要加强可降解微塑料吸附污染物以及降解过程与有机污染物作用的研究.2.2㊀微塑料向环境中释放有机污染物微塑料从环境中吸附有机污染物的同时,还会向环境中释放污染物.塑料制品在生产过程中往往会添加大量的阻燃剂㊁塑化剂㊁颜料等助剂[47],使得进入环境的微塑料中含有这些添加剂,如针对韩国及亚太海岸的研究在发泡聚苯乙烯(EPS)残骸及微塑料中广泛检出较高浓度的六溴环十二烷(HBCDs)[48].风化破碎过程则会使这些助剂逐渐进入到环境,例如,Staniszewska等针对特定流域的研究发现,塑料添加剂的释放是导致该流域内双酚类物质及壬基酚类物质含量升高的原因[49];对大量使用的EPS塑料的研究发现,EPS塑料进入环境后所含HBCDs会逐渐释放出来,随着粒径的减小以及风化作用的侵蚀释放速率则会大大加快.根据既往针对HBCDs的研究,环境中HBCDs的能够在生物体内发生显著的蓄积[50⁃51].在塑料薄膜进入土壤环境后,其包含的大量助剂(部分PVC中邻苯二甲酸酯(PAEs)含量高达35% 40%)也会很快进入的土壤环境中[52⁃53],针对我国14个省31个地区的研究发现,农用塑料薄膜残留是土壤中PAEs类物质含量增加的直接原因.不回收塑料薄膜可使土壤中PAEs的含量从回收对照的2mg㊃kg-1上升至5.5 6.6mg㊃kg-1,其中以邻苯二甲酸二异辛酯(DEHPs)为主,占71.5%以上[54].而PAEs及其代谢产物属于环境内分泌干扰物,对人体具有生殖发育影响㊁胚胎毒性[55]和致癌毒性(如邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)㊁DEHP)[56].微塑料还会向环境中释放其携带的其他有害物质,例如环境中残留大量以含铅化合物作稳定剂生产的PVC制品,随着老化的进行,所含的铅则会逐渐释放到环境中[57];另外,生产塑料的单体和原料在塑料中也有相当的含量,这些物质在环境中也会逐渐进入环境中,如PVC中含有氯化氢,聚苯乙烯中含有苯乙烯的单体和低聚体,这些物质都会随着聚氯乙烯和聚苯乙烯的老化逐渐释放的环境中[58].针对可降解塑料的研究发现可降解微塑料本身含有的以及降解产生的单体和低聚体也会逐渐释放到环境中,这些低聚体会对土壤生物产生毒害作用;针对PBS和PLA降解产物对作物生长影响的研究发h j h x .r c e e s .a c .c n ㊀3期张凯等:(可降解)微塑料颗粒吸附有机污染物及对其生物有效性的影响379㊀现,PBS降解后的产物对辣椒和西红柿的生长产生了显著的抑制[59].而可降解塑料DF04P(一种基于玉米淀粉的可降解塑料)薄膜降解后,则会使土壤pH值由7.91上升到8.29,进而对土壤环境产生不利影响[60].3㊀(可降解)微塑料对污染物生物有效性的影响(Impactsof(degradable)microplasticsonthebioavailabilityoforganicpollutants)微塑料不仅能够吸附有机污染物,而且会对有机污染物的生物有效性造成影响.解吸是决定吸附态有机污染物流动性和生物可利用性的基础过程.对于土壤等地质吸附剂以及人造碳质吸附剂(纳米碳管及生物炭)的研究表明,解吸并不能按照吸附的相反过程可逆发生,称为吸附的不可逆性或者解吸的滞后性,形成锁定态残留,这大大降低了吸附态污染物的流动性和生物有效性[61].以往的研究表明,表面结构及纳米微孔是造成其解吸滞后的关键微观结构要素,解吸滞后性还随着污染物分子体积及憎水性而增加[62⁃64].目前关于微塑料颗粒是否可对污染物造成锁定尚未见报道.对于被吸附的有机污染物生物有效性的研究尚缺乏,多数研究针对水生生物进行.Bakir等研究了模拟消化液对吸附在微塑料(PE㊁PVC,200 250μm)上的有机污染物(PFOA㊁PHE㊁DDT㊁DEHP)的解吸影响,发现与水溶液相比,模拟消化液可以促进微塑料上4种污染物的解吸[65],这表明着携带着有机污染物的微塑料进入生物体消化道后,所携带的有机污染物可以快速地从微塑料上解吸下来而被生物体吸收.针对斑马鱼的研究则发现,纳米PP颗粒的存在会导致双酚A(BPA)对斑马鱼的神经毒性增加[66].Besseling等发现向沉积物中添加PS颗粒(400 1300μm)后,随着添加量的增加,海蚯蚓对19种PCBs的富集先增加后下降.推测可能的原因是当微塑料添加量低于一定浓度时,蚯蚓摄取大量微塑料,在消化过程中微塑料上吸附的大量PCBs解吸下来并被蚯蚓吸收导致富集量增加;而随着微塑料添加量的增加,沉积物中大量微塑料影响了海蚯蚓的生理活动,使得摄食的微塑料减少,进而导致对PCBs的富集量降低[67].同时,针对日化品中塑料珠(PE)对鱼富集多溴联苯醚(PBDE)影响的研究发现,塑料珠的添加可以增加低溴代BDE在鱼体内的富集;相同条件下,塑料珠对高溴代BDE的生物富集特性则没有显著的影响,研究人员推测是高溴代阻燃就对塑料珠的亲和能力较强难以解吸下来,而对鱼富集高溴代BDE没有显著影响[68].相对于实验室研究,理论推导则指出添加微塑料可以减少生物体从环境中富集有机污染物.一项运用热力学方法评价微塑料对生物体富集有机污染物影响的研究表明,微塑料的存在有助于降低生物对憎水性有机污染物(Kow>5)吸收[69];另一项模型研究也认为PE等与有机污染物亲和能力较强的微塑料可以降低生物体对有机污染物的富集,能够起到清洁的作用[70].李冰研究了向土壤中添加不同粒径EPS颗粒后蚯蚓对其所含HBCDs的富集情况,发现HBCDs能够在蚯蚓体内富集,并且富集系数受EPS粒径影响,一方面EPS颗粒中的HBCDs能够向土壤中释放进而被蚯蚓富集,此外蚯蚓也能够通过直接吞食EPS颗粒,后经消化液的解吸作用而富集HBCDs[71].与不可降解微塑料相比,部分可降解微塑料有较强的吸附能力,同时解吸滞后不显著,使得可降解微塑料可以作为有机污染物转运载体,从环境中富集有机污染物,然后经消化作用解吸而被生物所吸收,具有潜在的环境风险.另外,可降解微塑料进入自然界后较短时期(相对与不可降解塑料)内即可出现粒径逐渐减小的变化过程.粒径的减小一方面可以加速微塑料对有机污染物的吸附;另一方面粒径的不同能显著改变微塑料的环境影响,例如针对蚯蚓(Lumbricus)的研究发现,其吞食的微塑料粒径多数小于50μm,即大粒径的微塑料很少或不被吞食[18].大粒径微塑料吸附周围环境中的污染物而降低有机污染物的生物有效性,即上文提及的清洁作用;而小粒径的微塑料大量吸附有机污染物后可经由吞食作用进入生物消化道,在消化道中被吸附的有机污染物解吸而被生物体吸收进而提高生物体对有机污染物的富集效应.课题组针对不同粒径PBS塑料对蚯蚓富集HBCDs的影响的研究则反映了该现象.另外针对不同粒径PS塑料对龙虾富集PCBs的研究也发现,大粒径PS微塑料(500 600μm)由于不能被龙虾吞食且可从环境中吸附PCBs起到降低龙虾富集PCBs的作用,而小粒径PS微塑料(6μm)由于可被龙虾吞食则增加了龙虾对PCBs的富集[72].而针对土壤中残留农膜的研究则发现,大尺寸(20ˑ20mm)的农膜残留能够降低土壤的饱和导水率(saturatedhydraulicconductivity),对土壤微生物群落产生不利影响[73];小粒径塑料颗粒(PP,180μm)的添加则对土壤有一定的益处,小粒径塑料颗粒能较强地吸附h j h x .r c e e s .a c .c n 380㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学37卷土壤中有机污染物则是可能的原因[74].可降解微塑料进入环境后在相对短时期内可发生降解而改变粒径,不同粒径可降解微塑料对有机污染物和生物有效性的影响则有很大的差异,因此针对可降解微塑料不同降解阶段对环境中有机污染物的影响需要深入研究.4㊀展望及拟开展研究(Outlookandfutureresearch)当前许多研究集中于不可降解微塑料,针对可降解微塑料的研究则十分匮乏.首先,针对可降解微塑料吸附有机污染物的研究较少,可降解微塑料的性质与传统塑料有很大的不同,部分可降解塑料的玻璃化温度较低,有机污染物进入其内部较容易,使可降解微塑料对有机污染物有较大的吸附容量;同时可降解微塑料表面富含极性官能团,极性官能团的存在使得污染物能够与微塑料表面发生极性作用,进而增加可降解微塑料对有机污染物的吸附.另外,可降解微塑料进入环境后粒径会逐渐减小,不同粒径的微塑料对有机污染物的吸附不同,粒径的降低及老化过程能够增加一些可降解微塑料吸附能力;更重要的是粒径的变化对微塑料所吸附有机污染物的生物有效性的影响不同,由于可降解微塑料粒径变化更明显,粒径的影响在可降解微塑料上更加突出.因此,有必要对可降解微塑料吸附有机污染物进行研究,同时需要加大关注可降解微塑料的环境影响在其降解过程中的变化情况.因此,课题组拟对下述问题开展研究.(1)阐明不同结构的典型微塑料颗粒在我国主要类型土壤中经长期作用后结构上的变化,重点关注微塑料颗粒与土壤微生物群落的相互作用机制;(2)探索不同类型微塑料颗粒对不同结构目标化合物的吸附规律及微观机理;(3)认识不同来源(内源性与外源性)污染物从不同结构微塑料颗粒中的解吸或释放的规律与锁定机理,为评价微塑料颗粒吸附态污染物的风险提供科学基础;(4)揭示微塑料颗粒对土壤中目标有机污染物蚯蚓富集生物有效性的影响规律,评价微塑料颗粒吸附态污染物的生态风险.参考文献(References)[1]㊀CARPENTEREJ,SMITHKL.PlasticsontheSargassoSeaSurface[J].Science,1972,175(4027):1240⁃1241.[2]㊀COLTONJB,BURNSBR,KNAPPFD.Plasticparticlesinsurfacewatersofthenorthwesternatlantic[J].Science,1974,185(4150):491⁃497.[3]㊀周倩,章海波,李远,等.海岸环境中微塑料污染及其生态效应研究进展[J].科学通报,2015,60(33):3210⁃3220.ZHOUQ,ZHANGHB,LIYetal.Progressinresearchaboutcontaminationandbio⁃effectsofmicroplasticsincoastalenvironment[J].ChineseScienceBulletin,2015,60(33):3210⁃3220(inChinese).[4]㊀OBBARDRW,SADRIS,WONGYQ,etal.GlobalwarmingreleasesmicroplasticlegacyfrozeninArcticSeaice[J].EarthsFuture,2014,2(6):315⁃320.[5]㊀EERKESMD,THOMPSONRC,ALDRIDGEDC.Microplasticsinfreshwatersystems:Areviewoftheemergingthreats,identificationofknowledgegapsandprioritisationofresearchneeds[J].WaterResearch,2015,75:63⁃82.[6]㊀BARNESDKA,GALGANIF,THOMPSONRC,etal.Accumulationandfragmentationofplasticdebrisinglobalenvironments[J].PhilosophicalTransactionsoftheRoyalSocietyofLondon,2009,364(1526):1985⁃1998.[7]㊀GOLDSTEINMC,ROSENBERGM,CHENGL.Increasedoceanicmicroplasticdebrisenhancesovipositioninanendemicpelagicinsect[J].BiologyLetters,2012,8(5):817⁃820.[8]㊀LUSHERAL,HERNANDEZMILIANG,OᶄBRIENJ,etal.Microplasticandmacroplasticingestionbyadeepdiving,oceaniccetacean:TheTrueᶄsbeakedwhaleMesoplodonmirus[J].EnvironmentalPollution,2015,199:185⁃191.[9]㊀COLLARDF,GILBERTB,EPPEG,etal.Detectionofanthropogenicparticlesinfishstomachs:Anisolationmethodadaptedtoidentificationbyramanspectroscopy[J].ArchivesofEnvironmentalContamination&Toxicology,2015,69(3):331⁃339.[10]㊀REHSES,KLOASW,ZARFLC.Short⁃termexposurewithhighconcentrationsofpristinemicroplasticparticlesleadstoimmobilisationofDaphniamagna[J].Chemosphere,2016,153:91⁃99.[11]㊀FARRELLP,NELSONK.Trophicleveltransferofmicroplastic:Mytilusedulis(L.)toCarcinusmaenas(L.)[J].EnvironmentalPollution,2013,177:1⁃3.[12]㊀FOSSIMC,PANTIC,GUERRANTIC,etal.Arebaleenwhalesexposedtothethreatofmicroplastics?AcasestudyoftheMediterraneanfinwhale(Balaenopteraphysalus)[J].MarinePollutionBulletin,2012,64(11):2374⁃2379.[13]㊀WRIGHTSL,THOMPSONRC,GALLOWAYTS.Thephysicalimpactsofmicroplasticsonmarineorganisms:Areview[J].EnvironmentalPollution,2013,178(1):483⁃492.[14]㊀ROCHMANCM,BROWNEMA,HALPERNBS,etal.Policy:Classifyplasticwasteashazardous[J].Nature,2013,494(7436):169⁃171.[15]㊀LONNSTEDTOM,EKLOVP.Environmentallyrelevantconcentrationsofmicroplasticparticlesinfluencelarvalfishecology[J].Science,h 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环境学院本科教学大纲2013年秋目录环境科学专业 (5)《无机及分析化学(无机化学)》课程方案 (5)《无机及分析化学(分析化学)》课程方案 (10)《有机化学》课程方案 (14)《物理化学》课程方案 (19)《自然地理学基础》课程方案 (24)《环境学》课程方案 (29)《生态学导论》课程方案 (35)《环境监测》课程方案 (39)《环境监测实验》课程方案 (43)《环境影响评价》课程方案 (47)《环境工程学》课程方案 (53)《环境工程实验》课程教学方案 (57)《环境化学》课程方案 (61)《环境化学实验》课程方案 (65)《区域环境规划》课程方案 (69)《环境管理学》课程方案 (74)《环境科学专业综合实习》教学大纲 (78)吉林省环境监测中心站实习 (83)长白山自然保护区和龙湾自然保护区的实习 (83)长春市污水处理厂、净水厂参观实习 (85)吉林省气象台、地震局实习 (87)河流及人工湖库水环境功能实习 (87)《产业生态学》课程方案 (89)《大气污染控制工程》课程方案 (94)《工程制图》课程方案 (98)《固体废物污染控制工程》课程方案 (102)《化工原理》课程方案 (105)《环境法规》课程方案 (108)《环境法学》课程方案 (112)《环境教育》课程方案 (115)《环境经济学》课程方案 (119)《环境水力学》课程方案 (128)《环境微生物》课程方案 (132)《环境信息系统》课程方案 (136)《环境遥感》课程方案 (140)《环境医学》课程方案 (143)《环境仪器分析》课程方案 (147)《环境影响评价案例分析》课程方案 (151)《环境灾害学》课程方案 (155)《环境政策分析》课程方案 (160)《景观生态学》课程方案 (165)《绿色化学》课程方案 (170)《清洁生产与循环经济》课程方案 (174)《生态毒理学》课程方案 (179)《生物化学》课程方案 (183)《生物统计学》课程方案 (188)《室内环境学》课程方案 (193)《水环境数学模型》课程方案 (198)《水污染控制工程》课程方案 (203)《污染控制化学》课程方案 (208)《噪声污染与控制》课程方案 (212)《生态工程学》课程方案 (216)生态学专业 (222)《无机及分析化学(无机化学)》课程方案 (222)《有机化学》课程方案 (227)《无机及分析化学(分析化学)》课程方案 (232)《普通生物学(动物)》课程方案 (236)《普通生物学(植物)》课程方案 (242)《自然地理学基础》课程方案 (247)《环境学》课程方案 (252)《生态学导论》课程方案 (258)《种群与群落生态学》课程方案 (262)《景观生态学》课程方案 (268)《环境微生物学》课程方案 (273)《生物化学》课程方案 (277)《进化生物学》课程方案 (286)《生物统计学》课程方案 (290)《分子生态学》课程方案 (295)《污染物评定方法》课程方案 (299)《动物生态学》课程方案 (303)《水生生物学》课程方案 (307)《生理生态学(植物)》课程方案 (310)《生理生态学(动物)》课程方案 (314)《生态遗传学》课程方案 (320)《土壤学》课程方案 (322)《生态监测与评价》课程方案 (326)《环境遥感》课程方案 (331)《生态工程学》课程方案 (334)《环境工程学》课程方案 (340)《环境监测》课程方案 (344)《环境影响评价》课程方案 (348)《城市生态学》课程方案 (354)《人类生态学》课程方案 (359)《保护生物学》课程方案 (364)《产业生态学》课程方案 (369)《生态经济学》课程方案 (374)《环境信息系统》课程方案 (378)《全球生态学》课程方案 (382)环境科学专业《无机及分析化学(无机化学)》课程方案课程编码CHY361 课程名称:无机及分析化学课程英文名称:Inorganic Chemistry 预修课程:无一、课程设计1、课程性质(属性以及相邻、相近课程间的关系)无机化学是环境科学专业的一门重要的专业教育基础课程,3学分,共68学时,其中20学时为实验课。
如何在环境化学教学中培养学生的创新能力马小东 孙红文南开大学 环境科学与工程学院,天津 300071 随着社会经济的快速发展,环境污染问题日趋加重,环境问题已在全球范围引起广泛关注。
在我国,环境化学是现今高等院校环境科学、环境工程、资源环境等专业的一门专业主干课程。
学好这门课程,对培养学生认识环境问题、解决环境问题的能力,具有重要的现实意义。
在当今知识经济条件下,社会的发展要求环境专业人才的培养不仅在于人才的数量和结构,更在于人才的创新精神和创新能力。
我国《高等教育法》第五条明确指出:高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才,发展科学技术文化,促进社会主义现代化建设。
当前,如何最大限度地发挥环境化学这门课程的作用, 在教学中培养学生的创新能力,是环境化学课程教师一直在思考的重要问题。
通过长期的教学实践,广大环境化学教育工作者已经认识到:基础知识、教学方式、实践教学、教师队伍几方面对培养学生的创新能力具有重要的影响。
(一) 强调基础知识教学创造能力是已有知识积累到一定程度后的升华。
知识越广博、视野越开阔,进行创新活动的基本元素就越多[1]。
扎实的基础知识、合理的知识结构和良好的文化素养,是创新人才必备的基础,也是我们教育的目标。
无论何时,基础知识教学都是学校创新教育不可忽视的环节。
环境化学是一门研究有害化学物质在环境中的存在、化学特性、行为和效应及其控制原理和方法的科学。
它既是环境科学的核心组成部分,也是化学科学的一个新的重要分支[2]。
环境化学作为一门交叉性学科,具有多学科知识相融合的特点。
教师在教学中应对课程内容进行合理的优化组合,使学生既能掌握广博的基础知识,又能构建完善的知识结构体系,从而为创造型人才的培养准备基本条件。
教师应根据环境化学与现实环境问题紧密联系的特点,结合典型环保案例、充实教学内容。
如把世界上典型的重大环境污染事件作为案例,运用有关知识进行详细剖析,使学生对这些事件的认识上升到理性层面,对所学的知识有更深刻的理解,提高对所学课程的兴趣。