环境化学作为一门典型的交叉学科，其发展过程早已突破了化学、生物学等相关学科的范畴，在其运用这些学科理论和方法解决环境问题的同时，新环境问题的不断出现又对相关学科理论和方法的创新起到极大的推动作用。本书首先从诸多环境化学研究和实践中归纳出共性理论知识和典型研究方法学，提出在本科以水、土、气、生不同介质环境污染问题学习基础上，遵循知识提升-技能训练-任务实践这一逻辑链条，以基础理论篇、研究方法篇和环境问题篇来设计大纲，以期既能达到前沿领域的专业性和理论深度，又可体现知识和技能的实用性。本书在基础理论篇中注重污染物环境行为和毒理效应的化学规律的阐述，在研究方法篇突出方法体系和先进技术，在实际问题篇则侧重于示范如何将上述理论知识和研究方法运用于环境问题分析和解决的实践。这样在学习理论和方法的同时，又可了解这些知识和技术在实际环境问题解决中的作用。

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目录
第一篇 环境化学基础理论篇
第1章 污染物环境行为的化学本质 3
1.1 环境污染物的化学组成和性质 3
1.1.1 稳定物质的化学组成 3
1.1.2 污染物分子的三维结构 9
1.1.3 污染物性质与反应活性的结构基础 11
1.2 污染物环境过程与生物效应的化学本质 17
1.2.1 天然水体的碳酸盐平衡 17
1.2.2 降水的pH 18
1.2.3 臭氧的生成与分解 19
第2章 污染物环境迁移与转化的热力学和动力学基础 21
2.1 污染物环境迁移与转化过程发生的吉布斯自由能判据 21
2.2 污染物环境迁移的热力学基础 22
2.2.1 分子间相互作用 22
2.2.2 污染物的分配作用 24
2.3 污染物环境转化的热力学与动力学基础 30
2.3.1 污染物环境转化的热力学基础 30
2.3.2 污染物环境转化的动力学基础 33
2.4 污染物环境迁移与转化过程的线性自由能相关 39
2.4.1 利用线性自由能相关模型预测和评估分配系数 39
2.4.2 利用线性自由能相关模型预测和评估反应速率常数 41
第3章 污染物的环境迁移 44
3.1 污染物环境介质界面间的分配平衡 44
3.1.1 污染物的沉淀–溶解 44
3.1.2 污染物的挥发 49
3.2 在分子水平上理解污染物的吸附 53
3.2.1 污染物在气–固界面的吸附 53
3.2.2 亲水性污染物在固–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 污染物环境界面反应动力学 66
3.3.1 Langmuir-Hinshelwood机理 66
3.3.2 Rideal-Eley机理 69
3.3.3 简单反应动力学模型的局限性 70
3.4 污染物的生物积累 71
3.4.1 污染物生物积累的结构依赖 72
3.4.2 污染物的生物可给性与有效性 73
第4章 污染物的分子转化 78
4.1 污染物分子转化的基本认识 78
4.2 环境中常见热化学转化的反应类型和机理 80
4.2.1 配位反应 80
4.2.2 氧化还原反应 82
4.2.3 亲核反应和亲电反应 86
4.3 环境光化学反应 95
4.3.1 光化学基本定律 95
4.3.2 天然水体中污染物的光解 96
第5章 环境自由基化学反应 104
5.1 常见的环境自由基 104
5.2 自由基的特征 106
5.3 自由基的生成 108
5.4 自由基参与的大气化学反应 111
5.5 自由基参与的大气化学反应动力学 113
5.6 水环境中的活性氧及化学反应 115
5.7 热化学反应中的自由基机制 119
第6章 污染物毒性效应与健康危害的化学基础 126
6.1 污染物暴露与机体负荷 126
6.1.1 外暴露 126
6.1.2 内暴露 127
6.1.3 暴露组 127
6.1.4 机体负荷 128
6.1.5 剂量-效应关系 128
6.2 污染物的毒性效应 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 内分泌干扰效应 132
6.2.5 神经毒性 133
6.2.6 生殖发育毒性 134
6.2.7 化学污染物的联合作用 136
6.3 污染物与生物分子的相互作用 136
6.3.1 污染物与蛋白质相互作用 136
6.3.2 污染物与核酸相互作用 139
6.3.3 污染物与其他生物分子的相互作用 142
6.4 污染物毒性作用的化学本质 142
6.4.1 化合物毒性机制分类 142
6.4.2 化合物毒性机制判定与应用 144
6.4.3 影响化合物毒性作用模式判别的因素 145
第二篇 环境化学研究方法篇
第7章 环境中污染物的识别与检测方法 151
7.1 目标污染物的分析技术 152
7.1.1 基于光谱技术的环境污染物分析 152
7.1.2 色谱分析 154
7.1.3 质谱分析 157
7.1.4 其他分析技术 159
7.2 环境污染物的非靶标分析方法 161
7.2.1 环境污染物非靶标分析概念与基本流程 161
7.2.2 基于高分辨质谱技术的环境污染物非靶标分析方法 161
7.2.3 非靶标分析的数据处理 166
7.2.4 非靶标分析应用示例 167
7.3 靶标分析与非靶标分析优缺点比较 168
第8章 环境污染物赋存状态的解析方法 170
8.1 分子振动光谱的理论及应用 170
8.1.1 红外光谱 170
8.1.2 拉曼光谱 174
8.1.3 分子光谱选律 176
8.1.4 环境应用 179
8.2 同步辐射X射线吸收谱 181
8.2.1 X射线吸收光谱与精细结构 181
8.2.2 XAFS的单电子理论解释与表式 183
8.2.3 XAFS在环境中的应用 189
第9章 发现新污染物的理论与方法 193
9.1 发现新型有机污染物的基础理论 194
9.1.1 发现新型有机污染物的关键科学问题 194
9.1.2 持久性有机污染物的判别原则 194
9.1.3 环境行为特征的预测工具和应用 197
9.2 发现新型有机污染物的分析方法 200
9.2.1 样品前处理技术 200
9.2.2 发现新污染物的主要策略方法 202
9.2.3 数据处理和整合 208
9.3 展望 210
第10章 环境污染来源与过程的示踪方法 212
10.1 无机/有机指示物组成示踪污染物来源 212
10.1.1 无机/有机指示物 213
10.1.2 化学质量平衡法 213
10.2 同位素“指纹”组成示踪污染来源与过程 215
10.2.1 稳定同位素分馏 216
10.2.2 稳定同位素分馏制约因素 218
10.2.3 稳定同位素组成的描述 218
10.2.4 稳定同位素来源与过程示踪 219
10.2.5 传统稳定同位素示踪应用 220
10.2.6 非传统稳定同位素示踪应用 220
10.3 富集同位素示踪 224
10.3.1 放射性同位素示踪 225
10.3.2 富集稳定同位素示踪 227
10.4 展望 231
第11章 毒性效应与健康危害的实验研究策略 232
11.1 毒性测试技术发展趋势 232
11.2 污染物对不同器官的毒性研究方法 233
11.2.1 污染物环境内分泌干扰效应 233
11.2.2 环境污染物的生殖及发育毒性研究方法 238
11.2.3 神经毒性效应研究方法 240
11.2.4 环境污染物的致突变及致癌效应研究方法 243
11.2.5 其他靶器官的研究方法 246
11.3 毒性效应评估的新技术 252
11.3.1 成组毒理学分析技术 252
11.3.2 体细胞重编程和基因编辑技术 252
11.3.3 器官芯片技术 253
11.4 展望 253
第12章 环境化学研究中的计算模拟方法 255
12.1 典型计算模拟方法 256
12.1.1 量子化学计算方法 256
12.1.2 分子动力学方法 257
12.1.3 粗粒化模型及其典型模拟方法 258
12.2 基于计算模拟的污染物环境化学行为研究示例 259
12.2.1 量子化学方法的应用 259
12.2.2 分子动力学模拟方法的应用 260
12.2.3 粗粒化模型的应用 262
12.2.4 不同类型方法联用的环境实践 263
12.3 展望 263
第三篇 环境化学实际问题篇
第13章 二英类污染控制中的典型化学方法 267
13.1 工业过程有机污染物的生成机理 267
13.1.1 从头合成机理 267
13.1.2 前驱体合成机理 268
13.1.3 有机物间的相互转化机理 272
13.2 阻滞二英类生成的机理与技术 273
13.2.1 碱性金属氧化物阻滞剂 274
13.2.2 氮基阻滞剂 274
13.2.3 硫基阻滞剂 276
13.3 有机污染物催化降解原理和技术 277
13.3.1 加氢脱卤 277
13.3.2 催化氧化 279
第14章 饮用水消毒副产物的产生和控制 282
14.1 饮用水消毒 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 电化学消毒 284
14.1.7 联合消毒 285
14.2 饮用水消毒副产物 285
14.2.1 消毒副产物的种类 285
14.2.2 消毒副产物前驱物 286
14.2.3 消毒副产物的危害 287
14.2.4 消毒副产物的识别与检测 287
14.3 饮用水消毒副产物产生的化学机制 288
14.3.1 三卤甲烷 288
14.3.2 卤代乙酸 290
14.3.3 卤代乙腈 291
14.3.4 卤代乙酰胺 292
14.3.5 卤代硝基甲烷 292
14.3.6 亚硝胺 293
14.3.7 其他消毒副产物 294
14.4 饮用水消毒副产物控制的化学原理 294
14.4.1 削减消毒副产物的前驱物 294
14.4.2 优化消毒方式 296
14.4.3 去除已经生成的消毒副产物 296
14.5 饮用水消毒副产物研究和管理存在的问题 297
第15章 地下水砷氟去除的化学方法 299
15.1 地下水砷氟来源与危害 299
15.1.1 地下水砷的来源与危害 299
15.1.2 地下水氟的来源与危害 302
15.2 地下水砷氟去除进展 302
15.2.1 主要化学处理方法 302
15.2.2 砷氟吸附材料 303
15.3 砷氟吸附机理 306
15.3.1 研究手段 306
15.3.2 吸附机理 311
15.4 地下水砷氟吸附去除实例 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 微纳颗粒的环境化学研究 324
16.1 纳米材料 324
16.1.1 纳米材料的定义及环境来源 324
16.1.2 纳米材料的分离测定方法 325
16.1.3 纳米材料的环境行为与效应 327
16.1.4 纳米材料的环境应用 331
16.2 微纳塑料 332
16.2.1 微纳塑料定义及环境来源 332
16.2.2 环境中微纳塑料的分离测定方法 333
16.2.3 微纳塑料的环境行为与效应 335
第17章 病毒与抗性基因的环境传播及其环境化学问题 338
17.1 病毒及环境病毒学 338
17.1.1 病毒 338
17.1.2 环境病毒学 339
17.2 病毒的环境传播 339
17.2.1 病毒的环境传播途径 339
17.2.2 病毒环境传播的影响因素 340
17.2.3 病毒环境传播的典型实例 341
17.3 环境病毒的分析技术 344
17.3.1 病毒核酸的分析技术 344
17.3.2 病毒蛋白的分析技术 345
17.3.3 病毒颗粒的分析技术 345
17.3.4 病毒活性的分析技术及集成化分析方法 345
17.4 病毒环境传播的预防与控制 346
17.5 环境中的抗生素抗性基因 347
17.5.1 抗生素概述 347
17.5.2 抗生素的生态与健康风险 347
17.5.3 抗生素耐药性概述 348
17.5.4 抗生素耐药机制 349
17.5.5 抗生素耐药基因的分类 349
17.5.6 抗生素抗性基因的研究方法 350
17.5.7 环境中抗生素抗性基因 352
17.5.8 环境中抗生素抗性基因的健康风险 354
17.5.9 抗生素抗性基因的去除技术 354
第18章 水处理膜技术中的化学 356
18.1 膜分离过程的物理化学原理 356
18.1.1 膜分离过程的驱动力 356
18.1.2 压差驱动膜分离过程 357
18.1.3 电势差驱动膜分离过程 359
18.1.4 膜分离过程中的浓差极化 361
18.2 膜材料的化学合成原理 362
18.2.1 常规膜材料 362
18.2.2 功能膜材料 364
18.3 膜反应器中的化学原理 364
18.3.1 膜生物反应器 364
18.3.2 膜化学反应器 367
18.3.3 膜混凝反应器 368
18.3.4 膜生物电化学反应器 368
18.4 膜污染的分子机制 369
18.5 膜法水处理技术应用 372
18.5.1 微滤/超滤 372
18.5.2 纳滤/反渗透 372
18.5.3 电渗析 372
18.5.4 其他膜工艺 373
第19章 环境污染与食品安全 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 化学性污染 375
19.1.3 生物性污染 378
19.2 食品安全风险评估 379
19.2.1 概念 379
19.2.2 典型膳食暴露评估方法与模型 380
19.2.3 暴露评估案例——中国总膳食研究 384
19.2.4 食品中污染物的生物有效性 385
第20章 危险化学品相关的环境化学 390
20.1 化学战剂及其污染事件 390
20.1.1 化学战剂 390
20.1.2 化学战剂的环境检测与风险评估 394
20.1.3 化学战剂污染处置及其化学原理 397
20.2 其他涉及国家安全的化学品及其污染 399
20.2.1 违禁药物与环境污染 399
20.2.2 爆炸物及其环境污染 402
20.2.3 核污染事件 404
第21章 污染物的长距离传输与国际履约 406
21.1 全球性污染物 406
21.1.1 持久性有机污染物 406
21.1.2 汞 407
21.2 污染物长距离传输途径及典型研究区域 408
21.2.1 长距离传输途径 408
21.2.2 污染物长距离传输有关的模型研究 412
21.2.3 典型研究区域 413
21.3 污染全球控制国际公约 418
21.3.1 《斯德哥尔摩公约》 418
21.3.2 《关于汞的水俣公约》 419
21.4 挑战与展望 421
第22章 碳中和与环境保护 423
22.1 碳中和的概念与提出背景 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 我国碳中和的实现途径 424
22.2.1 能源行业减排 425
22.2.2 工业部门绿色低碳发展 426
22.2.3 交通和建筑领域 427
22.2.4 CO2捕集、利用与封存 427
22.2.5 提升生态系统碳汇功能 428
22.3 碳中和与协同减排 429
22.3.1 碳中和对环境保护的同向作用 429
22.3.2 碳中和与大气污染协同减排 430
22.3.3 污水处理中的碳中和技术 431
22.3.4 土壤污染防治与减排增汇 432
22.4 挑战与展望 433
参考文献 435