中国学科发展战略·环境科学
第一章 环境化学
第一节 引 言
环境化学是从微观的原子、分子水平研究宏观环境现象与变化的化学机 制及其防治途径，其核心是研究环境中化学污染物的迁移转化行为和生物生 态效应。环境化学强调从化学的角度阐述和解释环境的结构、功能、状态和 演化过程及其与人类行为的关系。作为经济高速增长的发展中国家，我国目 前正面临比工业发达国家更加复杂的环境问题。发达国家上百年工业化过程 中分阶段出现的环境问题在我国已经集中出现。重大污染事故及潜在的环境 安全隐患对国家安全构成挑战，环境化学必须研究建立生化和化学毒品的快 速灵敏的分析方法与预警系统。环境污染不仅造成了巨大的经济损失，而且 给生态安全、食品安全和人群健康带来严重的威胁。环境化学在提高资源利 用效率、降低污染排放强度、修复污染环境、突破发达国家设置的贸易壁垒、 改善生态环境和保障人类健康等方面都起着不可替代的作用。
环境化学与地球科学、材料科学、生物学和医学等学科交叉，在攸关国 家环境安全和人群健康等若干重要领域中蕴含着重要机遇：①与地学和生物 学交叉，在污染物多介质界面行为与区域环境过程等领域取得若干原创性成 果。②与材料科学和环境工程交叉，深入研究纳米材料的环境行为、环境友好/功能材料在污染控制中的应用等，为环境污染控制与修复提供技术支撑。③与毒理学和医学等交叉，系统研究化学污染物暴露与食品安全、化学品的风险评估与管理的理论与方法、纳米颗粒物的生物效应等，为保障国家环境 安全和人类健康服务。不同领域的研究重点：①环境分析化学。应用高新技 术（如激光、微波、分子束、核技术、纳米技术等）从根本上革新原来的分 析方法、步骤和程序。②环境污染化学。在深入研究污染物单一介质环境行 为化学机制的基础上，加强研究污染物多介质界面行为与化学机制，研究尺 度将由局部地区向区域和全球范围过渡，研究方式由定性描述向定量预测发 展，将突出复合污染行为和新型污染物的环境过程及实时动态分析。③污染 控制化学。研究环境功能材料和污染控制过程的化学原理、温室气体和酸雨及 臭氧层损耗前驱物排放阻断技术原理与方法、难降解有机废水治理、土壤/地下 水污染修复与缓解技术原理与方法、多种污染控制技术联用方法等。④污染生 态化学。加强研究污染物在生物-环境介质的界面行为、环境中污染物的老化 与生物可利用性、环境污染物的致毒/脱毒过程及应用、污染环境修复基准、生态系统化学污染的阻控新方法与新技术等。⑤理论环境化学。研究环境污 染热力学和动力学、化学污染物在环境介质中的微观界面行为及反应机理、 污染物的环境归趋和生态风险评价数学模型、污染物的非线性界面行为和非 平衡理论、环境化学方法学体系等。
环境化学研究的重要发展方向包括：①污染物多介质界面行为、区域环 境过程与调控原理。发展污染物微界面环境行为的表征方法与技术；探明环 境中典型污染物的“老化”、“锁定”与“活化”机制，发展典型污染物生物 有效性的调控技术原理；探明区域环境介质中典型污染物的浓度水平、源汇 机制、多介质界面行为与区域环境过程及调控机制，污染物非线性界面行为 与区域环境过程，提出预测污染物区域环境容量的方法；发展污染削减与修 复的新材料、新方法和新技术，为全面制定科学合理的污染物环境质量标准、 典型区域污染物减排与削减、国家环境保护决策提供理论依据和技术支持。 ②纳米颗粒物的环境行为与生物效应。纳米材料在不同环境介质中的存在形 态、时空分布等环境行为；纳米材料在生物体内的迁移、转化、代谢的表征 方法体系；纳米尺度相关性生物学效应与作用机制；复杂环境介质中纳米颗 粒物与其他污染物的相互作用行为；纳米颗粒物毒性作用的评价方法体系。 ③环境友好和功能材料在污染控制中的应用。发展新型大气污染物及颗粒物 高效消除的环境功能材料，建立工业废气、机动车尾气等大气污染源控制的 集成技术体系；研发新型高效去除水中污染物的吸附剂、絮凝剂，揭示各类吸 附或絮凝材料与污染物的相互作用机制及构效关系，构建新型环境友好的污染 物转移去除体系，高效去除新型高毒性低浓度难降解有机污染物的新方法；发展选择性消除目标污染物的纳米材料与技术原理；阐明污染物在功能材料表界 面的作用机制及反应原理，为有效控制与消减污染物提供理论依据与技术支撑。 ④化学污染物暴露与食品安全。研究食品中新出现的化学污染物膳食摄入途径 和控制方法；针对食品中新出现的化学污染物，如持久性有机污染物、药物与 个人护理品（PPCPs）、热加工污染物（丙烯酰胺、呋喃、氯丙醇脂肪酯）、重 金属等，建立健康风险分析评价方法；重点以国家食盐加碘中甲状腺致癌争议 和甲状腺药物、溴代阻燃剂、全氟化合物及其电子垃圾焚烧中食品安全问题； 建立我国人群膳食暴露模型和暴露标志物，并结合健康效应标志物和易感性标 志物，建立健康风险与获益评估模型，揭示食品中代表性重要化学污染物的健 康效应机制，为化学污染物的健康风险评估、预警提供科学依据。
环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学（戴树桂，2005；朱利中，2011）。
它是环境科学的核心组成部分，是化学科学的重要分支学科。环境化学是在 化学科学传统理论和方法基础上发展起来的，以化学物质引起的环境问题为 研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科。环境化学的特点是从微 观的原子、分子水平研究宏观环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其 核心是研究环境中化学污染物的迁移转化行为和生物生态效应。研究内容包 括：有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态、潜在有害物质的来源及 其在不同环境介质之间的迁移转化行为与归趋、有害物质对环境和生态系统 及人体健康产生效应的机制和风险、有害物质已造成影响的缓解和消除以及 防止产生危害的方法和途径。
环境化学强调从化学的角度阐述和解释环境的结构、功能、状态和演化 过程及其与人类行为的关系，从而区别于环境科学的其他分支学科。它以环 境问题为主要研究对象，阐述和解释环境问题的化学本质，从而区别于化学 科学的其他分支科学。
环境化学研究领域非常广泛，几乎深入环境的各个方面，如大气环境、 水环境、土壤环境以及生物圈，从污染物的环境背景调查、环境质量监测、 迁移转化过程，到污染物的控制、治理和修复，乃至全球环境问题的认识。 环境化学不仅可以帮助人们识别化学污染物的来源、种类、数量和形态方面 的信息，还可以描述和预测污染物的环境过程及未来变化趋势等，并为环境 污染控制、治理和修复提供原理和手段。因此，环境化学贯穿于环境问题研 究的全过程。每一次环境污染事件的认识与解决，与环境化学工作者的努力 是分不开的。
环境化学学科在经济社会发展和保障国家安全中的作用逐渐显现。作为 经济高速增长的发展中国家，我国目前正面临比工业发达国家更加复杂的环 境问题。发达国家上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题，在我国已经 集中出现。环境污染不仅造成了巨大的经济损失，而且给生态安全、食品安 全和人群健康带来严重的威胁。环境化学在提高资源利用效率、降低污染排 放强度、修复污染环境、突破发达国家设置的贸易壁垒、改善生态环境和保 障人群健康等方面都起着不可替代的作用。重大环境污染事故及潜在的环境 安全隐患对国家安全构成挑战，环境化学必须研究建立生化和化学毒品的快 速灵敏的分析方法与预警系统。随着各种新传染病的不断出现，环境分析化 学将在传染病与环境的相互关系研究中发挥重要作用。
作为一个新兴的交叉学科，环境化学的发展推动了环境科学及化学、地球 科学、生物学、毒理学、生态学、土壤学、大气科学和水科学等相关学科的发 展。如水俣病、痛痛病等环境化学问题的研究，推动了原子光谱-质谱联用技术 的发展，由此发展的复杂基体中重金属形态分析方法又在生命科学、食品科学、地球科学等其他领域发挥了巨大作用。环境化学的发展将更加依赖于多学科的 有机融合和交叉，必将产生一些新的学科增长点，推动相关学科发展。
环境化学在与其他学科的交叉融合中得到迅速发展，在解决重大环境问 题中发挥着至关重要的作用，并逐渐形成了环境化学的分支学科：环境分析 化学、环境污染化学（大气、水体、土壤污染化学）、污染控制化学、污染生 态化学和理论环境化学等。环境化学是一门快速发展的新兴交叉学科，研究 方法不断完善，研究内容不断丰富，研究深度不断增加，研究领域不断扩大。