多环芳烃课件..doc

1.多环芳烃概述 1.1多环芳烃的物理化学性质 多环芳烃是指由两个或两个以上的芳环稠合在一起的一类化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物，是一类广泛存在于环境中的有机污染物，也是最早被发现和研究的化学致癌物。英文全称Polycyclic aromatic hydrocarbons，简称PAHs。由于其毒性、生物蓄积性和半挥发性并能在环境持久存在，而被列入典型持久性有机污染物(POPs)。1976年美国环保局提出的129种“优先污染物”中，多环芳烃化合物有16种，这16种优控 PAHs结构见图1，物理、化学及毒理学性质见表1。 大多数PAHs在常温下呈固态，沸点比相同碳原子数目的正构直链烷烃高。3环以上PAHs大都是无色或淡黄色晶体，个别颜色比较深。因其分子结构对称、偶极距小、分子量大，PAHs通常为非极性物质，在水中溶解度低，且具有高熔点和高沸点的特征。在常温下，PAHs是以气相和固相共存。PAHs的蒸汽压以NaP（7.80×10-2mmHg柱）最高，PAHs的蒸汽压会随着分子量的增加而减少，因此，分子量越小的PAHs越容易挥发而存在于气相中。而饱和蒸汽压在10-8mmHg柱以下的化合物，在常温下几乎完全以固相存在。一般而言，低环PAHs主要存在于气相中，5-6环PAHs则主要凝聚而吸附在颗粒物表面上，介于两者之间的含有3-4个苯环的PAHs以气相和颗粒相共存。 图1 PAHs的结构图 1.2多环芳烃的形成机理 PAHs的形成机理很复杂，一般认为PAHs主要是由石油、煤炭、木材、气体燃料等碳氢化合物在不完全燃烧以及在还原气氛中热分解而产生的。有机物在高温缺氧条件下，热裂解产生碳氢自由基或碎片等基本微粒，这些小的极为活跃的微粒，在高温下又立即合成热力学性质稳定的PAHs。澳大利亚学者Badger和同事提出苯并[a]芘的合成步骤，如图2所示。首先有机物在高温缺氧条件下产生碳氢自由基结合成乙炔(1)，由乙炔形成乙烯基乙炔(2)，然后芳环化成乙基苯(3)，再进一步结合成丁基苯(4)和四氢化萘(5)，最后通过中间体(6)，最后形成苯并[a]芘BaP(7)。 图2 苯并[a]芘的形成过程 1.3环境中多环芳烃的源和汇 环境中多环芳烃的来源包括自然来源和人为来源。 自然来源：多种陆生植物（如小麦及裸麦幼苗）、多种细菌（如大肠菌等）以及某些水生植物都有合成多环芳烃，包括某些致癌性多环芳烃的能力。生物体内合成、森林及草原自然起火、火山活动是环境中多环芳烃主要的天然来源。 人为来源：(1)各类工业锅炉、生活炉灶产生的烟尘，如燃煤和燃油锅炉、火力发电厂锅炉、燃柴炉灶；(2)各种生产过程和使用煤焦油的工业过程，如炼焦、石油裂解，煤焦油提炼、柏油铺路等；(3)各种人为原因的露天焚烧(包括烧荒)和失火，如垃圾焚烧、森林大火、煤堆失火；(4)各种机动车辆排出的尾气；(5)吸烟和烹调过程中产生的烟雾是室内多环芳烃污染的重要来源。各个国家和地区因能源结构等实际情况的不同在多环芳烃来源方面常常存在差异，如在美国家庭取暖燃柴是一项重要污染源，而我国是一个以煤炭资源为主要能源的国家，燃煤是空气中多环芳烃的主要贡献者，再如，由于饮食习惯的不同，烹调源也成为我国特色污染源。 多环芳烃在大气中的行为可概括为图3。排放到大气中的多环芳烃，或以分子状态吸附在飘尘上，随飘尘在空中漂浮；或分子本身凝结为极微小颗粒悬浮在空中。研究表明，多环芳烃主要以前一种形式漂浮在大气中。多环芳烃主要吸附在空气动力学直径较小的颗粒物上，这些颗粒物可以在空中停留一到数天，甚至数周之久，在此期间，颗粒物可以随气流漂移至更远的地方，污染其它地区大气；还有一部分小颗粒可以互相凝集，成为较大颗粒而沉降下来。停留在空气中的烟尘，除部分自然沉降外，也可随着雨滴降落至地面或水面。停留在空气中的多环芳烃除了部分随呼吸被吸入生物体内外，其余大多在阳光的照射下被降解。 污染源 污染源 大气 颗粒相 气相 氧化分解、光解 水体、土壤 水体、土壤 图3 多环芳烃在大气中的行为 1.4多环芳烃对人体健康的影响 PAHs有三个突出的特性。一是持久性:PAHs通过各种环境介质(大气、水、生物体等)能够长距离迁移并长期存在于环境中，进而对人类健康和环境带来严重的危害。二是“三致”作用:多环芳烃类化合物具有强烈的致突变作用、致癌作用和致畸作用，简称“三致”作用。三是生物蓄积性:多环芳烃进入环境后可以通过环境蓄积、生物蓄积、生物转化或化学反应等方式损害健康和环境，多环芳烃并不是直接致癌物，它在体内经过酶的作用后生成致癌物。 人群暴露于PAHs最大的影响是可能产生肺癌。对烧焦炭的工人、煤气工人和在铝冶炼工厂工人的流行病学研究证明，可吸入性PAHs可诱发肺癌。在焦炉工作的工人中发现，肺癌死亡率非常高。在BaP浓度30mg/m