海洋资源化学

海洋资源凡是可供利用并再现社会财富的海洋物质、能量以及海上设施、活动等都可称之为海洋资源。

按属性和主要分布特征，分为生物、化学、矿物和动力。

研究内容广义地讲，凡属开发海洋资源中的化学问题，均为海洋资源化学的研究内容。

具体来说，将与海洋水体紧密联系的水圈和生物圈中溶存或产生的化学物质，作为海洋资源化学的主要研究对象，即主要论述海洋无机资源化学和海洋天然有机物资源化学。

提取微量元素的方法 1液固分配型的吸着方法2这一被称为液固分配型的吸着方法的特点是，将选用的固相吸着剂，直接置入液相体系即天然海水中，通过吸附、交换、络合或包结等吸着方式，有效地捕集海水中痕量元素或离子。

3这种新技术的优点是，与经典的海洋资源化学工艺不同，不需要把海水装入大容量的反内器进行化学加工，从而节省了设备动力和大量的化学试剂。

海水综合利用 1海水综合利用是指从海水中综合提取各种物质的生产过程2目前，海水综合利用的发展趋势是：原子能发电、废热用于海水淡化（蒸馏法），再从淡化排出的浓海水中分离提取各种物质。

从技术上看，综合利用海水最合理。

海水直接利用 1海水直接利用技术是指不经淡化，用海水代替淡水的技术。

2一是工、农业；二是解决部分生活用水。

海水在工业生产中除用作溶剂除尘外，主要用于冷却水，占海水总利用量的90%；用于生活中，主要是冲厕、冲道路、消防用水。

在农业上，用于沿海盐碱地农作物灌溉，这是直接利用海水中一项很有前途的产业。

“闪动簇团”模型把液态水看成是以氢键结合的水分子的“闪动簇团”在略为“自由”的水中游泳的一种液态体系。

这些簇团尺寸较小，且处于不断转化的“闪动”状态。

“簇团”可以理解为单体水分子之间由氢键结合而成的二聚体、三聚体甚至是多聚体。

“非簇团”可理解为单体水分子。

所谓“闪动”就是说这些小簇团本身非常动荡，簇团与非簇团的水分子之间是处于连续地相互渗透、相互转化之中，因而整个液体是均匀的，并可保持在一种稳定的流通状态之中。

“闪动”从化学上来讲，指体系内旧键不断地消失，而新键同时不断地出现；从物理运动来说，就是说体系内的“簇团”在不断形成过程中继续不断地溶解，永不停息。

粘度最小值出现的最小值归因于簇闭摩尔分数的减少和间隙空间被挤掉这两种效应的综合结果。

意即当簇团摩尔分数减少为主时，水的粘度随压力的增加而减小；而当空隙空间被挤掉为主时．则增加压力就会使分子和簇团更加紧密从而阻碍其运动，故粘度随之增大。

在这两种因素的转折点，即出现粘度的最小值。

4℃应归因于簇团的破坏所引起的密度增大和正常热膨张所引起的密度下降这两种因素综合作用的结果。

是簇团破坏所引起的结构紧缩和热膨胀引起的密度下降综合作用的结果，0-4簇团破坏，体系中的非簇团水分子数量增大，结构紧缩的影响超过了热膨胀，4℃最小摩尔最大密度；T升热膨胀为主，水的体积随着温度上升而增大，密度相应减少。

温度对液态水的结构 (1)温度升高，簇团变小，簇团数目即相对应的浓度就增加。

这意味着，增加热能的效应不只是使簇团“融化”或“熔解”，而同时还能使簇团分裂。

(2)在水的凝固点到沸点之间，氢键数目减少，但变化不是很大，即便是达到了沸点，液态水中仍然会有一定数量的氢键结构。

(3)温度升高，液态水的氢键结构程度随之减小。

水的饱和蒸汽压增大（1）升高温度，海水中的水分子将获得较高的动能，从液面上逸出的气态水分子的数量将有所增加，故而蒸气压增高。

（2）随着温度的升高，液态中氢键结构程度随之减少，大的水分子“簇团”则可解缔或部分解缔为小的“簇团”和简单的水分子，从而也使蒸气压有所增益。

(H2O)n 升温/降温nH2O水的粘度与压力水的粘度和压力的关系是很不正常的，在“正常”液体中，由于压力的增加，单位体积内分子数增加，其运动受到阻碍，故其粘度会随之增大。

然而，纯水和35‰S的海水的粘度，同其在一个大气压下的数值相比较，则实际上是开始随压力增大而下降，通过一最小值后，才同“正常”液体一样，随压力增大而上升。

四个依数性蒸气压的降低、沸点的升高、凝固点下降和溶液的渗透压。

描述稀溶液依数性的即范特霍夫定律为：稀溶液性质的变化与所溶解的质点数成正比，也就是与溶质的摩尔浓度成正比。

水合壳溶液中的—个离子是被两个同心层区域所包围。

较内的一层即区域A，习惯上称为“初级”水合层，它含有紧密的、电缩的而又不活动的水分子，被强有力地束缚在离子的库伦引力场中；在距离子较远的C区内，水结构是‘正常”的，即通常的液态水；中间的B区则是一个具有相对随机性的、水的“正常”结构已受到某种程度破坏的区域。

电缩作用由于离子的库伦引力场与水偶极的局部电荷的相互作用，具有足够的强度，把水分子拉近离子，因而缩小了紧靠离子附近溶剂的体积，即离子近傍的水有较小的比容。

离子的水合作用规律对简单的一价正离子，由于它和水分子之间的化学键完全是离子键性质，故可用一般的静电引力理论来处理。

且电荷密度越高，离子的水合程度就越大(1)正离子倾向于比负离子有更大的水合程度。

一般说来，负离子倾向于破坏水的结构，正离子则增强水的结构。

(2)电荷愈大，离子的水合程度愈大。

(3)在电荷数相同的条件下，离子的晶体半径越小，则水合程度越大。

(4)碱金属正离子，其晶体半径小于K+的Li+ 和Na+ ，是促成水结构的，而从K+到Cs+，与水作用较弱，是水结构的破坏剂(4)海水的主要负离子中，SO42-与水的缔合能力要比Cl-强。

解决水资源不足措施 1在河口、海湾蓄积淡水或修建水库蓄水。

2就近引水或跨流域调水3水再生利用4开展直接利用海水技术5节约用水6海水或咸水淡化。

海水淡化意义 (1)可以根据所需地点、所需时间、所需水量及水质进行生产，为淡水需要量的不断增长提供了保证。

(2)提供某些特殊用水，如船舶与海岛用水，以及特定技术要求用水等。

(3)为开垦荒漠，发展缺水地区的工农业生产提供了条件。

(4)利用淡化方法除去水中某些危害人体健康的成分（如氟等），提供卫生饮水。

(5)淡化技术的发展，也丰富和发展了其它生产过程中的分离技术，(6)淡水生产还可以和工业废热利用、剩余电力利用相结合，使能量达到合理有效用。

淡化方法相变化法（蒸发法、蒸馏法、冷冻法），膜分离法（反渗透法、电渗析法），化学平衡法（离子交换法、水合物法、溶剂萃取法）海水淡化方法反渗透法：多级闪蒸：多效蒸馏(发)：压汽蒸馏闪蒸和多级闪蒸 1闪蒸是在蒸发之前用外来热源如一定温度的蒸汽对海水进行加热，但并不沸腾，然后通往闪蒸罐，罐内的压力维持在一定真空度下，这样进来的热溶液处于一种过热的状态，海水便急速汽化，蒸汽急速离开海水，而盐则留在液体中，这就叫闪急蒸发，简称闪蒸。

2至于多级闪蒸不过是充分利用温度差，将热溶液的降温分为若干级，在若干个串联的闪蒸釜内逐级进行闪蒸，当然各级闪蒸釜的压力也是逐级降低的。

3闪蒸可分为贯流式和循环式。

主要区别是海水流动方式不同。

贯流式即海水经热交换并加热至最高温度后，逐级进行闪蒸，至末级浓海水即行排放；循环式即末级的浓海水小部分排放，大部分与补充海水一起，返回热交换系统，进行循环闪蒸。

循环式要优于贯流式贯流式即海水经热交换并加热至最高温度后，逐级进行闪蒸，至末级浓海水即行排放。

贯流式流程，海水流过一次即行排放，则水的流失量必然很大，需要补充的还水量很大，海水预处理量很大，因而不够经济。

循环式即末级的浓海水小部分排放，大部分与补充海水一起，返回热交换系统，进行循环闪蒸。

循环海水的流量虽很大，但补充的海水量较少，操作费用较低。

与多效蒸馏，MSF优、缺点：加热与蒸发过程分离，结垢较轻；设备构造简单，设备费用较低，所需热源仅为低压蒸汽，特别适合于大规模生产。

缺点：多级闪蒸法的缺点是设备庞大，盐水循环量大，造水比小，浓缩率较低，操作费用较高。

多效蒸发比多级闪蒸，优缺点：（1）多效蒸发的换热过程是沸腾和冷凝传热，是相变传热，因此传热系数很高。

（2）多效蒸发通常是一次通过式的蒸发，不像多级闪蒸那样大量的液体在设备内循环，因此动力消耗较少。

（3）多效蒸发的浓缩比可以提高，因此制造每吨淡水所需原料水可以减少。

缺点：1设备的结构比较复杂。

2因为料液在加热表面沸腾，容易在壁面上结垢，需要经常清洗和采取防垢措施。

太阳能蒸发法 1.优点：不消耗外加能量，运转费用较省、设备简单，且基本上没有污垢和腐蚀问题。

2.缺点：装置占地面积大，固定投资大，成本不易降低；受地区及气候条件影响，单位面积淡水产量低，太阳能密度较小，因而此法适用于气温高、阳光充沛和日照季节较长的沿海缺水地区。

压汽蒸馏法优点设备简单、紧凑，在特定条件下具有良好的节能效益，等效造水比可达15。

能源单一方便，只用电能，且不需冷却水。

适用于水资源缺乏和供汽不便的地方，以及中小规模的废水处理、化工蒸发和蒸馏水生产等。

（补充缺点：机器维护不易，结垢较重。

）渗析电渗析原理1.渗析是指溶液中溶质通过半透膜的现象。

2.电渗析：在直流电场的作用下，离子透过选择性离子交换膜的现象称为电渗析。

3.自然渗析的推动力是半透膜两侧溶质的浓度差。

（电渗析器的主要部件为阴、阳离子交换膜、隔板与电极三部分。

）：在直流电场的作用下．Na+和C1-分别透过阳膜和阴膜，离开中间隔室，但两侧电极室中的离子却不能进入中间隔室，结果使中间隔室的溶液浓度随着电渗析过程而逐渐降低，最后可降至所要求的含盐量，从而达到淡化的预期目的；而在两侧隔室中，浓度逐渐增高致成浓盐水或卤水。

缺点由于所耗电能与盐溶液的盐浓度成比例，电解质浓度高时，电流密度大，淡化一顿水的成本也就高。

此法的缺点是不能除去不带电荷的杂质，且其经济效果随含盐量的增加而显著降低。

反渗透1）反渗透是渗透的逆过程。

是指借助一定的推动力（如压力差、温度差等），迫使液体混合物的某一或某些溶剂组份通过适当的半透膜，而阻留某一或某些溶质组份的过程。

它是一种分离、提纯和浓缩的手段。

2）渗透现象是通过半透膜来体现的。

当用一层只有水分子能透过而电解质不能透过的膜将淡水和海水隔开时，淡水的水分子将透过这种膜而扩散到海水一侧，使它稀释，并产生渗透压。

如果反过来，向海水一侧施加大于海水渗透压的外压时，则海水中的水分子就会被挤迫出溶液体系，即渗过半透膜到淡水一侧。

外加的压力越大，渗透过去的淡水量也就越多。

这就是反渗透法的淡化原理。

反渗透膜1）具有较高的选择透过性和水渗透性，脱盐能力需大于97%2）要有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能3）膜要有好的柔韧性和足够的机械强度4）膜的使用寿命长，适用pH范围广5）成本合理、制造方便、便于工业化生产。

反渗透法优缺点 1由于分离过程不需加热，没有相的变化，故方法本身实际所需能耗较小，约为理论值的5-10倍；2因在常温下操作，腐蚀及结垢轻；3体积小，设备及操作简单，单位体积产水量高，适于大、小规模的生产；4适应性强，应用范围广；缺点：然而必须解决膜的寿命问题，尤其是膜的抗压密、耐水解和抗污垢问题，以及提高装置的使用效率问题。