04.06.01 РПУД-Актуальные проблемы современной химии и

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
Актуальные проблемы современной химии и химической экологии
Направление подготовки / 04.06.01, Химические науки, Экология
Образовательная программа «Экология»
Форма подготовки (очная)
Школа естественных наук ДВФУ
Базовая кафедра химических и ресурсосберегающих технологий
курс 2 семестр 4
лекции 18 час. /0,5 з.е.
практические занятия 36 час. /1 з.е.
лабораторные работы _______час. /____ з.е.
всего часов аудиторной нагрузки 54 (час.) /1,5 з.е.
самостоятельная работа 126 (час.) /3,5 з.е.
контрольные работы (количество)
курсовая работа / курсовой проект _________ семестр
зачет ___________ семестр
экзамен 4 семестр
Программа составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного
образовательного стандарта высшего образования (уровень подготовки кадров высшей
квалификации), утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 30.07.2014
№869
Рабочая программа обсуждена на заседании базовой кафедры химических и ресурсосберегающих
технологий,
протокол № 5 от «5» декабря 2014 г.
Заведующий (ая) кафедрой Реутов В.А.
Составитель (ли):
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
Аннотация
Дисциплина «Актуальные проблемы современной химии и химической
экологии» предназначена для аспирантов, обучающихся по образовательной
программе по образовательной программе – Экология и входит в базовую
/вариативную часть учебного плана.
При разработке рабочей программы учебной дисциплины использованы
Федеральный
государственный
образовательный
стандарт
высшего
образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации) по
направлению подготовки 04.06.01 Химические науки, учебный план
подготовки аспирантов по профилю «Экология (химические науки)».
Цель: целью освоения дисциплины «Актуальные проблемы современной
химии и химической экологии» является приобретение знаний о наиболее
актуальных направлениях исследований в современной теоретической химии
и химической экологии.
Задачи:
познакомить с последними достижениями в области:
- синтеза и исследования элементоорганических соединений;
- металлокомплексного катализа и стереоселективного синтеза
- современных методов химического анализа и установления строения
молекул;
- химии жизненных процессов;
- супрамолекулярной химии;
- установить пути воздействие промышленного и горнопромышленного
производства на окружающую среду, включая человека;
- изучить процессы и их последствия;
- провести оценку влияния промышленного, горнопромышленного
производства и определить наиболее рациональную технологию
восстановления окружающей среды.
Интерактивные формы обучения составляют 18 часов и включают в
себя часть лекций и практических занятий.
Компетенции выпускника, формируемые в результате изучения
дисциплины
Общепрофессиональные компетенции:
- ОПК-1 способность самостоятельно осуществлять научноисследовательскую деятельность в соответствующей профессиональной
области с использованием современных методов исследования и
информационно-коммуникационных технологий,
- ОПК -2 готовность организовать работу исследовательского коллектива
в области химии и смежных наук
Профессиональные компетенции:
- ПК - 1 Умение анализировать научную литературу с использованием
современных баз данных (Ринц, Scopus, Web of Scince и др.) с целью
выявления новизны направления исследования и самостоятельного
написания литературного обзора,
- ПК - 2 способность к самостоятельной практической работе в избранной
области экологии, владение теорией и навыками для проведения
эксперимента, умение представлять результаты, полученные в
исследованиях, в виде отчетов, научных публикаций (статьи в периодической
научной печати, включая список ВАК, Scopus, Web of Scince), доклады на
международных конференциях и совещаниях.
Требования к уровню усвоения содержания дисциплины.
Аспиранты должны приобрести следующие знания и умения:
Знать:
- основные цели, задачи, новизну, практическую значимость и
возможности развития направления, в
котором он работает в области
экологии,
- основные тенденции развития в области экологии (химические науки)
и как организовать работу исследовательского коллектива по направлению
подготовки 04.06.01 Химические науки,
- экологические проблемы, существующие в России и за рубежом и
возможные способы их ликвидации,
- пути и методы решения научной проблемы в области экологии.
Уметь:
- осуществлять подборку научной литературы по теме его работы,
характеризующий уровень достижений, имеющихся в данной области к
настоящему моменту,
- осуществлять отбор необходимого материала,
характеризующего
достижения науки с учетом специфики направления, определять методы
и программы для его анализа, формулировать цель и задачи, сделать
выводы и оформить их в виде отчета, статьи, презентации, доклада,
доложить работу на семинаре, совещании, конференции и т. д.,
- работать с научной литературой и базами данных (Ринц, Scopus, Web
of Scince и др.), анализировать имеющиеся в ней результаты, написать
литературный обзор,
- использовать, выбранные методики, методы анализа и программы для
изучения
имеющихся
образцов,
проанализировать
полученные
результаты, увидеть главное и сделать выводы.
I. Структура и содержание теоретической части курса
«Проблемы современной элементоорганической химии»
МОДУЛЬ 1.Супрамолекулярная химия (6 час.).
Тема 1. Рецепторы, связывающие катионы (2 час.)
Интерактивная
форма:
лекция-презентация,
лекция-беседа.
Происходит с использованием презентации, сопровождаемой демонстрацией
материала и обсуждением конкретных вопросов.
Цель: познакомить с историей возникновения новой химической
дисциплины – Супрамолекулярной химии, с языком, основными понятиями,
типом связей.
Рассматриваемые вопросы:
1. Что изучает супрамолекулярная химия? Этапы становления. Связь
классической химии ковалентных связей с «химией за пределами молекул».
Как расшифровать тезис Лема, что супрамолекулярная химия – это химия
за пределами молекул?
2. Междисциплинарный характер супрамолекулярной химии: в чем
причина интереса к ней ученых разных областей науки - химиков, биологов,
медиков, физиков? С чем, на ваш взгляд, связано использование краун-эфиров
в ядерной физике, медицине, геохимии, биологии?
3. Открытие краун-эфиров Педерсоном. В чем заключается принцип
случайности и закономерности в возникновении науки супрамолекулярной
химии?
4. От краун-эфиров к молекулам-контейнерам. В чем состоит принцип
работы молекулярных машин с точки зрения химии? Почему молекулы
названы контейнерами?
Схема перехода от молекулярной к супрамолекулярной химии.
Классификация
супрамолекулярных
Комплементарность
и
предорганизация.
систем
Природа
хозяин-гость.
супрамолекулярных
взаимодействий (4 ч).
5. Понятия и язык супрамолекулярной химии: рецептор (хозяин) и
субстрат (гость). Схема перехода от молекулярной к супрамолекулярной
химии.
Где проходит граница
между химией ковалентных связей и
нековалентных межмолекулярных взаимодействий?
6.
Принципы
образования
супермолекулы.
Комплементарность.
Предорганизация. Каковы условия комплементарности? В чем заключается
стереохимический и электростатический эффект при комплементарности?
7. Термодинамические эффекты. Классификация супрамолекулярных
соединений хозяин-гость.
Чем отличается комплекс «гнездо» от комплекса «насест»?
8. Природа супрамолекулярных взаимодействий: водородная связь,
электростатические взаимодействия, гидрофобные силы, структуры «без
связи».
Какие
известные
примеры
нековалентных
межмолекулярных
взаимодействий вы можете привести? Какие типы связей в нуклеиновых
кислотах?
Схема перехода от молекулярной к супрамолекулярной химии.
Классификация
супрамолекулярных
Комплементарность
и
предорганизация.
систем
Природа
хозяин-гость.
супрамолекулярных
взаимодействий.
Хозяева, связывающие катионы. Краун-эфиры. Особенности синтеза:
темплатный синтез, темплатирующие катионы; метод высокого разбавления.
Свойства. Растворимость в полярных и
неполярных
растворителях.
Использование в межфазном катализе. Эффект «обнаженного» иона.
S, N- Гетерокраун-эфиры, методы синтеза. Поданды, криптанды,
сферанды:
методы
синтеза,
сравнительная
способность
к
комплексообразованию. Факторы, влияющие на комплексообразование:
строение, размер ЦИК ла, заряд иона, полярность среды. Термодинамический
эффект. Алкалиды и электриды. Строение, сверхпроводимость.
Виды молекулярного распознавания: сферическое, тетраэдрическое,
линейное, центральное, латеральное, хиральное. Тетраэдрический рецептор «Футбольный мяч», связывание катиона(NH4+), аниона (Cl-), нейтральной
молекулы (Н2О). Каликсарены: получение, номенклатура, конформации.
Особенности связывания катионов. Молекулы «шприцы». Туннельный
эффект. Селективность к катиону цезия. Комплексы каликсаренов с
нейтральными
молекулами.
Резорцинарены,
получение,
конформации,
сродство к катионам и нейтральным молекулам. Сидерофоры, природные и
синтетические. Константы связывания Fe+3.
Тема
2.
Рецепторы,
нейтральных молекул (2 час.).
связывающие
анионы.
Связывание
Интерактивная
форма:
лекция-презентация,
лекция-беседа.
Происходит с использованием презентации, сопровождаемой демонстрацией
материала и обсуждением конкретных вопросов.
Цель: познакомить с рецепторами, связывающими анионы
Рассматриваемые вопросы:
Особенности связывания анионов. Влияние размера аниона, плотности
заряда, комплементарности, величины заряда рецептора и субстрата на
прочность комплекса. Рецепторы, связывающие анионы: катапинанды,
азакоранды, криптанды, гибридные молекулы, антикрауны. Селективность
связывания
Катапинанды были открыты в то же время, что и краун-эфиры.
Однако широкомасштабное изучение связывания анионов началось лишь
спустя 20 лет. С чем, на ваш взгляд, связана трудность изучения анионов?
Тетраэдрические
рецепторы.
Селективность
формы.
Связывание
анионов криптандами, азакорандами.
Какие типы связей действуют в молекуле «футбольного мяча» при
связывании катиона, аниона, нейтральной молекулы?
Циклофаны,
кобальт-
и
ртутьсодержащие
металлорганические
рецепторы, гибридные каликсарены.
Можно ли утверждать, что каликсарены способны связывать как
катионы, так и анионы, и нейтральные молекулы? Какие примеры вы
помните?
Нейтральные
рецепторы.
Цвиттер-ионы.
«Гидридная
губка»
.Антикрауны.
В чем отличие краун-эфиров от антикраунов? Какова природа
главного связующего звена в выше перечисленных рецепторахдля связывания
аниона?«Гидридная губка» и «протонная губка» - в чем их сходставо и
отличие?
Особенности связывания анионов. Влияние размера аниона, плотности
заряда, комплементарности, величины заряда рецептора и субстрата на
прочность комплекса. Рецепторы, связывающие анионы: катапинанды,
азакоранды, криптанды, гибридные молекулы, антикрауны. Селективность
связывания. Связывание анионов криптандами, азакорандами. Циклофаны,
кобальт- и ртутьсодержащие металлорганические рецепторы, гибридные
каликсарены Нейтральные рецепторы. Цвиттер-ионы. «Гидридная губка».
Антикрауны.
Связывание
нейтральных
молекул.
Клатраты.
Гидрат
метана,
распространение, устойчивость. Проблемы, связанные с запасами и
использование
мгидрата
метана.
Цеолиты.
Свойства:
ионообменные,
молекулярно-ситовой эффект, адсорбционные. Использование в качестве
катализаторов
в
нефтехимии.
Клатраты
мочевины
и
тиомочевины.
Использование в качестве селективных реагентов при депарафинизации
нефтяных фракций.
Кавитанды. Молекулы с внутренней кривизной. Циклодекстрины:
получение, свойства. Причины широкого использования. Молекулярные
щели и молекулярные пинцеты, связывание биологически значимых
молекул. Каликсарены, резорцинарены и трициклотривератрилены (СTV) в
качестве рецепторов. Циклофаны, номенклатура. Криптофаны - молекулыклетки, синтез на основе каликсаренов, резорцинаренов, СТV. Карцеранды и
полукарцеранды. Карцерия -
новый
вид ориентационной изомерии.
Использование карцерандов и полукарцерандов в качестве реакторов для
получения неустойчивых молекул - циклобутадиена, бензина.
Супрамолекулярая химия фуллеренов. Открытие фуллеренов – одно из
значительных открытий в химии XX века. Фуллерены - новый аллотропный
вид углерода. Способы получения. Выделение и очистка. Свойства.
Комплексы фуллеренов с металлами - эндоэдральные и экзоэдральные.
Фуллерены качестве рецепторов. Фуллерены в качестве субстратов.
Гетерофуллерены (легированные фуллерены).
Дендримеры
Дивергентный
и
способ
их
-«от
типы.
центра
Стратегии
к
синтеза
периферии».
дендримеров.
Пример
синтеза
дендримеров на основе этилендиамина и акрилонитрила. Конвергентный
способ синтеза дендримеров - «от периферии к центру». Физические
свойства дендримеров. Влияние природы функциональных групп на
поверхности дендримера на его свойства. Практическое использование
дендримеров(химиотерапия рака и других заболеваний).
Тема 3. Темплаты и самосборка. Молекулярные устройства,
молекулярные и супрамолекулярные машины (2 час.).
Катенаны и ротаксаны. Статистический подход к синтезу катенанов и
ротаксанов.
Псевдоротаксаны.
Ротаксаны.
Схема
синтеза.
Принцип
вспомогательной связи в синтезе катенанов( темплатный стерический барьер,
координация с катионом металла).Молекулярные машины на основе
катенанов и ротаксанов. Молекулярная и супрамолекулярная самосборка.
Самоорганизация. Металлические ансамбли. Основы фотохимии. Фото- и
электрохимические устройства на основе бипиридила. Устройства для
преобразования
света.
Фотохимические
сенсоры.
Фотохимические
супрамолекулярные устройства с направленным переносом электрона и
энергии. Сопряжённые процессы переноса энергии и электрона.
Молекулярные
электронные
устройства:
молекулярные
провода,
выпрямители, переключаемое связывание, аллостерические переключатели.
Концепция устройства молекулярных и супрамолекулярных машин.
Схема работы молекулярных машин. Пример молекулярной «шестерёнки».
«Молекулярные
мускулы».
Пример
машины,
работающей
при
протекании окислительно-восстановительного процесса. Машина, работа
которой основана на протекании фотореакции транс-цис-изомеризации.
Нанодвигатель.
Структуры
молекулярных
машин
на
основе
производных триптицена и фуллерена. Молекулярная машина с мотором.
МОДУЛЬ
2.
Последние
достижения
в
области
элементоорганической химии (6/2(интерактивная форма) час.)
Тема 1. Обзор современных методов синтеза элементоорганических
соединений (1 час.)
Прямой синтез, синтез из сплавов. Трансметаллирование. Обмен
металлов. Метатезис. Металлирование. Меркурирование. Внедрение карбена.
Карбометаллирование.
Декарбоксилирование.
Арилирование
солями
диазония. Гидрометаллирование.
Тема 2. Элементоорганическая химия щелочных металлов (1 час.)
Соединения легких щелочных металлов. Строение и характер связи.
Олигомерные
структуры.
Полимеризация.
Образование
Синтез
многоцентровых
литийорганических
соединений.
связей.
Химия
литийорганических соединений. Металлирование. Присоединение к кратным
связям. Реакция с хлоридами металлов. Металлоорганические соединения
тяжелых щелочных металлов. ЭПР спектроскопия элементоорганических
соединений щелочных металлов.
Тема 3. Металлоорганическая химия лантаноидов и актиноидов (1
час.).
Катионы
лантаноидов
и
актиноидов.
Строение,
льюисовская
кислотность, сродство к кислороду, сольватоэффекты. Степени окисления и
способность
к
окислительно-восстановительным
реакциям.
Реакции
метатезиса и внедрения. Природа связи f- элемент-углерод. Типичные и
нетипичные лиганды. Сравнение с d-металлами. Нейтральные комплексы.
Карбеновые
комплексы.
Комплексы
с
алкенами
и
алкинами.
Циклопентадиенильные комплексы.
Тема 4. Современная химия элементоорганических соединений
бора (1 час.)
Борорганические галогениды и гидриды. Борорганические соединенияпромежуточные продукты для химических превращений. Органические
борные кислоты. Реакция
Сузуки. Реакции получения спиртов, аминов,
кетонов. Гидроборилирование и последующие реакции синтеза органических
соединений. Гетероциклы, содержащие бор. Полиэдрические соединения
бора. Соединения «нарушающие правила». Карбораны.
Тема 5. Проблемы элементоорганической химии переходных
металлов (1 час.)
Сигма связи. Взаимодействия С-Н и С-С связей. Синтез алкильных и
арильных комплексов. Комплексы переходных металлов в природе.
Соединения с сигма-донорными/пи-акцепторнымилигандами. Карбонилы и
изонитлильные соединения.
Тема 6. Кластеры переходных металлов (1 час.)
Строение кластеров. Классификация кластеров. Аналогии между
кластерами и металлами. Длины связей. Спектральные и магнитные
свойства. Строение биядерных кластеров. Изолобальная аналогия. Синтез и
исследование молекул кластеров. Расширение кластера. Переход от
молекулярного к микрокристаллическому состоянию.
МОДУЛЬ 3. Металлокомплексныйкатализ (6 час.)
Тема 1. Металлокомплексныйкатализ в промышленности и
лабораторном синтезе. (3 час.)
Металлокомплексный катализ и его использование в органическом
синтезе. Комплексы переходных металлов. Наиболее широко используемые
переходные
Хиральные
металлы.
Наиболее
широко
металлокомплексные
распростанённые
катализаторы.
лиганды.
Достоинства
металлокомплексного катализа: высокая селективность, в том числе
стереоселективность; возможность осуществления новых реакций, не
протекающих в иных условиях.
Основные области использования металлокомплексного катализа:
реакции гидрирования и реакции образования углерод-углеродных связей.
Гомогенное каталитическое гидрирование соединений со связью С=С.
Механизм гидрирования на комплексах родия с трифенилфосфином.
Энантиоселективное гидрирование; синтез лекарственных препаратов.
Реакции кросс-сочетания: реакции Сузуки, Хека, Негиши; механизмы
этих реакций. Кросс-сочетание в синтезе простагландинов.
Реакции циклоолигомеризации. Синтез макроциклических соединений.
Реакции метатезиса. Реакции с замыканием и раскрытием циклов.
Использование
реакции
метатезиса
для
синтеза
макроциклических
соединений и природных соединений сложной структуры.
Тема 2. Стереоселективный синтез (3 час.).
Стереоселективный синтез: проблемы и достижения.
Виды пространственной изомерии. Геометрическая и оптическая
изомерия. Хиральностьалленов, спиранов, атропоизомерия производных
бифенила и бинафтила. Связь стереоизомерии с биологической активностью.
Диастереоселективность и энантиоселективность.
Более
простая
проблема
–
диастереоселективность.
Примеры
диастереоселективных реакций: присоединение галогенов к кратным связям,
перициклические реакции.
Энантиоселективность.
Энантиомерный
избыток
(ее)
как
характеристика энантиомерного состава хиральных соединений.
Способы получения энантиоимерно избыточных и энантиомерно
чистых веществ. Расщепление рацематов и асимметрический синтез.
Синтез энантиомерно чистых веществ из энантиомерно чистых
исходных соединений.
Абсолютный асимметрический синтез, его ограниченные современные
возможности. Использование хиральных растворителей.
Использование хиральных реагентов и хиральных катализаторов
Асимметрический катализ как наиболее эффективный и универсальный
подход к синтезу энантиомерно избыточных и энантиомерно чистых
веществ.
Биокатализ
(ферменты),
металлокомплексный
катализ,
органокатализ.
Производные бинафтила – широко распространенные хиральные
реагенты и катализаторы.
Катализ хиральными кислотами и основниямиБренстеда.
Наиболее
типичные
энантиоселективный
реакции,
синтез.
в
которых
Реакции
используется
восстановления
кетонов,
эпоксидирование (Шарплес), альдольное присоединение, реакция Михаэля.
II. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
Практические занятия/ Лабораторные работы (_36_час.)
ОБЩАЯ
ОЦЕНКА
СОВРЕМЕННОГО
СОСТОЯНИЯ
В
РАЙОНАХ ГОРНОРУДНОГОПРОИЗВОДСТВА И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ
ПОСЛЕДСТВИЯ
ВОЗДЕЙСТВИЯ
ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ
ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ НА ЭКОСФЕРУ (_10_час.).
Занятие
1-5.
Тема
1-5.
Оценка
современного
состояния
и
экологическая ситуация в Комсомольском, Кавалеровском, Дальнегорском и
других горнорудных районах (_10/4(интерактивная форма)_час.)
Показать экологические проблемы в рассматриваемых
районах
горнорудного производства в Дальневосточном регионе с использованием
геоэкологических карт по состоянию водного и воздушного бассейнов, а
также загрязнение почв, растительности и донных осадков, и живых
организмов,
включая
человека.
Показать
последствия
экологических
катастроф, происходящих в районах горнорудного производства.
МЕРОПРИЯТИЯ
ПО
УЛУЧШЕНИЮ
ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
ОБСТАНОВКИ В ГОРНОРУДНЫХ РАЙОНАХ (_2_час.)
Занятие 6. Тема 1. Мероприятия по улучшению экологической
обстановки в районах горнорудного производства и рекомендации по
оздоровлению населения в горнорудных районах
Рассматривается различные мероприятия по улучшению экологической
обстановки и возможности их использования в районах горнорудного
производства в Дальневосточном регионе.
Предлагаются различные мероприятия по оздоровлению населения в
горнорудных районах и подбираются наиболее эффективные и рациональные
из них.
РАСТИТЕЛЬНЫЕ
ОТХОДЫ
И
ПЕРСПЕКТИВЫ
ИХ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. СПОСОБЫ И ПРОДУКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВ
(_12/4(интерактивная форма)час.)
Занятие1-2
Тема
1-2.
Современное
состояние
в
технологии
переработки древесных растительных отходов. Растительные отходы
однолетних злаковых культур, их характеристика.
Показать роль лесопромышленного комплекса (ЛПК) в экономики
России и других стран и современное направление работ по глубокой
переработке древесины и древесных отходов, обсудить базу данных
(включает более 250 технологий) по возможным направлениям переработки
древесных отходов.
Показать
современное
состояние
исследований
в
области
использования возобновляемых многотоннажных растительных отходов
однолетних злаковых (риса, овса, гречихи) и масличных культур, их
химический состав в зависимости от вида растения; основные направления
переработки растительных отходов.
Тема 3-4. Термические и механохимические способы переработки
растительного сырья. Кислый, щелочной и энзиматический гидролиз
растительного сырья.
Дать
связанных
представления
с
растительного
о
использованием
сырья;
современном
состоянии
термических
установки
на
способов
основе
исследований,
переработки
термодеструкции
(контролируемого пиролиза) органической части биомассы.
Показать
состояние
современных
исследований
в
области
твёрдофазных реакций с получением новых продуктов (в первую очередь –
полифенольных соединений) на основе растительного сырья; измельчающие
аппараты (мельницы, аттриторы) с истирающим и сдвиговым типом
действия.
Показать
содержание
технологий,
использующих
гидролиз
растительного сырья кислотным, щелочным и энзиматическим (ферментным)
способами; рассмотреть образующиеся при этом полезные продукты и
отходы, длительность процессов, энергетические затраты; проблемы,
связанные с производством энзимов.
Занятие 3-6. Тема 1-3. Основные виды загрязнений водной среды и
общая
характеристика
органических
и
неорганических
загрязнений.
Нефтепродукты. Тяжелые металлы и их влияние на экосистему.
Типы загрязнений поверхностных и подземных вод: механическое,
химическое, бактериальное и биологическое, радиоактивное и тепловое.
Сточные
воды,
загрязненные
преимущественно
минеральными
примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и
угледобывающей
промышленности;
заводы
по
производству
кислот,
строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и др.). Стоки,
загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия
мясной,
рыбной,
молочной,
пищевой,
целлюлозно-бумажной,
микробиологической, химической промышленности; заводы по производству
каучука, пластмасс и др.). Сточные воды, загрязненные минеральными и
органическими
примесями
(предприятия
текстильной,
легкой,
фармацевтической промышленности; заводы по производству сахара,
консервов, продуктов органического синтеза и др.)
Загрязнения
водоёмов
синтетическими
поверхностно-активными
веществами, их действие на биоценозы водной среды. Бытовые отходы.
Эвтрофикация.
Особенности
загрязнения
водоёмов
предприятиями
нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
Промывные воды и отработанные концентрированные растворы в
гальванотехнике, залповый характер таких сбросов и нарушение режима
работы очистных сооружений. Твердые отходы от реагентного способа
обезвреживания сточных вод. Токсичное действие тяжёлых металлов на
микрофлору водоёмов.
ОБЩЕЕ
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ
СОСТОЯНИЕ
ВОДНЫХ
ОБЪЕКТОВ (4/2(интерактивная форма) час.)
Занятие 1-2. Тема 1-3. Загрязнение пресных водоёмов Приморского
края и качество морских акваторий.
Характеристика
качества воды
на основных
водных объектах
Приморского края (уровень загрязнения, индексы загрязнения). Нарушение
существующих
нормативов.
Анализ
гидрохимического
состояния
поверхностных вод Приморского края с учетом комплексной оценки и по
отдельным гидрохимическим показателям. Приоритетный перечень водных
объектов,
требующих
первоочередного
осуществления
водоохранных
мероприятий.
Загрязнение
вод
прибрежной
Характеристика химического
зоны
залива
Петра
Великого.
загрязнения донных отложений. Меры,
принимаемые в Приморском крае по улучшению экологической ситуации.
Установление нормативов водопользования и требований к качеству вод.
СОВРЕМЕННЫЕ
МЕТОДЫ
ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ
ВОД
РАЗНОЙ ПРИРОДЫ (4/2(интерактивная форма) часов)
Занятие 3-4. Тема 1-3. Общая характеристика методов очистки
сточных вод. Механические, химические и другие методы очистки сточных
вод. Обеззараживание сточных вод пищевых предприятий.
Общая характеристика очистки сточных вод: поверхностных, бытовых
и промышленных стоков. Устройства для осуществления механической
очистки
сточных
вод.
Химические
методы
очистки
сточных
вод:
нейтрализация, окисление и восстановление. Преимущества и недостатки
применения химических реагентов в процессах очистки стоков.
Общая характеристика физико-химических способов очистки сточных
вод: коагуляции, флокуляции, экстракции, сорбции, эвапорации, флотации,
ионного обмена, кристаллизации, диализа, дезактивации и дезодорации.
Одноступенчатые
ионообменные
катионированием.
Промышленные
установки,
умягчение
аппараты
с
воды
вертикальным
и
горизонтальным расположением электродов для электрофлотации.
Физико-химические методы очитки сточных вод с применением
коагулянтов, оптимизация дозы реагентов. Приготовление реагентов.
Электрофлотационные аппараты для осветления тонкодисперсных суспензий
и очистки сточных вод. Обезвоживание и утилизация осадков сточных вод.
Использование осадков сточных вод и активного ила.
Окисление
пероксидом
водорода
в
присутствии
катализатора
(замещенные фталоцианины железа) с последующим отделением осадка
нерастворимых полимерных соединений. Гомогенные и гетерогенные
фотокаталитические процессы, озонирование, варианты процесса Фентона,
ультразвуковая обработка, мокрое окисление, электрохимические процессы,
окисление в суперкритической воде, плазменные процессы, ферратная и
персульфатная технологии, ионизирующее излучение и микроволновая
обработка. Роль в этих процессах гидроксильных радикалов. Достижение
синергетического
эффекта
при
совмещении
новых
окислительных
технологий и хлорирования при обеззараживании воды.
ОЧИСТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (2 час.)
Занятие 5. Тема 1-2. Преимущества и ограничения в применении
современных физико-химических методов очистки сточных вод от ионов
тяжёлых
металлов.
Специфические
методы
очистки
смешанных
промышленных стоков.
Регулирование значений рН для улучшения эффективности удаления
тяжёлых металлов химическим осаждением. Селективные ионообменники и
их
высокая
чувствительность
к
рН
раствора.
Электролитическое
восстановление. Химическая стабилизация гальванических шламов в виде
ферритов, физико-химические и структурные свойства ферритизированных
гальваношламов.
Комбинирование
электрохимических
(электро-
или
гальванокоагуляционного) и флотационного методов.
Мембранная фильтрация, электродиализ, фотокатализ. Разрушение
органических загрязнителей и восстановление металлов из растворов
фотокаталитическими
методами,
полупроводники,
используемые
для
фотокатализа. Основные виды мембранной фильтрации: ультрафильтрация,
нанофильтрация и обратный осмос. Выбор наиболее подходящего способа
очистки сточных вод.
АДСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД (2
час.)
Занятие 6. Тема 1-2. Адсорбция на новых сорбентах. Адсорбция на
модифицированных биополимерах.
Поиск недорогих адсорбентов, способных связывать ионы тяжёлых
металлов.
Требования,
предъявляемые
к
поглотителю.
Природные
минеральные сорбенты для доочистки водных стоков. Модифицирование
природных сорбентов с образованием отличной от исходного минерала
природой поверхности и сочетанием полезных свойств исходного материала
и
синтетических
сорбентов.
Современные
исследования
различных
адсорбентов, полученных из сельскохозяйственных отходов, из побочных
продуктов
промышленного
производства,
из
модифицированного
природного материала
Преимущества биополимеров: способность значительно снижать
концентрации ионов переходных металлов, широкая доступность и
экологическая безопасность. Повышение эффективности поглощения ионов
металлов и возможной максимальной химической ёмкости для биополимеров
за счёт наличия в них функциональных групп, таких как гидроксильные
группы и аминогруппы. Новые материалы на основе полисахаридов
(полученные из хитина, хитозана и крахмала) для удаления ионов тяжёлых
металлов из сточных вод. Механизм сорбции новых материалов на основе
полисахаридов.
III.
КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Фонд оценочных средств прилагается.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ
IV.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1
Стид, Дж. В. Супрамолекулярная химия: в 2-х кн.Т.1 /Дж. В.
Стид, Дж. Л. Этвуд. - М.: Академкнига, 2007. – 479с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:266019&theme=FEFU
2
Стид, Дж. В. Супрамолекулярная химия: в 2-х кн. Т.2 /Дж. В.
Стид, Дж. Л. Этвуд. - М.: Академкнига, 2007. – 481- 895с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:266022&theme=FEFU
3
Эльшенбройх, К. Металлоорганическая химия/ Эльшенбройх К.
М.: БИНОМ. - Лаборатория знаний, 2011. – 746с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:668051&theme=FEFU
4
Сесслер, Дж. Л. Химия анионных рецепторов / Дж. Л. Сесслер, Ф.
А. Гейл, Вон-Сеоб Хо. – М.: URSS [Красанд], 2011. – 372с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:663063&theme=FEFU
5
Высоцкий, В.И. Избранные главы органической химии: учебное
пособие для вузов / В. И. Высоцкий – Вл-к: Изд-во Дальневосточного ун-та,
2008. – 72с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:270598&theme=FEFU
6
Ксенофонтов, Б.С. Очистка сточных вод: кинетика флотации и
флотокомбайны: Монография / Б.С. Ксенофонтов. – М.: ИД ФОРУМ: НИЦ
ИНФРА-М, 2015. – 256с.
http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=492722
Дополнительная литература
1. Зверева, В.П. Экологические последствия гипергенных процессов на
оловорудных месторождениях Дальнего Востока. [Электронный ресурс] /
В.П. Зверева. – Вл-к: Дальнаука, 2008. – 166с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:262524&theme=FEFU
2. Крупская, Л.Т. Горнопромышленные техногенные системы и их
воздействие на объекты окружающей среды в процессе золотодобычи.
[Электронный ресурс]. / Л.Т. Крупская, В.П. Зверева, А.В. Леоненко, Я.Н.
Бабинцева. – Вл-к: Дальнаука, 2013. – 142с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:763467&theme=FEFU3.
3. Карастелев, Б. Я. Очистка и обезвреживание промышленных стоков:
учебное пособие / Б.Я. Карастелов, В.Н. Стаценко, В.Г, Добржанский. – Вл-к:
Изд-во Дальневосточного технического университета. 2007. – 270с.
https://lib.dvfu.ru:8443/lib/item?id=chamo:387421&theme=FEFU
4. Воронов, Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: учебник для
вузов / Ю.В. Воронков. – М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов. 2009. –
760с.
https://lib.dvfu.ru:8443/lib/item?id=chamo:358279&theme=FEFU