科技进步与现代文明丛书--生态化学与人类文明

我们从滴滴涕的兴衰谈起。
1948年12月10日，瑞典的斯德哥尔摩音乐大厅，掌声雷动，人们向获得本年度诺贝尔奖的获得者保罗·赫尔曼·缪勒表示崇高的敬意。他就是因合成高效有机杀虫剂DDT而获得了诺贝尔生理及医学奖的。
DDT（中文名滴滴涕，是由英文DDT音译过来的，英文“D”是二的意思， $quot$T”是三的意思，因此，以前还有将滴滴涕称为“二二三”的。) --20世纪60年代以前出生的人对它都不会陌生，因为那是留在童年记忆里关于灭蚊的最有效药物。诞生于1938年的DDT似乎对全世界的农民以及对诸如疟疾一类热带病流行的地区来说，都是一个灵丹妙药。在当时，它是一种新的、安全的杀虫剂。昆虫一碰到它，便因神经系统麻痹而被杀死；将它喷洒在农作物上，或喷洒在带菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区，都会收到良好的灭虫效果。因而在后来的30年间，千百万吨滴滴涕在全世界被使用。
使DDT声名鹊起的还有它在医学领域的巨大功效。正值二战期间、卫生条件很差的1943年10月，在意大利那不勒斯地区突然暴发斑疹伤寒，眼看一场大的疾病流行不可避免。但在1944年1月，由于DDT在那不勒斯大面积的使用，三周就消灭了传播病毒的虱子，控制了疾病的蔓延。这证明了DDT在防治由节肢动物传播的疾病方面，有重大功效。
由于DDT的特殊功效，使得缪勒的名字家喻户晓，就出现了本文开头的那一幕。相信缪勒在1965年也是非常自豪地、含着微笑离开了人世，因为他给人间留下了最为宝贵的财富。但是，缪勒做梦也想不到，他的所谓划时代的新发现会在他死后不久竟又被人们抛弃。
这是什么原因造成的呢？首先，正因为滴滴涕的持效性强，它在土壤中持久性可达4年之久。因而也就意味着它相当稳定，故能在自然界及生物体内较长时间滞留，并通过食物链富集，在动物体内特别是在动物体内的脂肪组织内积累。还可通过胚胎传给胎儿，或通过母乳毒害婴儿，形成典型的累积性残留，对人体健康和生态环境都有不利影响。通过现代检测仪器，在大量使用过滴滴涕的区域，在生物体、自然环境及没有直接接触过农药的野生动物上，都能检测到滴滴涕的残留。这些问题的出现向人们敲响了警钟。人们开始审视化学农药的功与过、利与弊。
其次，人们在化学药剂的实际应用时，还会看到一个有意思的现象：昔日的蚊子和今天的蚊子不一样。每当夏日来临，房间里经常出现传播疾病的蚊子和苍蝇，令人十分厌烦。遇到此种情景，人们就会去超市买一瓶“灭害灵”之类的灭蚊剂，往房间一喷，然后闭上门窗，约05～1h后，你会发现这些蚊子全部都消失了。如果日复一日地使用同一种药剂，人们会发现要将室内蚊子全部消灭的话，喷洒这种药剂的量在不知不觉地增加着。也就是说，“今天的蚊子”比“昔日的蚊子”更厉害。实际上，这说明“今天的蚊子”对该种药剂产生了抗药性，在日常生活中我们会遇到许多种抗药性的情况。可以说，抗药性主要是生物对农药选择的结果。有害生物中有极少数原本就存在抗药性基因，农药的反复施用，对有害生物的不断选择，使有害生物中具有抗药性基因的频率大为增加，形成一个新的抗药性群体。这才使人们在农药的使用上有了另一个尴尬的局面。有害生物抗药性产生的结果必然导致使用更多、更强烈杀灭害虫的药剂。这是恶性循环，最终受害的是大自然和人类自身。
这里值得一提的是雷切尔·卡尔逊。雷切尔·卡尔逊是一位美国著名的海洋生物学家和作家。她家的四周环绕着茂密的、美丽的树林，附近流淌着欢快的阿勒格尼河水。儿时的她常到林中散步，观赏美丽的鸟儿和树林，从小就迷恋上了大自然。喜欢写作的卡尔逊大学学的是生物学专业，工作在美国海洋渔业局，时常撰写一些有关生物学的短文，还是一位当时十分受欢迎的著名作家。
第二次世界大战爆发后，卡尔逊在亲近自然时，了解到当时有几位科学家预言滴滴涕对环境会有严重影响，但是开始她没有获得确切证据。战后，她仍一直关心这件事。当时滴滴涕被誉为“人类的救星”、“生命之谜”，对此，她一直十分担忧。事实上，滴滴涕在施用以后，它会被生物吸收，并能在动物脂肪组织里积累下来，从而使脂肪里的浓度远远高于环境中的浓度。这种动物被另一种动物捕食后，滴滴涕又在那种动物脂肪里积累，使其体内浓度又远远高于前一种动物。就这样经过几次捕食后，最后一种动物体内滴滴涕的浓度会高得惊人。而且这种农药还会对生物产生毒害作用，如果人吃了这种动物，在人体内积累，人就会生病，产生各种病症。1957年在加利福尼亚的清水湖，湖水里只含有百万分之零点二的滴滴涕，但水里的微生物却含有百万分之五，湖里的鱼吃了这种微生物后，体内的滴滴涕含量竟然高达百万分之二十，鸟儿吃了这种鱼后，发生了成批死亡的事件。这一事件对于普通老百姓来讲，并未引起足够的注意。但卡尔逊对此给予了足够的关心，特地给一家报社写了一封信，表示她的忧虑和不安。并且她决心自己写一本书，呼吁政府应当注意滴滴涕等化学农药对环境的影响。她用毕生心血写成了著名的《寂静的春天》一书。卡尔逊被誉为“环境意识的启蒙人”。人们用这样的语言“她唤醒了全世界的公众关心环境污染问题”对卡尔逊和她的《寂静的春天》表达了崇高的敬意和客观的评价。
此后，人们开始重视环境的意识的觉醒使化学家们感到自己的责任重大，也感到自己大有作为。在21世纪里，化学家们将用先进的化学工具一定能创造出理想的化学品，造福于人类。
最后，滴滴涕的停用，从另一个方面来看，是与科学的发展分不开的。通过科学家尤其是化学家的不懈努力，许多结构新颖的高效低毒的绿色生态农药品种不断问世，完全可以替代滴滴涕的杀虫作用，这些优越的杀虫品种的出现使滴滴涕退出历史舞台成为可能。可以说，滴滴涕退出历史舞台是人类的环境意识和科学技术发展、知识创新、技术创新的必然结果。
春光沐浴的田野本应是生机蓬勃、碧绿葱翠的，它可能一时承受灰暗，甚至蒙受灾难，但人类，这个大自然的园艺师，自有回天之术，将春光永留大地、永驻田野。
正是基于以上两点（化学会污染环境，及化学家有责任、也有能力消除污染），我们组织有关人员编写了这本读物，旨在倡导一种观念、强调人类的责任，并介绍本学科的发展前沿。
本书在编写过程中得到了博士生导师杨瑞成教授的大力帮助，杨教授在百忙之中审阅了全文，并提出了许多宝贵的意见，编者在此表示衷心的感谢。
本书的编著者如下：冯辉霞（第一、二、八、九、十章，并负责统稿定稿）、王毅（第三、四、十一章）、张婷（第五、六、十二、十三章）、雒和明（第七章）。研究生方卫东参与第十章、戚红华参与第十一章及博士生羊海棠参与第九章编写，研究生赵亚彬、张兴华及本科生吴蓬勃等参与了本书的资料收集与整理等工作。全书的编著工作由冯辉霞、王毅策划并主持。鉴于著者学识及水平有限，望广大读者和有识之士读后不吝指教。

生态化学化工是21世纪各国政府、企业界和学术界关注和研究的热点之一。本书以生态化学涉及的研究领域为主线，以化学与人类健康以及相关行业的生态化为中心，科学地阐述了一种能促进人类社会可持续发展的文化--生态化学。全书分为13章，主要包括绿色化学的原理、生态化学研究领域及绿色生态化学品，并评述绿色生态化学品的重要研究进展。
本书内容丰富而不涉及繁杂、理论性强的化学反应过程，旨在以通俗、生动的语言对绿色生态化学这一当前化学研究的热点和前沿作深入浅出的阐述。具有较强的科学性、系统性、知识性、可读性和实用性。可供化学、化工、石油工业、农药、医药、环保等专业的广大科技工作者和化学爱好者，以及政府有关部门领导和企事业单位管理人员阅读和参考，也可作为高等院校文科及理工科各专业所开设的相关选修课的教本。

第一章 化学与社会进步1
 第一节 化学的发展与自然、人的关系1
 第二节 可持续发展与生态环境危机6
 第三节 生态化学与人类文明12
第二章 生态化学的研究领域及内容20
 第一节 生态化学的发展20
 第二节 生态化学的研究领域及研究内容22
 第三节 生态化学与传统化学的区别24

第三章 绿色化学基本原理28
 第一节 绿色化学反应中原料的绿色化28
 第二节 化学反应过程的绿色化35
 第三节 绿色化学的研究方向44

第四章 绿色化学品的生态化设计49
 第一节 生态化学品的设计原则49
 第二节 生态化学品的设计方法53
 第三节 生态化学品的评价55

第五章 水环境保护与水处理剂59
 第一节 枯竭的阴影--水资源的短缺和污染59
 第二节 水处理剂的应用及其对环境的影响64
 第三节 绿色缓蚀阻垢剂与杀菌剂71
 第四节 绿色絮凝剂79

第六章 洁净能源84
 第一节 能源--人类社会进步的基石84
 第二节 可再生的绿色能源88
 第三节 来自天边的能源--太阳能的应用97
 第四节 蓝色的能源--海洋能的应用102
 第五节 其他绿色能源的应用106

第七章 绿色生态农药111
 第一节 农业保护神--农药的发展111
 第二节 农药的功与过117
 第三节 绿色生态农药的产生122
 第四节 绿色生态农药的种类及特点125

第八章 绿色化肥133
 第一节 化肥的作用及危害133
 第二节 绿色化肥的特点及其国内外发展现状137
 第三节 几种典型的绿色化肥140
 第四节 绿色化肥的发展前景141

第九章 生态环境材料144
 第一节 生态环境材料是可持续发展战略的产物144
 第二节 生态环境材料的绿色合成工艺148
 第三节 金属材料的生态化150
 第四节 无机非金属材料的生态化152
 第五节 新型生态化无机非金属材料155

第十章 高分子材料的生态化160
 第一节 高分子材料的环境问题160
 第二节 高分子环境材料的生态化特点163
 第三节 新型生态化高分子材料--可降解高分子材料164

第十一章 绿色食品添加剂与未来食品172
 第一节 食品的污染172
 第二节 食品的“化妆品”--食品添加剂178
 第三节 绿色食品添加剂179
 第四节 富有想像力的未来食品183

第十二章 日用化学品与未来生活186
 第一节 化妆品的安全与毒性186
 第二节 未来化妆品189
 第三节 合成洗涤剂的安全与毒性192
 第四节 未来洗涤剂195

第十三章 医药化学品与人类健康200
 第一节 人类与医药的关系200
 第二节 合理用药与健康206
 第三节 新型药物208

参考文献212