2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子環(huán)境污染治理考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪種污染物在環(huán)境中難以降解，且容易在生物體內(nèi)富集？（）A.乙酸B.多氯聯(lián)苯C.二氧化碳D.乙醇2.光催化降解有機(jī)污染物過程中，利用可見光而非紫外光的主要優(yōu)勢是？（）A.可利用光源更廣泛B.光量子效率更高C.催化劑選擇性好D.反應(yīng)速率更快3.下列哪種技術(shù)主要利用了污染物與吸附劑之間強(qiáng)烈的分子間作用力（如范德華力、氫鍵）？（）A.離子交換B.氧化還原催化C.主動外排D.吸附4.生物修復(fù)環(huán)境污染的局限性之一是？（）A.成本低廉B.可能產(chǎn)生二次污染C.降解速率通常較快D.對環(huán)境條件要求不高5.用于檢測環(huán)境樣品中痕量重金屬離子的電化學(xué)傳感器，其核心識別元件通常是？（）A.氧化還原指示劑B.金屬離子選擇性電極C.pH探頭D.光電二極管6.分子印跡技術(shù)制備的吸附劑具有獨特的選擇性，這主要源于？（）A.高比表面積B.多孔結(jié)構(gòu)C.特定的識別位點D.高機(jī)械強(qiáng)度7.在水處理中，高級氧化技術(shù)（AOPs）的核心是？（）A.利用生物酶降解B.利用吸附劑吸附C.產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基D.利用膜分離8.活性炭吸附污染物的過程，通常符合？（）A.Langmuir吸附等溫式B.Freundlich吸附等溫式C.非理想吸附模型D.以上都是9.將污染物從環(huán)境中徹底去除，使其無害化，屬于？（）A.污染物富集B.污染物轉(zhuǎn)化C.污染物去除D.污染物穩(wěn)定化10.納米材料在環(huán)境污染治理中的主要優(yōu)勢之一是？（）A.成本低B.易于回收C.比表面積大、反應(yīng)活性高D.穩(wěn)定性好二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.環(huán)境污染物生物有效性2.分子印跡技術(shù)3.光催化降解4.吸附等溫線5.綠色化學(xué)三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述重金屬在環(huán)境中的主要遷移轉(zhuǎn)化途徑。2.簡述Fenton/類Fenton氧化技術(shù)降解有機(jī)污染物的機(jī)理。3.簡述設(shè)計高效吸附劑需要考慮的關(guān)鍵因素。4.簡述生物修復(fù)技術(shù)相較于物理化學(xué)修復(fù)的優(yōu)勢。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述納米材料在水污染治理中的應(yīng)用前景與潛在風(fēng)險。2.論述高級氧化技術(shù)（AOPs）在處理難降解有機(jī)廢水中的重要性及應(yīng)用挑戰(zhàn)。3.結(jié)合分子科學(xué)與工程的知識，論述如何設(shè)計一種新型的、高效的環(huán)境友好型污染物治理技術(shù)。五、計算題（共15分）某水處理實驗中，使用活性炭柱吸附某有機(jī)污染物。實驗測得吸附柱直徑為0.1m，高1m，活性炭填充床層高度為0.8m，比表面積為1500m2/g。在恒定水流速度下，污染物在活性炭顆粒內(nèi)的有效擴(kuò)散系數(shù)為1.2×10?1?m2/s。假設(shè)水流為活塞流，忽略邊界層阻力。請計算：（1）該吸附柱的理論吸附量（假設(shè)已達(dá)到平衡，Langmuir吸附等溫線參數(shù)為qmax=10mg/g,b=0.1L/(mg·mol))。（2）若進(jìn)水濃度為100mg/L，穿透曲線開始出現(xiàn)時，吸附柱已處理的水量是多少？（提示：可近似按活塞流計算，穿透時間等于吸附柱內(nèi)水流停留時間）---試卷答案一、選擇題1.B2.A3.D4.B5.B6.C7.C8.D9.C10.C二、名詞解釋1.環(huán)境污染物生物有效性：指污染物在環(huán)境中能夠被生物體吸收、利用或產(chǎn)生毒性的能力。它取決于污染物的理化性質(zhì)以及在環(huán)境介質(zhì)中的形態(tài)。2.分子印跡技術(shù)：一種通過模板分子（印跡分子）與功能單體在交聯(lián)劑、引發(fā)劑等作用下聚合形成高分子聚合物，然后移除模板分子，從而在高分子材料中留下與模板分子分子結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的空腔（印跡位點）的技術(shù)。這些空腔對與模板分子結(jié)構(gòu)相似或相同的目標(biāo)分子具有高度的選擇性識別能力。3.光催化降解：指利用半導(dǎo)體光催化劑，在光照（通常是紫外光或可見光）激發(fā)下，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基（如·OH），從而將環(huán)境中的有機(jī)或無機(jī)污染物礦化為CO2和H2O等無機(jī)小分子的過程。4.吸附等溫線：描述在恒定溫度下，吸附劑表面吸附質(zhì)的平衡濃度（或分壓）與吸附劑上吸附質(zhì)的平衡量之間關(guān)系的曲線。常用的有Langmuir和Freundlich等模型。5.綠色化學(xué)：指從源頭上減少或消除有害物質(zhì)的設(shè)計、制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品的科學(xué)和工程。其核心原則包括預(yù)防污染、使用更安全的化學(xué)品、設(shè)計更安全的化學(xué)品、使用可再生原料、提高原子經(jīng)濟(jì)性、使用更安全的溶劑和工藝、在事故情況下減少風(fēng)險等。三、簡答題1.簡述重金屬在環(huán)境中的主要遷移轉(zhuǎn)化途徑。解析思路：回答重金屬遷移轉(zhuǎn)化的主要物理化學(xué)過程。答：重金屬在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化主要包括：①物理遷移：如水流、風(fēng)力的搬運(yùn)，土壤顆粒的吸附和解吸，以及生物體的吸收、積累和排泄。②化學(xué)轉(zhuǎn)化：指重金屬形態(tài)（價態(tài)、化學(xué)物種）的變化，如氧化還原反應(yīng)（改變?nèi)芙舛?、生物有效性）、絡(luò)合/解絡(luò)合反應(yīng)（影響遷移能力）、吸附/解吸反應(yīng)（控制生物可及性）。③生物轉(zhuǎn)化：微生物活動引起的重金屬形態(tài)變化，如甲基化、去甲基化等，顯著影響其毒性、遷移性和歸宿。2.簡述Fenton/類Fenton氧化技術(shù)降解有機(jī)污染物的機(jī)理。解析思路：解釋Fenton反應(yīng)的核心原理，即產(chǎn)生·OH自由基。答：Fenton/類Fenton技術(shù)是高級氧化技術(shù)（AOPs）的一種。其核心機(jī)理是在酸性條件下（pH<3），利用過氧化氫（H2O2）在催化劑（通常是過渡金屬離子，如Fe2?）的作用下分解，產(chǎn)生高活性的羥基自由基（·OH）?！H具有極強(qiáng)的氧化性，可以迅速進(jìn)攻并降解環(huán)境中的有機(jī)污染物，將其礦化為CO2、H2O等無害物質(zhì)。類Fenton技術(shù)則擴(kuò)展了催化劑的種類或反應(yīng)條件（如堿性介質(zhì)），以克服傳統(tǒng)Fenton反應(yīng)的缺點（如催化劑回收困難、pH要求苛刻）。3.簡述設(shè)計高效吸附劑需要考慮的關(guān)鍵因素。解析思路：從吸附性能、經(jīng)濟(jì)性和實用性角度列出設(shè)計要點。答：設(shè)計高效吸附劑需考慮：①高吸附容量：單位質(zhì)量或體積吸附劑能吸附的最大污染物量。②高選擇性：對目標(biāo)污染物有強(qiáng)烈的吸附親和力，而對其他共存物質(zhì)干擾小。③合適的孔結(jié)構(gòu)和比表面積：提供充足的吸附位點，孔徑分布需與污染物分子大小匹配。④良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性：在目標(biāo)應(yīng)用環(huán)境（pH、溫度、溶劑等）下保持結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定。⑤易回收性和可再生性：便于從體系中分離吸附劑，并可通過簡單方法再生重復(fù)使用。⑥低成本和易制備性：保證技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性。⑦環(huán)境友好性：制備和廢棄過程對環(huán)境的影響小。4.簡述生物修復(fù)技術(shù)相較于物理化學(xué)修復(fù)的優(yōu)勢。解析思路：對比生物修復(fù)與其他方法的特點，突出其優(yōu)點。答：生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢在于：①環(huán)境友好：通常在接近自然的環(huán)境條件下進(jìn)行，能耗低，不產(chǎn)生二次污染（如污泥處理問題相對較?。?。②成本較低：利用自然存在的微生物或簡單的培養(yǎng)技術(shù)，運(yùn)行成本通常低于物理化學(xué)方法。③可持續(xù)性：可以利用自然界的凈化能力，長期穩(wěn)定運(yùn)行。④原位處理：可以在污染現(xiàn)場進(jìn)行修復(fù)，避免大量物料轉(zhuǎn)移帶來的二次污染風(fēng)險和費用。⑤處理量大：對于大面積、低濃度的污染，生物修復(fù)可能更具經(jīng)濟(jì)性。主要局限性在于處理速度可能較慢，對極端環(huán)境（如高濃度有毒物質(zhì)）適應(yīng)性差，且效果受環(huán)境條件影響較大。四、論述題1.論述納米材料在水污染治理中的應(yīng)用前景與潛在風(fēng)險。解析思路：分兩部分論述，先談優(yōu)勢和應(yīng)用方向，再談風(fēng)險和挑戰(zhàn)。答：納米材料因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)（如巨大的比表面積、優(yōu)異的吸附性能、獨特的催化活性、良好的光響應(yīng)性等），在水污染治理中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。例如：①吸附劑：用于高效吸附水中重金屬離子、有機(jī)污染物、氮磷等。②光催化劑：用于光催化降解難降解有機(jī)污染物。③催化劑載體：提供高活性位點，用于水處理中的催化氧化還原反應(yīng)。④傳感材料：用于快速檢測水中污染物。然而，納米材料的環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)尚不完全清楚，存在潛在風(fēng)險。例如：①生態(tài)毒性：納米材料本身或其代謝產(chǎn)物可能對水生生物造成毒性。②生物累積性：可能通過食物鏈在生物體內(nèi)富集。③遷移轉(zhuǎn)化：在水環(huán)境中可能發(fā)生吸附、沉降、揮發(fā)等復(fù)雜行為，歸宿難料。④人類健康風(fēng)險：通過飲用水或接觸可能影響人體健康。因此，在開發(fā)和應(yīng)用納米材料進(jìn)行水污染治理時，必須全面評估其環(huán)境和健康風(fēng)險，并開發(fā)環(huán)境友好的納米材料及可控的廢棄技術(shù)。2.論述高級氧化技術(shù)（AOPs）在處理難降解有機(jī)廢水中的重要性及應(yīng)用挑戰(zhàn)。解析思路：闡述AOPs解決難降解廢水問題的核心作用，然后分析其面臨的困難。答：高級氧化技術(shù)（AOPs）是處理難降解有機(jī)廢水（如印染、制藥、化工廢水）的有效手段。其重要性體現(xiàn)在：①高效降解：能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定、難生物降解的有機(jī)污染物（如鹵代烴、酚類、農(nóng)藥等）通過產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基（·OH），礦化為無毒或低毒的無機(jī)小分子（CO2、H2O），去除率通常很高。②適應(yīng)性強(qiáng)：可處理多種類型、多種濃度的污染物混合的廢水。③條件溫和：通常在常溫常壓下進(jìn)行。然而，AOPs的應(yīng)用也面臨諸多挑戰(zhàn)：①成本較高：設(shè)備投資和運(yùn)行成本（如電能、H2O2、催化劑）相對較高，尤其對于大規(guī)模處理。②催化劑選擇與穩(wěn)定性：高效催化劑的制備、成本、穩(wěn)定性及回收再利用是關(guān)鍵問題。③副產(chǎn)物風(fēng)險：部分反應(yīng)可能產(chǎn)生有害的中間產(chǎn)物或副產(chǎn)物。④機(jī)理復(fù)雜：反應(yīng)過程涉及多種自由基和中間體，機(jī)理研究復(fù)雜，不利于優(yōu)化控制。⑤適用條件限制：如Fenton法對pH敏感，光催化受光照強(qiáng)度和波長影響。因此，需根據(jù)具體廢水特性，合理選擇AOPs工藝，并致力于開發(fā)低成本、高效、穩(wěn)定、環(huán)境友好的AOPs技術(shù)。3.結(jié)合分子科學(xué)與工程的知識，論述如何設(shè)計一種新型的、高效的環(huán)境友好型污染物治理技術(shù)。解析思路：從分子層面出發(fā)，綜合運(yùn)用材料、化學(xué)、生物學(xué)等知識，提出設(shè)計思路和策略。答：設(shè)計一種新型的、高效的環(huán)境友好型污染物治理技術(shù)，應(yīng)充分結(jié)合分子科學(xué)與工程的知識，從源頭設(shè)計、過程優(yōu)化和末端治理等環(huán)節(jié)入手。首先，分子識別與靶向設(shè)計：利用分子印跡技術(shù)、適配體技術(shù)等，設(shè)計具有特定污染物識別位點的高分子材料或生物分子，實現(xiàn)對目標(biāo)污染物的選擇性富集或催化降解。其次，功能分子/材料的分子設(shè)計與構(gòu)建：基于污染物分子結(jié)構(gòu)、反應(yīng)機(jī)理，設(shè)計并合成具有特定功能的分子或材料。例如，設(shè)計具有高比表面積和豐富活性位點（如金屬氧化物、半導(dǎo)體納米材料）的吸附劑或催化劑；設(shè)計具有環(huán)境響應(yīng)性（如