海洋資源化學是研究從海洋水體、海洋生物體和海洋沉積層中開發利用化學資源中的化學問題的學科。
基本介紹
- 中文名：海洋資源化學
- 學科類型：化學
基本信息,研究方向,簡史,研究進展,資源現狀,海水製鹽及滷水綜合利用,海水制鎂,海水制溴,海洋淡水資源,海水提鈾,海水提鉀,海水提碘,海洋食品,其他資源,
基本信息
研究方向
當前的研究主要集中在兩個方面：
②從海洋生物體中提取具有生理活性的天然有機物。
簡史
人類從海水中獲取食鹽的工藝，可追溯到新石器時代。中國海水製鹽歷史悠久，從福建省出土的古物熬鹽工具證明，早在仰韶文化時期，當地就已用海水煮鹽；春秋時期，管仲為齊國的丞相時，專設鹽官管理鹽務；據《天津府志》記載，到了漢代，塘沽一帶的製鹽實況是“近海之區，預掘土溝，以待海潮浸入，注滿曬之”。在《寧河鄉土志》中，也有“用八尊風車，將潮水車入溝內，使之入池，曝曬即成鹽”的記載。
從十九世紀中期到二十世紀20年代，出現了鹽田滷水綜合利用的化學流程和工藝，製得瀉鹽、芒硝、氯化鉀、氯化鎂、溴等多種產品。雖然鹽田滷水的數量有限，分散而難於集中，不利於發展生產，但在這些經典工作中，比較系統地研究了鹽類的溶解和結晶過程的平衡條件，指導了各種產品的分離。
1930年前後，海洋資源化學重點研究直接從海水中提取化學物質的問題，研究並發展了海水提溴的空氣吹出法和海水提鎂的化學沉澱法，分別建立了海水制溴和海水制鎂的工業；1935年，進行過用二苦醯胺法從海水中提鉀的實驗；1952年後，海水淡化技術已得到廣泛的套用。
從60年代以來，在資源化學的研究中引入了一些精密度較高的分析方法、富集和分離的新技術，這時，液-固分配理論和方法，也被引用到海水微量元素的開發研究中來。為了從海洋中尋求新的藥物資源，海洋天然有機物資的開發研究，也較迅速地發展起來。
研究進展
資源現狀
海洋水體是地球上最大的連續礦體，覆蓋著地球表面的71%，總量約為1.413×109億噸。其中，水的儲量為1.318×109億噸左右，約為地球上總水量的97%；溶解的鹽類，平均濃度可達35000ppm，也就是說，每一立方公里的海水中，含有約3500萬噸無機鹽類物質。各種天然存在的元素，都已在海水中發現。經檢測並初步確定其主要溶存形式的元素，已超出80種，它們在海水中的總量非常巨大，即使是某些痕量元素，如鋰（0.17ppm）、銣（0.12ppm）、 碘（0.06ppm）、鈾(0.003ppm)、鈷(0.0001ppm)等，在海水中的總藏量也都要分別以億噸、百億噸甚至千億噸計算。
海水製鹽及滷水綜合利用
海鹽的世界總年產量約5000萬噸，主要仍沿用鹽田法生產。中國沿海各省都產海鹽，1978年產量達1540萬噸，居世界首位。為了提高單位蒸發麵積的蒸發效率，有的鹽場採用了枝條型或垂網型立體蒸發工藝。近些年來，有的沿海國家因地理、氣象等條件不適於鹽田法製鹽，研究發展了蒸餾法、電滲析法或冷凍法製鹽。 由鹽田滷水回收鎂化合物、鹵化物和其他鹽類的化學工藝，經過近一個世紀的研究發展，已相當成熟，在鹽田附近建立了許多小型鹽化廠。然而，每年全世界海鹽的總產量還不到 2立方公里海水的含量，曬鹽後剩餘的滷水，僅為原納潮海水體積的1/62，且分散在世界上數以千計的鹽場。正是由於這種局限性，鹽田滷水的綜合利用，尚不能真正形成大規模的海洋化學工業。
海水制鎂
鎂是重要的金屬結構材料，大量用於飛機製造業；高純度的氧化鎂晶粒，是煉鋼爐用的優質耐高溫材料，現主要來源於海水。 海水中鎂的濃度僅次於氯和鈉，居第 3位。海洋水體中鎂的總藏量約1800億噸。從海水中制鎂時，先加鹼使海水中的鎂離子生成氫氧化鎂沉澱，後者經輕燒、成型、“死燒”，即成氧化鎂；欲製取金屬鎂時，可將氫氧化鎂加鹽酸轉變成氯化鎂後進行電解冶煉。 在從海水中提取金屬鎂的研究中，主要解決了幾個難度較高的問題，即無水氯化鎂的工業製備，沉澱反應過程中的脫鈣和除硼等問題。 世界上鎂的年產量近60萬噸，大部分從海水製得，從海水中製取氧化鎂的生產能力已達到每年 257萬噸左右。
海水提鎂，提鉀
海水提鎂，提鉀海水制溴
溴是化學合成工業的重要原料，近幾十年來，由於溴大量用於製備抗震添加劑和高效滅火劑，其需用量日益增加。 溴在海洋水體中的總藏量達95萬億噸，約占地球上總貯溴量的99%。從海水中直接提溴，先後發展了 3溴苯胺法和空氣吹出法。後一種方法迭經改進，主要是在濃集步驟中以二氧化硫代替碳酸鈉，成為世界上從海水制溴的主要生產工藝。溴的世界年產量約20萬噸。
海洋淡水資源
海洋中最重要的資源，首先是水本身。近代人類活動的擴展，造成對可用水的需求量不斷增長。海水淡化是20世紀50年代迅速興起的一門套用科學，是海洋開發的重要部分，已經研究並發展起來的海水淡化方法，按其主要特點，可分為蒸發法、膜分離法和冷凍法3種類型。
海水提鈾
海水中鈾的濃度雖低，但它在海洋水體中的總藏量約45億噸，較陸地儲量多2000倍左右，是巨大的潛在核能資源。近20多年來，試用過水合氧化鈦、鹼式碳酸鋅、硫化鉛、粘土、泥炭、氟石、有機樹脂等鈾吸著劑和某些藻類即生物濃集劑。其中，以水合氧化鈦吸著劑為基礎的研究進展較快，每克鈦吸著劑平均可富集500～600微克鈾，接近陸地上某些貧礦的含鈾品位。在海水提鈾工作中，較重要的突破是套用了某些特異結構的樹脂和纖維物質作為海水提鈾的吸著劑；其捕鈾量甚至可達到陸地上某些富鈾礦的品位。有的國家已著手建立略具規模的海水提鈾實驗工廠。
海水提鉀
海水中鉀的總藏量達 500萬噸左右。早期比較著名的海水提鉀方法是二苦醯胺沉澱法。此法曾用於中間規模試產，但有一定缺點。1960年以來，各國多重視吸著法的研究，試用過天然及人工氟石、海綠石、蛭石、蒙脫石、磷酸氫鎂、磷酸氫鋯、磷酸氫鈦和有機高分子吸著劑等。
海水提碘
碘是套用已久的藥用元素和化工原料，又是近代用於人工降雨和火箭添加劑中不可缺少的物質。海水中碘的總藏量約 800億噸，但由於其濃度僅為痕量（0.06ppm），因此，由海水直接提碘的研究，進展緩慢。1977年前後，中國學者試用過一種無機銀鹽型吸著劑，可同時富集海水中的碘和溴。 另外，還有用“液-固分配”的富集方法提取海水中的金和鋰的探索性工作。 單項提取微量元素的費用比較高。有的國家結合海水淡化，研究從濃鹽水綜合提取多種化學元素，以期充分利用物質和能量，達到降低成本的目的。
海洋食品
人類利用海洋生物作為食品來源，已有悠久的歷史。但在以往，除了海藻多糖、氨基多糖、甘露醇等含量較豐富的化學成分曾被研究和利用外，對於海洋生物體中的微量物質卻很少研究。20世紀60年代以來，由於分析、分離技術和結構測定手段的不斷進步，使海洋天然有機物的化學研究，得到了迅速的發展。 海洋生物圈產生著許多對人類有用的天然有機生理活性物質。例如來自河魨類的“河魨毒素”，是可用於癌症後期疼痛時的緩解藥；來自海綿類的阿糖核苷，對白血病有肯定的療效；其人工合成的高活性類構物質阿糖胞苷，現已投產並臨床套用；從海產沙蠶分離出來的“沙蠶毒素”，是一種無殘毒的海洋農藥；海帶類褐藻中存在的海帶氨酸，有降低血壓的良好藥效；海人草所含的海人草酸有高效的驅蛔蟲療效。從海藻取得的褐藻酸鈉，已廣泛地用於食品工業、紡織工業和造紙工業，且具有抑制人的胃腸道吸收放射性鍶的特殊功效。
