环境化学(袁加程)第二章 大气环境化学

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第二章 大气环境化学
我们离不开大气 ,如同鱼儿 离不开水。
第一节 大气环境化学基础知识
一、大气的组成
主要成分为氮、氧、氩和二氧化碳,其含量占全部干 洁空气的99.996%。氦、氖、氪、氙、氢、臭氧等 次要成分只占0.004%左右
成分 氮(N2) 相对分子质量 28.01 体积分数/% 78.09
夜晚的陆风
第二节 大气污染及其 影响和危害
• 一、大气污染和大气污染物
• 1.大气污染 • 2.大气污染物
1.大气污染
大气污染的定义起源于对有害影响的观察,即是
指由于人类活动或自然过程,改变了大气层中某些原 有成分或增加了某些有毒有害物质,致使大气质量恶 化,影响原来有利的生态平衡体系,严重威胁着人体 健康和正常工农业生产,对建筑物和设备财产等造成 损坏,这种现象称为大气污染,也称空气污染。
三、硫氧化物在大气中的化学转化
二氧化硫的气相转化
SO2与氧原子的反应
SO2 + O SO3
其中氧原子的大部分来源是NO2光解 NO2 + h NO + O O原子的另一个反应: NO2 + O2 + M O3 + M + NO SO2与其它自由基的反应 SO2 + HO2 OH + SO3 SO2 + CH3O2 CH3O + SO3 SO2 + OH HOSO2
2.辐射逆温层
当Γ <0时,称为逆温气层。
辐射逆温是地面因强烈辐射而冷 却降温所形成。
3.气块的绝热过程
• 在大气中取一个微小容积的气块,称为空 气微团,简称气块。 • 假设它与周围的环境间没有发生热量交换, 那么它的状态变化过程就可以认为是绝热 过程。
气块的绝热过程与干绝热递减率 干过程:固定质量的气块所经历的不发生
“大地暖大气”
气温垂直递减率对大气污染的影响
气温垂直递减率的大小直接影响大气的稳定性, 并进而影响到污染物的扩散: 当Г >0时,大气不稳定,有利于污染物的扩散, 减轻大气污染对地面层的影响; 当Г =0时,大气处于稳定状态,不利于污染物 的扩散,污染物在烟囱高度附近累积; 当Г <0时,大气处于逆温状态,烟囱高度至近 地面层大气污染严重。
二氧化硫的液相转化
SO2的液相平衡
SO2(g) + H2O SO2H2O HSO3SO2H2O H+ + HSO3H+ + SO32-
降尘是指用降尘罐采集到的大气颗粒物,一般直径大于30μm,由 于其自身的重力作用会很快沉降下来。单位面积的降尘量可作为 评价大气污染物程度的指标之一。
常表示为总悬浮微粒物 (TSP)、飘尘和降尘。 按存在状态,分为颗粒物和气态污染物
飘尘指可在大气中长期飘浮的悬浮物,分为PM10(粒径 <10μm)和PM2.5(粒径<2.5μm)。PM10可以通过呼吸 道进入人体,从而对人体健康产生危害,PM2.5的危害 则更为严重。 主要有一次污染物: SO2、H2S 、NO、NH3 、CO、CO2 、HF、HCl 、C1—C5化合物 。 二次污染物: SO3、H2SO4、MSO4 、NO2、MNO3 、醛类、酮类、酸类。
臭氧:对鼻子、咽喉、肺等呼 吸器官有刺激作用,运动时吸 入则更严重。
•大气污染对生物的危害
损害植物酶的功能组织;影响植物新陈代
谢的功能;破坏原生质的完整性和细胞膜。 此外,还会损害根系生长及其功能;减弱 输送作用与导致生物产量减少。
•大气污染对材料的危害
大气污染可使建筑物、桥梁、文物 古迹和暴露在空气中的金属制品及 皮革、纺织等物品发生性质的变化,
水相变化的过程。
空气团在大气中的升降过程可看作是绝 热过程,气团在大气中做绝热上升或下降时 的温度变化情况用干绝热垂直递减率来描述, 即干空气团或未饱和的湿空气团绝热上升或 下降单位高度(常取100m)时,温度降低 或升高的数值。用Γd表示,Γd= 0.98℃/100m
四、大气稳定度
气块在大气中的稳定度与大气垂直递减 率和干绝热垂直递减率两者有关。
由于人类活动或自然过程排入大气,人和环境产生 有害影响的物质。
进入大气的一次污 染物之间或与正常 大气组分发生反应, 以及在太阳辐射下 引起光化学反应而 产生的新的污染物, 它常比一次污染物 对环境和人体的危 害更为严重。
按来源,分为一次污染物和二次污染物
直接由污染源排放的污染物
⑴一次污染物和二次污染物
的挥发、人们不健康的生活习惯。
苯、甲醛、氡
多开窗换气,戒烟,正确使用家庭化学剂,
增加户外活动,摆放室内花卉植物
三、大气污染物浓度表示法
• 1.混合比单位表示法 • 用污染物所占样品的体积比或质量比表示 污染物浓度的方法,这种浓度表示法主要 用于气态污染物。
• 2.单位体积内物质的质量表示法 • 一般对气体常用mg/m3或μg/m3,颗粒物则 用μg/m3或个/m3。
三、大气温度层结
• 通常把静大气的温度在垂直方向上的分布, 称为大气温度层结。
3000 ¨ ³ ³ +³ 500 400 ³ ³ ³ ¨ ³ ³ +³ 300 200 100 越往上氧、氦等气体的原子态越多 90 ³³³³
³ ³ ³ km³ ¨ ³
³³³
高度(km)
ßÈ ¨ © ¸ ¶ £ km£
这种定义方法在很大程度上是基于传统的公害概念,
现在又有新的延伸。例如,大量能量(如热能)释放 进入大气引起不良影响,人类活动导致大气中某些组 分变化产生的危害等也归入了大气污染的范畴。
几种典型的大气污染
(一)煤烟型污染
主要污染源是燃煤。主要污染物是SO2、CO和
微粒物质,它们遇上低温、高湿的阴天,且
二、大气污染的影响及其危害
• 大气污染对人体健康的危害

大气污染对生物的危害

大气污染对材料的危害

大气污染对大气环境的危害
•大气污染对人体健康的危害 1、大气颗粒物
A、呼吸道吸入; B、随食物和饮水摄入; C、体表接触侵入。
颗粒物的大小决定其沉积于呼吸 道中的位置; 化学组成决定沉积 位置上对组织的影响。
(1)氧分子和氮分子的光离解 240nm以下的紫外光可引起O2的光解
O2 +
hv
→O· O· +
120nm以下的紫外光在上层大气可引起N2的光解
N2 +
hv
→N· N· +
(2)臭氧的光离解
(3)NO2的光离解
(4)亚硝酸和硝酸的光离解
(5)二氧化硫对光的吸收
SO2+h SO2 *
(6)甲醛的光离解
(7)卤代烃的光离解
二、大气中重要自由基的来源
大气中存在的重要自由基有
HO· RO· R· HO2· RO2·
自由基(Free Redical):
由于在其电子壳层的外层有一个不成对 的电子,因而有很高的活性,具有强氧化作 用。
自由基反应(Reaction of Free Redical)
凡是有自由基生成或由其诱发的反应。
A+h A* A* A+h A*+M A+M
A* B1+B2 + A*+C D1+D2 +
次级过程是指在初级过程中反应物、生成物之间进一步 发生的反应。
HCl + h →H· +Cl· H·+HCl→H2+C1·
初级 次级 次级
Cl· +Cl·
M
Cl2
大气中重要吸光物质的光离解
10 0
1、气温垂直递减率
气温垂直递减率是指在对流层内, 气温沿垂直方向上随高度变化的速率, 用Г 表示:
dT =dZ
式中:T—绝对温度,K; Z—高度,m。
大气的升温过程
太 阳 辐 射 射向宇宙空 间

面 吸
大气吸收
大 气 辐 射
大气上界
大 气 吸 收

射向地面 地面
地面增温
“太阳暖大地”
臭氧: 来源:高空通过光化作用,低空通过闪电 或有机物氧化及高空传输。 作用:能大量吸收太阳紫外线,使地面生 物免受过量紫外线的灼伤。 分布:自然大气中含量很少。随高度分布 不均匀,也随纬度和时间而异。 水汽: 来源:海洋和地面蒸发与植物蒸腾。 分布:随时间、地点变化很大。在铅直 微粒: 二氧化碳: 来源:呼吸作用,有机体的燃烧与分解。 现状:在大气中的含量有增加的趋势。 影响:强烈吸收地面的长波辐射, 引起温室效应的加剧。
风速很小并伴有逆温存在的情况时,一次污染
物扩散受阻,易在低空聚积,生成还原型烟雾。
(二)交通型污染 污染源主要是机动车(汽油车和柴油车)和机动船。 主要污染物是CO、NOX和HC。在相对湿度较低的夏 季睛天,交通污染严重的地区可能会出现典型的二 次污染——光化学烟雾。它对人体、动植物、材料 均会产生破坏作用,并且严重影响大气能见度。

Γ <Γ Γ >Γ
d, d,
,表明大气是稳定的; , 大气是不稳定的;
Γ =Γ
d,
, 大气处于中性(平衡)状态。
五、影响大气污染物迁移的因素
气象因素 风(风向、风速) 大气的稳定度 降水 雾 地理因素 地形和地貌的影响 山谷风 海陆风 城市热岛环流
其他因素 污染物的性质和成分
白天的海风
造成直接和间接的经济损失。
•大气污染对大气环境的危害
大气污染会导致降水的增加或减少,它对降水化
学的影响表现在酸性化合物的输入,即出现酸雨。 大气污染还会产生全球性的影响:大气中CO2等 温室气体浓度增加导致的全球变暖、人们大量生 产氟氯烃化合物等导致的臭氧层耗竭等。
•室内空气污染
污染原因:
建筑材料及装潢材料、涂料中有害物质
HO基的来源
对于清洁大气,源于臭氧的光离解
对于污染大气,源于HNO2和H2O2的光离解
HO2基的来源
醛的光解
亚硝酸酯的光解
过氧化氢的光解
R、RO和RO2自由基的来源
甲基源于乙醛和丙酮的光解
O和HO与烃类发生H摘除反应产生烷基自由基 甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯光解产生甲氧基 烷基自由基与O2结合产生过氧烷基自由基
2、二氧化硫 3、一氧化碳 4、氮氧化物 5、光化学氧化剂
损害肝脏。且由于SO2通常与 多种污染物共存,吸入之后 产生的复合作用危害更大。 所有大气污染物中散布最广的一 种,严重阻碍血液输氧,引起缺 氧中毒。 NO2对呼吸器官有刺激性,可引起 肺水肿、慢性支气管炎等疾病,若 与SO2共存,则危害更重。
方向,一般随高度增加而减少。
影响:形成云、雾、雨、雪等大气现象。 对生物的生长和发育有重要影响。
种类:固体微粒与液体微粒。
影响:影响太阳辐射传输,使能见度 变低,有的能起凝结核的作用。
其粒径绝大多数在100μm以下,其中多数在10μm以下。 它是分散在大气中的各种粒子的总称,也是目前大气质 量评价中的一个通用的重要污染指标。
80 70 60 50 40 30 20 ³³³ ÷ ³ +³ ¨ ³ ³³³³ ÷ ³³³ ³ -³ ¨ ³
³³³
紫外线的强烈照 射,N2和O2产生 不同程度的离解
³³ ³³ ü
O3
³³³³ ÷ ³³³ ÷ 200 250 ³ ³ ³ ³ ³ K³ ¨ ³ ¨ ³ ³ -³ 300
每升高100m 降低0.65℃
-6 3
第三节 大气中污染物的转化
一、大气中的光化学反应
分子、原子、自由基或离子吸收光子而 发生的化学反应,称为光化学反应。
光化学反应过程
初级过程是指化学物种吸收光量子形成激发态物种;随 后激发态物种通过与其它的分子碰撞,把能量传递给其 它的分子,或激发态物种离解为两个或两个以上新物种 的过程。
氧(O2)
氩(Ar)
32.00
39.94
20.95
0.93
二氧化碳(CO2)
44.01
0.03
二、大气层结构
逸散层(lonosphere)
根据大气的温 度层结ห้องสมุดไป่ตู้密度层 结和运动规律, 大气可分为:
热层(thermsphere) 中间层(mesosphere)
平流层(stratosphere)
对流层(troposphere)
污染物的质量( ) g x /(mg / m ) 103 空气的取样体积( 3) m 污染物的质量( ) g x /( g / m 3 ) 106 空气的取样体积( 3) m
3
• 在大气压为101325Pa (标准气压)、温度为25℃(298K)时
22.4 10 mg / m M
(三)酸沉降污染 它是指大气中的酸通过降水(如雨、雾、雪) 迁移到地表,或在含酸气团气流的作用下直接 迁移到地表。引起酸沉降的主要物质是人为和 天然排放的SOX(SO2和SO3)和NOX(NO和NO2) , 其天然源一般是全球分布的,而人为排放的
SOX和NOX则具有地区性分布的特点。
2.大气污染物
相关文档
最新文档