第三章 大气环境化学PPT课件
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第3章大气环境化学-PPT文档资料
50 km -2 ℃
Stratosphere
10-16 km
O3 + hv (220 nm-330 nm) → O2 + O O3 -56 ℃
N2, O2 H2O, CO2
Troposphere 15 ℃ Sea level
. . . . .. .. .
Earth
..
Figure. Major regions of the atmosphere (not to scale).
O3 + hv O + O2
200-300 nm, 300-360 nm λmax = 254 nm
O + O2 + M O3 + M
milliliter (mL); microlitre (µ L)
大气温度层结
中间层 Mesosphere n. [气] 中间层 高度为48～78 km；气温随高度的增加而降低；空气运动 激烈；(meso-) 热层 (电离层) Thermosphere
Stratosphere
高度为12～50 km；温度随高度的增高而递增；垂 直对流少，大气稳定。（-56 ℃ ~-2 ℃）
大气温度层结 O2 + hv O + O
135~176 nm; 240~260 nm
小知识
decimeter (dm); centimeter (cm); millimeter (mm); micrometer (µ m) (测微计、千分 尺、微米)； nanometer (nm); angstrom (Å); angstrom n. 埃（光谱线波 长单位） liter (L);
大气组成的分类
一般按照停留时间把大气物质分为三类： 1、准永久性气体 N2、 Ar、Ne、Kr、氙 2、可变组分 CO2、 CH4、 H2、 N2O、O3 、 O2 3、强可变组分 H2O、CO、NOx、 NH3 、 SO2 、 HC、 颗粒物、H2S
Stratosphere
10-16 km
O3 + hv (220 nm-330 nm) → O2 + O O3 -56 ℃
N2, O2 H2O, CO2
Troposphere 15 ℃ Sea level
. . . . .. .. .
Earth
..
Figure. Major regions of the atmosphere (not to scale).
O3 + hv O + O2
200-300 nm, 300-360 nm λmax = 254 nm
O + O2 + M O3 + M
milliliter (mL); microlitre (µ L)
大气温度层结
中间层 Mesosphere n. [气] 中间层 高度为48～78 km；气温随高度的增加而降低；空气运动 激烈；(meso-) 热层 (电离层) Thermosphere
Stratosphere
高度为12～50 km；温度随高度的增高而递增；垂 直对流少，大气稳定。（-56 ℃ ~-2 ℃）
大气温度层结 O2 + hv O + O
135~176 nm; 240~260 nm
小知识
decimeter (dm); centimeter (cm); millimeter (mm); micrometer (µ m) (测微计、千分 尺、微米)； nanometer (nm); angstrom (Å); angstrom n. 埃（光谱线波 长单位） liter (L);
大气组成的分类
一般按照停留时间把大气物质分为三类： 1、准永久性气体 N2、 Ar、Ne、Kr、氙 2、可变组分 CO2、 CH4、 H2、 N2O、O3 、 O2 3、强可变组分 H2O、CO、NOx、 NH3 、 SO2 、 HC、 颗粒物、H2S
大气环境化学转化PPT课件
第16页/共54页
2）控制臭氧的浓度
氮氧化合物和碳氢化合物初始体积分数的大小会影响臭氧的生成量和生成速率。
第17页/共54页
3.6 硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染
由污染源直接排放到大气中的主要硫氧化物是SO2 ， 人为污染源主要是含硫矿物燃料的燃烧过程。煤含硫 0.5-0.6%，石油含硫 0.5 - 3%。 SO2的天然来源主要 是火山喷发。 ★3.6.1二氧化硫的气相氧化
RCHO + hv→ ·HR+CROC·O+·O2→ ·RC(O)O2 ·RC(O)O2+NO→ ·RC(O)O
R-H+HO··R→+O·2R+→H2·ORO2 NO + ·RO2 →NO2+ ·RO
·RC(O)O → ·R + CO2 NO2 + hv → NO + ·O ·O + O2 + M → O3 + M RO·+ OO32+→NN·OHOO→+2 ·NH+OO2R2+′→COH2·HOO + NO2
大气中SO2的转化首先是SO2氧化成SO3，随后被水 吸收生成硫酸，从而形成酸雨或硫酸烟雾。硫酸与大 气中的NH4+等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。
第18页/共54页
1）SO2的直接光氧化
SO2 ＋ hv（290~340nm）→1SO2（单重态） SO2 + hv（340~400nm）→3SO2（三重态） 能量较高的单重态分子可按以下过程跃迁到三重态或基态:
KH
pSO2 [1
K S1 [H ]
KS1 KS2 [H ]2
]
修正的亨利系数：
K
2）控制臭氧的浓度
氮氧化合物和碳氢化合物初始体积分数的大小会影响臭氧的生成量和生成速率。
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3.6 硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染
由污染源直接排放到大气中的主要硫氧化物是SO2 ， 人为污染源主要是含硫矿物燃料的燃烧过程。煤含硫 0.5-0.6%，石油含硫 0.5 - 3%。 SO2的天然来源主要 是火山喷发。 ★3.6.1二氧化硫的气相氧化
RCHO + hv→ ·HR+CROC·O+·O2→ ·RC(O)O2 ·RC(O)O2+NO→ ·RC(O)O
R-H+HO··R→+O·2R+→H2·ORO2 NO + ·RO2 →NO2+ ·RO
·RC(O)O → ·R + CO2 NO2 + hv → NO + ·O ·O + O2 + M → O3 + M RO·+ OO32+→NN·OHOO→+2 ·NH+OO2R2+′→COH2·HOO + NO2
大气中SO2的转化首先是SO2氧化成SO3，随后被水 吸收生成硫酸，从而形成酸雨或硫酸烟雾。硫酸与大 气中的NH4+等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。
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1）SO2的直接光氧化
SO2 ＋ hv（290~340nm）→1SO2（单重态） SO2 + hv（340~400nm）→3SO2（三重态） 能量较高的单重态分子可按以下过程跃迁到三重态或基态:
KH
pSO2 [1
K S1 [H ]
KS1 KS2 [H ]2
]
修正的亨利系数：
K
《环境化学》第三章
天然水的存在形式
位臵 大气圈 主要存在形式 雨、雪、水蒸 汽等 位臵 岩石 圈 主要存在形式 地下水、岩浆水、 苦咸水等
水圈
河流、冰川、 海洋、湖泊、 沼泽等
生物 圈
体液、细胞液、 血液等
天然水的组成
• 天然水中一般含有可溶性物质、胶体物 质和悬浮物质。 • 可溶性物质的成分十分复杂，主要是在 岩石的风化过程中，经水溶解迁移的地 壳矿物质。 （1）水体中的颗粒物质 • 水体中的颗粒物质分为悬浮固体和溶解 性固体两种。
天然水的组成
④水解作用 K2O· 2O3· 2+2CO2+11H2O→H2Al2Si2O8·2O Al 6SiO H +2KHCO3+4(SiO2· 2O) 2H （4）水体中的溶解性气体 • 大气中的气体与溶液中同种气体间的平 衡为： [G(aq)] = KH×pG
天然水的组成
KH —各种气体在一定温度下的亨利定律常
水的碱度
• 苛性碱度：当用标准酸溶液进行中和滴定到 pH=10.8时，所消耗的酸量。 • 酚酞碱度：以酚酞做指示剂，消耗的酸量。 • 总碱度：以甲基橙做指示剂，消耗的酸量。 由于没有明显的滴定突越，苛性碱度测不到， 是一个理论值。
酚酞碱度=[OH-]+[CO32-]-[H2CO3*] – [H+]
„CO2(aq)‟= 3.34×10-7×32.39=1.082×10-5mol/L （0.4761mg/L ）
第二节 水体中的酸-碱化 学平衡
碳酸平衡
• 大气中含有一Байду номын сангаас分压的CO2; 在水生生物体之 间的生物化学转化中，CO2占有独特的位臵， CO2对调节天然水pH 值起着重要作用。 • 在水体中存在着CO2、H2CO3、HCO3-、CO32-等4种 物质;
《大气环境化学 》课件
PART 05
大气污染控制与治理
REPORTING
政策法规与标准制定
政策法规
制定和实施大气污染防治相关政策法规，包括污染物排放标准、环境质量标准等，以规范企业和个人的行为，减 少大气污染物的排放。
标准制定
根据不同地区和行业的实际情况，制定大气污染物排放标准，以及环境空气质量标准，为污染控制提供科学依据 。
交通运
总结词
交通运输过程中会产生大量的尾气和颗粒物，如一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合 物等。
详细描述
交通运输是大气污染物的重要来源之一，主要来自汽车、摩托车和运输车辆等。 这些车辆在行驶过程中会排放大量的尾气，其中含有多种有害物质，如一氧化碳 、氮氧化物、碳氢化合物等。
农业活动
总结词
农业活动如施肥、喷洒农药等会产生一定的大气污染物，如 氨气、氮氧化物等。
《大气环境化学》 PPT课件
REPORTING
• 大气环境化学概述 • 大气污染物的来源与形成 • 大气污染物的传输与转化 • 大气污染物对人类和环境的影响 • 大气污染控制与治理 • 大气环境化学的未来展望
目录
PART 01
大气环境化学概述
REPORTING
大气环境化学的定义与重要性
定义
大气环境化学是一门研究大气环境中 化学物质的形成、转化、传输和影响 等过程的学科。
要点一
与地球科学
要点二
与生物学
研究大气化学与地球大气的相互作用，如火山喷发对大气 化学的影响。
研究大气污物对生物体的影响，以及生物体对大气污染 物的适应和进化。
THANKS
感谢观看
REPORTING
其影响因素。
大气中化学物质的环境效应与健康影响
环境化学大气环境化学
人为源
人类生产和生活活动产生的污染物， 如工业排放、交通尾气、农业活动和 城市生活垃圾等。
大气中污染物的扩散与传
大气湍流扩散
污染物在气流的作用下，通过扩散作用在大气中传播和稀释。
污染物传输
污染物在大气中随气流迁移，受到地形、气象条件和地理环境等因素的影响。
大气中污染物的转化与归宿
化学反应
大气中的污染物可以与其他气体或颗粒 物发生化学反应，生成新的化合物或分 解为其他物质。
污染控制策略制定 基于大气环境化学研究，制定针 对不同污染物的控制措施和减排 目标，有效改善空气质量。
气候变化应对 将大气环境化学研究成果应用于 气候变化应对策略的制定，推动 减缓和适应气候变化的行动。
THANKS
感谢观看
大气环境质量的评估标准
国家标准
01
根据国家法律法规制定的大气质量标准，如PM2.5、PM10、二
氧化硫等污染物的浓度限值。
世界卫生组织标准
02
与国际接轨的大气质量标准，为全球范围内的大气质量评估提
供参考。
区域或地方标准
03
根据特定区域或地方的环境条件和需求，制定更为严格或具有
针对性的大气质量标准。
动物迁徙和生态平衡等。研究大气环境化学有助于保护生态环境。
03
促进可持续发展
通过研究大气环境化学，可以更好地了解大气中化学物质的变化规律，
为制定环境保护政策和措施提供科学依据，促进可持续发展。
大气环境化学的历史与发展
历史回顾
大气环境化学作为一门学科，经历了从传统气象学和化学的分离到多学科交叉融合的发展过程。早期的学者主要 关注气象现象和化学物质在大气中的分布，而现代的大气环境化学则更加注重化学物质在大气中的转化和传输机 制。
人类生产和生活活动产生的污染物， 如工业排放、交通尾气、农业活动和 城市生活垃圾等。
大气中污染物的扩散与传
大气湍流扩散
污染物在气流的作用下，通过扩散作用在大气中传播和稀释。
污染物传输
污染物在大气中随气流迁移，受到地形、气象条件和地理环境等因素的影响。
大气中污染物的转化与归宿
化学反应
大气中的污染物可以与其他气体或颗粒 物发生化学反应，生成新的化合物或分 解为其他物质。
污染控制策略制定 基于大气环境化学研究，制定针 对不同污染物的控制措施和减排 目标，有效改善空气质量。
气候变化应对 将大气环境化学研究成果应用于 气候变化应对策略的制定，推动 减缓和适应气候变化的行动。
THANKS
感谢观看
大气环境质量的评估标准
国家标准
01
根据国家法律法规制定的大气质量标准，如PM2.5、PM10、二
氧化硫等污染物的浓度限值。
世界卫生组织标准
02
与国际接轨的大气质量标准，为全球范围内的大气质量评估提
供参考。
区域或地方标准
03
根据特定区域或地方的环境条件和需求，制定更为严格或具有
针对性的大气质量标准。
动物迁徙和生态平衡等。研究大气环境化学有助于保护生态环境。
03
促进可持续发展
通过研究大气环境化学，可以更好地了解大气中化学物质的变化规律，
为制定环境保护政策和措施提供科学依据，促进可持续发展。
大气环境化学的历史与发展
历史回顾
大气环境化学作为一门学科，经历了从传统气象学和化学的分离到多学科交叉融合的发展过程。早期的学者主要 关注气象现象和化学物质在大气中的分布，而现代的大气环境化学则更加注重化学物质在大气中的转化和传输机 制。
环境化学-绪论 PPT课件
环境问题
• 人类生活和生产活动不断影响和改变环境条件，甚至引起环 境污染。
• 工业化过程中的处置失当，特别是对自然资源的不合理开发 利用，造成了全球性的环境污染和生态破坏。 空气、水和土地污染的环境退化现象 臭氧层破坏 气候变化 水资源的短缺和污染 有毒化学品和团体废弃物的危害 生物多样性的损伤
2. 造成环境污染的三因素 物理的
噪声、震动等 化学的
九大类 生物的
大米草、水葫芦、赤藻等
温室效应
酸雨
光化学烟雾
伦敦烟雾事件
臭氧空洞
海洋污染
赤潮
农药污染
3. 认识环境问题的三个阶段
环境问题并非只限于环境污染,人们对现代环境 问题的认识有个发展过程。 第一阶段：在20世纪60年代人们把环境问题只当成一 个污染问题，认为环境污染主要指的是城市和工农业 发展带来的对大气、水质、土壤、固体废弃物和噪声 的污染。对土地沙化、热带森林破坏和野生动物某些 品种的濒危灭绝等并未从战略上予以重视。我国当时 以污染控制为中心进行环境管理，曾对改善城市和人 民生活的环境质量起了重要作用。 存在问题：没有把环境问题与自然生态联系起来,低 估了环境污染的危害性和复杂性，没有把环境污染与 社会因素相联系，未能追根寻源。
每年有600万公顷具有生产力的旱地变成沙漠
有1100多万公顷的森林遭到破坏
在非洲,干旱将3500万人置于危难之中
在印度,博帕尔农药厂化学品泄漏造成两千人死亡
在墨西哥城,液化气罐爆炸使千人遇难
在前苏联,切尔诺贝利核反应堆爆炸使核尘埃遍布欧洲
在瑞士,农用化学品、溶剂和录污染了莱茵河,使数百万 尾鱼被毒死
样是热门课题。
（2）各圈层环境化学
章大气环境化学PowerPointPresenta
第一节 大气的组成及其主要污染物
大气环境化学主要研究大气环境中污染物质的化 学组成、性质、存在状态等物理化学特性及其来源、 分布、迁移、转化、累积、消除等过程中的化学行为、 反应机制和变化规律，探讨大气污染对自然环境的影 响等。
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章大气环境化学PowerPointPresenta
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
l 2、自由基反应
1）自由基反应的分类
自由基反应可分为：单分子自由基反应、自由基分子相互作用以及自由基-自由基相互作用三种类型。
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章大气环境化学PowerPointPresenta第三节 大气中污 Nhomakorabea物的转化
l 单分子自由基反应：
是指自由基自身的反应，不包括其他作用物。
如：RC(O)O2·+NO→RC(O)O·+NO2 RC(O)O·→CO2+ R·
第二节 大气中污染物的迁移
l 逆温
形成条件：平静而晴朗的夜晚。有云和有风都能减弱 逆温，如风速超过2-3m/s，逆温不易形成。通常逆温
傍晚开始形成，次日清晨最厚。
影响：上冷下热的对流有利于污染物的扩散，而下冷上 热的逆温层则会像盖子一样阻碍着气流的垂直运动， 从而使得污染物不易扩散，所以逆温层又有阻挡层的 叫法。
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章大气环境化学PowerPointPresenta
第三节 大气中污染物的转化
污染物的迁移过程只是使污染物在大气中的空间 分布发生了变化，而它们的化学组成不变。污染物的 转化是污染物在大气中经过化学反应，转化成无毒化 合物，从而去除了污染；或者转化成为毒性更大的二 次污染物，加重了污染。因此，研究污染物的转化对 大气污染化学具有十分重要的意义。
工程类大气环境化学(气相转化) PPT精品课件
发能。
第三章 对流层大气中的气相化学转化
3.2、大气中重要气体的光吸收
3.2.2、O3的光吸收 O 3 h ( v 3 n ) 2 m O 2 0 ( 1 g ) O ( 1 D ) O2(1Δg)和O(1D)都是激发态。 O 3 h ( 3 v n ) 2 O 2 ( m 1 g 或 0 1 g ) O ( 3 P ) 反应发生了自旋禁戒跃迁。 O 3 h ( 4 v - 8 n 4 ) 5 O 2 ( m X 0 3 g 0 ) O ( 3 P )
* 被空气去活：
O (1D )M (空) 气 O (3P)M kb2.910 1c 1 m 3/分s子
第三章 对流层大气中的气相化学转化
3.2、大气中重要气体的光吸收
3.2.3、SO2的光吸收 SO2在240～330nm有强吸收： S2 O h v S2 (O 1 A 2 ， 1 B 1 ) SO 2(1A2， 1B1)是两单重激发态，而在约340～400nm有弱吸收： S2 O h v S2 (O 3 B 1 ) SO2(3B1)为三重态。
O 2(X3 g)和O(3P)都是基态。
第三章 对流层大气中的气相化学转化
3.2、大气中重要气体的光吸收 3.2.2、O3的光吸收
激发态的O(1D)是一个很重要的自由基，会发生下面的反应：
O (3P )H 2O 2OH 是大气中OH的主要来源。 O(1D)有两个去除途径： * 与水蒸气反应：
O(1D)H2O2OH ka29K82.210 10cm 3/分s子
3.1、大气光化学反应基础 3.1.3、光化辐射和光化通量
天顶角 太阳天顶角是相对地球表面上某一点的太阳角度，即太阳方
向与垂直方向的夹角。 光化通量
光化通量与天顶角关系密切。 削弱系数
第三章 对流层大气中的气相化学转化
3.2、大气中重要气体的光吸收
3.2.2、O3的光吸收 O 3 h ( v 3 n ) 2 m O 2 0 ( 1 g ) O ( 1 D ) O2(1Δg)和O(1D)都是激发态。 O 3 h ( 3 v n ) 2 O 2 ( m 1 g 或 0 1 g ) O ( 3 P ) 反应发生了自旋禁戒跃迁。 O 3 h ( 4 v - 8 n 4 ) 5 O 2 ( m X 0 3 g 0 ) O ( 3 P )
* 被空气去活：
O (1D )M (空) 气 O (3P)M kb2.910 1c 1 m 3/分s子
第三章 对流层大气中的气相化学转化
3.2、大气中重要气体的光吸收
3.2.3、SO2的光吸收 SO2在240～330nm有强吸收： S2 O h v S2 (O 1 A 2 ， 1 B 1 ) SO 2(1A2， 1B1)是两单重激发态，而在约340～400nm有弱吸收： S2 O h v S2 (O 3 B 1 ) SO2(3B1)为三重态。
O 2(X3 g)和O(3P)都是基态。
第三章 对流层大气中的气相化学转化
3.2、大气中重要气体的光吸收 3.2.2、O3的光吸收
激发态的O(1D)是一个很重要的自由基，会发生下面的反应：
O (3P )H 2O 2OH 是大气中OH的主要来源。 O(1D)有两个去除途径： * 与水蒸气反应：
O(1D)H2O2OH ka29K82.210 10cm 3/分s子
3.1、大气光化学反应基础 3.1.3、光化辐射和光化通量
天顶角 太阳天顶角是相对地球表面上某一点的太阳角度，即太阳方
向与垂直方向的夹角。 光化通量
光化通量与天顶角关系密切。 削弱系数
大气环境化学
大气环境化学绪论1.大气环境化学主要研究大气中对环境有影响的重要组分在大气中的来源、存在形式，迁移过程中的化学转化，归宿以及对大气质量的影响等。
2.大气环境化学的研究方法主要有：现场试验研究，实验室研究和模式计算。
3.一个大气即所有的污染问题都发生在同一个大气下，各种问题通过自由基化学或关键物种的化学过程而彼此相关联，应采取综合性的方法对各种相关的污染问题进行整体考虑，以避免在解决一个问题的同时又产生了新的问题。
第一章1.大气由还原性气氛向氧化性气氛转化。
2.大气分为对流层，平流层，中层，热层和外层。
3.对流层厚度随纬度季节不同而变化。
对流层集中了大气质量的3/4,90%以上的水汽集中在对流层中，大气中主要的天气现象都形成在此层内。
4.自对流层顶向上到55km左右的气层成为平流层。
平流层特点：1.空气没有垂直对流运动，平流运动占据显著优势；2.空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象；3.在高约15~35km的范围内，有厚约20km的臭氧层，因为臭氧吸收太阳辐射的紫外线，使得平流层温度升高。
5.大气组分按其停留时间长短可分为准永久性气体，可变化组分和强可变组分。
6.大气组分的浓度表示方法：1）混合比浓度：这种浓度表示法主要用于气态污染物，对于大气中的低浓度物质是适用的。
公式：p29 2）这种浓度表示方法用于比ppt还要低的浓度水平，如自由基浓度等，表示每立方厘米空气中有多少个分子、原子或自由基。
公式p29 3）质量浓度表示法：p307.自由基在其电子壳层的外层有一股不成对电子，它们对于增加第二个电子有很强的亲和力，因此能起强氧化剂的作用。
大气环境质量标准。
（2月份公布的新标准）第二章1.污染物来源：人为源有燃料燃烧，工业排放，固体废弃物的焚烧，农业活动排放，生物质。
天然源有自然尘，森林、草原火灾，火山活动，森林排放，海浪飞沫，海洋浮游植物、海洋表层。
2．大污染物的汇机制。
1）干沉降：重力沉降，与植物、建筑物或地面相碰撞而被捕获的过程；2）湿沉降：大气中的物质通过降水而落到地面的过程；3）化学反应去除：污染物在大气中通过化学反应生成其他气体或粒子而使原污染物在大气中消失；4）向平流层输送。
环境化学完整ppt课件
土壤空气是存在于土壤孔隙中的气体，对 植物生长和土壤微生物活动有重要影响。
土壤污染及危害
重金属污染
主要来自工业废水、废气、废渣的排放，以及农药、化肥 的过度使用。重金属在土壤中难以降解，会通过食物链富 集，对人体健康造成危害。
有机物污染
主要来源于工业和城市污水、石油泄漏、农药使用等。有 机物污染会破坏土壤生态平衡，影响农作物产量和品质。
面临挑战和机遇探讨
复杂环境问题
随着工业化和城市化的加速，复合型、区域性环境问题日益突出 ，对环境化学提出更高要求。
新兴污染物研究
新型污染物如纳米材料、微塑料等的环境行为、生态效应和风险 控制成为研究热点。
国际合作与交流
全球环境问题需要加强国际合作与交流，共同应对挑战。
未来发展方向预测
01
绿色化学与可持续发展
自20世纪70年代以来，环境化学逐渐 成为一个独立的学科领域，随着环境 问题日益严重，环境化学的研究和应 用也越来越受到重视。
环境化学研究内容
01
02
03
04
环境中化学物质的来源、分布 和归宿
化学物质在环境中的迁移、转 化和降解过程
化学物质对生物和生态系统的 毒性效应和风险评估
环境污染的监测、治理和修复 技术
生物转化
土壤中的微生物、植物根系等生物因素会对污染 物进行降解、转化或吸收。生物转化是土壤中污 染物去除的重要途径之一。
05
生物体内污染物质运输与转化
生物体内污染物质来源及危害
工业排放
废气、废水和固体废弃物中的 重金属、有机物等污染物，通
过食物链进入生物体内。
农业活动
农药、化肥的过度使用，导致 土壤、水源污染，进而影响生 物体。
大气环境化学
03
全球合作
面对全球性的大气环境问题，各国间的合作将更加紧密，共同开展跨国
的大气环境化学研究项目，推动全球环境保护事业的发展。
大气环境化学在环境保护中的作用和价值
揭示污染源
通过研究大气环境化学过程，可以深入了解污染物的来源 和传输路径，为制定有效的污染控制措施提供科学依据。
预测环境变化
大气环境化学研究有助于预测未来环境变化趋势，为应对 气候变化、保护生态系统和人类健康提供决策支持。
02 大气环境化学基础知识
大气组成与结构
描述大气的组成和结构
大气主要由氮气（约78%）、氧气（约21%）、氩气（约1%）等组成，还有少量其 他气体，如二氧化碳、甲烷、臭氧等。
大气分为对流层、平流层、中间层、热层和外层，各层温度和高度不同，对流层是 地球表面最主要的保护层，也是人类生活的主要环境。
大气环境化学
目录
• 引言 • 大气环境化学基础知识 • 大气环境化学过程 • 大气环境化学的影响 • 大气环境化学的防治措施 • 未来展望
01 引言
大气环境的重要性
人类生存的基础
01
大气环境是人类生存的基础，提供呼吸所需的氧气，调节气候，
保护生物多样性。
维持生态平衡
02
大气环境中的化学物质循环和转化维持着地球生态平衡，对生
02
大气中的化学反应主要受温度、湿度、光照和大气组成等因素影响。
03
化学反应可以是大气污染物之间的反应，也可以是大气污染物与大气 成分之间的反应，如光化学反应、氧化反应等。
04
这些反应可以导致大气污染物的转化、分解或合成，从而影响大气的 质量和人类健康。
03 大气环境化学过程
大气中污染物的转化
第三章 大气环境化学
高纬度和两极
8—9Km
质量：占大气质量的3/4； 含90%以上的水汽 特点：⑴
dh 6.5 ℃/Km dT
顶部 T= -60 ~ -80℃
⑵ 既有水平运动（风），又有垂直运动（对流）。
是各种大气现象活动的舞台（云彩、雷鸣电闪、雨、雪、风暴等）
对流层又可进一步分为 摩擦层或大气边界层（1—2km高度） 云层(降雨层) (2—5.5km)
二、大气的层结构
ห้องสมุดไป่ตู้
对流层（12km)
“-”:
dh ＜0 dT
平流层（12~55km) 大 气 层 “+”:
dh ＞0 dT
中间层（55~85km) 热层（85~500km) 逸散层（500~1000km
、氢逃逸）
1、对流层 （与人类关系最密切的一层）
厚度：热带 平均为17—28Km； 温带 10—12Km；
⑵ 热层
其高度随太阳活动变化较大360—700Km 下部h↑t↑，顶部可达到1000K以上。
特点： 空气极稀薄，处于高度电离状态,
（在紫外线和宇宙射线作用下）又称电离层.
⑶外层（散逆层）>500km
特点：大气更为稀薄，粒子运动速度快，粒子间相互作用极弱， 可逃逆到宇宙中去。
上述大气层温度的变化是由于大气层中的化学组成的变化所致。
悬浮颗粒的重力沉降作用 污染物与其他物质间的作用
影响大气自净作用的因素 气象因素 大气稳定度：大气在垂直方向上的运动状况。 随着大气的上升，其体积膨胀，并导致其温度降低。 当△t＞1℃/100m时，大气是不稳定的；
当 △t＜1℃/100 m 时，大气是稳定的；
当气温随高度的增加反而上升时，大气异常稳定 ——称其为逆温天气
大气环境化学课件：大气气溶胶
数值同化
环境数值预报模式 现状 CUACE
Gas Phase Chemistry
Aerosol Module
ISORROPIA
Aerosol Equilibrium
R••3(CpNJ62p(DALhaxa6h1o)D-la-VarcSPHMessa12uphneer22(lcoexaiOcss,Mct1tohtixtee9ebcaoei)8snshcTmtmB，6heeotiam1ich)rn(5o：naxgiiemcilfSasarxcmNiObnezl)oaerAiHcecm(；tHa4thai(cope-xetSn)ioforsOosyon；loli4sos)tT，w-oiOoNiln11n(Oig4Hn1a(3fxun)-gnCdacylsot-)io n
细
粗
超细
硫酸盐 硝酸盐 氨 碳黑 重金属 有机物
土壤 尘 硅 盐 花粉 轮胎橡胶
0.1 um
1 um 2.5 um
颗粒物粒径与成分
10 um
沉积在呼吸道中的粒子作为粒径函数 颗粒物健康效应
4）大气化学模式
Regional air-quality model (WRF-Chem)
(1) Meteorology: On-line calculated from the WRF model
大 气 气 溶 胶 粒 子 尺 度 特 征
大气气溶胶的浓度
数浓度、质量浓度：个/cm3，mg/m3，g/m3
表5.1 大气气溶胶浓度
地区
埃尘核
体积浓度
个 /cm3
(D<1μm)μg/cm3
背景值
海洋
100~1400
1~4
遥远大陆 50~1000
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光化学反应基础
1．光化学反应过程 分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应称光化学反应，大气光 化学反应分为两个过程。
初级过程：化学物种吸收光量子形成激发态物种，其基本步骤为：
AhA*
分子接受光能后可能产生三种能量跃迁：电子的（UV- vis）， 振动的(IR)，转动的(NMR)，只有电子跃迁才能产生激发态物种
N2h NN
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大气污染源分类
• 一、按自然源与人为源分类 自然污染源：自然现象造成的污染如火山爆发喷射粉尘、二氧化硫等；
森林火灾产生二氧化碳、碳氢化合物、热辐射等。 人为污染源：人类的生产和生活活动造成的污染如工业企业排放的废气、
家庭炉灶与取暖排放的废气和汽车排放的废气。
工业企业排放的废气：表
平流层（stratosphere） 17-55km 气体状态稳定，垂直对流很小，大气透明度高
中间层（mesosphere） 55-85Km 气温下降达-95℃，垂直运动剧烈，发生光化学反应。
热成层（thermsphere）85-800Km 空气密度很小，温度升高到1200℃。
散逸层 热成层顶以上的漆器称为散逸层，空气稀薄，气温高分子运动快。
<10μm称飘尘（数年） 二、大气组分浓度的表示 • A（mg/m3）=污染物质量（g）/空气的取样体积（m3）x103 • A（ug/m3）=污染物质量（g） /空气的取样体积（m3）x106
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大气层温度垂直结构
对流层(troposphere) （0km-17km） 空气具有强烈的对流（垂直），集中了大气中90.9%天气现象，污染物排放 直接进入对流层
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大气中重要吸光物质的光离解表 4-5
大气中的某些组成或污染物可吸收不同波长的光
• (1) O2、N2的光离解
O 2h OO
氧分子的键能为493.8kJ/mol 24n0m
的紫外光可以引起氧的光解
N2键能较大，为939.4 kJ/mol，应的光波长为127nm，因此，N2的光离解
限于臭氧层以上。
激发态物种能发生如下反应：
辐射跃迁，通过辐射磷光或荧光失活 A*Ah
碰撞失活，为无辐射跃迁
A*MAM
以上两种是光物理过程
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光离解，生成新物质 • 与其它分子反应生成新物种
A*B1B2 A* C D1 D2
• 这两种过程为光化学过程
• 次级过程
初级过程中反应物与生成物之间进一步发生的反应，如大气中HCl的光 化学反应过程：
O 3h OO 2
OH2O2HO
污染大气中 HNO2 和 H2O2 的光离解：其中 HNO2 的光离解是污染大气中HO 的主要来源。
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大气中醛的光解尤其是甲醛的光解是HO2的主要
： 来源
H 2C O h vH HCOH O 2 M H2 O M
H C O 2 O H2 O CO
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4
大气层温度垂直结构
5
大气层温度垂直结构
6
大气层温度垂直结构
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大气稳定度
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大气中重要自由基来源表4-4
自由基是指电子壳层的外层有一个不成对的电子分子、原子或基团。 自由基 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。如：
C 3 C ( H O )H h v H 3 C HCO
光被分子吸收的过程是单光子过程，由于电子激发态 分子的寿命
<10-8s，在如此短的时间内，辐射强度比较弱的情况下，只可能单
光子过程，再吸收第二个光子的几率很小。（光化学第二定律）
光量子能量与化学键之间的关系
光量子能量
E h hc
c—光速 2.9979×1010 cm/s，λ—光量子波长，
h—普朗克常数，6.626×10-34J·S /光量子
若一个分子吸收一个光量子，1mol分子吸
收的总能量：
EN0hvN0
hv
（N0—6.022×1023）
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大气光化学反应的规律
若 λ= 400 nm， E = 170.9 kJ/mol
通常化学键的能量大于 170.9 kJ/mol，所以波长大于700 nm 的光就不能 引起光化学离解。
过氧化物R-O-O-R‘，分子的薄弱环节是O-O单键（114.3kJ.mol-1）
而烷基中的 C-C 键（344kJ. mol-1）和C-H 键 (415 kJ.mol-1) 的键能都较高，因而在 O-O 断裂产生，
产生两种烷氧自由基（RO和R‘O）
1. HO和HO2自由基的来源
清洁空气中 O3 的光离解是大气中HO的主要来源：
H C h IH CI（初级过程)
HHC H l2Cl （次级过程） C lC l C2l
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大气光化学反应的规律
• 当激发态分子的能量足够使分子内的化学键断裂，即光子的能量大于化学键 时才能引起光离解反应。
•
其次，为使分子产生有效的光化学反应，光还必须被所作用的分子吸收，
即分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能产生光化学反应。
第四章 天然大气环境和 性质
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
第一节 大气层的结构和性质
• 一、大气的组成 氮（78.09%）、氧（20.95%）、氩（0.9%）、CO2（0.03%）、稀有 气体（CH4、SO2、NH3、CO、O3）<0.1%、水（正常范围 1-3%） 大气固体悬浮物（杂质） 来自：工业（生活）烟尘；火山喷尘；海浪飘逸盐质。 >10μm称降尘（数小时）
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自然界中的氮循环
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硫元素在自然界中的循环
24
酸雨的形成
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酸雨腐蚀雕像
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漂粉精等可用于游泳池的消毒 有些高级的游泳池则用臭氧、活性炭等进 行消毒
27
英国伦敦烟雾事件
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海藻泛滥
29
洛杉矶光化学烟雾
30
富营养水华
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日本水俣病事件
由于高层大气十分稀薄，自由基的半衰期可以是几分钟或更长时间。自由基参加反应，每次反应的产
物之一是自由基，最后通过另一个自由基反应使链终止，如： 凡是有自由基生成或由其诱发的反应叫自由基反应 。
H 3 C H 3 C C 2 H 6
自由基反应在分子的哪一部分发生是由能量所决定的，一般总是发生在键能最低的化学键处。如：烷基