02-1环境化学第二章__大气环境化学(1)
合集下载
相关主题
- 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、"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、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
当前三大全球环境问题：气候变化、酸沉降、臭氧层损耗都发生在大气圈内
第一节 大气的结构、组成和性质 第二节 污染物在大气中的迁移 第三节 大气中污染物的转化 第四节 大气颗粒物
重点内容:
1、污染物在大气中的转化 1）光化学反应基础 2）自由基反应和来源 3） 氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化 2、几种代表性的大气环境污染问题 1）酸雨，光化学烟雾，硫酸烟雾型污染 2）温室效应 3）臭氧层破坏 3、大气颗粒物 1）粒径分布 2）三模态 3）化学组成
CO2（0.0314%） ＞99.9% 2）稀有气体（H2、CH4、SO2、NH3、CO、O3等）
<0.1% 3）水（正常范围 1-3%）
（二）大气组分的停留时间
1、停留时间
某种组分在大气中存在的平均时间，用τ表示
假定大气中某种组分的总量为M，那么其速率变化可表示为： dM／dt=P+I-R-O
P为该物质的总质量生成速率； I 为该物质的总质量流入速率； 总的输入速率 R为该物质的总质量去除速率； O为该物质的总质量流出速率； 总的输出速率
n/V=2.46×1019个分子/cm3 常温下（T=25℃，P=101.325Pa）, n=1mol,V= ? L
n/V =2.68×1019个分子/cm3 则：1ppm相当于2.46×1013个分子/cm3
1ppt相当于2.46×107个分子/cm3
三、大气中的主要污染物
按物理状态 气态污染物和颗粒物
ppm和mg/m3之间的换算（原因是有些大气污染物 的浓度是用ppm表示的，有些是用mg/m3表示的 ）。
ppm 22.4mg/m3 M
例1：求在标准状态下，30mg/m3的氟化氢的ppm浓 度。 解：氟化氢的分子量为20，则：
c=30×22.4/20=33.6ppm
mg/m3 M ppm 22.4
1、SO2
2）来源
天然来源：火山喷发、土壤厌氧微生物与植 物释放、陆地上降雨、风吹起的海盐 人为来源：矿物燃料燃烧、硫化矿冶炼
3）清除 干湿沉降
1、SO2
4）浓度特征
1、SO2
4）浓度特征
夏季低，一天变化 不大；冬季浓度高 且变化大
第一节 大气结构、组成和性质
一、大气垂直分层 二、大气的组成 三、大气中的主要污染物
一、大气垂直分层
通常把静态大气的温度和密度在垂直方向上的分布 ，称为大气温度层结和大气密度层结。
Байду номын сангаас
大气
依据
大气的 温度层结 密度层结 运动规律
划分为
对流层 平流层 中间层
热层 散逸层
（一）对流层
平均厚度12km,赤道19km，两 极8-9km，云雨主要发生层， 夏季厚，冬季薄。
CO (73－185)、 H2O (10)、 SO2 (2) 、NOx (10)
（三）大气组分浓度表示法
1、体积浓度表示法：一百万体积的空气中所 含污染物的体积数-ppm， ppb ，ppt 表示为10-6，10-9，10-12
2、质量浓度表示法：每立方米空气中所含污 染物的质量数-mg/m3，µg/m3
（三）中间层
从平流层顶到约85km的高度
特点：
1、空气更稀薄 2、无水分 3、温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低
（-100℃） 4、对流运动强烈。 5、中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。
（四）热层
从80km到约500km的高度
特点： 1、温度随高度增加迅速增高； 2、大气更为稀薄; 3、大部分空气分子被电离成为离子和自由
特点:
1、气温随高度升高而降低； 2、空气密度大； 3、有三小层、天气复杂多变； 4、对流运动强烈。
（二）平流层
对流层顶到约50km
特点：
1、空气基本无对流，平流运动占显著优势； 2、空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，
很少有天气现象，透明度极高； 3、在15-35km的范围内,厚度约20km的臭氧 层。
τ＝
M＝
P＋I
M R＋O
（二）大气组分的停留时间
例如
含硫化合物在对流层的平均浓度为1µg／kg，而 对流层空气总质量为4×1021g。而硫的天然和人 为源总贡献为200×106t／a，求硫停留时间 S总质量M=4×1021 × 1µg／kg=4×106t
τ=4×106t/ 200×106t／a=7.3d
（二）大气组分的停留时间
2、按停留时间对大气组分分类
准永久性气体、可变化组分、强可变组分 准永久性气体（a）
N2 (106)、 Ar (107)、 Ne (107) 、Kr (107) 可变组分（a）
CO2 (5-15)、 CH4 (2.5-8)、 N2O (10) 、O2 (10) 强可变组分（d）
电子，又称电离层，可以反射无线电波
（五）逸散层
特点：
1、500km以上高空 2、空气稀薄，密度几乎与太空相同 3、空气分子受地球引力极小，所以气体
及其微粒可以不断从该层逃逸出去
二、大气的组成
——气体组分和大气颗粒物
（一）气体组分及分布 1、气体组分
1）氮（78.08%）、氧（20.95%）、氩（0.934%） 、
例2、已知大气中二氧化硫的浓度为5ppm，求以
mg/m3表示的浓度值。 解：二氧化硫的分子量为64。
c =5×64/22.4mg/m3=14.3mg/m3
3、个数/cm3（超微量组分，HO·、分子、原子） 一些自由基浓度为ppt级，经常用每立方厘米中的分子 个数来表示，这时可以有换算关系： 标态下（T=0℃，P=101.325Pa），n=1mol,V=22.4L
按形成过程 按化学组成
一次污染物和二次污染物
含硫化物、含氮化合物、含碳 化合物、含卤素化合物、光化 学氧化剂（5类）
一次污染物：直接从污染源排放的污染物；
二次污染物：由一次污染物经化学反应形成的污染物
（一）含硫化合物的来源和演变
1、SO2
1）危害
人呼吸道 损伤叶组织、造成缺绿病或黄萎 硫酸烟雾和酸性降水
2、主要组分分布
特点：
1、N2一直延伸到100km,最大浓度出现在 50Km，
N主要50－100km 2、O2主要在低于60km，O高于60km 3、CO2主要在低于50km，集中2km 4、水蒸汽主要在低于10km，集中6km
（二）大气组分的停留时间
当大气处于稳定态条件下时 P+I=R＋O
平均停留时间：
当前三大全球环境问题：气候变化、酸沉降、臭氧层损耗都发生在大气圈内
第一节 大气的结构、组成和性质 第二节 污染物在大气中的迁移 第三节 大气中污染物的转化 第四节 大气颗粒物
重点内容:
1、污染物在大气中的转化 1）光化学反应基础 2）自由基反应和来源 3） 氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化 2、几种代表性的大气环境污染问题 1）酸雨，光化学烟雾，硫酸烟雾型污染 2）温室效应 3）臭氧层破坏 3、大气颗粒物 1）粒径分布 2）三模态 3）化学组成
CO2（0.0314%） ＞99.9% 2）稀有气体（H2、CH4、SO2、NH3、CO、O3等）
<0.1% 3）水（正常范围 1-3%）
（二）大气组分的停留时间
1、停留时间
某种组分在大气中存在的平均时间，用τ表示
假定大气中某种组分的总量为M，那么其速率变化可表示为： dM／dt=P+I-R-O
P为该物质的总质量生成速率； I 为该物质的总质量流入速率； 总的输入速率 R为该物质的总质量去除速率； O为该物质的总质量流出速率； 总的输出速率
n/V=2.46×1019个分子/cm3 常温下（T=25℃，P=101.325Pa）, n=1mol,V= ? L
n/V =2.68×1019个分子/cm3 则：1ppm相当于2.46×1013个分子/cm3
1ppt相当于2.46×107个分子/cm3
三、大气中的主要污染物
按物理状态 气态污染物和颗粒物
ppm和mg/m3之间的换算（原因是有些大气污染物 的浓度是用ppm表示的，有些是用mg/m3表示的 ）。
ppm 22.4mg/m3 M
例1：求在标准状态下，30mg/m3的氟化氢的ppm浓 度。 解：氟化氢的分子量为20，则：
c=30×22.4/20=33.6ppm
mg/m3 M ppm 22.4
1、SO2
2）来源
天然来源：火山喷发、土壤厌氧微生物与植 物释放、陆地上降雨、风吹起的海盐 人为来源：矿物燃料燃烧、硫化矿冶炼
3）清除 干湿沉降
1、SO2
4）浓度特征
1、SO2
4）浓度特征
夏季低，一天变化 不大；冬季浓度高 且变化大
第一节 大气结构、组成和性质
一、大气垂直分层 二、大气的组成 三、大气中的主要污染物
一、大气垂直分层
通常把静态大气的温度和密度在垂直方向上的分布 ，称为大气温度层结和大气密度层结。
Байду номын сангаас
大气
依据
大气的 温度层结 密度层结 运动规律
划分为
对流层 平流层 中间层
热层 散逸层
（一）对流层
平均厚度12km,赤道19km，两 极8-9km，云雨主要发生层， 夏季厚，冬季薄。
CO (73－185)、 H2O (10)、 SO2 (2) 、NOx (10)
（三）大气组分浓度表示法
1、体积浓度表示法：一百万体积的空气中所 含污染物的体积数-ppm， ppb ，ppt 表示为10-6，10-9，10-12
2、质量浓度表示法：每立方米空气中所含污 染物的质量数-mg/m3，µg/m3
（三）中间层
从平流层顶到约85km的高度
特点：
1、空气更稀薄 2、无水分 3、温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低
（-100℃） 4、对流运动强烈。 5、中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。
（四）热层
从80km到约500km的高度
特点： 1、温度随高度增加迅速增高； 2、大气更为稀薄; 3、大部分空气分子被电离成为离子和自由
特点:
1、气温随高度升高而降低； 2、空气密度大； 3、有三小层、天气复杂多变； 4、对流运动强烈。
（二）平流层
对流层顶到约50km
特点：
1、空气基本无对流，平流运动占显著优势； 2、空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，
很少有天气现象，透明度极高； 3、在15-35km的范围内,厚度约20km的臭氧 层。
τ＝
M＝
P＋I
M R＋O
（二）大气组分的停留时间
例如
含硫化合物在对流层的平均浓度为1µg／kg，而 对流层空气总质量为4×1021g。而硫的天然和人 为源总贡献为200×106t／a，求硫停留时间 S总质量M=4×1021 × 1µg／kg=4×106t
τ=4×106t/ 200×106t／a=7.3d
（二）大气组分的停留时间
2、按停留时间对大气组分分类
准永久性气体、可变化组分、强可变组分 准永久性气体（a）
N2 (106)、 Ar (107)、 Ne (107) 、Kr (107) 可变组分（a）
CO2 (5-15)、 CH4 (2.5-8)、 N2O (10) 、O2 (10) 强可变组分（d）
电子，又称电离层，可以反射无线电波
（五）逸散层
特点：
1、500km以上高空 2、空气稀薄，密度几乎与太空相同 3、空气分子受地球引力极小，所以气体
及其微粒可以不断从该层逃逸出去
二、大气的组成
——气体组分和大气颗粒物
（一）气体组分及分布 1、气体组分
1）氮（78.08%）、氧（20.95%）、氩（0.934%） 、
例2、已知大气中二氧化硫的浓度为5ppm，求以
mg/m3表示的浓度值。 解：二氧化硫的分子量为64。
c =5×64/22.4mg/m3=14.3mg/m3
3、个数/cm3（超微量组分，HO·、分子、原子） 一些自由基浓度为ppt级，经常用每立方厘米中的分子 个数来表示，这时可以有换算关系： 标态下（T=0℃，P=101.325Pa），n=1mol,V=22.4L
按形成过程 按化学组成
一次污染物和二次污染物
含硫化物、含氮化合物、含碳 化合物、含卤素化合物、光化 学氧化剂（5类）
一次污染物：直接从污染源排放的污染物；
二次污染物：由一次污染物经化学反应形成的污染物
（一）含硫化合物的来源和演变
1、SO2
1）危害
人呼吸道 损伤叶组织、造成缺绿病或黄萎 硫酸烟雾和酸性降水
2、主要组分分布
特点：
1、N2一直延伸到100km,最大浓度出现在 50Km，
N主要50－100km 2、O2主要在低于60km，O高于60km 3、CO2主要在低于50km，集中2km 4、水蒸汽主要在低于10km，集中6km
（二）大气组分的停留时间
当大气处于稳定态条件下时 P+I=R＋O
平均停留时间：