光化学烟雾的形成机理危害及防治

光化学烟雾的形成机理、危害及防治的研究一、引言

当今社会，人类大量的使用机器进行生产，在提高效率的同时，也带来了巨大的环境问题。环境问题主要包括环境污染和生态污染。研究表明，化学污染引起的环境污染尤为严重。光化学烟雾就是其中对城市危害较大的化学污染之一。汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NO x）等一次污染物，在阳光的作用下发生化学反应，生成臭氧（O3）、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。

20世纪40年代之后，随着全球工业和汽车业的迅猛发展，光化学烟雾污染在世界各地不断出现，如美国洛杉矶、日本东京、大阪、英国伦敦、澳大利亚、德国等大城市及中国北京、上海、南宁、兰州均发生过光化学烟雾现象。由于光化学烟雾已成为世界上主要的城市污染，本文想藉此对其经行研究。

二、形成机理

光化学烟雾的形成条件是大气中有氮氧化物和碳氧化物存在，大气温度较低，而且有强烈的阳光照射，这样在大气中就会一系列复杂的反应，生成出一些二次污染物，如O3、醛、PAN、H2O2等。

光化学烟雾是一个链式反应，其中关键性的反应可以简单地分成3组：（1）NO2的光解导致O3的生成：

链引发反应主要是NO2的光解，反应如下：

NO2 +HV→NO +O

O +O2 +M→O3 +M

NO +O3→NO2 +O2

（2）碳氢化物(HC)氧化生成了具有活性的自由基，如HO、HO2、RO2等。在光化学反应中，自由基反应占很重要的地位，自由基的引发反应主要是由NO2和醛光解引起的：

NO2 + HV→NO +O

RCHO + HV→RCO +H

碳氢化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因：

RH +O→R +HO

RH + HO→R +H2O

H + O2 →HO2

R + O2→RO2

RCO+ O2→[RC（O）O2]

其中：R—烷基；

RO2—过氧烷基；

RCO—酰基；

[RC（O）O2]—过氧酰基。

（3）通过以上途径生成的HO2、RO2、[RC（O）O2]均可将NO氧化成NO2。

NO +HO2 →NO2 +HO

NO +RO2→NO2 +RO

RO +O2 →HO2 +RCHO

NO + RC（O）O2→NO2 + RC（O）O

RC（O）O→R +CO2

其中：RO—烷氧基；

RCHO—醛。

三、主要危害

光化学烟雾具有强氧化性，刺激人们眼睛和呼吸道黏膜、伤害植物叶子、加速橡胶老化，并使大气能见度降低。对人类、动植物和材料有害的主要是臭氧、PAN和丙烯醛、甲醛等二次污染物。臭氧、PAN等还能造成橡胶制品的老化、脆裂、使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。有害影响主要表现在以下几个方面：

1.损害人和动物的健康：

人和动物受到主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。

臭氧是一种强氧化剂。在0.1ppm浓度时就具有特殊的臭味。并可达到呼吸系统的深层刺激下气道黏膜，引起化学变化，其作用相当于放射线，使染色体异常、红血球老化。PAN、甲醛、丙烯醛等产物对人和动物的眼睛、咽喉、鼻子等有刺激作用。其刺激域约为0.1ppm。此外光化学烟雾能促使哮喘病患者哮喘发作，能引起慢性呼吸系统疾病恶化、呼吸障碍、损害肺部功能等症状长期吸入氧化剂能降低人体细胞的新陈代谢加速人的衰老。PAN 还是造成皮肤癌的可能试剂。在1943年美国洛杉矶发生的首宗事件曾引起400多人死亡。

2.影响植物生长：

臭氧影响植物细胞的渗透性。可导致高产作物的高产性能消失，甚至使植物丧失遗传能力。植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色呈蜡质状经过一段时间后

色素发生变化叶片上出现红褐色斑点。PAN使叶子背面呈银灰色或古铜色影响植物的生长降低植物对病虫害的抵抗力。

3.影响材料质量：

光化学烟雾会促成酸雨形成造成橡胶制品老化、脆裂，使染料褪色建筑物和机器受腐蚀并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。

4.降低大气能见度：

光化学烟雾的重要特征之一是使大气的能见度降低——视程缩短。这主要是由于污染物质在大气中形成的光化学烟雾气溶胶所引起的。这种气溶胶颗粒大小一般多在0.3~1.0μm范围内。由于这样大小的颗粒实际上不易因重力作用而沉降能较长时间悬浮于空气中长距离迁移它们与人视觉能力的光波波长相一致，且能散射太阳光，从而明显地降低了大气的能见度。因而妨害了汽车与飞机等交通工具的安全运行，导致交通事故增多。

5.其他危害：

光化学烟雾会加速橡胶制品的老化和龟裂、腐蚀建筑物和衣物，缩短其使用寿命。

四、光化学烟雾的防治措施

工业上，较好的措施是对煤进行加工，改进燃烧技术，同时改进生产工艺，对污染物进行后处理及合理排放。使用前对煤进行脱硫加工，并尽可能除去灰分;使用过程中，通过对锅炉进行适当改进，同时加人固硫剂，可减少烟尘利二氧化硫的发生量;最后，对废气进行综合利用后，对不能利用的进行无害处理后再进行排放。对于生活燃煤，除了对煤迹行加工外，比较好的措施是改进用能和供能方式，采用集中供热、城市燃气化。集中供热和城市燃气化，是城市节能和综合整治的重要内容，能有效地改善城市大气环境质量，减少室内空气污染。

此外，重点研究改革燃料和改进汽车设备结构，试制无公害汽车和发展高效交通系统。具体举措为:

1.改革燃料。采用液化天然气、氢气、液化煤气与柴油的混合燃料和无铅汽油来代替有铅汽油作为汽车燃料，是减少汽车尾气污染的有效措施。采用天然气作燃料，在燃烧时不仅排出的污染物极少，没有气味，没有铅化物，而且噪声很小，从而减少发生光化学烟雾污染的可能性。

2.改进汽车设备结构。汽车尾气污染的防治，除提高汽油燃烧质量外，关键在于改进发动机的燃烧设计。美国福特公司制成一种“层化加油”发动机，它改变了燃烧室的设计和燃料注人系统的设计，从而减少废气的排出。日本本田摩托车