第五章 大气环境化学(1).ppt

环境化学环境化学第五章 大气环境化学大气环境化学 近几十年来全球的气候正经历一次近千年来从未有近几十年来全球的气候正经历一次近千年来从未有过的显著变化，伴随着灾害性天气频发。过的显著变化，伴随着灾害性天气频发。暴雨暴雨 沙尘暴沙尘暴洪涝洪涝人类活动造成的大气成分的增加导致了这些变化。人类活动造成的大气成分的增加导致了这些变化。人类活动造成的大气成分的增加导致了这些变化。人类活动造成的大气成分的增加导致了这些变化。干旱干旱高温高温气温变化气温变化气温变化气温变化第一节第一节 大气污染大气污染一、大气污染源分类一、大气污染源分类（一）按（一）按自然源自然源和和人为源人为源分类分类 自然源：自然源：火山爆发、森林火灾等。火山爆发、森林火灾等。人为源：人为源：工业企业排放的废气工业企业排放的废气 家庭排放的废气家庭排放的废气 汽车排放的废气汽车排放的废气（二）按排放特点分类（二）按排放特点分类 点源：工厂烟囱点源：工厂烟囱 线源：公路汽车排气线源：公路汽车排气 面源：工厂林立的工厂区面源：工厂林立的工厂区 区域源：光化学烟雾的区域源区域源：光化学烟雾的区域源二、大气污染物及其分类二、大气污染物及其分类（一）按来源分类（一）按来源分类 初生污染物（稳定）初生污染物（稳定）次生污染物（大气化学反应的产物）次生污染物（大气化学反应的产物）（二）按状态分类（二）按状态分类 气态污染物气态污染物 颗粒态污染物（固态或液态）颗粒态污染物（固态或液态）-有机颗粒物有机颗粒物 -无机颗粒物无机颗粒物第二节第二节 大气中污染物的转化大气中污染物的转化氮氧化物转化：氮氧化物转化：1.1.NO NO2 2的转化的转化2.2.NO NO的转化的转化 氮氧化物是大气中氮氧化物是大气中重要的气态污染物重要的气态污染物之一。之一。它们在大气中的转化是它们在大气中的转化是大气污染化学的一个重要大气污染化学的一个重要内容内容。一氧化氮一氧化氮+二氧化氮二氧化氮=NONOX X(表示表示)一一.NO2的转化的转化NO2的光解是大气中的光解是大气中O3 3的生成引发反应的生成引发反应(p.101)(p.101)，O3 3的唯一人类来源。的唯一人类来源。1)NO1)NO2 2与与HOHO 自由基的反应：自由基的反应：NO2+HO HNO3大气中的大气中的HNOHNO3 3酸雨和酸雾酸雨和酸雾结果结果2)NO2)NO2 2与与O O3 3的反应：的反应：NO2+O3 NO3+O2大气中大气中NONO3 3的的主要来源主要来源结果结果3)NO3)NO2 2与与NONO3 3的反应：的反应：NO2+NO3 N2O54)4)生成生成HNOHNO2 2或或HNOHNO3 3的表面催化反应：的表面催化反应：NO2+NO+H2O 2HNO2 2NO2+H2O HNO2+HNO3室内二次室内二次污染物污染物生成的生成的N N2 2O O5 5又可解离为又可解离为NONO2 2和和NONO3 3二二.NO的转化的转化它是起大气中它是起大气中NONO2 2的补偿作用。的补偿作用。1)NO1)NO与与HOHO2 2 的反应：的反应：NO+HO2 NO2+HO2)NO2)NO与与RORO2 2、RC(O)ORC(O)O2 2的反应：的反应：RO2+NO RO+NO2或或RO2+NO RONO2CH3C(O)OO+NO CH3+CO2+NO2NO+O2 NO2 实际大气环境中实际大气环境中不易发生。不易发生。3)NO与与O3、NO3的反应：的反应：NO+O3 NO2+O2NO+NO3 2NO24)NO与与HO、RO的反应：的反应：NO+HO HONONO+RO RONO降雨中主要阴离子：降雨中主要阴离子：SOSO4 42-2-，NONO3 3-,Cl,Cl-降雨中主要阳离子：降雨中主要阳离子：NHNH4 4+，CaCa2+2+,H,H+SO2+O SO3 SO3+H2O H2SO4SO2+H2O H2SO3H2SO3+O H2SO4第三节第三节 硫氧化合物的转化与酸雨硫氧化合物的转化与酸雨NO+O NO2 NO2+H2O HNO3+HNO2酸酸雨雨形形成成酸酸雨雨酸指标离子：酸指标离子：SOSO4 42-2-，NONO3 3-,H,H+碱指标离子：碱指标离子：NHNH4 4+，CaCa2+2+酸雨的判断标准：酸雨的判断标准：pH 5.6pH 5.6酸雨形成过程酸雨形成过程 火山爆发酸雨影响（土壤）酸雨影响（土壤）沙漠化沙漠化酸雨影响（水中生物）酸雨影响（水中生物）水质恶化水质恶化酸雨影响（植物）酸雨影响（植物）土壤酸性与植物土壤酸性与植物酸雨影响（植物）酸雨影响（植物）酸雨影响酸雨影响（历史遗产）（历史遗产）烟雾烟雾防治措施防治措施（1 1）使用低硫燃料使用低硫燃料或或改进燃烧装置改进燃烧装置。（2 2）烟气）烟气脱硫脱氮脱硫脱氮。（3 3）控制汽车尾气排放控制汽车尾气排放。第四节第四节 硫酸型烟雾与光化学烟雾硫酸型烟雾与光化学烟雾硫酸型烟雾 还原型烟雾：燃煤SO2,CO,粉尘氧化型烟雾：燃油汽车,锅炉,石油化工两种化学烟雾的特点比较两种化学烟雾的特点比较还原型烟雾还原型烟雾(硫酸型烟雾）硫酸型烟雾）氧化型烟雾（光化学烟雾）氧化型烟雾（光化学烟雾）晚间发生晚间发生 有烟味有烟味 灰至黑色灰至黑色 对大理石建筑有损伤对大理石建筑有损伤 称伦敦型烟雾（称伦敦型烟雾（19521952年）年）白天发生白天发生 有有O O3 3臭气、刺激眼和鼻臭气、刺激眼和鼻 蓝或黄至棕色蓝或黄至棕色 植物有影响植物有影响 称洛杉矶型烟雾（称洛杉矶型烟雾（19401940年）年）光化学烟雾伦敦烟雾（还原型烟雾）伦敦烟雾（还原型烟雾）19521952年年1212月月发发生生在在英英国伦敦；维持国伦敦；维持2 2个月；个月；40004000名名死死亡亡；之之后后两两个个月月内内，80008000名名因因为为烟烟雾雾事事件件而而死死于于呼呼吸吸系统疾病。系统疾病。主要原因：燃煤主要原因：燃煤光化学烟雾（氧化型烟雾）光化学烟雾（氧化型烟雾）氧化型烟雾氧化型烟雾是排入大气的是排入大气的NONOX X和和碳氢化物碳氢化物受紫外线受紫外线 作用所产生的一种刺激性的浅蓝色烟雾。作用所产生的一种刺激性的浅蓝色烟雾。氧化型烟雾氧化型烟雾是由是由NONOX X、碳氢化合物、碳氢化合物发生光化学反发生光化学反 应形成的应形成的光化学烟雾光化学烟雾。城市大气中，城市大气中，碳氢化合物碳氢化合物和和氮氧化物（氮氧化物（NONOX X）的来的来 源是源是汽车尾气汽车尾气。氧化型烟雾（洛杉矶烟雾）氧化型烟雾（洛杉矶烟雾）1951952 2年年1212月月发发生生在在美美国国洛洛杉杉矶矶。两两天天内内，使使6565岁岁以以上上的的老老人人死死亡亡400400人人。因因此此也也称称洛杉矶型烟雾洛杉矶型烟雾主要原因：汽车尾气主要原因：汽车尾气洛杉矾在洛杉矾在4040年代，拥有年代，拥有250250万辆汽车，每天约消万辆汽车，每天约消耗耗11001100吨汽油；吨汽油；排出排出10001000多吨碳氢化合物，多吨碳氢化合物，3O03O0多吨多吨NOxNOx，700700多吨一氧化碳（多吨一氧化碳（COCO）。）。还有炼油厂、供油站的石油燃烧物，排放到还有炼油厂、供油站的石油燃烧物，排放到阳阳光明媚光明媚的洛杉矶上空的洛杉矶上空造成造成洛杉矶烟雾洛杉矶烟雾。燃烧设备燃烧设备汽车尾气汽车尾气一次污染物一次污染物 烃类烃类 氮氧化物氮氧化物二次污染物二次污染物 O O3 3,PANPAN RORO2 2,HO,HO2 2,RCORCO 醛、酮、有机酸醛、酮、有机酸UVUVPANPAN-硝酸过氧化乙酰硝酸过氧化乙酰光化学烟雾光化学烟雾造成大气污染造成大气污染 引起烟雾的主犯引起烟雾的主犯燃烧设备燃烧设备NONO2 2、O O3 3、醛的浓度随着太阳辐射的增强而增大、醛的浓度随着太阳辐射的增强而增大一次污染一次污染二次污染二次污染烟雾形成机制（丙烯和烟雾形成机制（丙烯和NONO在光照下）在光照下）一次污染一次污染二次污染二次污染（PAN-PAN-硝酸过氧化乙酰硝酸过氧化乙酰)光化学烟雾中自由基传递示意图光化学烟雾中自由基传递示意图（p.115p.115）燃燃煤煤、尾尾气气RCHONO2RHhvRCOO2RC(O)O2RC(O)ONONO2OhvRO2RO2ROHO2HOO2NONO2NONO2CO2光化学烟雾形成的基本反应机制光化学烟雾形成的基本反应机制【p.116p.116，表，表5-75-7】引发反应引发反应 自由基传递反应自由基传递反应 链终止反应链终止反应光化学烟雾的危害：光化学烟雾的危害：对人体健康的影响对人体健康的影响 对眼、鼻、咽、气管和肺有刺激作用。对眼、鼻、咽、气管和肺有刺激作用。对植物的影响对植物的影响 植物叶片变黄以致枯死。植物叶片变黄以致枯死。降低大气能见度降低大气能见度 影响交通正常运行。影响交通正常运行。第五节第五节 臭氧层空洞臭氧层空洞 臭氧层存在于对流层上面的臭氧层存在于对流层上面的平流层平流层中，距地面中，距地面 15-35Km15-35Km。臭氧层臭氧层吸收吸收99%99%以上以上太阳的太阳的紫外辐射紫外辐射保护地保护地 球生物不受其伤害球生物不受其伤害维持地球生态平衡。维持地球生态平衡。臭氧层空洞臭氧层空洞1 1臭氧层形成与耗损的化学反应臭氧层形成与耗损的化学反应 臭氧层的形成及耗损臭氧层的形成及耗损（1 1）臭氧层形成）臭氧层形成总反应：总反应：臭氧的形成臭氧的形成 当当水蒸气、氮氧化物、氟氯烃水蒸气、氮氧化物、氟氯烃等进入平流层后等进入平流层后加速加速O O3 3的消耗的消耗，起到催化的作用。，起到催化的作用。（2 2）臭氧的消耗）臭氧的消耗（光解）（光解）（生成（生成O O3 3的逆反应）的逆反应）Y Y 破坏破坏O O3 3的催化活性物种，包括的催化活性物种，包括NONOX X、HOHOx x（H H、HO HO、HOHO2 2）、）、ClOClOX X（ClCl、ClOClO）等。等。臭氧层破坏臭氧层破坏的催化反应：的催化反应：总反应：总反应：催化反应催化反应平流层中平流层中NONO和和NONO2 2，来自于，来自于N N2 2O O氧化：氧化：超音速飞机排放是超音速飞机排放是NONO，它是，它是NONOx x的人为来源，的人为来源，破坏破坏O O3 3层。层。总反应：总反应：平流层中平流层中HOHOx x 来源于来源于H H2 2O O，CHCH4 4，H H2 2，O O的反应的反应总总反应反应 平流层中平流层中ClCl的天然来源的天然来源是海洋生物产生的是海洋生物产生的CHCH3 3ClCl；人为来源是制冷剂。；人为来源是制冷剂。The Process of Ozone Depletion 平流层平流层 臭氧的分解臭氧的分解CFCCFC的催化作用的催化作用:The Process of Ozone Depletion 氟里昂光解产生的氟里昂光解产生的 ClCl 破坏破坏O O3 3总反应：对人类健康的影响对人类健康的影响 增加皮肤癌和白内障的发病率。增加皮肤癌和白内障的发病率。对植物的影响对植物的影响：使农作物减产。：使农作物减产。对水生系统的影响对水生系统的影响：减少浮游生物的产量。：减少浮游生物的产量。对城市大气质量和建筑材料的影响对城市大气质量和建筑材料的影响 产生光化学烟雾；加速建筑材料的老化。产生光化学烟雾；加速建筑材料的老化。臭氧层的变化对人类的影响臭氧层的变化对人类的影响 提高利用效率，降低操作损失。提高利用效率，降低操作损失。回收和再循环。回收和再循环。改进改进CFCsCFCs产品。产品。非非CFCsCFCs产品的替代品。产品的替代品。应对措施应对措施第六节第六节 温室气体和温室效应温室气体和温室效应 一、地球的热平衡一、地球的热平衡辐射到地球的太阳能约辐射到地球的太阳能约5050在达到地面前被大气在达到地面前被大气反射，其余反射，其余5050由云、大气或颗粒物散射到地面。由云、大气或颗粒物散射到地面。到达地表的太阳能被地球吸收，部分从地表反射到达地表的太阳能被地球吸收，部分从地表反射回空间，回空间，从而维持地球的热平衡。从而维持地球的热平衡。二、温室气体及来源二、温室气体及来源1 1二氧化碳二氧化碳化石燃料化石燃料2 2一氧化碳一氧化碳来源很广来源很广3 3氢气氢气来源很广来源很广4 4NOx NOx 燃烧燃烧5 5NHNH3 3农业化学品农业化学品6 6SOSO2 2,H,H2 2S S燃烧和工业燃烧和工业7 7CFCF4 4,C,C2 2F F6 6铝厂铝厂8 8氟利昂氟利昂(CFCl(CFCl3 3,CF,CF2 2ClCl2 2,CClF,CClF3 3)致冷剂致冷剂9 9二氯甲烷，二氯乙烷，四氯化碳二氯甲烷，二氯乙烷，四氯化碳化学工业化学工业1010 甲烷，乙炔，乙烷甲烷，乙炔，乙烷工业，汽车废气工业，汽车废气1111 臭氧臭氧天然生成天然生成美国 葡萄牙 据国际能源署据国际能源署(IEA)(IEA)报告，中国报告，中国20092009年取代美国，年取代美国，将成为将成为全球最大温室效应气体排放国全球最大温室效应气体排放国。但中国至今仍拒绝对自己和其他发展中国家的气体但中国至今仍拒绝对自己和其他发展中国家的气体排放做出限制。排放做出限制。【中国态度中国态度】虽然当前中国没有义务削减温室效应气体排放量，虽然当前中国没有义务削减温室效应气体排放量，但是我们会努力加快但是我们会努力加快自主制定条约自主制定条约中的削减计划。中的削减计划。气体气体大气中浓度大气中浓度（L/mL/m3 3）年平均增长率年平均增长率（%）二氧化碳二氧化碳甲甲 烷烷一氧化碳一氧化碳二氯乙烷二氯乙烷臭臭 氧氧CFC 11CFC 11CFC 12CFC 12四氯化碳四氯化碳344,000344,0001,6501,6503043040.130.13不定不定0.230.230.40.40.1250.1250.50.51.01.00.250.257.07.0-5.05.05.05.01.01.0大气中具有温室效应的气体大气中具有温室效应的气体 三、温室气体对大气的影响三、温室气体对大气的影响 COCO2 2象温室的玻璃一样，象温室的玻璃一样，允许太阳光照射到地面，允许太阳光照射到地面，并阻止地面重新辐射的红外光返回外空间，并阻止地面重新辐射的红外光返回外空间，COCO2 2 起单向过滤器作用起单向过滤器作用。温室效应：温室效应：CO CO2 2吸收地面辐射出来的吸收地面辐射出来的红外光红外光，把能量截留于大，把能量截留于大气中，从而使大气温度升高的现象。气中，从而使大气温度升高的现象。温室效应后果：温室效应后果：破坏地球的热平衡，引起全球气候变暖等一系列破坏地球的热平衡，引起全球气候变暖等一系列环境问题。环境问题。温室气体效应机理温室气体效应机理地球温暖化依据地球温暖化依据气气 体体影影 响（响（%）削减目标（削减目标（%）二氧化碳二氧化碳甲甲 烷烷CFC 11-12CFC 11-12氧化亚氮（氧化亚氮（N N2 2O O）其他（如其他（如O O3 3）4949181814146 6131380-9580-95454575-10075-10080-8580-85-各种气体对温室效应的贡献各种气体对温室效应的贡献 增加增加1 1个个CFC-11CFC-11分子相当于增加分子相当于增加45004500个个COCO2 2分子；分子；增加增加1 1个个CFC-12CFC-12分子相当于增加分子相当于增加71007100个个COCO2 2分子。分子。可怕的温室效应可怕的温室效应Warming 最近预测，当最近预测，当COCO2 2的浓度为目前的的浓度为目前的2 2倍时，地表面的平倍时，地表面的平均温度上升均温度上升1.5-4.51.5-4.5。将引起。将引起南极冰山南极冰山的熔化而淹的熔化而淹没大片陆地。没大片陆地。四、温室效应的控制措施四、温室效应的控制措施（一）氟氯烃（一）氟氯烃（CFCCFC）的排放与抑制）的排放与抑制 CFCCFC的代用品，价格昂贵，且效率较低的代用品，价格昂贵，且效率较低。还需要。还需要打规模投资。打规模投资。（二）甲烷的排放和抑制（二）甲烷的排放和抑制 废物管理废物管理 农业措施农业措施 能源利用加工中的措施能源利用加工中的措施。（三）（三）NOxNOx和和SOxSOx的排放与抑制的排放与抑制（四）（四）COCO2 2的排放和抑制的排放和抑制 1 1、COCO2 2的自然转化：的自然转化：资源化；资源化；藻类固定藻类固定 2 2、烟气中、烟气中COCO2 2的回收的回收 变压吸收法、溶剂吸收法、低温蒸馏法、膜变压吸收法、溶剂吸收法、低温蒸馏法、膜 分离法。分离法。3 3、COCO2 2的储存的储存 油田、煤层、深埋地下、海洋油田、煤层、深埋地下、海洋。永远的蓝天