三节大气污染物化学转化市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第三节大气污染物化学转化第1页一、光辐射几个概念n1辐射强度：用单位时间、单位面积上所经过能量值来量度。J/(cm2.s)第2页n2光子：是指电子在两个能级之间做一次跃迁所发射出电磁波。它即是一个电磁波也是一个能量。能量大小用下式表示：=hv=hC/h为普朗克常数，v为光频率第3页n3 光 化 辐 射：指 波 长=380nm光。因为只有这部分光才能参加对流层光化学反应。n低层大气中影响光化学反应速率主要原因就是光化辐射强度。第4页二、大气层光化学特征n光光化化学学反反应应：大大气气中中原原子子、分分子子、自自由由基基或或离离子子等等吸吸光光物物质质吸吸收收光光子子所所引引发发反反应。应。第5页n大气环境中污染物能否进行大气环境中污染物能否进行光化学反应，要取决于两个光化学反应，要取决于两个方面：一是污染物本身性质，方面：一是污染物本身性质，即在大气中必须有能吸收太即在大气中必须有能吸收太阳光，使其发生早期反应物阳光，使其发生早期反应物质，才能在大气中引发光化质，才能在大气中引发光化学反应。二是要具备一定波学反应。二是要具备一定波长光，普通是可见光长光，普通是可见光.第6页n大大气气中中污污染染物物受受阳阳光光辐辐射射，吸吸收收光光子子而而使使物物质质分分子子处处于于某某种种电电子子激激发发态态，而而引引发发与与其其它它物物质质发发生生化化学学反反应应。光光化学反应分为两个过程：化学反应分为两个过程：n初级过程为物质分子吸收光初级过程为物质分子吸收光量子，形成激发态物种：量子，形成激发态物种：nA+hvA第7页n一一定定分分子子或或原原子子只只能能吸吸收收一一定定能能量量光光子子，吸吸收收光光能能后后激激发发态态分分子子是是不不稳稳定定，可马上发生其它改变。可马上发生其它改变。n主要过程主要有：主要过程主要有：第8页n1光（离）解：光（离）解：A B1+B2n2与与其其它它物物质质发发生生反反应应：A+BC1+C2n3发生荧光回到基态：发生荧光回到基态：A A+hv第9页n4经过碰撞消耗活化能后又回到基态：A+MA+Mn式中：M为吸收能量分子；B1、B2、C1、C2为反应产物。第10页二、硫酸烟雾n（一）二氧化硫氧化作用（一）二氧化硫氧化作用n1SO2光氧化作用光氧化作用nSO2直接光化学氧化：直接光化学氧化：第11页nSO2在在大大气气中中有有两两个个吸吸收收光光谱谱，一一个个在在290nm处处，一一个个在在384nm处处，当当SO2吸吸收收不不一一样样光光波波时时，可形成不一样激发态可形成不一样激发态SO2，nSO2+hv（290-340nm）1SO2（单重态）（单重态）nSO2+hv（340-400nm）3SO2（三重态）（三重态）第12页n空气中空气中SO2光氧化为光氧化为SO3机制是机制是:n3SO2+O2SO4SO3+On或或SO4+SO22SO3n同同时时，也也存存在在激激发发态态SO2猝猝灭灭反反应应，也也就就是是经经过过碰碰撞撞作作用用回回到到基基态，态，n3SO2+MSO2+MM为为N2、O2、CO、CO2、CH4等等第13页n由由SO3深深入入形形成成硫硫酸酸及及硫硫酸酸盐气溶胶过程：盐气溶胶过程：nSO3+H2OH2SO4+H2O（H2SO4）m（H2O）n第14页2.SO2催化氧化：n二氧化硫在大气中经过粉二氧化硫在大气中经过粉尘中铁、锰等触媒催化作尘中铁、锰等触媒催化作用形成硫酸过程，称为用形成硫酸过程，称为SO2催化氧化过程，也称催化氧化过程，也称SO2触触媒氧化过程。媒氧化过程。第15页n首首先先，二二氧氧化化硫硫溶溶解解在在水水滴滴中：中：nSO2+H2OH+HSO3-n其其次次，在在铁铁、锰锰硫硫酸酸盐盐和和氯氯化化物物触触媒媒作作用用下下，亚亚硫硫酸酸氧化为硫酸：氧化为硫酸：n2HSO3-+2H+O22H2SO4第16页n两式合并为：两式合并为：n2SO2+2H2O+O22H2SO4n上述反应是可逆，二氧化硫氧上述反应是可逆，二氧化硫氧化速率决定于二氧化硫向粉尘扩化速率决定于二氧化硫向粉尘扩散快慢；二氧化硫在水中溶解度散快慢；二氧化硫在水中溶解度决定于触媒剂种类、溶液决定于触媒剂种类、溶液PH值、值、大气温度、湿度以及大气中氮含大气温度、湿度以及大气中氮含量。量。第17页n几个催化媒催化效率大小：几个催化媒催化效率大小：MnSO4MnCl2CuSO4NaCL第18页三、氮氧化物在大气中化学转化n(一一)二二氧化氧化氮光化学反应氮光化学反应NO2+hv（290-430nm）NO+O O+O2+MO3+M第19页nO3+NONO2+O2nM为大气中为大气中N2、O2或其它分或其它分子，能够吸收过剩能量而使子，能够吸收过剩能量而使生成生成O3分子稳定。假如没有分子稳定。假如没有其它反应干扰，其它反应干扰，O3浓度取决浓度取决于于NO2/NO。第20页（二）二氧化氮化学反应nNO2在在大大气气中中化化学学反反应应主主要要是是光光解解反反应应，另另外外，还还能能与与一一系系列列自自由由基基反反应应，如如OH、HO2等。等。n1NO2与与OH基反应基反应nNO2+OHHONO2第21页n2.NO2与与O3反应反应nNO2+O3NO3+O2NO+2O2n这个反应是对流层中一个主这个反应是对流层中一个主要反应，它是大气中要反应，它是大气中NO3主主要起源。要起源。第22页n3NO2与与NO3反应反应nNO2+NO3N2O5n这是一个可逆反应。这是一个可逆反应。第23页(三)HONO化学反应n亚亚硝硝酸酸在在大大气气中中发发生生光光解解反反应应速速度度快快于于其其与与OH反反应应。它它和和OH基基反反应应生生成成水水和和二二氧氧化化氮。氮。n1OH与与NO作用：作用：OH+NOHONO第24页n2表面催化反应：表面催化反应：nNO+NO2+H2O 2HONOn2NO2+H2OHONO+HNO3n值得注意是，亚硝酸能够成值得注意是，亚硝酸能够成为室内二次污染物，而且亚为室内二次污染物，而且亚硝酸与仲胺反应生成致癌物硝酸与仲胺反应生成致癌物亚硝基胺。亚硝基胺。第25页(四)HNO3化学反应n硝酸光解反应很慢，在大气硝酸光解反应很慢，在大气中主要经过干沉降或湿沉降中主要经过干沉降或湿沉降方式抵达地表，因为硝酸溶方式抵达地表，因为硝酸溶解度很高，吸水能力强，很解度很高，吸水能力强，很快形成酸雨。快形成酸雨。第26页四、大气污染四、大气污染“光化学烟雾光化学烟雾”形成形成n光化学烟雾：是指含有氮氧光化学烟雾：是指含有氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合化物、一氧化碳、碳氢化合物大气，在阳光中紫外线照物大气，在阳光中紫外线照射下反应所产生产物及反应射下反应所产生产物及反应物混合物。物混合物。第27页n形成光化学烟雾特征是：烟形成光化学烟雾特征是：烟雾呈蓝色，含有强氧化性，雾呈蓝色，含有强氧化性，刺激人眼睛，伤害植物叶子，刺激人眼睛，伤害植物叶子，能使橡胶开裂，大气能见度能使橡胶开裂，大气能见度降低。降低。第28页n光光化化学学烟烟雾雾形形成成条条件件：（1）地地理理条条件件：因因为为烟烟雾雾形形成成与与NO2光光分分解解有有直直接接关关系系，而而光光分分解解又又必必须须有有290-430波波长长辐辐射射作作用用下下才才有有可可能能。所所以以，纬纬度度大大于于60度度地地域域，入入射射角角较较大大，太太阳阳辐辐射射小小，不不轻轻易易发发生生光光化化学学烟烟雾。雾。第29页n（2）季季节节：夏夏季季发发生生光光化化学学烟烟雾雾可可能能性性比比冬冬季季大大。一一天天中中，中中午午前前后后光光线线最最强强，发发生生可可能能性性较较大大。（3）污污染染源源条条件件：以以石石油油为为原原料料工工厂厂排排气气和和汽汽车车尾尾气气是是形形成成烟烟雾雾前前提。提。第30页n1光化学反应光化学反应n光化学烟雾形成时化学反应光化学烟雾形成时化学反应主要有三个过程主要有三个过程：（：（1）O3生成；（生成；（2）碳氢化合物氧化；）碳氢化合物氧化；（3）过氧乙酰基硝酸酯系列）过氧乙酰基硝酸酯系列（PAN）生成。）生成。第31页n2光化学烟雾形成光化学烟雾形成n经过大量大气污染实测发觉，经过大量大气污染实测发觉，光化学烟雾形成，在某种程光化学烟雾形成，在某种程度上与交通流量随时间改变度上与交通流量随时间改变相关。相关。第32页第四节大气中污染物扩散第33页n一、影响大气污染气象原因一、影响大气污染气象原因n大大气气扩扩散散：因因为为大大气气中中各各种种迁迁移移转转化化过过程程造造成成大大气气污污染染物物在在时时间间上、空间上再分布现象。上、空间上再分布现象。n影响大气扩散能力主要原因有两影响大气扩散能力主要原因有两个，一是气象动力因子，如风、个，一是气象动力因子，如风、湍流；二是热力学因子，即温度湍流；二是热力学因子，即温度层结等。层结等。第34页n1风和湍流风和湍流n普普通通把把空空气气水水平平运运动动称称为为风风。风风有有风向和风速。风向和风速。n作用：输送作用；冲淡稀释作用。作用：输送作用；冲淡稀释作用。n大大气气湍湍流流：指指气气流流在在大大气气中中无无规规则则、三维小尺度运动。三维小尺度运动。n作用：表现为气流速度和方向伴随作用：表现为气流速度和方向伴随时间和空间位置不一样呈随机改变，时间和空间位置不一样呈随机改变，并由此引发温度、湿度以及污染物并由此引发温度、湿度以及污染物质浓度等气象属性随机涨落。质浓度等气象属性随机涨落。第35页n依依据据形形成成大大气气湍湍流流和和影影响响它它强强度度原原因不一样分为机械湍流和热力湍流。因不一样分为机械湍流和热力湍流。n由由机机械械或或者者动动力力作作用用引引发发湍湍流流叫叫机机械械湍湍流流，它它主主要要取取决决于于风风速速分分布布和和地面粗糙度。地面粗糙度。n因因为为大大气气垂垂直直方方向向温温度度改改变变所所引引发发湍湍流流叫叫热热力力湍湍流流，它它主主要要由由大大气气垂垂直稳定度引发。直稳定度引发。n大气污染物扩散，主要靠大气湍流大气污染物扩散，主要靠大气湍流作用。作用。第36页n2温度层结温度层结n温温度度层层结结就就是是垂垂直直方方向向温温度度梯梯度度。温温度度层层结结决决定定了了大大气气稳定度，影响大气湍流强弱。稳定度，影响大气湍流强弱。n（1）气温垂直分布气温垂直分布第37页n近近地地面面大大气气层层中中气气温温垂垂直直分分布布普普通有三种情况：通有三种情况：nA：气气温温随随高高度度递递减减，这这种种情情况况普通出现在白天，风速不大时。普通出现在白天，风速不大时。nB：气气温温随随高高度度逆逆增增，这这种种情情况况普通出现在少云、无风夜晚。普通出现在少云、无风夜晚。nC：气气温温基基本本不不随随高高度度改改变变，这这种种情情况况普普通通出出现现于于多多云云或或阴阴天天，风速比较大情况。风速比较大情况。第38页n气气温温随随高高度度改改变变通通常常以以气气温温垂垂直直递递减减率率来来表表示示。它它是是指指垂垂直直于于地地球球表表面面方方向向上上，每每升高升高100m气温改变值气温改变值n（2）逆温逆温n气温垂直递减率小于零时大气温垂直递减率小于零时大气层温度分布出现温度逆增，气层温度分布出现温度逆增，简称为逆温。简称为逆温。第39页n逆逆温温层层下下限限称称逆逆温温高高度度，上上下限温度差称为逆温强度。下限温度差称为逆温强度。n依依据据逆逆温温层层发发生生原原因因可可分分为为辐辐射射逆逆温温、湍湍流流逆逆温温、锋锋面面逆温和地形逆温。逆温和地形逆温。第40页n（3）大气稳定度大气稳定度n大大气气稳稳定定度度指指垂垂直直方方向向上上大大气气稳稳定定程程度度。当当一一空空气气块块受受某某种种原原因因受受到到外外力力作作用用产产生生了了上上升升或或下下降降运运动动后后，可可能能发发生生三三种种情情况况：稳稳定定，不不稳稳定和中性稳定定和中性稳定。第41页三种情况：三种情况：(1)当外力去除后，气块就减速当外力去除后，气块就减速并有返回原来高度趋势，称这种大气是并有返回原来高度趋势，称这种大气是稳定；稳定；(2)当外力去除后，气块加速上升当外力去除后，气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定；或下降，称这种大气是不稳定；(3)当外当外力去除后，气块被外力推到那里就停到力去除后，气块被外力推到那里就停到那里或作等速运动，称这种大气是中性。那里或作等速运动，称这种大气是中性。第42页n干绝热递减率干绝热递减率d:干空气块或未饱和湿空干空气块或未饱和湿空气块在绝热条件下每升高单位高度气块在绝热条件下每升高单位高度(通常通常取用单位高度为取用单位高度为100m)所造成温度下降所造成温度下降数值。数值。n理论和实践都证实，对于一个干空气块理论和实践都证实，对于一个干空气块或未饱和湿空气块在大气中绝热上升或未饱和湿空气块在大气中绝热上升（下降）（下降）100m，气块气温下降（上升），气块气温下降（上升）0.98.第43页当当-d0时，时，a0，气块加速运动，大气，气块加速运动，大气不稳定不稳定;-d0时，时，a0，气块减速运动，气块减速运动，大气稳定；当大气稳定；当=d时，时，a0，大气是中，大气是中性。性。第44页n（4）大气稳定度与大气污染大气稳定度与大气污染n大气稳定度与大气污染有着亲密大气稳定度与大气污染有着亲密关系。大气稳定度对污染物扩散关系。大气稳定度对污染物扩散影响有常见五种类型：翻卷型影响有常见五种类型：翻卷型（波浪型）、锥型、扇型（平展（波浪型）、锥型、扇型（平展型）、屋脊型（上扬型）、漫烟型）、屋脊型（上扬型）、漫烟型（熏烟型）。型（熏烟型）。第45页第46页第47页二、影响大气污染地理原因二、影响大气污染地理原因1、地形和地物影响：障碍物体积、形状、地形和地物影响：障碍物体积、形状、高低等影响风向风速改变。高低等影响风向风速改变。2、山谷风：谷风，反谷风。、山谷风：谷风，反谷风。第48页3、海陆风：海风，陆风、海陆风：海风，陆风第49页4、城市热岛环流：城市热岛环流是由城镇、城市热岛环流：城市热岛环流是由城镇温度差引发局地风。温度差引发局地风。三、影响大气污染其它原因三、影响大气污染其它原因(一一)污染物性质和成份污染物性质和成份(二二)污染源几何形状和排放方式污染源几何形状和排放方式按污染源几何形状分类，可分为点源、线按污染源几何形状分类，可分为点源、线源、面源；按施放污染物连续时间分类，源、面源；按施放污染物连续时间分类，有瞬时源和连续源；按排放源高度分类有瞬时源和连续源；按排放源高度分类可分为地面源、高架源等。可分为地面源、高架源等。第50页第51页第52页第53页