光化学烟雾PPT讲稿.ppt
《光化学烟雾PPT讲稿.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《光化学烟雾PPT讲稿.ppt(49页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、光化学烟雾1第1页,共49页,编辑于2022年,星期四back概述20世纪世纪30-60年代,世界上发生过无数次公害事件,危害最大的所谓年代,世界上发生过无数次公害事件,危害最大的所谓“八大公害事件八大公害事件”中有四起是化学烟雾所致。此后,这类事件在世界中有四起是化学烟雾所致。此后,这类事件在世界各地屡有发生。各地屡有发生。化学烟雾有两种基本类型,即还原型和氧化型。化学烟雾有两种基本类型,即还原型和氧化型。Smog derives from a combination of the words smoke and fog。2第2页,共49页,编辑于2022年,星期四 典型案例:典型案例:这种
2、污染多发生在冬季,气温较低、湿度较高和日光较弱的气象条件下。如这种污染多发生在冬季,气温较低、湿度较高和日光较弱的气象条件下。如1952年年12月在伦敦发生的一次严重的硫酸烟雾型污染事件。月在伦敦发生的一次严重的硫酸烟雾型污染事件。当时伦敦上空受冷高压控制。高空中的云阻挡了来自太阳的光。地面温度迅速降低,当时伦敦上空受冷高压控制。高空中的云阻挡了来自太阳的光。地面温度迅速降低,相对湿度高达相对湿度高达80%,于是就形成了雾。由于地面温度低,上空又形成了一逆温层。大,于是就形成了雾。由于地面温度低,上空又形成了一逆温层。大量家庭的烟筒和工厂所排放出来的烟就聚集在底层大气中,难以扩散,这样在底层大
3、量家庭的烟筒和工厂所排放出来的烟就聚集在底层大气中,难以扩散,这样在底层大气中就形成了很浓的黄色烟雾。气中就形成了很浓的黄色烟雾。伦敦烟雾最高时大气中的烟尘达伦敦烟雾最高时大气中的烟尘达4.5mgm3,二氧化硫达,二氧化硫达 3.8mgm3。在在12月月5日到日到8日的日的4天中,就有天中,就有4000多人中毒身亡。在后来的多人中毒身亡。在后来的3个月中,又有个月中,又有8000人丧生。人丧生。还原型烟雾还原型烟雾3第3页,共49页,编辑于2022年,星期四形成过程:形成过程:在硫酸型烟雾的形成过程中,在硫酸型烟雾的形成过程中,SO2的氧化速度还会受到大气中氧化性的氧化速度还会受到大气中氧化性
4、物质浓度、温度以及光强度等的影响。物质浓度、温度以及光强度等的影响。SO2转变为转变为SO3的氧化反应主要靠的氧化反应主要靠雾滴中锰、铁及氧的液相催化氧化作用完成的。雾滴中锰、铁及氧的液相催化氧化作用完成的。当然在硫酸型烟雾的形成过程中,从化学上看属于还原性混合物,形成了含有硫当然在硫酸型烟雾的形成过程中,从化学上看属于还原性混合物,形成了含有硫酸和硫酸盐的气溶胶,在近底层聚集,严重危害人类的呼吸系统,故称该烟雾为酸和硫酸盐的气溶胶,在近底层聚集,严重危害人类的呼吸系统,故称该烟雾为还原型烟雾。还原型烟雾。4第4页,共49页,编辑于2022年,星期四还记得“魂断蓝桥”WaterlooBridg
5、e里的滑铁卢桥的镜头吗?5第5页,共49页,编辑于2022年,星期四氧化型烟雾氧化型烟雾形成过程中光化学反应起主导作用,所以又称光化学烟雾。引起氧化形成过程中光化学反应起主导作用,所以又称光化学烟雾。引起氧化型烟雾的主要污染源是燃油汽车、锅炉和石油化工企业排气,所以事件多发生型烟雾的主要污染源是燃油汽车、锅炉和石油化工企业排气,所以事件多发生在工厂集中区和具有众多数量汽车的大城市。在工厂集中区和具有众多数量汽车的大城市。美国的洛杉矶是有名的汽车城,从美国的洛杉矶是有名的汽车城,从1946年起那里出现了一种带刺激性的浅蓝色的烟年起那里出现了一种带刺激性的浅蓝色的烟雾,因光化学烟雾(雾,因光化学烟
6、雾(Photochemical Smog)最早发现于洛杉矶,所以也叫洛杉矶最早发现于洛杉矶,所以也叫洛杉矶烟雾(烟雾(Los Angeles smog)。夏季,美国西海岸的洛杉矶市。该市夏季,美国西海岸的洛杉矶市。该市250万辆汽车每万辆汽车每天燃烧掉天燃烧掉1100吨汽油。汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起吨汽油。汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起光化学反应,形成浅蓝色烟雾,使该市大多市民眼红、头疼,后来人们称这种污染光化学反应,形成浅蓝色烟雾,使该市大多市民眼红、头疼,后来人们称这种污染为光化学烟雾。为光化学烟雾。1955年和年和1970年洛杉矶又两度发
7、生光化学烟雾事件,前者有年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件,前者有400多多人因五官中毒、呼吸衰竭而死,后者使全市人因五官中毒、呼吸衰竭而死,后者使全市3/4的人患病。的人患病。日本东京日本东京1970年年7月月18日一次光化学烟雾事件中,受害人数达日一次光化学烟雾事件中,受害人数达6000余人。余人。氧化型烟雾氧化型烟雾1984年洛杉矶秃鹰之死年洛杉矶秃鹰之死6第6页,共49页,编辑于2022年,星期四曼哈顿光化学烟雾曼哈顿光化学烟雾7第7页,共49页,编辑于2022年,星期四引起光化学烟雾的引起光化学烟雾的初生污染物初生污染物有有NOx、反应性烃、颗粒物,、反应性烃、颗粒物,间或包含间或包含
8、SO2。其他的起始物和生成条件包括:空气中其他的起始物和生成条件包括:空气中O2、紫外辐照(、紫外辐照(UV)、多、多云或遇雾天、高气温(超过云或遇雾天、高气温(超过18)和低风速等。)和低风速等。表表1则列举了某种类型光化学烟雾中所含主要污染物的典型浓度。则列举了某种类型光化学烟雾中所含主要污染物的典型浓度。8第8页,共49页,编辑于2022年,星期四表表1 光化学烟雾中主要污染物的典型浓度光化学烟雾中主要污染物的典型浓度9第9页,共49页,编辑于2022年,星期四光化学烟雾的研究20世纪50年代初,美国加州大学的哈根斯密特(Haggen Smit)初次提出了有关光化学烟雾形成的机理,认为洛
9、杉矶光化学烟雾是由汽车排放尾气中的氮氧化物(NOx)和碳氢化合物(HC)在强太阳光作用下,发生光化学反应而形成的;确定空气中的刺激性气体为臭氧。臭氧浓度升高是光化学烟雾污染的标志。世界卫生组织和美国、日本等许多国家均把臭氧或光化学氧化剂(O3、NO2、PAN等)的水平作为判断大气质量的标准之一,并据此来发布光化学烟雾的警报。10第10页,共49页,编辑于2022年,星期四为了解光化学烟雾的生成机制先搞清对流层大气中氧化性物质-臭氧的生成机制11第11页,共49页,编辑于2022年,星期四当阳光照到含有NO、NO2的空气上时,发生的基本光化学反应为:上述反应存在着臭氧的生成与消除平衡。假设体系发
10、生的光化学过程仅有上述三个反应,并已知大气中NO和NO2的起始浓度为 NO0和NO20,O2看作不变。12第12页,共49页,编辑于2022年,星期四在恒温、恒容下光照,NO2 在照射后的变化:类似于NO2,O的动力学方程为:13第13页,共49页,编辑于2022年,星期四 由于O很活泼,前一反应生成的O很快被后一反应消耗,使 dO/dt 趋于零。因此可用稳态近似法稳态近似法处理,认为:生成速率=消失速率即:可以得到体系达到稳态时O:14第14页,共49页,编辑于2022年,星期四 即达到稳态时,O2、M可视作不变,O随体系中NO2的变化而变化。15第15页,共49页,编辑于2022年,星期四
11、同样稳态时:=0 则:(1)16第16页,共49页,编辑于2022年,星期四 NO、NO2和O3之间为稳态关系,若体系中无其他反应参与,O3的浓度取决于NO2/NO。按照氮量守恒,由前面三个基本反应可得到如下平衡:17第17页,共49页,编辑于2022年,星期四 因为O3与NO的反应是等化学计量比关系的,所以:18第18页,共49页,编辑于2022年,星期四 将NO和NO2代入上(1)式,得:假设:,则由上式可以解出O3:19第19页,共49页,编辑于2022年,星期四按化学动力学反应速率测试结果:K1/K3=0.0110-6,则:NO20(ppm)O3(ppm)0.05 0.0179 0.1
12、 0.027实际上,城市上空 NO2 一般小于 0.1ppm,而O3 却往往大于 0.027ppm(0.1ppm左右),说明大气中还有其他的臭氧来源。这个来源就是大气的光化学烟雾生成机制,该机制抑制了臭氧的正常消除机制,促进了臭氧的生成,因而造成臭氧浓度的累积。20第20页,共49页,编辑于2022年,星期四 光化学烟雾的形成机制光化学烟雾的形成机制(Mechanism)光化学烟雾是由一系列光化学反应形成的。光化学烟雾并不是某一污染物直光化学烟雾是由一系列光化学反应形成的。光化学烟雾并不是某一污染物直接排放的原始污染物质,而是由汽车等污染源排出的接排放的原始污染物质,而是由汽车等污染源排出的N
13、OX和和CH化合物,在阳光化合物,在阳光照射下,发生一系列光化学反应,形成次生污染物,如照射下,发生一系列光化学反应,形成次生污染物,如O3、醛类、过氧乙酰硝酸酯、醛类、过氧乙酰硝酸酯(PAN)等。其中臭氧约占)等。其中臭氧约占80,PAN约占约占10%。这些次生污染物是经阳光照。这些次生污染物是经阳光照射,在大气中发生光化学反应而产生的。射,在大气中发生光化学反应而产生的。总反应可表示为:总反应可表示为:VOCs+NOx+hO3+otherpollutants(Oxidantpollutants)21第21页,共49页,编辑于2022年,星期四由这些由这些NOX、CH化合物及其光化学反应的中
14、间产物、最终产物化合物及其光化学反应的中间产物、最终产物所组成的特殊混合物叫光化学烟雾。所组成的特殊混合物叫光化学烟雾。可见发生光化学烟雾有两个基本条件:可见发生光化学烟雾有两个基本条件:强烈的紫外光辐射;强烈的紫外光辐射;NOX、CH化合物发生光化学反应。化合物发生光化学反应。22第22页,共49页,编辑于2022年,星期四形成机理形成机理光化学烟雾的形成过程很复杂,一般认为光化学烟雾是以光化学烟雾的形成过程很复杂,一般认为光化学烟雾是以NO2的光解反应开的光解反应开始:始:NO2+h NO+O原子氧在催化剂(以原子氧在催化剂(以M表示)存在条件下再与分子氧反应形成表示)存在条件下再与分子氧
15、反应形成O3:O+O2+MO3+M M为第三体物质为第三体物质 O+RHHO+R RH:烷烃,:烷烃,R:烷烃自由基:烷烃自由基 O3与与NO发生反应,形成发生反应,形成NO2,这是大气中重要的,这是大气中重要的O3消除反应:消除反应:O3+NONO2+O2 23第23页,共49页,编辑于2022年,星期四上述三种反应产生的上述三种反应产生的O、HO及及NO2都可以与都可以与CH化合物反应,形化合物反应,形成一系列中间产物和最终产物;成一系列中间产物和最终产物;下面以几种常见有机物与下面以几种常见有机物与O3、HO、O反应为例,说明光化学反应为例,说明光化学烟雾体系中的重要反应:烟雾体系中的重
16、要反应:24第24页,共49页,编辑于2022年,星期四芳香烃+烷烃+醛类+25第25页,共49页,编辑于2022年,星期四O、O3、HO与烃反应产生以下几种自由基:与烃反应产生以下几种自由基:R,RO,RCO;这些自由基还可以进一步与体系中的其他物质发生反应,如可以与这些自由基还可以进一步与体系中的其他物质发生反应,如可以与O2进进一步反应,生成有机过氧自由基:一步反应,生成有机过氧自由基:26第26页,共49页,编辑于2022年,星期四这些过氧自由基这些过氧自由基RO2.,RCOO2.仍可与体系中其他物质发生反应,其中最重要的是与仍可与体系中其他物质发生反应,其中最重要的是与NO和和NO2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 光化学 烟雾 PPT 讲稿
限制150内