大气环境化学精编.ppt

大气环境化学基础 大气环境化学基础： 1、大气环境化学的特点 2、大气中准永久性、可变组分及强可变组分 3、大气中污染物的迁移方式及影响因素 4、大气中的主要污染物 5、大气的对流层和平流层 6、大气光化学反应基础 7、大气污染物中重要吸光物质的光化学反应 8、大气自由基及自由基的源与汇 大气气溶胶基础： 大气气溶胶的组成、危害 几种主要的气溶胶 典型的气溶胶污染现象 光化学烟雾形成的机理 自由基在光化学烟雾中所起的作用 光化学烟雾的链的引发 硫酸型烟雾 大气中SO2的主要氧化途径 酸雨的形成 空气中悬浮颗粒物的分类 大气环境化学特点 1）大气是氧化性介质 2）大气是非均相体系 3）大气是非平衡体系，化学反应速度是关键 4）太阳辐射很重要，光化学体系 5）化学过程与物理、生物等过程密切相联 6）大气中各物质相互关联 7）需要痕量分析技术 对流层中主要的大气污染物 分类 大气污染物 含硫化合物 SO2，SO3, H2SO4, H2S, 硫醇等 含氮化合物 NO，NO2，NH3等 臭氧和过氧化物 O3，过氧化物等 卤素及卤化物 Cl2，HCl，HF，氟里昂等 碳的氧化物 CO，CO2 有机物 烃，甲醛、有机酸、焦油等 颗粒物及气溶胶 碳粒, PbO2, 金属尘粒, 飞灰 2.1 大气中污染物的迁移 大气中污染物的迁移主要指污染物由于空气的运动使其传输和分散的过程； 迁移过程可使污染物浓度降低； 大气圈中空气的运动主要由温度差异引起 2.1.1 大气温度层结 静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。 1）对流层 （troposphere） 最靠近地面的大气层，厚度约12km，存在着强烈的垂直对流作用．大气污染通常指这一层靠地面2km范围．对流层内温度随高度增加而下降，大约平均达6．5℃／km． 2）平流层 （stratosphere） 平流层位于对流层之上，其高度约在17－55km之间，也称同温层．在25km以下有一很明显的温度稳定区，在15－35km高度范围内存在一臭氧层，其浓度在25km处达到最大. 从25km开始随高度增加而温度上升，其原因是地表辐射影响减少以及氧和臭氧对太阳辐射吸收加热，这种温度结构（上热下冷）抑制大气垂直对流运动，而主要作水平方向运动． 2.1.2 影响大气污染物迁移的因素 空气的机械运动－风和湍流 风使污染物向下风方向扩散； 湍流使污染物向各方向扩散； 浓度梯度使污染物发生质量扩散。 天气形势和地理地势 污染源本身的特性 2.2 大气中污染物的转化 准永久性组分：N2、O2、Ar等，停留时间长，在全球分部均匀，受人类活动影响小； 可变组分：CO2、CH4、 N2O等，受人类活动的影响较大，会产生一系列的气候和环境效应； 强可变组分：H2O、CO、NOx、SOx等，停留时间很短，受人为源的影响敏感，参与大气化学过程，有地区分部． 光化学反应过程：分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应。 “初级过程”（primary photochemical reaction/process----引发的光化学反应的能量直接来自光能） “次级过程”（secondary photochemical reaction/process----由初级光化学产物发生的化学反应）。 光物理过程 光化学过程 根据光化学第一定律，发生光离解反应必须满足以下条件： 光子的能量大于化学键； 分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱。 由光量子能量与化学键的对应关系可知： 通常化学键的键能大于167.4kJ/mol，所以波长大于700nm的光就不能引起光化学电离。 对流层中重要的吸光物质是O2、 O3、 氮氧化物、SO2、 甲醛等，还有一些天然的有机化合物。 到达对流层太阳辐射的波长大于290nm； 污染大气中重要的光化学反应 由于高层大气中的N2、O2特别是平流层中的O3对于λ＜290 nm的光近乎完全吸收，故低层大气中的污染物主要吸收300～700 nm(相当于398～167 kJ/mol)的光线 O3的光解 O3光解后产生的原子氧和分子氧，是否都为激发态取决于激发能。??O3 + hν(λ≤320 nm) →O2 (1△g) + O (1D)?? O2 (1△g)和O(1D)都是激发态。 O3 + hν(λ≥320 nm) →O2 (1△g或1Σg＋) + O(3P) ?O3 + hν(λ=440～850 nm) →O2(x3