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第二章 大气圈及大气污染;2.1 大气圈;地球大气分层;2.1 大气圈;2.1 大气圈;2.1 大气圈;2.1 大气圈;2.1 大气圈;2.1 大气圈;2.1 大气圈;地球大气组成;2.2 大气污染;(二)大气污染源
按污染源存在的形式划分为:
(1)固定污染源 如工厂的排烟与排气。
(2)移动污染源 如汽车、机车等。
按污染源排放方式划分为:
(1)高架源 如污染物通过烟囱排放。
(2)面源 如采矿工作面排出的气体。
(3)线源 如汽车、机车行驶排出气体。;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.2 大气污染;2.3 大气中污染物的化学转化; 光化学反应可引起化合、分解、电离、氧化还原等过程。主要可分为两类:一类是光合作用,如绿色植物使二氧化碳和水在日光照射下,借植物叶绿素的帮助,吸收光能,合成碳水化合物。另一类是光分解作用,如高层大气中分子氧吸收紫外线分解为原子氧;染料在空气中的褪色,胶片的感光作用等。
光化学反应是由物质的分子吸收光子后所引发的反应。分子吸收光子后,内部的电子发生能级跃迁,形成不稳定的激发态,然后进一步发生离解或其它反应。; 一般的光化学过程如下: (1)引发反应产生激发态分子(A*) A(分子)+hv→A* (2)A*离解产生新物质(C1,C2…) A*→C1+C2+… (3)A*与其它分子(B)反应产生新物质(D1,D2…) A*+B→D1+D2+…; (4)A*失去能量回到基态而发光(荧光或磷光) A*→A+hv (5)A* 与其它化学惰性分子(M)碰撞而失去活性 A*+M→A+M′; 反应(1)是引发反应,是分子或原子吸收光子形成激发态A*的反应。引发反应(1)所吸收的光子能量需与分子或原子的电子能级差的能量相适应。物质分子的电子能级差值较大,只有远紫外光、紫外光和可见光中高能部分才能使价电子激发到高能态。即波长小于700 nm才有可能引发光化学反应。; 反应(2)和(3)是激发态分子引起的两种化学反应形式,其中反应(2)于大气中光化学反应中最重要的一种,激发分子离解为两个以上的分子、原子或自由基,使大气中的污染物发生了转化或迁移。反应(4)和(5)是激发态分子失去能量的两种形式,结果是回到原来的状态。 ;2、硫氧化合物在大气中的化学转化
大气中的硫氧化合物包括H2S、二氧化硫、三氧化硫等,其中三氧化硫很容易溶解于水形成硫酸,在与颗粒物作用生成硫酸盐气溶胶。
一般情况下SO2不容易直接被O2所氧化,需要将SO2先行激活(光化学的激发态)或者需要氧化性更强的氧化剂来对之进行氧化。;2、SO2的气相氧化
底层大气中SO2的吸光过程是变成激发态SO2分子,而不是造成SO2的直接离解。
SO2+hv(340-400nm)→3SO2(三重态,电子自旋,平行,能态低)
SO2+hv(290-340nm)→1SO2(单重态,电子自旋,反向,能态高); 但单重态的激发态SO2分子很不稳定,立即可以通过放出磷光转变为三重态或基态。
1SO2+M→3SO2+M
1SO2+M→SO2+M
1SO2→SO2+hv
SO2在大气中转化的最终结果是形成硫酸——酸雨。 ;3、氮氧化合物在大气中的化学转化
NO2:由于人类的排放,大气中二氧化氮的数量也在逐渐增多,它不但是一种污染气体,而且在大气中比较活泼,可参与许多化学反应。特别是在城市上空,它是重要的吸光物质,在底层大气中能够吸收全部来自太阳的紫外线和部分可见光。
? 键能:E0=300.5KJ/mol,对应能够使其断裂的光子波长为420nm。; 一般认为波长小于420nm以下的光能够引起 NO2分子的光解:
NO2+hv(420nm)→NO2*→NO+O
O+O2→O3
O3+NO→NO2+O2
其是对流层大气中的臭氧污染物的来源。 ;4、光化学烟雾
只要大气中存在三个条件:强烈的太阳光+碳氢化合物+氮氧化合物时,就会由光化学反应引发一系列的化学过程,产生一些氧化性很强的物质,如臭氧、PAN,HNO3,H2O2等二次污染物,这种由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,因最早在1940年的美国洛杉矶首先发现,因此又称为洛杉矶烟雾。; 引发反应主要是NO2光解:
NO2+hv(
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