光化參考資料學(xué)煙霧的形成機(jī)理危害及防治

1、光化學(xué)煙霧的形成機(jī)理、危害及防治的研究一、引言當(dāng)今社會(huì)，人類(lèi)大量的使用機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)，在提高效率的同時(shí)，也帶來(lái)了巨 大的環(huán)境問(wèn)題。環(huán)境問(wèn)題主要包括環(huán)境污染和生態(tài)污染。 研究表明，化學(xué)污染引 起的環(huán)境污染尤為嚴(yán)重。光化學(xué)煙霧就是其中對(duì)城市危害較大的化學(xué)污染之一。汽車(chē)、工廠等污染源排入大氣的碳?xì)浠衔铮℉C）和氮氧化物（NOx）等一次污 染物，在陽(yáng)光的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧（03）、醛、酮、酸、過(guò)氧乙酰 硝酸酯（PAN）等二次污染物，參與光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的一次污染物和二次污染物 的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象，稱(chēng)為光化學(xué)煙霧。20世紀(jì)40年代之后，隨著全球工業(yè)和汽車(chē)業(yè)的迅猛發(fā)展，光化學(xué)煙霧污染 在

2、世界各地不斷出現(xiàn)，如美國(guó)洛杉磯、日本東京、大阪、英國(guó)倫敦、澳大利亞、 德國(guó)等大城市及中國(guó)北京、上海、南寧、蘭州均發(fā)生過(guò)光化學(xué)煙霧現(xiàn)象。由于光 化學(xué)煙霧已成為世界上主要的城市污染，本文想藉此對(duì)其經(jīng)行研究。二、形成機(jī)理光化學(xué)煙霧的形成條件是大氣中有氮氧化物和碳氧化物存在，大氣溫度較低，而且有強(qiáng)烈的陽(yáng)光照射，這樣在大氣中就會(huì)一系列復(fù)雜的反應(yīng)， 生成出一些 二次污染物，如 Q、醛、PAN H2O2等。光化學(xué)煙霧是一個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其中關(guān)鍵性的反應(yīng)可以簡(jiǎn)單地分成3組:（1）NQ的光解導(dǎo)致03的生成:鏈引發(fā)反應(yīng)主 .要是 NQ的光解，反應(yīng)如下:NO2 +HV NO +00 +Q +M f O3 +MNO +C

3、3f NO2 +Q（2）碳?xì)浠铮℉C氧化生成了具有活性的自由基，如 HO HQ、RQ等。在光化 學(xué)反應(yīng)中，自由基反應(yīng)占很重要的地位，自由基的引發(fā)反應(yīng)主要是由 NO2和醛光 解引起的：NO2 + HVf NO +ORCHO + Hf RCO +H 碳?xì)浠衔锏拇嬖谑亲杂苫D(zhuǎn)化和增殖的根本原因：RH +S R +HORH + HS R +HOH + Q f HO2R + O f RQRCO+ Of RC (O) O2其中：R烷基；RQ過(guò)氧烷基；RCO?；?；RC(O) O2過(guò)氧?；?。(3) 通過(guò)以上途徑生成的HO2、RQ、RC(O) O2均可將NO氧化成NQ。NO +HQ NO2 +HONO +R

4、Q NO2 +RORO +O2 HO2 +RCHONO + RC(O) O2NO2 + RC( O) ORC(O) OR +CO2其中：RO-烷氧基；RCHO-醛。三、主要危害光化學(xué)煙霧具有強(qiáng)氧化性， 刺激人們眼睛和呼吸道黏膜、 傷害植物葉子、 加 速橡膠老化，并使大氣能見(jiàn)度降低。對(duì)人類(lèi)、動(dòng)植物和材料有害的主要是臭氧、 PAN和丙烯醛、甲醛等二次污染物。臭氧、 PAN等還能造成橡膠制品的老化、脆 裂、使染料褪色，并損害油漆涂料、紡織纖維和塑料制品等。有害影響主要表現(xiàn) 在以下幾個(gè)方面：1. 損害人和動(dòng)物的健康：人和動(dòng)物受到主要傷害是眼睛和粘膜受刺激、 頭痛、 呼吸障礙、 慢性呼吸道 疾病惡化、兒

5、童肺功能異常等。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑。在O.lppm濃度時(shí)就具有特殊的臭味。并可達(dá)到呼吸 系統(tǒng)的深層刺激下氣道黏膜， 引起化學(xué)變化， 其作用相當(dāng)于放射線， 使染色體異 常、紅血球老化。PAN甲醛、丙烯醛等產(chǎn)物對(duì)人和動(dòng)物的眼睛、咽喉、鼻子等 有刺激作用。其刺激域約為O.lppm。此外光化學(xué)煙霧能促使哮喘病患者哮喘發(fā) 作，能引起慢性呼吸系統(tǒng)疾病惡化、 呼吸障礙、 損害肺部功能等癥狀長(zhǎng)期吸入氧 化劑能降低人體細(xì)胞的新陳代謝加速人的衰老。 PAN 還是造成皮膚癌的可能試 劑。在1943年美國(guó)洛杉磯發(fā)生的首宗事件曾引起400多人死亡。2. 影響植物生長(zhǎng)：臭氧影響植物細(xì)胞的滲透性。 可導(dǎo)致高產(chǎn)作物的高產(chǎn)性能

6、消失， 甚至使植物 喪失遺傳能力。 植物受到臭氧的損害， 開(kāi)始時(shí)表皮褪色呈蠟質(zhì)狀經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后色素發(fā)生變化葉片上出現(xiàn)紅褐色斑點(diǎn)。PAN使葉子背面呈銀灰色或古銅色影響植 物的生長(zhǎng)降低植物對(duì)病蟲(chóng)害的抵抗力。3. 影響材料質(zhì)量： 光化學(xué)煙霧會(huì)促成酸雨形成造成橡膠制品老化、 脆裂，使染料褪色建筑物和機(jī)器受腐蝕并損害油漆涂料、紡織纖維和塑料制品等。4. 降低大氣能見(jiàn)度： 光化學(xué)煙霧的重要特征之一是使大氣的能見(jiàn)度降低視程縮短。 這主要是由于污染物質(zhì)在大氣中形成的光化學(xué)煙霧氣溶膠所引起的。 這種氣溶膠顆粒大小 一般多在0.31.0卩m范圍內(nèi)。由于這樣大小的顆粒實(shí)際上不易因重力作用而沉降 能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣

7、中長(zhǎng)距離遷移它們與人視覺(jué)能力的光波波長(zhǎng)相一致， 且能 散射太陽(yáng)光，從而明顯地降低了大氣的能見(jiàn)度。 因而妨害了汽車(chē)與飛機(jī)等交通工 具的安全運(yùn)行，導(dǎo)致交通事故增多。5. 其他危害： 光化學(xué)煙霧會(huì)加速橡膠制品的老化和龜裂、 腐蝕建筑物和衣物， 縮短其使用 壽命。四、光化學(xué)煙霧的防治措施 工業(yè)上，較好的措施是對(duì)煤進(jìn)行加工，改進(jìn)燃燒技術(shù)，同時(shí)改進(jìn)生產(chǎn)工藝， 對(duì)污染物進(jìn)行后處理及合理排放。 使用前對(duì)煤進(jìn)行脫硫加工， 并盡可能除去灰分 ; 使用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)鍋爐進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)， 同時(shí)加人固硫劑， 可減少煙塵利二氧化 硫的發(fā)生量 ;最后，對(duì)廢氣進(jìn)行綜合利用后，對(duì)不能利用的進(jìn)行無(wú)害處理后再進(jìn) 行排放。對(duì)于生活燃煤

8、， 除了對(duì)煤跡行加工外， 比較好的措施是改進(jìn)用能和供能 方式，采用集中供熱、城市燃?xì)饣?。集中供熱和城市燃?xì)饣浅鞘泄?jié)能和綜合 整治的重要內(nèi)容，能有效地改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量，減少室內(nèi)空氣污染。此外，重點(diǎn)研究改革燃料和改進(jìn)汽車(chē)設(shè)備結(jié)構(gòu)， 試制無(wú)公害汽車(chē)和發(fā)展高 效交通系統(tǒng)。具體舉措為 :1. 改革燃料。采用液化天然氣、氫氣、液化煤氣與柴油的混合燃料和無(wú)鉛汽 油來(lái)代替有鉛汽油作為汽車(chē)燃料， 是減少汽車(chē)尾氣污染的有效措施。 采用天然氣 作燃料，在燃燒時(shí)不僅排出的污染物極少，沒(méi)有氣味，沒(méi)有鉛化物，而且噪聲很 小，從而減少發(fā)生光化學(xué)煙霧污染的可能性。2. 改進(jìn)汽車(chē)設(shè)備結(jié)構(gòu)。汽車(chē)尾氣污染的防治，除提高汽油

9、燃燒質(zhì)量外，關(guān)鍵 在于改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒設(shè)計(jì)。美國(guó)福特公司制成一種 “層化加油 ”發(fā)動(dòng)機(jī)，它改變 了燃燒室的設(shè)計(jì)和燃料注人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 從而減少?gòu)U氣的排出。 日本本田摩托車(chē) 研制出三臺(tái)層狀燃燒的汽缸，它能使汽油與空氣的比例降到 1:20，使排氣中氮氧 化物減少 2/3，一氧化碳、碳?xì)浠衔飵缀鯗p少一半以上。這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)， 種是 減少基質(zhì)的濃度， 一種是減少引發(fā)物質(zhì)的濃度， 其結(jié)果都是使光化學(xué)煙霧產(chǎn)生的可能 性降低。3. 研究無(wú)公害汽車(chē)和發(fā)展高效交通系統(tǒng)。從發(fā) 展 遠(yuǎn) 景來(lái)看，國(guó)外正在大 力發(fā)展無(wú)公害汽車(chē)如電子汽車(chē)、 電動(dòng)汽車(chē)和蒸汽汽車(chē)等。 通過(guò)發(fā)展高效率城市交 通系統(tǒng)以代替市內(nèi)汽車(chē)。 這些都是減

10、少汽車(chē)尾氣排放和防止光化學(xué)煙霧污染城市 大氣的重要措施通過(guò)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件能有效減少污染物的發(fā)生但現(xiàn) 階段這些措施仍不可能使尾氣達(dá)到直接排放的要求，還必須進(jìn)行廢氣凈化處理。 一氧化碳和碳?xì)浠锏膬艋?可用熱反應(yīng)法或催化氧化法來(lái)達(dá)到目的。 至于氮氧 化物，采用三元催化的方法可達(dá)到凈化目的。4. 利用化學(xué)抑制劑。使用化學(xué)抑制劑目的是消除自由基，以抑制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的 進(jìn)行從而控制光化學(xué)煙霧的形成。人們發(fā)現(xiàn)二乙基羥胺、苯胺、二苯胺、酚等對(duì) 氫氧自由基有不同的抑制作用。尤其是二乙基羥胺（ DEHA對(duì)光化學(xué)煙霧有較 好的抑制作用。在大氣中噴灑0.05ppm的二乙基羥胺，能有效抑制光化學(xué)煙霧利 于環(huán)保

11、。但在使用的過(guò)程中， 要注意抑制劑對(duì)人體和動(dòng)植物的毒害作用， 并注意 防止抑制劑產(chǎn)生二次污染。另外，大面積地植樹(shù)造林綠色植物是二氧化碳的消耗者，氧氣的天然加工 廠，在調(diào)節(jié)大氣中的二氧化碳的平衡上起著無(wú)可替代的作用， 不同的植物對(duì)二氧 化硫、氟化氫、氯氣、氨氣、氯化氫、光化學(xué)煙霧、 放射線等有不同的吸收能力， 從而達(dá)到凈化空氣的效果。五、結(jié)語(yǔ)世界衛(wèi)生組織（WHO）和美國(guó)、日本等許多國(guó)家已經(jīng)把臭氧和光化學(xué)氧化劑的 水平作為判斷大氣環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)之一， 并據(jù)以發(fā)布光化學(xué)煙霧的警報(bào)。 城市空 氣污染與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)， 我國(guó)正處快速發(fā)展時(shí)期， 城市空氣污染已經(jīng)成 為一個(gè)重要的環(huán)境問(wèn)題。 為防止光化學(xué)煙霧的爆發(fā)， 除了采取上述方法外， 還必 須采