光化學(xué)煙霧的形成、危害及防護(hù)措施簡介

1、光化學(xué)煙霧形成、危害及防護(hù)措施簡介摘要:光化學(xué)煙霧是城市大氣主要污染之一,本文介紹了光化學(xué)煙霧的形成機(jī)理并提出了防治光化學(xué)煙霧的3種有效措施。關(guān)鍵詞: 光化學(xué)煙霧;臭氧; PAN;形成;危害;防治汽車、工廠等污染源排入大氣的碳?xì)浠衔锖偷趸锏纫淮挝廴疚?在陽光的照射下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成臭氧、醛、酮、酸、過氧乙酰硝酸酯等二次污染物,參與光化學(xué)反應(yīng)過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)象叫光化學(xué)污染。20世紀(jì)70年代末,我國蘭州西固石油化學(xué)工業(yè)區(qū)首次發(fā)現(xiàn)光化學(xué)煙霧,1986年在北京也發(fā)現(xiàn)了光化學(xué)煙霧的跡象,隨后,交通發(fā)達(dá)的上海、廣州、深圳等大城市也觀測到光化學(xué)煙霧的現(xiàn)象【1】。

2、光化學(xué)煙霧是因汽車和石油化工排放的NO x,和揮發(fā)性有機(jī)物VOC S等前體污染物引起,其特征污染物為O3和過氧乙酰硝酸酯PAN等強(qiáng)氧化劑。光化學(xué)污染現(xiàn)象使大氣呈白色霧狀(有時帶紫色或黃褐色,大氣能見度降低。污染氣體強(qiáng)烈刺激人體的某些器官,使人眼發(fā)紅、流淚,咽喉疼痛,甚至造成呼吸障礙,肺功能異常,有時伴有頭痛,嚴(yán)重時會危及人的生命。光化學(xué)煙霧的主要生成物過氧乙酰硝酸酯PAN還會導(dǎo)致皮膚癌。其氧化性也會使橡膠老化、開裂,植物葉片受害變黃,以致枯死。1 光化學(xué)煙霧的概念和形成條件大氣中的氮氧化物(NO x和碳?xì)浠衔?HC等一次污染物在陽光照射下發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng),生成O3、PAN、高活性自由基、

3、醛、酮等二次污染物,人們把參與反應(yīng)過程的這些一次污染物和二次污染物的混合物(氣體和顆粒物所形成的煙霧污染現(xiàn)象,稱為光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧的形成必須具備一定的條件【2】,如前體污染物、氣象條件、地理條。(a污染物條件:光化學(xué)煙霧的形成必須要有NO,、碳?xì)浠衔锏任廴疚锏拇嬖凇?b氣象條件:光化學(xué)煙霧發(fā)生的氣象條件是太陽輻射強(qiáng)度大、風(fēng)速低、大氣擴(kuò)散條件差且存在逆溫現(xiàn)象等。(c地理條件:光化學(xué)煙霧的多發(fā)地大多數(shù)是在比較封閉的地理環(huán)境中,這樣就造成了NO x,碳?xì)浠衔锏任廴疚锊荒芎芸斓臄U(kuò)散稀釋,容易產(chǎn)生光化學(xué)煙霧。2 光化學(xué)煙霧的形成機(jī)理由于光化學(xué)煙霧是發(fā)生在十分復(fù)雜的體系中,氣象條件、污染物的排放

4、量、種類等多變因素,均影響光化學(xué)煙霧的形成。為了排除大氣條件、污染物種類復(fù)雜等因素,研究人員發(fā)明了煙霧箱實驗,即在一大容器內(nèi),通人含碳?xì)浜偷趸锏姆磻?yīng)氣體,在人工紫外線照射下,模擬大氣光化學(xué)反應(yīng)。從模擬試驗可確定光化學(xué)煙霧的主要反應(yīng)機(jī)理。(a NO x的光解是光化學(xué)煙霧形成的主要起始反應(yīng)。N02 + hNO + O (1生成的原子態(tài)氧,活性很大,能和空氣中的02反應(yīng),生成氧化性極強(qiáng)的03。O + O2 + M 03 + M (2式中M代表促使O3形成的大氣中的其它分子(可以是N2或02。由于O3的強(qiáng)氧化性,通常情況下又會立即與初始存在或反應(yīng)生成的NO反應(yīng)。NO + O3NO2 + 02(3因

5、此,O3濃度并不增加,還不能形成光化學(xué)煙霧。(b而當(dāng)污染大氣中存在碳?xì)浠衔飼r,后者可被0,03,NO2氧化生成一系列自由基。碳?xì)浠衔飳饣瘜W(xué)反應(yīng)的活性中烯烴的反應(yīng)活性最高。因此,以烯烴為例介紹。C x H2x(烯烴+ O R·( 烴類含氧自由基 + O=RC·(酞基自由基 (4C x H2x + 03O=RC·RC(H=O + RO·(徑類含氧自由基 ( 5R·02ROO·(烷基過氧自由基 (6O=RC·02RC(O一O一O·(過氧酞基自由基 (7(c 過氧化基引起NO向NO:的轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致了PAN等強(qiáng)氧化劑的生

6、成,并且在此過程中,03無需在NO NO2中消耗,故得以積累下來。ROO·+ NO NO2 + RO·(8RC(O一O一O·+ NO2RC(O一O一O=N02(9(過氧乙酞硝酸醋,即PAN自由基的反應(yīng)代替了反應(yīng)3中的03將NO氧化為NO2,因而由反應(yīng)(2產(chǎn)生的03不再消耗。而大部分的自由基經(jīng)過一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化成為PAN。3 光化學(xué)煙霧的防治對策3.1 改進(jìn)技術(shù)汽車尾氣是NO x和碳?xì)浠衔锏淖钪饕呐欧旁?改進(jìn)技術(shù)控制汽車尾氣是避免光化學(xué)煙霧的形成,保證環(huán)境空氣質(zhì)量的有效措施。(a安裝尾氣凈化裝置:主要是在排氣系統(tǒng)中安裝熱反應(yīng)器,催化反應(yīng)器和向排氣門出口噴人新鮮空氣

7、的辦法來減少尾氣污染物的排放量。目前我國生產(chǎn)的部分汽車已經(jīng)安裝尾氣凈化裝置,并廣泛推廣三元催化氣的使用。(b改良燃料:改變汽油成分或使用替代燃料來降低汽車尾氣污染。資料表明【3】,天然氣燃料燃燒與無鉛汽油相比CO和碳?xì)浠衔锏呐欧帕烤山档?0%以上;甲醇燃料與汽油相比,CO和碳?xì)浠衔锏呐欧帕恳部山档?7%和56%;燃?xì)淦嚺欧诺腘 儀不到汽油車的10%。當(dāng)然,燃料的改變要求汽車發(fā)動機(jī)在出廠時做相應(yīng)的改造,會造成發(fā)動機(jī)成本的提高。3.2 使用化學(xué)抑制劑使用消除OH·自由基的化學(xué)抑制劑使反應(yīng)鏈?zhǔn)艿揭种?從而抑制光化學(xué)煙霧的生成。目前,已用苯胺、苯酚、二苯胺、苯甲醛等化學(xué)試劑作為抑制劑

8、,其中,以二乙基經(jīng)胺(C2H52NOH效果最好,反應(yīng)為:(C2H52NOH + HO·(C2H52N0 + H2O (103.3 利用EKMA ( Empirical Kinetics ModelingApproach曲線通過控制光化學(xué)煙霧的前體物NO,和碳?xì)浠衔飦砜刂芆3的日最大濃度,從而達(dá)到對光化學(xué)煙霧進(jìn)行總量控制的目的。EKMA曲線是指由光化學(xué)反應(yīng)模式做出一系列03等濃度曲線,這些曲線是由不同的NO,和碳?xì)浠衔锏氖汲鯘舛鹊幕旌衔餅槠鹗紬l件,計算出O3日最大濃度,然后繪出三維圖得到。EKMA曲線作為一種聯(lián)系一次污染物和二次污染物的紐帶,表明二者之間具有非線性的關(guān)系,即C03max =C NOxO.HCO,這里C表示濃度,C NOxO.HCO指的是末進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的初始濃度,通過它就可以把O3的控制問題轉(zhuǎn)化為對一次污染物NO x和碳?xì)浠衔锏目刂?從而定量地給出總量控制所需要的削減方案。4 結(jié)語世界衛(wèi)生組織(WHO和美國、日本等許多國家已經(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。城市空氣污染與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān),我國正處快速發(fā)展時期,城市空氣污染已經(jīng)成為一個重要的環(huán)境問題。為防止光化學(xué)煙霧的爆發(fā),除了采取上述方法外,還必須采取行政命令干涉的手段才能有較好的效果。參考文獻(xiàn):【1】靳衛(wèi)齊,楊萌.城市光