模塊二-大氣環(huán)境化學

環(huán)境化學

新世紀高職高專教材編審委員會組編

主編展惠英“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材經全國職業(yè)教育教材審定委員會審定目錄模塊一緒論模塊二大氣環(huán)境化學模塊三水環(huán)境化學模塊四土壤環(huán)境化學模塊五生物環(huán)境化學模塊六環(huán)境化學研究方法與實驗模塊二大氣環(huán)境化學教學目標1.了解大氣的組成與結構、大氣中的主要污染物和大氣運動的基本規(guī)律；2.掌握大氣污染的含義、了解大氣污染的類型及其危害；3.理解影響大氣污染的因素；4.掌握污染物的遷移轉化過程；5.認識光化學煙霧、硫酸型煙霧、酸雨、溫室效應和臭氧層空洞等突出的環(huán)境問題；6.了解室內污染的基本知識。模塊二大氣環(huán)境化學環(huán)境案例1.北美死湖事件2.庫巴唐“死亡谷”事件3.印度博帕爾公害事件4.美國洛杉磯的光化學煙霧事件5.英國倫敦煙霧事件6.沙塵暴事件7.PM2.5的爭議8.首例家具污染室內環(huán)境案2.1大氣環(huán)境化學基礎知識（一）大氣的組成（二）大氣結構（三）大氣逆溫現(xiàn)象（四）氣團及其干絕熱減溫率（Γd）（五）氣團的穩(wěn)定性2.1大氣環(huán)境化學基礎知識（一）大氣的組成大氣是多種氣體的混和物。其中包括恒定的、可變的和不定的組分。2.1大氣環(huán)境化學基礎知識（二）大氣結構2.1大氣環(huán)境化學基礎知識（三）大氣逆溫現(xiàn)象

在對流層中，氣溫一般是隨高度增加而降低。但在一定條件下會出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。這可由垂直遞減率(Γ)的變化情況來判斷。氣溫隨高度的變化通常以氣溫垂直遞減率(Г)表示，即每垂直升高100m，氣溫的變化值：

當Г>0時，為正常狀態(tài)；當Г=0時，為等溫氣層；當Г<0時，為逆溫氣層。

2.1大氣環(huán)境化學基礎知識近地面層的逆溫多由于熱力學條件而形成，以輻射逆溫為主。2.1大氣環(huán)境化學基礎知識（四）氣團及其干絕熱減溫率（Γd）干空氣和未飽和的濕空氣在垂直上升時，每升高100m，其自身溫度降低值稱干絕熱減溫率（Гd），一般為每百米1℃；但含飽和水的濕空氣的干絕熱減溫率要低于每百米1℃。2.1大氣環(huán)境化學基礎知識（五）氣團的穩(wěn)定性氣團在大氣中的穩(wěn)定性與氣溫垂直遞減率和干絕熱減溫率兩個因素有關。具體可用氣團的干絕熱減溫率(Гd)和氣溫垂直遞減率(Г)的大小判斷：當Гd>Г時，氣團穩(wěn)定，不利于擴散；當Гd<Г時，氣團不穩(wěn)定，有利于擴散；當Гd=Г時，氣團處于平衡狀態(tài)。2.1大氣環(huán)境化學基礎知識大氣的污染狀況與大氣穩(wěn)定度有著密切的關系。2.2大氣污染（一）大氣污染的形成與污染源

（二）大氣污染物（三）大氣污染的影響及其危害（四）大氣污染物濃度表示法

（五）影響大氣污染物遷移的因素2.2大氣污染（一）大氣污染的形成與污染源當大氣中污染物質的濃度達到有害程度，以至破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展的條件，對人或物造成危害的現(xiàn)象叫做大氣污染。

1.人為源

燃料燃燒、工業(yè)排放、固體廢棄物焚燒、農業(yè)排放

2.天然源2.2大氣污染（二）大氣污染物大氣污染物主要有以下八類：含硫化合物，含氮化合物，一氧化碳和二氧化碳，碳氫化合物和碳、氫、氧化合物，光化學氧化劑，含鹵素化合物，顆粒物，放射性物質。

1.依照污染物與污染源的關系可分為：（1）一次污染物：從污染源直接排入大氣中的原始污染物。（2）二次污染物：2.2大氣污染（二）大氣污染物2.依照污染物存在的形態(tài)可分為：（1）顆粒污染物①塵粒②粉塵③煙塵④霧塵⑤總懸浮顆粒（TSP）

2.2大氣污染（2）氣態(tài)污染物2.2大氣污染①硫化合物②氮氧化物造成大氣污染的主要有一氧化氮NO和二氧化氮NO2，另外還有氧化亞氮N2O、三氧化二氮N2O3等。2.2大氣污染③碳氧化物大氣中的COx有CO和CO2都是城市中的主要氣態(tài)污染物之一。④碳氫化合物大氣中的碳氫化合物主要來自石油的不完全燃燒和石油類物質的蒸發(fā)。車輛是主要的排放源。2.2大氣污染（三）大氣污染的影響及其危害

1.對人體健康的影響大氣污染物侵入人體主要有三條途徑：表面接觸、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空氣。其中以第三條途徑最為重要。（1）顆粒物（2）硫氧化物（3）一氧化碳（4）氮氧化物（5）光化學氧化劑（6）有機化合物2.2大氣污染（三）大氣污染的影響及其危害2.對植物的傷害3.對器物和材料的影響4.對大氣能見度和氣候的影響（1）對大氣能見度的影響（2）對氣候的影響2.2大氣污染（四）大氣污染物濃度表示法1.質量濃度表示法：每立方米空氣中所含污染物的質量數(shù)，即mg/m32.體積濃度表示法：一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數(shù)，即ppm

2.2大氣污染（五）影響大氣污染物遷移的因素1.氣象動力因子的影響（1）風的影響風不僅對污染物起著輸送的作用，而且還起著擴散和稀釋的作用。（2）大氣湍流大氣的湍流是指大氣以不同的尺度作無規(guī)則運動的流體狀態(tài)。2.天氣形勢和地理地勢的影響

天氣形勢是指大范圍氣壓分布的狀況，局部地區(qū)的氣象條件總是受天氣形勢的影響。

（1）海陸風（2）城郊風（3）山谷風2.2大氣污染2.3大氣中污染物的遷移轉化（一）光化學反應過程基礎（二）大氣中重要自由基的來源（三）氮氧化物在大氣中轉化（四）碳氫化合物在大氣中的轉化（一）光化學反應基礎1.光化學反應過程

分子、原子、自由基或離子吸收光子而發(fā)生的化學反應稱光化學反應。（1）初級過程

A+hv→A*（2）次級過程

2.3大氣中污染物的遷移轉化2.大氣光化學反應的規(guī)律光化學第一定律

首先，當激發(fā)態(tài)分子的能量足夠使分子內的化學鍵斷裂，即光子的能量大于化學鍵時才能引起光離解反應。其次，為使分子產生有效的光化學反應，光還必須被所作用的分子吸收，即分子對某特定波長的光要有特征吸收光譜，才能產生光化學反應。光化學第二定律光被分子吸收的過程是單光子過程，光量子能量與化學鍵之間的關系：

E=hv=hc/λ

2.3大氣中污染物的遷移轉化3.污染大氣中重要的光化學反應2.3大氣中污染物的遷移轉化（1）O2、N2的光離解氧分子的鍵能為493.8kJ/mol，λ<240nm的紫外光可以引起氧的光解。

λ<120nmN2鍵能較大，為939.4kJ/mol，N2的光離解限于臭氧層以上。2.3大氣中污染物的遷移轉化（2）O3的光離解

O3的光解反應：

O3的離解能很低，鍵能為101.2kJ/mol，相對應的光吸收波長為1180nm，因此在紫外光和可見光范圍內均有吸收，主要吸收來自波長小于290nm的紫外光。

2.3大氣中污染物的遷移轉化（3）

NO2的光離解

據稱是大氣中唯一已知O3的人為來源。2.3大氣中污染物的遷移轉化（4）亞硝酸和硝酸的光解離HNO2

的初級過程：次級過程：

HNO3的光解機理為：

若CO存在，可發(fā)生如下反應：2.3大氣中污染物的遷移轉化（5）甲醛的光離解H-CHO初級過程有：

次級過程有：

在對流層中，由于O2存在，可發(fā)生如下反應：2.3大氣中污染物的遷移轉化（6）鹵代烴的光離解鹵代甲烷在近紫外光照射下，其離解方式為：其強弱順序為CH3-F＞CH3-H＞CH3-Cl＞CH3-Br＞CH3-I

2.3大氣中污染物的遷移轉化（二）大氣中重要自由基的來源1.大氣中HO·和HO2·的來源

清潔大氣污染的大氣，由于其含有HNO2和H2O2

大氣中HO2·主要來源于醛的光解HO·的來源2.R·、RO·、RO2·的來源

大氣中R·的來源主要是甲基自由基，主要源于大氣中乙醛和丙酮的光解：

O·和HO·可以與大氣中的烴類發(fā)生化學反應從而生成烷基自由基：大氣中的RO·主要來源于甲基亞硝酸酯和甲基硝酸酯的光解：大氣中的RO2·主要來源于大氣中生成的烷基與大氣中O2的結合：2.3大氣中污染物的遷移轉化大氣中的氮氧化物污染物主要是指一氧化氮和二氧化氮，一般用NOx表示。NO的轉化：NO2

的轉化（三）氮氧化物在大氣中轉化（四）碳氫化合物在大氣中的轉化1.烷烴的反應2.烯烴的反應烯烴與羥基主要發(fā)生加成反應（四）碳氫化合物在大氣中的轉化2.4大氣環(huán)境問題的形成及其控制對策（一）光化學煙霧（二）硫化物及硫酸型煙霧（三）酸雨（四）大氣顆粒物（五）溫室效應及全球變暖（六）

臭氧空洞

（一）光化學煙霧1.光化學煙霧現(xiàn)象（一）光化學煙霧2.光化學煙霧形成的機理（一）光化學煙霧利用煙霧箱在人工光源照射下模擬大氣光化學反應

（一）光化學煙霧碳氫化合物和氮氧化物相互作用方面主要有以下基本反應：（1）NO2的光解是光化學煙霧形成的主要起始反應，并生成O3：（2）碳氫化合物(HC)被·OH、O和O3氧化（一）光化學煙霧利用煙霧箱在人工光源照射下模擬大氣光化學反應

（3）過氧自由基引起NO向NO2轉化，并導致O3和PAN等氧化劑的生成（一）光化學煙霧1986年Seinfeld用12個化學反應概括了光化學煙霧形成的整個過程：（一）光化學煙霧光化學煙霧形成機理簡述

（一）光化學煙霧3.光化學煙霧控制對策（1）控制高反應活性的有機物的排放（2）控制臭氧的濃度

（一）光化學煙霧（二）硫化物及硫酸型煙霧1.二氧化硫的氧化作用SO2的直接光氧化：

SO2的間接光氧化：（二）硫化物及硫酸型煙霧2.大氣中硫化氫(H2S)的氧化反應其主要反應有：

（二）硫化物及硫酸型煙霧3.二氧化硫轉化為硫酸和硫酸鹽機制（1）均相氧化反應過程第一步是大氣中的SO2在常溫下氧化成SO3。第二步是H2O+SO3→H2SO4（2）非均相氧化反應①液相中SO2的非均相反應液相催化氧化；非催化的液相氧化；有強氧化劑存在時的液相氧化；有氨(NH3)存在時的液相氧化。②固相與SO2的非均相反應（二）硫化物及硫酸型煙霧4.硫酸型煙霧

由于大氣中較多氧化性物質和高反應活性的自由基，二氧化硫可以被氧化成三氧化硫，同時二氧化硫和三氧化硫會于大氣中的水蒸氣結合生成H2SO3和H2SO4，與大氣顆粒物結合形成硫酸鹽顆粒物，從而造成硫酸型煙霧污染。硫酸煙霧也稱為倫敦煙霧，其最早發(fā)生在英國的倫敦。（三）酸雨酸沉降是指大氣中的酸性物質通過降水，如雨、雪、霧、冰雹等遷移到地表(濕沉降)，或酸性物質在氣流的作用下直接遷移到地表(干沉降)的過程。

1.酸雨的研究概況

2.酸雨的成因（1）云和降水的形成機制：“雨除”和“洗脫”（2）酸性降水的酸化過程二氧化硫的氧化反應過程：2SO2+O2→2SO3H2O+SO3→H2SO4

氮氧化物的氧化反應過程：（三）酸雨（3）降水中陰陽離子的關系

降水酸度(pH值)是衡量降水酸化程度的一般指標，它是降水中各種酸性和堿性物質化學作用的最終結果。（4）形成酸雨的其它因素（三）酸雨3.酸雨的化學組成4.酸雨的危害5.酸雨的控制措施①使用低硫燃料。②改進然燒裝置。③煙道氣脫硫。④控制汽車尾氣排放。（三）酸雨（四）大氣顆粒物1.大氣氣溶膠大氣是由各種固體或液體微粒均勻分散在空氣中形成的一個龐大的分散體系。一般稱之為氣溶膠體系，氣溶膠種分散的各種粒子稱之為大氣顆粒物。2.大氣顆粒物的來源（1）顆粒物的天然來源一次顆粒物的天然來源、二次顆粒物的天然來源

（2）顆粒物的人為來源（四）大氣顆粒物3.大氣顆粒物組成及分類

大氣顆粒物主要的化學組成由無機物和有機物組成。無機顆粒物的組成主要是由其在形成過程決定的。有機顆粒物主要是指大氣中的有機物質凝聚而形成的顆粒物，或是有機物質吸附在其他顆粒物表面而形成的。大氣顆粒物按其粒徑大小可以分為以下幾類：①總懸浮顆粒物：其粒徑一般在100微米以下。②飄塵：粒徑主要是小于10微米的顆粒物。③降塵：一般大于10微米的粒子④可吸入顆粒物：粒徑小于10微米（四）大