《化學(xué)與大氣污染》課件

化學(xué)與大氣污染大氣污染是現(xiàn)代社會(huì)面臨的重要環(huán)境問題，化學(xué)物質(zhì)在其中扮演著至關(guān)重要的角色。簡(jiǎn)介地球的呼吸空氣是地球生命賴以生存的寶貴資源，它為我們提供氧氣，調(diào)節(jié)氣溫，幫助植物生長(zhǎng)。大氣污染的威脅人類活動(dòng)導(dǎo)致大氣污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅?；瘜W(xué)與環(huán)境理解大氣污染的化學(xué)本質(zhì)，才能更好地治理污染。大氣污染的定義空氣中污染物質(zhì)的含量超過國(guó)家或地方規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境造成危害的現(xiàn)象。污染物包括二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、臭氧等，會(huì)引發(fā)各種健康問題和環(huán)境問題。大氣污染對(duì)人類健康、生態(tài)環(huán)境、氣候變化等方面構(gòu)成嚴(yán)重威脅，需要采取措施進(jìn)行治理。大氣污染的主要污染物硫氧化物二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)氮氧化物一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)顆粒物PM2.5和PM10揮發(fā)性有機(jī)物甲烷(CH4),乙烯(C2H4)和苯(C6H6)主要大氣污染物的化學(xué)性質(zhì)二氧化硫無色、有刺激性氣味的氣體，易溶于水，形成亞硫酸，具有強(qiáng)氧化性。二氧化氮紅棕色氣體，有刺激性氣味，易溶于水，形成硝酸，具有強(qiáng)氧化性。一氧化碳無色、無味、無臭的氣體，不溶于水，具有還原性。硫氧化物的化學(xué)特性性質(zhì)二氧化硫（SO2）是一種無色、有刺激性氣味的氣體，易溶于水，并與水反應(yīng)生成亞硫酸（H2SO3）。反應(yīng)二氧化硫在空氣中可以緩慢氧化成三氧化硫（SO3），三氧化硫溶于水生成硫酸（H2SO4）。二氧化硫的形成和化學(xué)反應(yīng)1燃燒化石燃料化石燃料中含有硫，燃燒時(shí)硫與氧氣反應(yīng)生成二氧化硫。2工業(yè)排放一些工業(yè)過程，例如冶金、化工，會(huì)排放含有二氧化硫的廢氣。3自然排放火山爆發(fā)、生物分解等自然過程也會(huì)釋放少量二氧化硫。二氧化硫的環(huán)境危害呼吸道疾病二氧化硫刺激呼吸道，引發(fā)咳嗽、氣喘等癥狀酸雨形成二氧化硫是大氣酸化的主要來源，導(dǎo)致酸雨的形成植物損害二氧化硫會(huì)損害植物葉片，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)不良氮氧化物的化學(xué)特性主要氮氧化物主要有NO和NO2，它們?cè)诳諝庵锌梢韵嗷マD(zhuǎn)化?；瘜W(xué)性質(zhì)NO是無色氣體，而NO2是紅棕色氣體，有毒，且有刺激性氣味。環(huán)境影響NO2能與大氣中的水蒸氣反應(yīng)生成硝酸，是酸雨的主要成分之一。氮氧化物的形成和化學(xué)反應(yīng)1高溫燃燒化石燃料在高溫下燃燒，如汽車尾氣和工業(yè)鍋爐排放。2氮?dú)庋趸邷叵碌獨(dú)馀c氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氮氧化物。3光化學(xué)反應(yīng)氮氧化物在陽光照射下與其他大氣污染物發(fā)生反應(yīng)，生成臭氧等物質(zhì)。氮氧化物的環(huán)境危害1酸雨氮氧化物是形成酸雨的主要污染物之一。2光化學(xué)煙霧氮氧化物是光化學(xué)煙霧形成的關(guān)鍵前體物。3呼吸道疾病氮氧化物會(huì)刺激呼吸道，導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病。4溫室效應(yīng)氮氧化物是一種重要的溫室氣體。顆粒物的化學(xué)成分無機(jī)物硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、金屬氧化物等有機(jī)物碳?xì)浠衔?、多環(huán)芳烴、醛類、酮類等其他水、土壤顆粒、細(xì)菌、病毒等顆粒物的形成機(jī)理1直接排放工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)然顒?dòng)直接排放的顆粒物2氣相反應(yīng)大氣中的氣態(tài)污染物通過化學(xué)反應(yīng)生成顆粒物3液相反應(yīng)大氣中的氣態(tài)污染物與水汽反應(yīng)生成液態(tài)顆粒物顆粒物的環(huán)境危害顆粒物會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害，例如呼吸道疾病、心血管疾病、肺癌等。同時(shí)，顆粒物也會(huì)導(dǎo)致霧霾天氣、酸雨等環(huán)境問題。光化學(xué)煙霧的形成過程氮氧化物排放汽車尾氣和工業(yè)排放是氮氧化物的主要來源。陽光照射紫外線照射氮氧化物和碳?xì)浠衔?，引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)生成臭氧、醛類、酮類等物質(zhì)，形成光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧的化學(xué)反應(yīng)氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物在陽光照射下，氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。臭氧生成這些反應(yīng)導(dǎo)致臭氧(O3)的形成，臭氧是光化學(xué)煙霧的主要成分之一。自由基反應(yīng)這些反應(yīng)涉及自由基，例如羥基自由基(OH)和過氧自由基(RO2)，它們會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致其他污染物的形成。光化學(xué)煙霧的危害呼吸道疾病眼部刺激植物枯萎材料老化能見度下降氣候變化酸雨的形成過程1排放化石燃料燃燒排放二氧化硫和氮氧化物。2反應(yīng)這些氣體與大氣中的水和氧氣反應(yīng)形成硫酸和硝酸。3降落酸性物質(zhì)溶解在雨水中，形成酸雨降落到地面。酸雨的化學(xué)成分硫酸主要成分，來自SO2的氧化硝酸次要成分，來自NOx的氧化有機(jī)酸來自生物質(zhì)燃燒和工業(yè)排放酸雨的環(huán)境危害1水體酸化湖泊、河流酸化，魚類死亡，破壞生態(tài)平衡。2土壤酸化土壤養(yǎng)分流失，植物生長(zhǎng)受阻，影響農(nóng)作物產(chǎn)量。3建筑腐蝕酸雨腐蝕建筑物、橋梁等，加速建筑物老化。4人體健康酸雨中含有的重金屬等有害物質(zhì)會(huì)對(duì)人體健康造成損害。臭氧層的形成和化學(xué)反應(yīng)1紫外線輻射來自太陽的紫外線輻射是臭氧層形成的關(guān)鍵因素。2氧分子分解紫外線輻射導(dǎo)致氧分子分解成氧原子。3臭氧生成氧原子與氧分子結(jié)合形成臭氧分子。4臭氧層臭氧分子在平流層積累形成臭氧層。臭氧層破壞的原因1人類活動(dòng)人類活動(dòng)排放的污染物，如氯氟烴（CFCs），會(huì)破壞臭氧層。2化學(xué)反應(yīng)這些污染物與臭氧分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致臭氧層分解。3極地臭氧洞極地臭氧洞的形成是臭氧層破壞的典型案例。臭氧層破壞的影響人類健康導(dǎo)致皮膚癌、白內(nèi)障等疾病，削弱免疫系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)影響植物生長(zhǎng)，破壞海洋生態(tài)，減少浮游生物數(shù)量。溫室效應(yīng)的形成過程1太陽輻射太陽輻射穿透大氣層，到達(dá)地球表面。2地球輻射地球表面吸收太陽輻射，并向外輻射熱量。3溫室氣體大氣中的溫室氣體吸收地球輻射，阻止熱量散失。4溫度升高溫室氣體吸收的熱量無法散失，導(dǎo)致地球溫度升高。溫室氣體的種類和化學(xué)特性1二氧化碳(CO2)來自化石燃料燃燒、森林砍伐和工業(yè)過程。2甲烷(CH4)主要來自農(nóng)業(yè)活動(dòng)、天然氣泄漏和垃圾填埋。3氧化亞氮(N2O)農(nóng)業(yè)、工業(yè)過程和化石燃料燃燒的副產(chǎn)品。4氟化氣體包括氫氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)和六氟化硫(SF6)，主要來自制冷劑、噴霧劑和工業(yè)過程。溫室效應(yīng)的環(huán)境危害全球變暖海平面上升，極地冰川融化氣候變化極端天氣事件增加，例如暴雨、干旱和熱浪生態(tài)系統(tǒng)破壞生物多樣性減少，物種滅絕糧食安全威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損，糧食產(chǎn)量下降水資源短缺水資源分布不均，旱澇災(zāi)害增加大氣污染治理的化學(xué)原理氧化還原反應(yīng)利用氧化劑或還原劑將污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，例如用活性炭吸附SO2，用催化劑將NOx氧化為N2。沉淀反應(yīng)通過加入沉淀劑使污染物生成沉淀，例如用石灰乳處理煙氣中的SO2。中和反應(yīng)利用酸堿中和反應(yīng)去除酸性或堿性污染物，例如用石灰石中和酸性廢水。工業(yè)源污染治理技術(shù)脫硫技術(shù)燃煤電廠排放的二氧化硫是造成酸雨的主要原因。脫硫技術(shù)通過化學(xué)反應(yīng)去除煙氣中的二氧化硫，例如石灰石-石膏法和海水脫硫法。脫硝技術(shù)氮氧化物是汽車尾氣和工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要污染物。脫硝技術(shù)利用催化劑將氮氧化物還原成氮?dú)猓Ｒ姷募夹g(shù)包括選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。除塵技術(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵顆粒物，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。除塵技術(shù)采用物理或化學(xué)方法去除粉塵，例如布袋除塵、靜電除塵和旋風(fēng)除塵。機(jī)動(dòng)車污染治理技術(shù)尾氣排放控制汽車尾氣排放是城市空氣污染的主要來源之一。各種技術(shù)被用于減少尾氣排放，包括催化轉(zhuǎn)化器和排氣再循環(huán)系統(tǒng)。燃料優(yōu)化使用低硫燃料和生物燃料可以降低汽車排放的污染物。發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和燃油噴射系統(tǒng)可以提高燃油效率并減少排放。