大气圈及大气污染.ppt

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700nm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+M1SO2+M→SO2+M1SO2→SO2+hvSO2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+OO+O2→O3O3+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(<430nm)→NO+Ok1(NO转化为NO2的引发反应)O