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1、第二章 大气环境化学,重点内容,（1）污染物在大气中的迁移气象基础：大气垂直分层、气象要素、气温绝热变化、大气稳定度污染物迁移影响因素：地形、逆温、山谷风、海陆风等污染物迁移的数学模式：推导与应用（2）污染物在大气中的转化 光化学反应基础 自由基反应和来源 氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化（3）几种代表性的大气环境污染问题酸雨，光化学烟雾，温室效应，全球变暖臭氧层破坏,第一节、大气的组成及其主要污染物,一、大气的主要成分N2(78.08%)、O2(20.95%)、Ar(0.934%)、CO2(0.0314%)二、大气层的结构对流层平流层中间层热层逸散层,热层,中间层顶,中间层,平流层顶,
2、对流层顶,平流层,对流层,100,80,60,40,20,0,160,200,240,280,T(K),Z(km),1、对流层,平均厚度12 km,赤道19 km，两极8-9 km，云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。特点:（1）气温随高度升高而降低。（2）空气密度大。（3）天气复杂多变。（4）对流层下部湍流。,2、平流层,对流层顶到约50 km的地方特点：（1）空气基本无对流，平流运动占显著优势。（2）空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，很少有天气现象，透明度极高。（3）在15-35km的范围内（平流层上层），厚度约20km的臭氧层。,3、中间层,从平流层顶到约85 km的高度。特点：（1）空气
3、更稀薄（2）无水分（3）温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低（-100）（4）中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。,4、热（成）层,从80km到约800 km的地方特点：(1)温度随高度增加迅速增高；(2)大气更为稀薄;(3)大部分空气分子被电离成为离子和自由电子，又称电离层，可以反射无线电波.,5、逸散层,（1）800 km以上高空（2）空气稀薄，密度几乎与太空相同（3）空气分子受地球引力极小，所以气体及其微粒可以不断从该层逃逸出去,三、大气中的主要污染物,从18世纪末至20世纪初，是大气污染的形成时期。上世纪50年代至70年代，工业发达国家石油、化石燃料使用量迅速上升，大气污
4、染物含量迅速上升，致使大气污染加剧。80年代以来，由于酸雨、臭氧层的破坏和温室效应等问题的加剧，大气污染问题已成为全球性环境问题，严重威胁着人类生存和发展。,一、含硫化合物,硫化合物主要包括H2S、SO2、SO3、H2SO4、MSO3、MSO4和有机硫化合物等。其中最主要的是SO2、H2S和 H2SO4。1.SO2讨论,SO2的危害?,人类的哪些活动，使大量SO2进入大气?,SO2浓度特征,SO2的日变化在城区表现为双峰型。SO2日变化曲线说明北京地区大气中的主要来源于采暖过程,影响分SO2分布的因素,风速、风向,大气稳定度和低层逆温,湍 流,2.H2S,讨论,来源,消除,人为来源天然来源与自
5、由基反应,COS、CS2与HO反应,火山喷发海水浪花生物活动,二、含氮化合物,主要含氮化合物为N2O、NO、NO2、N2O5、NH3、硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐等。1.N2ON2O是无色气体，称为“笑气”,是低层大气中含量最高的含氮化合物,也是停留时间最长的氮氧化物.主要来源于自然界中土壤中硝酸盐经细菌的脱氮作用;是目前已知的温室气体之一，含量约为0.3 ppm。,NO3-+2H2+H+1/2N2O+5/2H2O,2.NOX的来源与消除,无色无味的NO和刺激性的红棕色NO2均是大气中的重要污染物，通常用NOx表示。通过闪电、微生物固定及NH3的氧化等各种天然源和污染源进入大气。大气中的氮在高温下能
6、氧化成一氧化氮，进而转化为二氧化氮。火山爆发和森林大火等都会产生氮氧化物。人为污染源是各种燃料在高温下的燃烧以及硝酸、氮肥、炸药和染料等生产过程中所产生的含氮氧化物废气造成的，其中以燃料燃烧排出的废气造成的污染最为严重。,燃烧过程中NOX的形成机理,途径二:空气中的N2在燃烧过程中被氧化生成NOX,途径一:含氮化合物在燃烧过程中氧化生成NOX,3.燃烧过程中影响NOX形成的因素,燃烧温度高温既能产生较高的NO含量,又有助于NO的快速生成.空燃比,完全燃烧,化学计量空燃比,“富”燃料“贫”燃料,空燃比与汽车尾气中NOX排放量的关系，参考图2-10,4.NOX的危害,NOX是导致大气光化学污染的重
7、要污染物.NO2浓度较高,会引起肺炎,支气管炎甚至死亡;同时会破坏植物组织。NO能与血红蛋白结合,减弱血液的输氧能力.(CO;NO;NO2-),三、含碳化合物,主要包括:CO、CO2、有机碳氢化合物、含氧烃类1.CO CO是一种毒性极强、无色、无味的气体,是排放量最大的大气污染物之一.(1)CO的人为来源:燃料不完全燃烧 燃料的燃烧过程是城市大气中CO的主要来源,据估计,在全球范围内,80%的CO人为来源是由汽车排放出来的.(2)CO的天然来源:甲烷的转化,海水CO的挥发,植物的排放,森林火灾,农业废弃物焚烧.,1.CO,(3)CO的去除A 土壤吸收B 与HO自由基反应,1.CO,(4)CO的
8、危害?,2.CO2,CO2是一种重要的温室气体.(1)来源,人为来源,天然来源,矿物燃料的燃烧,海洋脱气甲烷转化动植物呼吸腐败作用燃烧作用,(2)CO2的环境浓度,目前人们普遍认为:大气CO2浓度的增加是全球温室效应的主要原因.,人类活动的直接大量排放,砍伐森林等使植被日趋减少,陆地植被对CO2浓度变化的作用,一:通过热带雨林地区土地利用方式的改变向大气释放CO2,加速温室效应的进程.,二:温带林或北方森林通过吸收大气中的CO2,减缓温室效用的进程.,陆地植被与大气CO2浓度的关系还表现在植被对大气CO2时空分布格局的显著影响上。除了植被的影响,大气-海洋之间的CO2交换量的变化也能对大气CO
9、2浓度的季节变化产生一定的影响.,(3)CO2的危害,CO2的危害?,CO2如何引起温室效应?,温室效应,所谓温室效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而使大气变暖的效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，把地球变成了一个大暖房。据估计，如果没有大气，地表平均温度就会下降到23，而实际地表平均温度为15，这就是说温室效应使地表温度提高38。,温室效应使气温升高，两极冰川将熔化。,温室效应使海平面上升1米多。由于气温升高，引起海水体积膨胀，海平面可能升高0.2-1.4米。海平面升高会淹没许多城市和港口。,3.碳氢化合物,碳氢化
10、合物通常指C1C10的可挥发的碳氢化合物，包含烷烃、烯烃、炔烃、脂肪烃和芳香烃等，它们是形成光化学烟雾的主要参与者;其中CH4是主要的碳氢化合物。,甲烷是一种重要的温室气体;在大气中的浓度仅次于CO2;可以吸收波长为7.7m的红外辐射,每个CH4分子导致温室效应的能力是CO2分子的20倍;而且甲烷以1%/a的速率增加.,CH4的来源,化石燃料；反刍类动物；稻田；,稻田是中国大气中的最大排放源.其产甲烷机制是厌氧细菌的发酵过程。,CH4的消除,因此：大气中HO的减少会导致CH4浓度的增加,因此,大气中CO等消耗HO的物质的增加,会使HO的浓度降低,从而会导致大气中CH4浓度的增加.,CO是间接温
11、室气体,4.含卤素化合物,有机卤代烃、无机氯化物、氟化物等.(1)简单的卤代烃:甲烷的衍生物(2)高级的卤代烃:有机氯农药DDT、六六六;PCB等(以气溶胶形式存在)(3)氟氯烃类:同时含有氟和氯的烃类化合物.比较重要的是一氟三氯甲烷(CFC-11)和二氟二氯甲烷(CFC-12).它们可以用作制冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等.,氟氯烃的功与过,卤代烃中氟氯烃的研究是一个重大的发现和创造，它极大地改变了人类的生活质量，但同时又造成了较明显的污染问题。1928 年Midgley T 成功得到CCl2F2，这一成果在化学界引起了极大的反响，是氟化学发展过程中的一个
12、里程碑。氟氯代烃的商品名又称氟里昂(Freon)，二氟二氯甲烷(CCl2F2)则是其中一种，CCl2F2是无色、无臭的气体，沸点-29.8C。氟里昂类气体是最常见的致冷剂，它们具备加压容易液化，气化热大，安全性高，不燃，不爆、无嗅、无毒等优良性能。利用它们不同的沸点可用于不同的致冷设备。如家用冰箱用CCl2F2，冷库用CClF3和CHF3，空调器用CClF2CClF2等。,氟氯烃的功与过,氟里昂的另一大用处是作气溶剂，将杀虫剂和除草剂与适当的氟里昂组成的混合物加压溶解罐装，使用时氟里昂溶剂在大气压下膨胀蒸发，其中含有杀虫剂等溶质形成极为分散的细小粒子，使用效果极佳。因此，广泛用于香水、化妆品、
13、农药、涂料、头发喷雾剂等。由于氟里昂化学性能稳定，不易分解，残留在大气中并不断上升，故引起了人们对其最终去向的注意。1985 年的一份研究报告指出，地球表面臭氧浓度正以每年1%以上的速度降低，到1987 年，南极上空则已出现了臭氧空洞。1999 年9 月，南极上空臭氧层的浓度只有往年常量的2/3。,人们发现，除了有同样破坏臭氧层作用的氮氧化物外，这些不会分解的氟里昂是臭氧层的主要破坏者。它们到达臭氧层后,吸收3260nm波长以下的阳光，分解出氯自由基，使之与臭氧作用生成ClO自由基，引发链反应，一个Cl原子可以破坏许多个O3分子从而造成了对臭氧层的破坏作用。贴近地面的臭氧是一种污染，但是高高浮在臭氧层的臭氧可以吸收200-300nm波长的紫外光。臭氧层一旦出现空洞，每受到1%的破坏，抵达地球表面的紫外线将增加20%左右，便会引起植物生长受到抑制，生物体DNA 中相邻的胸腺嘧啶发生二聚而造成基因改变并损伤细胞等。,CFC的危害?,1.参考资料环境污染动画臭氧层空洞.MPG2.参考资料环境污染动画臭氧的形成.MPG3.参考资料环境污染动画臭氧的作用.MPG4.参考资料环境污染动画臭氧层的破坏.MPG,“无氟”的说法科学吗？,思考题,何为温室效应,总结温室气体有哪些?,
