环境化学课件4

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,绥化学院化学与制药工程系,Click to edit Master title style,第二章,大气环境化学,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,第二章 大气环境化学 2022/10/11绥化学院化学与,第一节 天然大气和重要污染物,基本要求：,1,、掌握天然大气的组成，大气主要层次的特点,.,2,、了解大气中离子和自由基的来源,.,3,、了解大气重要污染物的源,.,4,、了解温室效应,、,温室气体及其对大气环境的影响,.,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,第一节 天然大气和重要污染物基本要求：2022/10/1,一、大气的组成和停留时间,1,、大气的组成,粒径大于,l0,m,颗粒称为,降尘,;,粒径小于,l0,m,的颗粒，称为,飘尘,。,2,、大气组分的停留时间,某组分在贮库中的总输入速度(,F,X,),和总输出速,度(,R,x),是相等的，若假设,x,组分的贮量为,M,x，,则可,由下式确定组分,x,在大气中的停留时间,t,X,：,t,X,=,M,x/,R,x=,M,x/,F,X,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,一、大气的组成和停留时间 1、大气的组成2022/10/11,惰性气体,Ar、Ne、He、Kr,和,Xe,停留时间都在,10,7,年以,上，属于外循环气体。,其次是参与生物、水、岩石等循环的生物循环气体,N,2,(100,万年)、0,2,(6000年)、,H,2,(5,年)、,CO,2,(10,年)、,CH,4,(25,年)、,N,2,O(815,年)、,CO(1,年)。,大气中停留时间小于1年的气体，,如,H,2,O(10.1,天)、,O,3,(,小于1天)、,SO,2,(,小于0.01年)、,NH,3,(1,天)、,NO,和,NO,2,(,小于1月)等，,它们在大气中的浓度变化比较明显。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,惰性气体Ar、Ne、He、Kr和Xe停留时间都在,二、大气的主要层次,1962,WMO,把大气划分为对流层、平流层、中间,层、热成层、逸散层。,1,、对流层,(1)气温随高度增加而降低。,(2)空气具有强烈的对流运动。,(3)气体密度大。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,二、大气的主要层次 1962,WMO,把大气划分,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,2022/10/11绥化学院化学与制药工程系,2,、平流层,（,1,）大气稳定。,（,2,）平流层内垂直对流运动很小。,（,3,）大气透明度高。,3,、中间层,（,1,）空气更稀薄。,（,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（,O,2,、,N,2,）开始电离。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,2、平流层2022/10/11绥化学院化学与制药工程系,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,2022/10/11绥化学院化学与制药工程系,4,、热层,（,1,）温度随高度增加迅速增高；温度最高可升至,1200,。,（,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,）,800km,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。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,4、热层 2022/10/11绥化学院化学与制药工程系,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,2022/10/11绥化学院化学与制药工程系,三、大气中的离子及自由基,1,、大气中的离子,2,、大气中的自由基,大气中存在的比较重要的自由基有,RO,（烷氧自由基）、,HO,、,HO,2,、,R,（烷基自由基）、,RO,2,(,过氧烷基自由基,),、,RCO(,羰基自由基,),、,H,（氢基自由基）。其中以,HO,和,HO,2,数量较多，参与反应也较多，成为两个最为重要的自由基。其次是,HO,2,及,H,3,C,、,H,3,CO,和,H,3,COO,等在大气中也比较活跃。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,三、大气中的离子及自由基1、大气中的离子2022/10/11,（,1,）、自由基反应,凡是有自由基生成或由其诱发的反应都叫自由基反应。,自由基链锁反应一般分引发,自由基产生、传播,自由基传递、终止,自由基消失，三个阶段。,引发：,Cl,2,+hv2Cl,传播：,Cl,+CH,4,HCl+CH,3,CH,3,+Cl,2,CH,3,Cl+Cl,CH,3,+CH,3,Cl,C,2,H,6,+Cl,终止：,CH,3,+Cl,CH,3,Cl,Cl,+Cl,Cl,2,CH,3,+CH,3,C,2,H,6,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,（1）、自由基反应引发：Cl2+hv2Cl2,（,2,）、大气中主要自由基的来源,最主要的是,OH,自由基，其次是,HO,2,及,H,3,C,、H,3,CO,和,H,3,COO,等在大气中也比较活跃。,OH,基的来源,HONO,OH+NO（,光,400,nm）,H,2,O,2,2OH,（,光,370,nm）,O+H,2,O,2OH,（O,来自,O,3,光解）,OH,与烷烃、醛类、烯烃、芳烃和卤代烃等有机物,的反应速度常数要比,O,3,大几个数量级。,OH,在大气化学,反应过程中是十分活泼的氧化剂。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,（2）、大气中主要自由基的来源2022/10/11绥化学院化,HO,2,的来源,清洁大气中,：,长波光子,（一般不能形成,HO,）,O,3,+hv(,波长大于,315nm)O,2,+O(,基态原子氧,)(,光分解,),O,2,+O+MO,3,+M,短波光子,（可以形成,HO,）,如果入射光能量更高（波长小于,315nm,），则,O,3,+hv(,波长小于,315nm)O,2,+O*,（激发态原子氧）,(,光分解,),O*+H,2,O2HO,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,HO2的来源2022/10/11绥化学院化学与制药工程系,污染大气中,：,HNO,2,+hv(,波长小于,400nm)HO,+NO(,光分解,),H,2,O,2,+hv(,波长小于,360nm)HO,+HO,(,光分解,),、,HO,2,自由基的来源,HCHO+hv(,波长小于,370nm)H,+HCO,(,光分解,),H,+O,2,HO,2,HCO,+O,2,CO+HO,2,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,污染大气中：、HO2自由基的来源2022/10/11绥,HO,与,CO,作用也能导致,HO,2,的形成,HO,+CO,CO,2,+H,H,+O,2,HO,2,烃类光解或者烃类被,O,3,氧化，都可能产生,H,2,O,RH+hv,R,+H,H,+O,2,HO,2,RH+O,3,+hv,RO,+HO,2,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,HO与CO作用也能导致HO2的形成2022/10/11,、,H,3,C,、,H,3,CO,、,H,3,COO,等自由基的来源,大气中存在最多的烷基自由基是甲基，主要来自乙醛和丙酮的光解,CH,3,CHO+hvCH,3,+HCO(,乙醛光解,),CH,3,COCH,3,+hvCH,3,+CH,3,CO,（丙酮光解）,O,和,HO,与烃类发生摘氢反应时，也能生成烷基自由基,RH+HO,R,+H,2,O,RH+O R,+HO,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,、H3C、H3CO、H3COO等自由基的来源2022,大气中甲氧基（,RO,，,CH,3,O,），主要来自甲基亚硝酸酯和甲基硝酸酯的光解,CH,3,ONO+hvCH,3,O,+NO,（甲基亚硝酸酯光解）,CH,3,ONO,2,+hvCH,3,O,+NO,2,（甲基硝酸酯光解）,大气中过氧烷基（,RO,2,），主要由烷基与空气中的氧分子结合得到,R,+O,2,RO,2,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,大气中甲氧基（RO，CH3O），主要来自甲基亚硝酸酯和甲基硝,四、大气中的重要污染物,一、含硫化合物,硫化合物主要包括硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、硫酸、亚,硫酸盐、硫酸盐和有机硫化合物等。其中最主要的是硫化氢、二,氧化硫和硫酸盐。,二、含氮化合物,主要含氮化合物为,N,2,O、NO、NO,2,、N,2,O,5,、NH,3,、,硝酸盐、亚,硝酸盐和铵盐等。,三、含碳化合物,主要含氮化合物为,CO、CO,2,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,四、大气中的重要污染物一、含硫化合物2022/10/11绥化,3、碳氢化合物,碳氢化合物通常指,C,1,C,8,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，其中,CH,4,是主要的碳氢化合物。,汽车废气排出的碳氢化合物主要可分为两类,:,烃类,-甲烷、乙烯、乙炔、丙烯和丁烷等；,醛类,-甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛和苯甲醛等，,此外还有少量多环芳烃和芳烃。,4,、含卤素化合物,CH,3,Cl、CH,3,Br、CH,3,I,来自天然源，主要是来自海洋，其余含,卤素化合物都是由于人类活动产生的。,氟氯烃类(,CFCs),化合物可用作冰箱制冷剂、喷雾器中的推进剂,、溶剂和塑料起泡剂等。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,3、碳氢化合物2022/10/11绥化学院化学与制药工程系,五、温室气体和温室效应,例如：大气平流层中的,O,3,拦截了绝大多数的太阳高能紫外线，使地球环境有效降温，保护了地球生命（冰室效应）。,大气对流层中的颗粒物反射和散射太阳光，使地球降温 （阳伞效应）。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,五、温室气体和温室效应例如：大气平流层中的O3拦截了绝大多,1,、地球的热平衡,进入大气的太阳辐射约,50%,以直接方式或被云、颗粒物和气体散射的方式到达地球表面；另外的,50%,被直接反射回去或被大气吸收。来自太阳的各种波长的辐射一部分在到达地面之前被大气反射回外空间或者被大气吸收后再次反射回外空间；一部分直接达到地面或者通过大气散射到达地面。达到地面的辐射有少量的紫外光、大量的可见光和长波红外光；这些辐射在被地面吸收之后，除了地表存留一部分用于维持地表生态系统热量需要，其余最终都以长波辐射的形式返回外空间，从而维持地球的热平衡。,地球表面能量返回大气由传导、对流和辐射三种能量传输机制来完成,。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,1、地球的热平衡 2022/10/11绥化学院化学与制药工程,2,、温室气体和温室效应,花园温室一般由塑料或玻璃隔开外界空气形成一个,相对封闭的室内空间，以保持室内、花草生长所需要的温,度。决大多数来自太阳的相对波长较短的辐射线能够透过,玻璃，达到温室内的地面和花草上，并被他们吸收。被温,室内物体吸收后的太阳辐射转换成能够致热的长波辐射，,再次从地面向上空反射，欲要通过玻璃或塑料顶棚辐射出,去。但是玻璃或透明塑料就像大气中的一些气体（,H,2,O,、,CO,2,、,CH,4,、,N,2,O,、,CFCs,、,O,3,等）一样，只允许短波辐射通,过，而不允许长波辐射通过，所以温室内的这些致热长波,辐射被“禁闭”在里面，导致温室内的温度要比外面的高，,这个过程就是“温室效应”形成过程。,2024/10/1,绥化学院化学与制药工程系,2022/10/11绥化学院化学与制药工程系,（,1,）,.,大气中自然发生的温室效应,：,一般主要是由于水分子的吸收红外辐射引起的，,H,2,O,吸收的红外光线的波长,700-850nm,和,1100-1400nm,