大气颗粒物大气气溶胶课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,*,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,1,第二章 大气环境化学,大气颗粒物(大气气溶胶),环境空气的质量及监测方法简介,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳1 第二,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,2,大气颗粒物,气溶胶的定义,大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系,气溶胶体系中分散的各种粒子称为,大气颗粒物,。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳2大气颗,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,3,一、大气颗粒物的来源和消除,1、大气颗粒物的来源,大气颗粒物可分为天然源和人为源两类。,若按颗粒物形成机制，又可分为一次颗粒物和二次颗粒物。,一次颗粒物是由天然污染源和人为污染源释放到大气中直接造成污染的颗粒物。,二次颗粒物是由大气中某些污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间，或这些组分与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化反应、催化氧化反应或其它化学反应转化生成的颗粒物。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳3一、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,4,一、大气颗粒物的来源和消除,1）颗粒物的天然来源,天然源可起因于地面扬尘(风吹灰尘)，和地壳、土壤的成分很相似，海浪溅出的浪沫，火山爆发的喷出物，森林火灾的燃烧物，宇宙来源的陨星尘及生物界产生的颗粒物如花粉、袍子等。,二次颗粒物的天然来源主要是森林中排出的碳氢化合物(主要是萜烯类)，进入大气后经光化学反应，产生的微小颗粒，与自然界硫、氮、碳循环有关的转化产物如由,H,2,S、SO,2,经氧化生成的硫酸盐，由,NH,3,、NO,和,NO,2,氧化生成的硝酸等。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳4一、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,5,一、大气颗粒物的来源和消除,2）颗粒物的人为来源,燃料燃烧过程中产生的固体颗粒物，如煤烟、飞灰等，各种工业生产过程中排放的固体微粒，汽车尾气排出的卤化铅凝聚而形成的颗粒物以及如人为排放,SO,2,在一定条件下转化为硫酸盐粒子等的二次颗粒物。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳5一、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,6,一、大气颗粒物的来源和消除,2、大气颗粒物的消除,干沉降,干沉降是指颗粒物通过重力作用或与其它物体碰撞后发生沉降。,干沉降消除过程存在着两种机制,：,一种是通过重力对颗粒物的作用，使它降落在土壤、水体的表面或植物、建筑等物体上，沉降的速率与颗粒的粒径、密度、空气运动粘滞系数等有关。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳6一、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,7,一、大气颗粒物的来源和消除,粒子的沉降速度可应用斯托克斯定律求出：,V=gd,2,（,1,-,2,）,/1.8,V,表示沉降速度，,cm/s,；,g,为重力加速度，,cm/s,2,；,d,为粒子直径，,cm,；,1,，,2,为,颗粒及空气的密度，,g/cm,3,；,空气的粘度，以泊表示。,粒径愈大，则扩散系数和沉降速率也愈大。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳7一、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,8,表：不同粒径颗粒物的沉降速度,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳8表：不,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,9,一、大气颗粒物的来源和消除,另一种沉降机制是粒径小于0.,l,m,的颗粒，即艾根粒子，靠布朗运动扩散、互相碰撞而凝集成较大的颗粒，通过大气湍流扩散到地面或碰撞而消除。,湿沉降,湿沉降是指降雨、下雪使颗粒物消除的过程。,湿沉降存在雨除(,Rain out),和冲刷(,Wash out),两种机制。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳9一、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,10,二、大气颗粒物的粒径分布,1,、大气颗粒物的粒径,粒度是指颗粒物粒子直径的大小。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳10二、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,11,1,、大气颗粒物的粒径,粉尘（微尘、,Dust）,颗粒直径：,1 100,m,；,物态：固体；,生成机制、现象：机械粉碎的固体微粒，风吹扬尘，风沙。,烟(烟气，,Fume),颗粒直径：,0.01 1,m,；,物态：固体；,生成机制、现象：由升华、蒸馏、熔融及化学反应等产生的蒸气凝结而成的固体颗粒。如熔融金属、凝结的金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐等。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳111、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,12,1,、大气颗粒物的粒径,灰（,Ash,）,颗粒直径：,1 200,m,；,物态：固体；,生成机制、现象：燃烧过程中产生的不燃性微粒，如煤、木材燃烧时产生的硅酸盐颗粒，粉煤燃烧时产生的飞灰等。,雾（,Fog,）,颗粒直径：,2 200,m,；,物态：液体；,生成机制、现象：水蒸气冷凝生成的颗粒小水滴或冰晶水平视程小于,1km,。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳12 1,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,13,1,、大气颗粒物的粒径,霭（,Mist）,颗粒直径：大于,10,m,；,物态：液体；,生成机制、现象：与雾相似，气象上规定称轻雾，水平视程在,1 2km,之内，使大气呈灰色。,霾（,Haze）,颗粒直径：,0.1,m,；,物态：固体；,生成机制、现象：干的尘或盐粒悬浮于大气中形成，使大气混浊呈浅蓝色或微黄色。水平视程小于,2km,。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳131、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,14,1,、大气颗粒物的粒径,烟尘(熏烟，,Smoke)：,0.01 5,m；,固体与液体；含碳物质，如煤炭燃烧时产生的固体碳粒、水、焦油状物质及不完全燃烧的灰分所形成的混合物，如果煤烟中失去了液态颗粒，即成为烟炭,。,烟雾（,Smog）：,0.001 2,m；,固体；粒径在2,m,以下，现泛指各种妨碍视程(能见度低于2,km),的大气污染现象。光化学烟雾产生的颗粒物，粒径常小于0.5,m,使大气呈淡褐色。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳141、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,15,1,、大气颗粒物的粒径,总悬浮颗粒物(,Total Suspended Particulate TSP)：,用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集的颗粒物的总质量作为大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。,长期飘泊在大气中颗粒直径小于,l0,m,的悬浮物称为飘尘(,Airborne particle)，,大于,l0,m,的微粒，由于自身的重力作用而很快沉降下来的这部分微粒称为（,Dustfall）。,可吸入粒子,易于通过呼吸过程而,进入呼吸道,的粒子。目前国际标准化组织,(ISO),建议将其定为,Dp10m,。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳151、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,16,二、大气颗粒物的粒径分布,2,、大气颗粒物的三模态,大气颗粒物的粒度有三个模：即艾根核模、积聚模和粗粒模（,Whitby 1978）。,由蒸汽凝结或光化学反应使气体经成核作用而形成的颗粒，粒度为0.0050.05,m，,属于,核模型,。,粒径在0.052,m,范围的颗粒物是由核模型颗粒凝聚或通过蒸气凝结气而长大的，属于,积聚模型,。,以上这两种颗粒物合称为细粒(小于2,m)。,粒径大于2,m,的颗粒物属粗粒，由机械粉碎、液滴蒸发等过程形成的，属于粗粒模。主要是自然界及人类活动的一次污染物。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳16二、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,17,图,2-48,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳17图,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,18,二、大气颗粒物的粒径分布,细颗粒主要化学组分为,SO,4,2,、NH,4,+,、NO,3,、Pb,和含有烟炱和凝聚有机物的碳，粗颗粒化学组分为,Fe、Ca、Si、Na、Cl、Al,等。,城市大气中颗粒物的分布多数属双模型，即积聚模和粗粒模。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳18二、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,19,图,2-49,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳19图2,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,20,3,、大气颗粒物的表面性质,微粒三种最重要的表面性质,:,成核作用、粘合和吸着。,成核是指过饱和蒸汽在微粒上凝结形成液滴的现象，雨滴的形成也涉及成核作用。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳203、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,21,二、大气颗粒物的粒径分布,粒子可以彼此互相紧紧的粘合或在固体表面上粘合。粘合或凝聚是小颗粒形成较大的凝聚体并最终达到很快沉降粒径的过程。,吸着是指分子为颗粒物吸着的现象。如果气体或蒸气溶解在微粒中，这种现象称为吸收。,若吸着在颗粒物表面上，则定义为吸附。涉及特殊的化学相互作用的吸着，定义为化学吸附作用。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳21二、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,22,三、大气中的化学组成,1,、无机颗粒物,大于3,m(,空气动力学相应的直径)的金属颗粒物，,将不影响呼吸或不参与大气间相互作用。,重点研究小于,2,m,的细颗粒物,飘尘的天然源来自风传粉尘，火山爆发烟气以及海浪引起的雾霭，其量可十倍于人为源。,人为源,大量的细颗粒物来自电厂(燃煤)、市政焚化、冶金过程、采矿及地面交通运输等。其中最重要的是冶金过程，使大量的环境重要金属进入大气，颗粒物直径小于2,m,的占46.6%。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳22三、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,23,三、大气中的化学组成,天然源,颗粒物的天然源一般大于人为源载带量。由于颗粒物是易消失的粉尘和海浪溅沫，其中大颗粒占优势，沉降迅速，对环境影响不大，除非在散发源附近如火山爆发将大量颗粒物散发达数公里之遥。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳23三、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,24,三、大气中的化学组成,2,、有机颗粒物,大气颗粒有机污染物是指吸附和沉积在各种大气颗粒上的有机物，大气中的另一类有机物为挥发性有机物。,根据1979年以前公开发表的文献报告统计，已经确证的颗粒有机污染物，由于燃烧所产生的有109种，因废物焚烧所产生的235种，煤/油燃烧所产生的69种。,按类别分为多环芳香族化合物、芳香族化合物，含氮、氧、硫、磷类化合物，烃基化合物，脂肪族化合物，羰基化合物和卤代化合物。,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳24三、,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,25,表：城市颗粒物中已检出的各类有机化合物,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳25表：,2024/11/15,玉溪师范学院 化学与环境科学系 杨艳,26,2023/8/5玉溪师范学院 化学与环境科学系