4-2化學(xué)與環(huán)境-大氣污染.ppt

主講 化學(xué)化工學(xué)院2011年09月 化學(xué)與社會4 2 化學(xué)與環(huán)境 大氣 大氣污染與防治中的化學(xué) 大氣層 地球生命的保護(hù)神 大氣層 地球生命的保護(hù)神 大氣層 地球生命的保護(hù)神 1953年 諾貝爾獎得主猶萊 HaroldC Urey 發(fā)現(xiàn)將甲烷 氨 氫和水的混合經(jīng)過放電后 會變成許多的有機(jī)化合物包含生命必需的成份 氨基酸 大氣層 地球生命的保護(hù)神 大氣層 圈 結(jié)構(gòu)與組成 對流層 12km大氣質(zhì)量的75 水氣的90 53 37 上冷下熱 強(qiáng)對流運(yùn)動 大氣污染主要發(fā)生地平均而言 對流層溫度隨高度降低 每上升100米 溫度下降約0 6 平流層 12 50km 53 3 同溫層 12 30km 53 50 上熱下冷 對流很少 幾乎只有平流運(yùn)動臭氧層 15 35km 0 1 10ppm 30Km以上強(qiáng)烈吸收紫外線 溫度升高含有臭氧 具有吸收紫外線功能 保護(hù)地表免于陽光中強(qiáng)烈紫外線的侵襲 故又叫 臭氧層 同溫層 因?yàn)槌粞跷仗栞椛?大氣溫度不再隨高度增加而降低 每升高100米 溫度上升約0 65 所以又稱 溫暖層 大氣層 圈 結(jié)構(gòu)與組成 中間層 50 85km 93 3 上冷下熱 高空對流層此層主要成份有臭氧 氧 二氧化碳 氮的氧化物 這些組份是由光化學(xué)作用引起之產(chǎn)物 故又稱 光化層 熱層 電離層 85 800km 溫度高 氣體電離 空氣極稀薄 而離子特別多 溫度相當(dāng)高 且隨高度升高而升高溫度 外層 散逸層 800km 粒子可掙脫地球引力而散逸到太空 外太空的起點(diǎn) 含元素中最輕的二種氣體 氦 He 及氫 H2 大氣層 圈 結(jié)構(gòu)與組成 大氣的組成 主要的空氣污染物 煙塵 化石燃料和秸稈 木材等燃燒產(chǎn)物 主要是CO2和碳粒 單位mg m3總懸浮顆粒物 TSP 可吸入懸浮顆粒物 浮塵 氮氧化物 NOx 硫氧化物 SOx 一氧化碳CO臭氧O3揮發(fā)性有機(jī)化合物 VOC 我國目前的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按污染物濃度由小到大分為三級 空氣污染預(yù)報 空氣污染指數(shù) AirpollutionIndex TSP NOx SO2空氣質(zhì)量級別 根據(jù)空氣污染指數(shù)由小到大分為5級空氣質(zhì)量狀況 根據(jù)空氣污染指數(shù)由小到大分為5級 空氣污染的危害與防治 我國的空氣污染 十分嚴(yán)重 燃煤污染 SO2和懸浮顆粒物嚴(yán)重超標(biāo)342個城市的空氣質(zhì)量132個二級 38 6 141個三級 41 2 69個劣于三級 20 2 2004年空氣污染指數(shù)最大的10個城市臨汾 陽泉 大同 金昌 宜賓 株洲 重慶 焦作 長治 攀枝花2004年空氣污染指數(shù)最小的10個城市依次是 北海 ?？?湛江 克拉瑪依 珠海 日照 桂林 福州 泉州 長春 2004中國空氣污染物排放量 顆粒物仍是影響空氣質(zhì)量的首要污染物 46 8 的城市顆粒物超過二級標(biāo)準(zhǔn) 比上年增加1 2個百分點(diǎn) 超過三級標(biāo)準(zhǔn)的城市占14 3 比上年減少6 9個百分點(diǎn) 顆粒物污染較重的城市主要分布在山西 內(nèi)蒙古 遼寧 河南 湖南 四川及西北各省 2004年 二氧化硫排放量為2254 9萬噸 其中工業(yè)排放量為1891 4萬噸 生活排放量為363 5萬噸 煙塵排放量為1095 0萬噸 其中工業(yè)排放量為886 5萬噸 生活排放量為208 5萬噸 工業(yè)粉塵排放量為904 8萬噸 空氣污染的危害與防治 空氣污染的4大危害1 溫室效應(yīng)2 臭氧層空洞3 酸雨4 光化學(xué)煙霧 1 溫室效應(yīng) 溫室氣體 CO2 CH4 N2O O3和氟里昂等能強(qiáng)烈吸收地面紅外輻射 破壞了地球的能量 熱 平衡 貢獻(xiàn) 使地球表面年平均溫度達(dá)到15 C 適于生存否則 20 C 冰雪世界 地球變暖 溫室效應(yīng) 后果 對環(huán)境的影響 1 氣候轉(zhuǎn)變 全球變暖 2 地球上的病蟲害增加 溫室效應(yīng)可使史前致命病毒威脅人類 美國科學(xué)家近日發(fā)出警告 由于全球氣溫上升令北極冰層溶化 被冰封十幾萬年的史前致命病毒可能會重見天日 導(dǎo)致全球陷入疫癥恐慌 人類生命受到嚴(yán)重威脅 3 海平面上升 界銀行的一份報告顯示 即使海平面只小幅上升1米 也足以導(dǎo)致5600萬發(fā)展中國家人民淪為難民 4 氣候反常 海洋風(fēng)暴增多5 土地干旱 沙漠化面積增大 溫室效應(yīng) 后果 對人類生活的潛在影響 溫室氣體包括水汽 H2O 水汽所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)大約占整體溫室效應(yīng)的60 70 其次是二氧化碳 CO2 大約占26 其他還有臭氧 O3 甲烷 CH4 氧化亞氮 又稱笑氣 N2O 氟氯碳化物 CFCs 全氟碳化物 PFCs 氫氟碳化物 HFCs 含氯氟烴 HCFCs 及六氟化硫 SF6 等 新說 美國Goddard空間研究所的詹姆斯 漢森博士提出新觀點(diǎn) 認(rèn)為 溫室氣體主要不是二氧化碳 而是碳粒粉塵等物質(zhì) 溫室氣體的排放 溫室氣體排放量直線上升10年內(nèi) CO2增加40億噸 夏威夷莫納羅亞觀象臺 世界各地排放的碳量 溫室氣體的排放 全世界在行動 聯(lián)合國 氣候變化框架公約 1992年154個國家簽署 1994年生效最終目標(biāo) 穩(wěn)定溫室氣體的濃度 京都議定書 1997年12月日本京都限制6種氣體排放量 CO2 CH4 NO 2種氟里昂 SF6目標(biāo) 發(fā)達(dá)國家 2008到2012年 比1990年減少5 2 美國7 歐盟8 日本 加拿大6 俄羅斯 新西蘭等0 141個國家簽署 2005年生效中國 1998年簽署 2002年核準(zhǔn) 2 臭氧層空洞 臭氧的形成 光化學(xué)反應(yīng) 紫外線O2 h O OO3 h O2 OO O2 M O3 MO O3 O2 O2臭氧層 15 35km的平流層 含量 0 1 10ppm作用 1 吸收紫外線 保護(hù)地球生命 地球生命的保護(hù)傘2 為加熱作用 臭氧吸收太陽光中的紫外線并將其轉(zhuǎn)換為熱能加熱大氣 由于這種作用大氣溫度結(jié)構(gòu)在高度50km左右有一個峰 地球上空15 50km存在著升溫層 正是由于存在著臭氧才有平流層的存在 3 為溫室氣體的作用 在對流層上部和平流層底部 即在氣溫很低的這一高度 臭氧的作用同樣非常重要 如果這一高度的臭氧減少 則會產(chǎn)生使地面氣溫下降的動力 因此 臭氧的高度分布及變化是極其重要的 臭氧層空洞 臭氧層中臭氧濃度顯著低于正常值的區(qū)域 南極臭氧空洞 南極臭氧層空洞 1984年發(fā)現(xiàn)1995年達(dá)到2個歐洲大小臭氧濃度減少1 紫外線增加2 皮膚癌增加3 白內(nèi)障增加1 6 南極臭氧層空洞 電磁波的波長與能量 不同波長光子的能量 E NAhv NAh c E 光能量 NA Avogadro常數(shù) h 普朗克常數(shù) C 光速C 2 998 108m s 波長 南極臭氧層空洞 臭氧層殺手 臭氧層破壞者 氟里昂和哈龍90 N2O NO CCl4氟里昂 Freon 氟氯烷CFCCCl3F CCl2F2 CHClF2 C2Cl3F3優(yōu)良的制冷劑 以及噴霧劑 發(fā)泡劑 清潔劑等哈龍 Halon 含溴的鹵代烷烴CF3Br CF2ClBr高效滅火劑臭氧層的破壞 光化學(xué)反應(yīng) 臭氧層保護(hù)行動 1977年 聯(lián)合國 臭氧層行動世界計(jì)劃 1985年 保護(hù)臭氧層維也納公約 1987年 消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書 1989年生效目標(biāo) 對CFC和哈龍類8種物質(zhì)進(jìn)行限制1989 1990 1992年修訂發(fā)達(dá)國家 1996年完全禁止CFC和哈龍等發(fā)展中國家 10年寬限期中國 目前最大的CFC排放國 1998年排放6萬噸 3 酸雨 酸雨 pH值40 的城市占30 1 常德 德興 麗水 安吉 開化 為100 酸雨的防治 燃煤脫硫技術(shù)硫含量 1 的燃煤必須脫硫前處理 洗煤 煤氣化 水煤漿燃燒中處理 型煤 流化床燃燒后處理 煙氣脫硫 吸收 吸附 轉(zhuǎn)化 反應(yīng) 4 光化學(xué)煙霧PhotochemicalSmog 光化學(xué)煙霧 含有氮氧化物和碳?xì)浠衔锏纫淮挝廴疚锏拇髿?在陽光照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生二次污染物 這種由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象 稱為光化學(xué)煙霧 二次污染物主要有 O3 醛 PAN 過氧乙酰硝酸酯 H2O21951年美國加州大學(xué)HaggenSmit特點(diǎn) 發(fā)生在無風(fēng) 晴天 有強(qiáng)烈光照的中午或下午強(qiáng)烈刺激性和氧化性1840年美國洛杉磯首次出現(xiàn)嚴(yán)重國家 美國 日本 加拿大 德國 澳大利亞 中國中國 蘭州 成都 廣州原因 汽車尾氣 碳氧化物 碳?xì)浠锖偷趸?煤煙 氮氧化物 汽車保有量 全世界 超過8億輛中國 增加很快1988年 540萬1997年 1730萬2004年 2742萬目前 3000萬其他 摩托車 8000萬 農(nóng)用車2500萬城市大氣污染 美國 汽車污染60 歐洲 50 光化學(xué)煙霧的形成機(jī)理 鏈?zhǔn)椒磻?yīng) PAN 催淚劑 汽油及添加劑 含有5 8個碳原子的烴烷烴 環(huán)烷烴 烯烴 芳烴重整汽油 把烴類分子重新排列而構(gòu)成新的分子結(jié)構(gòu) 主要是增加芳烴和異構(gòu)烷烴 抗爆劑 四乙基鉛 用乙醇 CH3CH2OH 或天然氣 CH4 代替汽油 MTBE 甲基叔丁基醚 汽車尾氣中的污染物 Ozoneforbetterandforworse Stratospheric 同溫層 ozone togetherwithmolecularoxygen absorbsmostoftheultravioletradiationfromthesun Inthelowerlayerofair thetroposphere 0 10km 對流層 Ozoneherecandamagecropsandpeople shealthandalsocontributetoraisingthetemperatureatthesurface the greenhouseeffect 空氣主要污染物 ParticulateMatter 顆粒物L(fēng)ead Pb andHeavyMetals 鉛和重金屬Hydrocarbons gasoline 汽油TOMPs ToxicOrganicMicropollutants 有害的有機(jī)污染物CarbonMonoxide CO NitrogenDioxide NO2 SulphurDioxide SO2 Ozone O3 汽車尾氣污染物占據(jù)幾個 EuropeanStandardEmissionLimitsforPetrolCars Thetablesgiveemissionlimitsforpassengercarsingramsperkm EuropeanStandardEmissionLimitsforDieselCars Thetablesgiveemissionlimitsforpassengercarsingramsperkm 倫敦摘掉 霧都 帽子 從1993年1月開始 所有在英國出售的新車都必須加裝催化器以減少污染 環(huán)球時報2004年12月3日12版 科技生活 碳?xì)浠镛D(zhuǎn)化為水和二氧化碳 CO轉(zhuǎn)化為CO2氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂脱鯕?如何降低或取代催化劑貴金屬 Pt 白金 Rh 銠 的用量 如何解決催化劑的中毒問題 汽車尾氣凈化器 氫燃料電池汽車 燃料電池電極反應(yīng)的催化是解決問題的關(guān)鍵 二噁英 危害 二噁英 二噁英 二噁英 即1 4 二氧雜環(huán)己二烯 是一個單環(huán)有機(jī)化合物 也是一種有毒物質(zhì) 會積聚在人體及動物的體內(nèi) 它是一種副產(chǎn)物 在工業(yè)上沒有用處 常見的化合物有四氯雙苯環(huán)二噁英 二噁英 常見 2 3 7 8 四氯二苯并二噁英 二噁英 來源 二噁英 積聚過量也會使人的面部長出氯痤瘡 二噁英也被政客用作暗算政敵的工具 例子有烏克蘭2004年年度總統(tǒng)候選人尤先科 他于9月開始出現(xiàn)身體不適 至11月被證實(shí)中毒 體內(nèi)被驗(yàn)出含量大量二噁英 血液中二惡英的含量是正常值的1000倍 接近致命的水平 也是首宗人體攝取大量二噁英中毒的個案 其面部的膿瘡需等數(shù)年時間才能得以康復(fù) 二噁英 防治措施 二噁英的整治 二惡英是一種劇毒物質(zhì) 萬分之一甚至億分之一克的二惡英就會給健康帶來嚴(yán)重的危害 二惡英除了具有致癌毒性以外 還具有生殖毒性和遺傳毒性 直接危害子孫后代的健康和生活 因此二惡英污染是關(guān)系到人類存亡的重大問題 必須嚴(yán)格加以控制 高濃度的二惡英會影響人體健康 安順廠遭二惡英污染的土壤以太空包封存了五 六年 至今尚無有效 經(jīng)濟(jì)的根本整治方法 高雄正修科技大學(xué)從污染土壤中檢測出數(shù)百種細(xì)菌 近一年來與中山大學(xué)生物化學(xué)研究所合作研究 在土壤樣本的數(shù)百種菌種篩選出以二惡英為食源的菌種 而且發(fā)現(xiàn) 吃得很快 正修科大超微量分析研究科技中心主任張簡國平18日說 這種細(xì)菌是 二惡英的天然克星 只要移入受二惡英污染的土壤中 經(jīng)過一段時間細(xì)菌增生到足夠數(shù)量 即可 吃 掉二惡英 不必移除土壤 將可省下高達(dá)一 二百億新臺幣的整治經(jīng)費(fèi) 二噁英 如果能利用大自然中繁殖快速的細(xì)菌對受二惡英污染土地發(fā)揮自凈作用 會是最省錢的整治方法 正修科大超微量分析研究科技中心主任張簡國平不愿透露細(xì)菌名稱 僅表示 從土壤中怎么去抓這種細(xì)菌是高難度技術(shù) 他表示 上周已與合作的中山大學(xué)生物化學(xué)研究所 向臺 經(jīng)濟(jì)部 申請專利 研究團(tuán)隊(duì)也將在國際知名的科學(xué)期刋中發(fā)表研究成果 讓學(xué)術(shù)界分享這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn) 室內(nèi)空氣污染每年奪命十幾萬 病理專家的答案是 甲醛已被世界衛(wèi)生組織確定具有致癌致畸效應(yīng) 另一個強(qiáng)致癌致畸污染因子 苯在臨床及病理學(xué)上 已被國際社會公認(rèn)具有導(dǎo)致白血病的作用 北京市工商局投訴舉報中心受理的家具類投訴顯示 家具質(zhì)量問題已躍居北京市消費(fèi)者投訴量前位 投訴的主要問題是 一些家具使用劣質(zhì)的板材 涂料 造成有害物質(zhì)超標(biāo) 異味刺鼻 據(jù)中新社公開報道披露 我國每年由室內(nèi)空氣污染引起的超額門診數(shù)22萬人 超額急診數(shù)430萬人 超額死亡數(shù)達(dá)11 1萬人 研究顯示 吸煙者患肺癌的危險是不吸煙者的10倍 不吸煙女性因丈夫吸煙而患肺癌的危險將增加30 開始吸煙年齡越早 吸煙年數(shù)越長 吸煙量越大 患肺癌的危險性越大 此外 家庭裝修污染 長期烹調(diào)油煙污染 汽車尾氣污染等也是肺癌發(fā)生的重要誘因 武漢毒地 這是一塊不可再生的寶地 總面積280畝 地處靈秀溫婉的漢水南岸 距武漢市中心僅20分鐘車程 乃武漢濱江絕版 自2006年3月 該地由武漢三江航天房地產(chǎn)公司 下稱 三江地產(chǎn) 競得后 迄今已整整荒蕪了4年 直到日前 該地才被 退還 給武漢市土地儲備中心 令人稱奇的是 開發(fā)商并未因囤地而遭政府處罰 相反 武漢市土地儲備中心還向開發(fā)商賠償了1 2億元 真相是 這塊黃金寶地 是一塊被有害化學(xué)物質(zhì)重度污染過的 毒地 據(jù)三江地產(chǎn)內(nèi)部人士介紹 2006年3月 三江地產(chǎn)耗資4 055億元成功競得赫山001地塊 土地編號 獲得280畝土地的使用權(quán) 占地面積約18 6萬平方米 總建筑面積為33萬平方米 容積率2 0