大氣環(huán)境化學

1、大氣環(huán)境化學第1頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣污 染是全球性的環(huán)境問題第2頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣污染加劇大氣污染加劇第3頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二城市空氣污染第4頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二城市空氣污染第5頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二城市空氣污染第6頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二Smoky vehicles are a problem. 第7頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二 我們

2、只有一個地球第8頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二環(huán)境空氣的質(zhì)量 一、環(huán)境空氣質(zhì)量標準 國家環(huán)境保護局于1996年發(fā)布了環(huán)境空氣質(zhì)量標準(GB3095一1996)。一級標準 適用于一類質(zhì)量功能區(qū)，包括自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其他需要特殊保護的地區(qū)。二級標準 適用于二類質(zhì)量功能區(qū)，包括城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。三極標準 適用于三類質(zhì)量功能區(qū)，包括各特定工業(yè)區(qū)。 第9頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二環(huán)境空氣的質(zhì)量二、空氣污染指數(shù) 空氣污染指數(shù)(API)就是定時通過新聞媒體向社會公眾報告的一種定量反映和

3、評定空氣質(zhì)量狀況的尺度，即把常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化成單一的數(shù)值形式，并分級表示空氣受污染程度和空氣質(zhì)量狀況，具有簡明、直觀、通俗易懂的特點。 由于中國城市空氣污染以煤煙型污染為主，目前計入空氣污染指數(shù)的項目暫定為二氧化硫、氮氧化物和總懸浮顆粒物(TSP)。第10頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二環(huán)境空氣的質(zhì)量第11頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二第12頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二第13頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二第14頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二

4、第15頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣環(huán)境保護第16頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二全球性大氣環(huán)境問題全球變暖臭氧層遭破壞酸雨危害第17頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二第一部分：概述 1.大氣的組成及結(jié)構(gòu) 2.大氣污染的含義 3.大氣污染物 4.大氣污染的類型 5.我國大氣污染情況 6.全球大氣環(huán)境問題第18頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二1 大氣的組成及結(jié)構(gòu)對流層: 大氣層的最低層，約離地面15千米正常的空氣成份，含有氮氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳等溫度隨著高度而下降(大氣垂直遞減率）平

5、流層:于對流層之上溫度隨高度而上升含有大量臭氧 (臭氧層):臭氧層于同溫層中，大約離地面10 - 50千米 臭氧層保護人體不受過強的紫外線傷害平流層的臭氧量下降會讓更多紫外線-B到達地面第19頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二我們的大氣層 大氣層的結(jié)構(gòu)輻射逆溫大氣溫度層結(jié)第20頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣密度層結(jié)第21頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二第22頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣穩(wěn)定度第23頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二空氣的物理因素與健康（一）

6、太陽輻射促進黑色素原 黑色素 色素沉著，保護皮膚紅斑作用抗朐僂病作用具有殺菌作用熱效應(yīng)；使機體局部溫度升高，血管擴張，促進新陳代謝及細胞增生紫外線A段（320400 nm)B段（275320 nm)C段（200275 nm)紅外線（76030000 nm)可視線（400760 nm)第24頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二（二）空氣離子輕離子：離子吸附周圍的中性氣體分子。重離子：輕離子灰塵、煙霧等結(jié)合?？諝怆x子對人體的作用負離子對機體有益?？諝怆x子的衛(wèi)生評價空氣離子數(shù)：陰離子數(shù)多，清潔度大。重輕離子比值： 50 ，說明空氣污濁?？諝怆x子單極系數(shù)：陽離子/陰離子。清潔地區(qū)

7、該值低（三）天氣與氣候第25頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二 導致大氣污染的物質(zhì)包括塵埃等顆粒物、硫、氮、碳的化合物，放射性物質(zhì)等，每年全球排入大氣中的污染物約有6億多噸。 全國5000余座城市，大氣質(zhì)量符合國家一級標準的不到1%，北京、沈陽、西安、上海、廣州被列為世界十大污染城市之列。 2000年2 大氣污染是指空氣中污染物的濃度達到了有害程度的現(xiàn)象。第26頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二3 大氣污染物碳氧化物(CO CO2 ) 含硫化合物(SO2 SO3 )氮氧化合物(N2O NO NO2 ) 碳氫化合物氧化劑(O3 PAN) 鹵素及其化

8、合物顆粒物第27頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣中的放射性核素 一 大氣中放射性物質(zhì)來源1、大氣中天然放射性 陸生氣體放射性核素 在巖石和土壤中存在著鈾-238、釷-232和鈾-235等衰變系，每一衰變系都含有一種氡的同位素，氡是一種稀有氣體，能從巖石、土壤中逸出。 宇宙射線 宇宙射線是指來自太陽和外層宇宙空間的高能粒子流，它本身就是大氣天然放射性的主要來源。此外，宇宙射線與大氣中原子核相互作用產(chǎn)生許多放射性核素。主要通過降水去除。 第28頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣中的放射性核素2、人工產(chǎn)生的放射性核素（1）核武器（2）核電站（

9、3）燃煤的排放物二、放射性核素對健康的效應(yīng) 具中等半衰期的放射性核素危害最大 。 第29頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣中污染物的遷移定義：污染源排放出來的污染物由于空氣的運動使其傳輸和分散的過程。影響因素：風和大氣湍流的影響 天氣形勢和地理地勢的影響第30頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二4.大氣污染的類型光化學煙霧污染硫酸型煙霧污染第31頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二自由基化學基礎(chǔ)自由基的產(chǎn)生方法自由基的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)關(guān)系自由基反應(yīng)第32頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二光化學反應(yīng)基礎(chǔ) 【

10、1 】分子、原子、自由基或離子吸收光子而發(fā)生的化學反應(yīng)稱為光化學反應(yīng)。 【2 】光化學反應(yīng)第一定律：只有當激發(fā)態(tài)分子的能量足夠使分子內(nèi)的化學鍵斷裂時，亦即光子的能量大于化學鍵能時，才能引起光離解反應(yīng)。同時，光必須被所作用的分子吸收。 【3】 光化學反應(yīng)第二定律：分子吸收光的過程是單光子過程。第33頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣中重要自由基的來源 HOHO2 RRO RO2 第34頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二a 混合體系 NO2 +h NO+O O+ O2 +M O3 +M O3 + NO NO2 +O2 k1k2k3大氣中重要吸光物

11、質(zhì)的光離解【1】氮氧化物的轉(zhuǎn)化第35頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二b 氮氧化物的氣相轉(zhuǎn)化 NO + O3 NO2 + O2 RH + HO R + H2O R + O2 RO2 NO + RO2 NO2 + RO RO + O2 R1CHO +HO2 HO2 + NO HO + NO2 第36頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二 大氣中重要吸光物質(zhì)的光離解 【2】 碳氫化物的轉(zhuǎn)化 HO RO R1CHO HO2 +R RHRO2 O2 NONO2 O2 第37頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二光化學煙霧含有氮氧化物和碳氫

12、化物等一次污染物的大氣，在陽光照射下發(fā)生光化學反應(yīng)而產(chǎn)生二次污染物，這種由一次和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象。第38頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二第39頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二第40頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二光化學煙霧的形成條件 大氣中有NO2、HC化合物存在; 有利的太陽輻射條件; 晴天、高溫、有逆溫； 第41頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二來源汽車廢氣；生活和工業(yè)生產(chǎn)中煤、石油燃燒從油箱和汽化器中揮發(fā)的汽油碳氫化合物20%從曲軸箱漏出的氣體碳氫化合物 20%汽

13、車 排 氣一氧化碳 100%碳氫化合物 60%氮氧化物 100%第42頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二形成光化學煙霧的關(guān)鍵反應(yīng)【1】引發(fā) 反應(yīng)： NO2+hNO+O O+O2+M O3+M O3+NO NO2+O2 第43頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二【2】自由基傳遞反應(yīng) RH + OH RO2 + H2O （烷烴） （過氧烷基） RCHO+OHRC(O)O2+H2O （醛） （過氧?；?RCHO+hRO2+HO2+CO HO2+NO NO2+OH RO2+NO NO2+RCHO+HO2 NONO2 RC(O)O2+NO NO2+RO2+

14、CO2 OH+NO2 HNO3 第44頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二【3】終止反應(yīng) RC(O)O2+NO2 RC(O)O2NO2 （過氧酰基） （過氧乙?；跛狨ィ?RC(O)O2NO2 RC(O)O2+NO2 第45頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二光化學煙霧的形成的簡化機制RCHO RCO RC(O)O2 RC(O)O RH R RO2 ROHO2 HONO2 O2 O2 NONO2NONO2O2CO2 NONO2h h OHO第46頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二光化學煙霧：光化學煙霧的形成由一系列鏈式反應(yīng)組成

15、，以NO2光解為引發(fā)反應(yīng)，生成O3；由于碳氫化合物的存在，促使NO向NO2的快速轉(zhuǎn)化，在此轉(zhuǎn)化中自由基起了特別重要的作用，致使不需要消耗臭氧而使NO轉(zhuǎn)化成NO2，繼而NO2又光解產(chǎn)生臭氧。同時轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的自由基又繼續(xù)與碳氫化合物反應(yīng)生成更多的自由基，如此繼續(xù)不斷地進行鏈式反應(yīng)，直到NO或HC化合物消失為止。最終產(chǎn)物有醛類、O3、PAN、HNO3等二次污染物 第47頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二光化學煙霧的控制對策控制反應(yīng)活性高的有機物的排放在大氣中散發(fā)控制自由基形成的阻化劑控制臭氧的濃度第48頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二光化學煙霧對

16、健康影響NOx 呼吸道深部 亞硝酸、硝酸 刺激、腐蝕肺組織 肺水腫（NO2以肺損害為主）亞硝酸鹽 血液+Hb 高鐵Hb 組織缺氧 （NO以高鐵Hb癥較明顯）NO2 支氣管哮喘醛類化合物和PAN 刺激眼、上呼吸道粘膜甲醛 變態(tài)反應(yīng)性疾病O3 哮喘、肺氣腫、肺水腫第49頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二硫酸型煙霧污染二氧化硫的均相氧化二氧化硫的非均相氧化硫酸型煙霧事件第50頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二二氧化硫的均相氧化 SO2的光化學氧化 直接光氧化： SO2+h(290340nm) 1SO2 SO2+h(340400nm) 3S02 1SO2

17、 +M 3S02 +M 1SO2 +M SO2 +M 故大氣中SO2的激發(fā)態(tài)主要為三重態(tài)3SO2三重態(tài)SO2氧化為SO4或SO3. 3SO2 +O2 SO4 O+SO3 或 SO4 + SO2 2SO3 第51頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二二氧化硫的均相氧化間接光氧化自由基氧化 大氣中一次污染物相互作用的產(chǎn)物和光化學中間產(chǎn)物OH、HO2、RO、RO2具有較強的氧化性，可使SO2氧化為SO3. OH+SO2 HOSO2 HOSO2 +O2 HO2+SO3 H2O+SO3 H2SO4 總反應(yīng)式：SO2 + OH（+O2 +H2O）H2SO4 + HO2 SO2與HO2、

18、CH3O2、CH3COO2反應(yīng)也生成SO3 SO2+ HO2+ M SO3 + OH SO2+CH3O2 CH3O +SO3 SO2+CH3COO2 CH3CO2 +SO3 第52頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二在非均相介質(zhì)SO2被水吸附著，當存在金屬鹽（Fe、Mn）時，很快被氧化為硫酸。即催化氧化： 2SO2 + 2H2O +O2 2H2SO4 當水合液滴酸性變高時，氧化會顯著降低，但如果大氣中存在NH4+，則可增加SO2氧化的速率，并生成（NH4）2SO4氣溶膠。NH3 +SO2 （+H2O） NH3 SO3 （+O3） （NH4）2SO4 二氧化硫的非均相氧化第

19、53頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二大氣里的化學過程O2SO2H2SO4 氧化O3能量 溶解2H+ + SO42-HO第54頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二常見的污染物對健康的損害（一）二氧化硫 (SO2)(1) SO2+ H2SO4:刺激眼、鼻咽粘膜刺激上呼吸道收縮、分泌增多；炎癥、腐蝕性組織壞死；致急性支氣管炎、肺水腫。(2) SO2+飄塵：進入肺深部 FeO3 H2SO4 肺纖維病變 肺氣腫(3) SO2: 變態(tài)反應(yīng)原，引起支氣管哮喘(4) SO2+B(a)P：促癌作用SO2來源于含硫燃料（煤、石油）的燃燒。第55頁，共69頁，2022

20、年，5月20日，14點54分，星期二比利時馬斯河谷煙霧事件馬斯河谷是比利時境內(nèi)馬斯河旁一段長24公里的狹長河谷地段。馬斯河谷地區(qū)是一個重要的工業(yè)區(qū)，建有3個煉油廠、3個金屬冶煉廠、4個玻璃廠和3個煉鋅廠，還有電力、硫酸、化肥廠和石灰窯爐，工業(yè)區(qū)全部處于狹窄的盆地中。1930年12月115日，整個比利時大霧籠罩，氣候反常。由于特殊的地理位置，馬斯河谷上空出現(xiàn)了很強的逆溫層。第三天開始，在二氧化硫（SO2）和其他幾種有害氣體以及粉塵污染的綜合作用下，河谷工業(yè)區(qū)有上千人發(fā)生呼吸道疾病，癥狀表現(xiàn)為胸疼、咳嗽、流淚、咽痛、聲嘶、惡心、嘔吐、呼吸困難等。一個星期內(nèi)就有60多人死亡，是同期正常死亡人數(shù)的十多

21、倍。其中以心臟病、肺病患者死亡率最高。許多家畜也未能幸免于難，紛紛死去。這次事件曾轟動一時，雖然日后類似這樣的煙霧污染事件在世界很多地方都發(fā)生過，但馬斯河谷煙霧事件卻是20世紀最早記錄下的大氣污染慘案。 第56頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二倫敦煙霧事件 1952年12月5日至8日英國倫敦全境被濃霧覆蓋，這是由于溫度逆增，致使燃煤產(chǎn)生的煙霧不斷積累，煙霧中的三 氧化二鐵促使二氧化硫氧化產(chǎn)生硫酸泡沫，凝結(jié)在煙塵上面形成的酸霧。四天中死去人數(shù)比常年同期約多 人。因患支氣管炎、肺炎、肺癌、肺結(jié)核、冠心病而死亡的人數(shù)成倍增加。接連幾次的煙霧，使 人因此喪生。這就是震驚世界的“

22、 ”。這次事件強烈震撼了人們的心靈，從此引起了人類對環(huán)境污染的重視。13000倫敦煙霧事件4000第57頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二表-倫敦型煙霧與洛杉磯煙霧的比較項目倫敦型洛杉磯型概 況污 染 物燃 料氣象條件季 節(jié)氣 溫濕 度日 光臭氧濃度出現(xiàn)時間毒 性發(fā)生較早(1873)，至今已多次出現(xiàn)顆粒物、SO2、硫酸霧等煤冬季低(4以下)高弱低白天夜間連續(xù)對呼吸道有刺激作用，嚴重時導致死亡發(fā)生較晚(1946)，發(fā)生光化學反應(yīng)碳氫化合物、NOx、O3、PAN、醛類等汽油、煤氣、石油夏秋高(24以上)低強高白天對眼和呼吸道有強刺激作用。等氧化劑有強氧化破壞作用，嚴重可導致死亡第58頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二長江三角洲大氣環(huán)境物理化學特征及有關(guān)痕量氣體（基金重大項目)與全球環(huán)境變化有關(guān)的我國含硫化合物排放的基礎(chǔ)研究（基金重點課題)珠江三角洲空氣質(zhì)量研究（廣東省人民政府粵港聯(lián)合項目）北京市大氣污染成因和來源分析（科技部專項）區(qū)域大氣氧化劑、來源、形成機制及其影響因素研究(教育部跨世紀人才)我國正在進行的主要研究項目第59頁，共69頁，2022年，5月20日，14點54分，星期二室內(nèi)空氣污染與健康室內(nèi)空氣污染概念 指住宅、學校、辦公室、公共建筑物，以及各種公共場所的化學、物理和生物因素污染。不包括工廠和車間內(nèi)的生產(chǎn)污染