大气的组成及其主要污染物.

第二章大气环境化学重点内容（1）污染物在大气中的迁移Ø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Ø污染物迁移影响因素：地形、逆温、山谷风、海陆风等Ø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Ø光化学反应基础Ø自由基反应和来源Ø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Ø酸雨，光化学烟雾，Ø温室效应，全球变暖Ø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对流层顶平流层对流层100806040200160200240280T(K)Z(km)1、对流层平均厚度12km,赤道19km，两极8-9km，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50km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85km的高度。特点：（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（O2、N2）开始电离。4、热（成）层从80km到约800km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）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由基反应COS、CS2与HO·反应SHOHSHHO22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.N2ON2O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0.3ppm。NO3-+2H2+H+1/2N2O+5/2H2O2.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NOX2221222NOONOHNOOHNONOONNNONOOOO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空气质量空燃比燃料质量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2-104.NOX的危害NOX是导致大气光化学污染的重要污染物.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.COCO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OHCHHCOCOOCO24232221HOCOHOCOMHOMOHHCOHOCO222221.CO(4)CO的危害?2.CO2CO2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CO2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碳氢化合物通常指C1~C10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7.7μm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。2242COCHCHO厌氧细菌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.CH4+HO•CH3•+H2OCO是间接温室气体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MidgleyT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、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?