第二章 大气环境化学重点内容（1 1）污染物在大气中的迁移）污染物在大气中的迁移 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 污染物迁移影响因素：地形、逆温、山谷风、海陆风等污染物迁移影响因素：地形、逆温、山谷风、海陆风等 污染物迁移的数学模式：推导与应用污染物迁移的数学模式：推导与应用（2 2）污染物在大气中的转化）污染物在大气中的转化 光化学反应基础光化学反应基础 自由基反应和来源自由基反应和来源 氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化（3 3）几种代表性的大气环境污染问题）几种代表性的大气环境污染问题 酸雨，光化学烟雾，酸雨，光化学烟雾， 温室效应，全球变暖温室效应，全球变暖 臭氧层破坏臭氧层破坏2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热层中间层顶中间层顶中间层中间层平流层顶平流层顶对流层顶对流层顶平流层平流层对流层对流层100806040200160200240280T(K)Z(km)31、对流层平平均均厚厚度度12km,赤赤道道19km，两两极极8-9km，云云雨雨主主要要发生层，夏季厚，冬季薄。发生层，夏季厚，冬季薄。特点特点: : （1）气温随高度升高而降低）气温随高度升高而降低。（2）空气密度大。）空气密度大。（3）天气复杂多变。）天气复杂多变。（4）对流层下部湍流。）对流层下部湍流。42、平流层对流层顶到约对流层顶到约50km的地方的地方特点：特点：（1）空气基本无对流，平流运动）空气基本无对流，平流运动占显著优势。占显著优势。（2）空气比下层稀薄，水汽、尘）空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，很少有天气现象，埃含量很少，很少有天气现象，透明度极高。透明度极高。（3）在）在15-35km的范围内（平流的范围内（平流层上层），厚度约层上层），厚度约20km的臭氧的臭氧层。层。53、中间层从平流层顶到约从平流层顶到约85km的高度。的高度。特点：特点：（1）空气更稀薄空气更稀薄（2）无水分无水分（3）温度随高度增加而降低，中温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低间层顶，气温最低（-100）（4）中间层中上部，气体分子中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。）开始电离。64、热（成）层从从80km到约到约800km的地方的地方特点：特点： (1)温度随高度增加迅速增温度随高度增加迅速增高；高；(2)大气更为稀薄大气更为稀薄;(3)大部分空气分子被电离成为大部分空气分子被电离成为离子和自由电子，又称电离层，离子和自由电子，又称电离层，可以反射无线电波可以反射无线电波.75、逸散层 （1）800km以上高空以上高空（2）空气稀薄，密度几乎与太空相同）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）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以不断从该层逃逸出去89三、大气中的主要污染物从从18世纪末至世纪末至20世纪初，是大气污染的形成时期。世纪初，是大气污染的形成时期。上上世世纪纪50年年代代至至70年年代代，工工业业发发达达国国家家石石油油、化化石石燃燃料料使使用用量迅速上升，大气污染物含量迅速上升，致使大气污染加剧。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年年代代以以来来，由由于于酸酸雨雨、臭臭氧氧层层的的破破坏坏和和温温室室效效应应等等问问题题的的加加剧剧，大大气气污污染染问问题题已已成成为为全全球球性性环环境境问问题题，严严重重威威胁胁着着人人类生存和发展。类生存和发展。10一、含硫化合物硫硫化化合合物物主主要要包包括括H2S、SO2、SO3、H2SO4、MSO3、MSO4和有机硫化合物等。和有机硫化合物等。其中最主要的是其中最主要的是SO2、H2S和和H2SO4。1.SO2讨论讨论 SO2的的 危危害害?人人类类的的哪哪些些活活动动 ， 使使 大大 量量SO2进进入入大大气气?11SO2浓度特征SOSO2 2的日变化在城区表现为的日变化在城区表现为双峰型双峰型。SOSO2 2日变化曲线说明北京地区大气中的主要来源于日变化曲线说明北京地区大气中的主要来源于采暖过程采暖过程影响分影响分SO2分布的因素分布的因素风速、风向风速、风向大气稳定度和低层逆温大气稳定度和低层逆温湍湍 流流122.H2S讨论来源来源消除消除人为来源人为来源天然来源天然来源与自由基反应与自由基反应COS、CS2与与HO反应反应火山喷发火山喷发海水浪花海水浪花生物活动生物活动13二、含氮化合物主要含氮化合物为主要含氮化合物为N2O、NO、NO2、N2O5、NH3、硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐等。硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐等。1.N2ON2O是无色气体，称为是无色气体，称为“笑气笑气”,是低层大气中含量最高是低层大气中含量最高的含氮化合物的含氮化合物,也是停留时间最长的氮氧化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，含量约为是目前已知的温室气体之一，含量约为0.3ppm。NO3-+2H2+H+ 1/2N2O+5/2H2O142.NOX的来源与消除无色无味的无色无味的NO和刺激性的红棕色和刺激性的红棕色NO2均是大气中的重要均是大气中的重要污染物，污染物，通常用通常用NOx表示。表示。通过闪电、微生物固定及通过闪电、微生物固定及NH3的氧化等各种天然源和污染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。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、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，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。其中以燃料燃烧排出的废气造成的污染最为严重。15燃烧过程中燃烧过程中NOX的形成机理的形成机理途径二途径二:空气中的空气中的N2在燃烧过程中被氧化生成在燃烧过程中被氧化生成NOX途径一途径一:含氮化合物在燃烧过程中氧化生成含氮化合物在燃烧过程中氧化生成NOX163.燃烧过程中影响燃烧过程中影响NOX形成的因素形成的因素燃烧温度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.空燃比空燃比完全燃烧完全燃烧化学计量空燃比化学计量空燃比“富富”燃料燃料“贫贫”燃料燃料空燃比与汽车尾气中空燃比与汽车尾气中NOX排放量的排放量的关系，参考图关系，参考图2-1017184.NOX的危害NOX是导致大气光化学污染的重要污染物是导致大气光化学污染的重要污染物.NO2浓度较高浓度较高,会引起肺炎会引起肺炎,支气管炎甚至死亡支气管炎甚至死亡;同时会破坏同时会破坏植物组织。植物组织。NO能与血红蛋白结合能与血红蛋白结合,减弱血液的输氧能力减弱血液的输氧能力.(CO;NO;NO2-)19三、含碳化合物 主要包括:CO、CO2 、有机碳氢化合物、含氧烃类1.CO CO是一种毒性极强、无色、无味的气体是一种毒性极强、无色、无味的气体,是排放量最大的大是排放量最大的大气污染物之一气污染物之一.(1)CO的人为来源的人为来源:燃料不完全燃烧燃料不完全燃烧燃料的燃烧过程是城市大气中燃料的燃烧过程是城市大气中CO的主要来源的主要来源,据估计据估计,在全球在全球范围内范围内,80%的的CO人为来源是由汽车排放出来的人为来源是由汽车排放出来的.(2)CO的天然来源的天然来源:甲烷的转化甲烷的转化,海水海水CO的挥发的挥发,植物的植物的排放排放,森林火灾森林火灾,农业废弃物焚烧农业废弃物焚烧.201.CO(3)CO的去除的去除A土壤吸收土壤吸收B与与HO自由基反应自由基反应211.CO(4) CO的危害的危害?222.CO2CO2是一种重要的温室气体是一种重要的温室气体.(1)来源来源 人为来源人为来源天然来源天然来源矿物燃料的燃烧矿物燃料的燃烧海洋脱气海洋脱气甲烷转化甲烷转化动植物呼吸动植物呼吸腐败作用腐败作用燃烧作用燃烧作用23(2)CO2的环境浓度目前人们普遍认为目前人们普遍认为:大气大气CO2浓度的增加是全球温浓度的增加是全球温室效应的主要原因室效应的主要原因.人类活动的直接大量排放人类活动的直接大量排放砍伐森林等使植被日趋减少砍伐森林等使植被日趋减少24陆地植被对CO2浓度变化的作用一一:通过热带雨林地区土地利用方式的改变通过热带雨林地区土地利用方式的改变向大气释放向大气释放CO2,加速温室效应的进程加速温室效应的进程.二二:温带林或北方森林通过吸收大气温带林或北方森林通过吸收大气中的中的CO2,减缓温室效用的进程减缓温室效用的进程.25陆地植被与大气陆地植被与大气CO2浓度的关系还表现在植被对浓度的关系还表现在植被对大气大气CO2时空分布格局的显著影响上。时空分布格局的显著影响上。除了植被的影响除了植被的影响,大气大气-海洋之间的海洋之间的CO2交换量的交换量的变化也能对大气变化也能对大气CO2浓度的季节变化产生一定的浓度的季节变化产生一定的影响影响.26(3)CO2的危害CO2的危害的危害?CO2如何引如何引起温室效应起温室效应?27温室效应 所谓温室效应，就是太阳所谓温室效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而使化碳等物质所吸收，从而使大气变暖的效应。大气中的大气变暖的效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，把地球变成了一个大暖璃，把地球变成了一个大暖房。据估计，如果没有大气，房。据估计，如果没有大气，地表平均温度就会下降到地表平均温度就会下降到2323，而实际地表平均温度，而实际地表平均温度为为1515，这就是说温室效应，这就是说温室效应使地表温度提高使地表温度提高3838。 28温室效应使气温升高，两极冰川将熔化。29 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。303.碳氢化合物碳氢化合物碳氢化合物通常指碳氢化合物通常指C1C10的可挥发的碳氢化合物，包含烷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，烃、烯烃、炔烃、脂肪烃和芳香烃等，它们是形成光化学它们是形成光化学烟雾的主要参与者烟雾的主要参与者;其中其中CH4是主要的碳氢化合物。是主要的碳氢化合物。甲烷是一种重要的温室气体甲烷是一种重要的温室气体;在大气中的浓度仅次于在大气中的浓度仅次于CO2;可以吸收波长为可以吸收波长为7.7m的红外辐射的红外辐射,每个每个CH4分子导致温室效应的能力是分子导致温室效应的能力是CO2分子的分子的20倍倍;而且甲烷以而且甲烷以1%/a的速率增加的速率增加.31CH4的来源的来源化石燃料；化石燃料；反刍类动物；反刍类动物； 稻田；稻田；稻田是中国大气中的最大排放源稻田是中国大气中的最大排放源.其产甲烷机制是其产甲烷机制是厌氧细菌厌氧细菌的发酵过程。的发酵过程。32CH4的消除的消除 因此：大因此：大气中气中HO的减少会导致的减少会导致CH4浓度的增浓度的增加加,因此因此,大气中大气中CO等消耗等消耗HO的物质的增加的物质的增加,会使会使HO的浓度降低的浓度降低,从而会导致大气中从而会导致大气中CH4浓度的增加浓度的增加.CH4+HOCH3+H2OCO是间接温室气体是间接温室气体334.含卤素化合物含卤素化合物有机卤代烃有机卤代烃、无机氯化物、氟化物等、无机氯化物、氟化物等.(1)简单的卤代烃简单的卤代烃:甲烷的衍生物甲烷的衍生物(2)高级的卤代烃高级的卤代烃:有机氯农药有机氯农药DDT、六六六、六六六;PCB等等(以以气溶胶形式存在气溶胶形式存在)(3)氟氯烃类氟氯烃类:同时含有氟和氯的烃类化合物同时含有氟和氯的烃类化合物.比较重要的比较重要的是是一氟三氯甲烷一氟三氯甲烷(CFC-11)和和二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷(CFC-12). 它们可以用作制冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、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塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等.34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。问题。1928年年MidgleyT成功得到成功得到CCl2F2，这一成果在化，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。碑。氟氯代烃的商品名又称氟里昂氟氯代烃的商品名又称氟里昂(Freon)，二氟二氯甲烷，二氟二氯甲烷(CCl2F2)则是其中一种，则是其中一种，CCl2F2是无色、无臭的气体，沸点是无色、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。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。如家用冰箱用备。如家用冰箱用CCl2F2，冷库用，冷库用CClF3和和CHF3，空调，空调器用器用CClF2CClF2等。等。35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。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。不断上升，故引起了人们对其最终去向的注意。1985年年的一份研究报告指出，地球表面臭氧浓度正以每年的一份研究报告指出，地球表面臭氧浓度正以每年1%以以上的速度降低，到上的速度降低，到1987年，南极上空则已出现了臭氧空年，南极上空则已出现了臭氧空洞。洞。1999年年9月，南极上空臭氧层的浓度只有往年常量月，南极上空臭氧层的浓度只有往年常量的的2/3。36人们发现，除了有同样破坏臭氧层作用的氮氧化物外，这人们发现，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。它们到达臭氧层后氧层后,吸收吸收3260nm波长以下的阳光，分解出氯自由基，波长以下的阳光，分解出氯自由基，使之与臭氧作用生成使之与臭氧作用生成ClO自由基，引发链反应，一个自由基，引发链反应，一个Cl原原子可以破坏许多个子可以破坏许多个O3分子从而造成了对臭氧层的破坏作用。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可以吸收200-300nm波长的紫外光。臭氧层一旦出现空洞，波长的紫外光。臭氧层一旦出现空洞，每受到每受到1%的破坏，抵达地球表面的紫外线将增加的破坏，抵达地球表面的紫外线将增加20%左左右，便会引起植物生长受到抑制，生物体右，便会引起植物生长受到抑制，生物体DNA中相邻的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。胸腺嘧啶发生二聚而造成基因改变并损伤细胞等。37CFC的危的危害害?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？38思考题何为温室效应何为温室效应,总结温室气体有哪些总结温室气体有哪些?39个人观点供参考，欢迎讨论