4-2化学与环境-大气污染.ppt

主讲 化学化工学院2011年09月 化学与社会4 2 化学与环境 大气 大气污染与防治中的化学 大气层 地球生命的保护神 大气层 地球生命的保护神 大气层 地球生命的保护神 1953年 诺贝尔奖得主犹莱 HaroldC Urey 发现将甲烷 氨 氢和水的混合经过放电后 会变成许多的有机化合物包含生命必需的成份 氨基酸 大气层 地球生命的保护神 大气层 圈 结构与组成 对流层 12km大气质量的75 水气的90 53 37 上冷下热 强对流运动 大气污染主要发生地平均而言 对流层温度随高度降低 每上升100米 温度下降约0 6 平流层 12 50km 53 3 同温层 12 30km 53 50 上热下冷 对流很少 几乎只有平流运动臭氧层 15 35km 0 1 10ppm 30Km以上强烈吸收紫外线 温度升高含有臭氧 具有吸收紫外线功能 保护地表免于阳光中强烈紫外线的侵袭 故又叫 臭氧层 同温层 因为臭氧吸收太阳辐射 大气温度不再随高度增加而降低 每升高100米 温度上升约0 65 所以又称 温暖层 大气层 圈 结构与组成 中间层 50 85km 93 3 上冷下热 高空对流层此层主要成份有臭氧 氧 二氧化碳 氮的氧化物 这些组份是由光化学作用引起之产物 故又称 光化层 热层 电离层 85 800km 温度高 气体电离 空气极稀薄 而离子特别多 温度相当高 且随高度升高而升高温度 外层 散逸层 800km 粒子可挣脱地球引力而散逸到太空 外太空的起点 含元素中最轻的二种气体 氦 He 及氢 H2 大气层 圈 结构与组成 大气的组成 主要的空气污染物 烟尘 化石燃料和秸秆 木材等燃烧产物 主要是CO2和碳粒 单位mg m3总悬浮颗粒物 TSP 可吸入悬浮颗粒物 浮尘 氮氧化物 NOx 硫氧化物 SOx 一氧化碳CO臭氧O3挥发性有机化合物 VOC 我国目前的空气质量标准按污染物浓度由小到大分为三级 空气污染预报 空气污染指数 AirpollutionIndex TSP NOx SO2空气质量级别 根据空气污染指数由小到大分为5级空气质量状况 根据空气污染指数由小到大分为5级 空气污染的危害与防治 我国的空气污染 十分严重 燃煤污染 SO2和悬浮颗粒物严重超标342个城市的空气质量132个二级 38 6 141个三级 41 2 69个劣于三级 20 2 2004年空气污染指数最大的10个城市临汾 阳泉 大同 金昌 宜宾 株洲 重庆 焦作 长治 攀枝花2004年空气污染指数最小的10个城市依次是 北海 海口 湛江 克拉玛依 珠海 日照 桂林 福州 泉州 长春 2004中国空气污染物排放量 颗粒物仍是影响空气质量的首要污染物 46 8 的城市颗粒物超过二级标准 比上年增加1 2个百分点 超过三级标准的城市占14 3 比上年减少6 9个百分点 颗粒物污染较重的城市主要分布在山西 内蒙古 辽宁 河南 湖南 四川及西北各省 2004年 二氧化硫排放量为2254 9万吨 其中工业排放量为1891 4万吨 生活排放量为363 5万吨 烟尘排放量为1095 0万吨 其中工业排放量为886 5万吨 生活排放量为208 5万吨 工业粉尘排放量为904 8万吨 空气污染的危害与防治 空气污染的4大危害1 温室效应2 臭氧层空洞3 酸雨4 光化学烟雾 1 温室效应 温室气体 CO2 CH4 N2O O3和氟里昂等能强烈吸收地面红外辐射 破坏了地球的能量 热 平衡 贡献 使地球表面年平均温度达到15 C 适于生存否则 20 C 冰雪世界 地球变暖 温室效应 后果 对环境的影响 1 气候转变 全球变暖 2 地球上的病虫害增加 温室效应可使史前致命病毒威胁人类 美国科学家近日发出警告 由于全球气温上升令北极冰层溶化 被冰封十几万年的史前致命病毒可能会重见天日 导致全球陷入疫症恐慌 人类生命受到严重威胁 3 海平面上升 界银行的一份报告显示 即使海平面只小幅上升1米 也足以导致5600万发展中国家人民沦为难民 4 气候反常 海洋风暴增多5 土地干旱 沙漠化面积增大 温室效应 后果 对人类生活的潜在影响 温室气体包括水汽 H2O 水汽所产生的温室效应大约占整体温室效应的60 70 其次是二氧化碳 CO2 大约占26 其他还有臭氧 O3 甲烷 CH4 氧化亚氮 又称笑气 N2O 氟氯碳化物 CFCs 全氟碳化物 PFCs 氢氟碳化物 HFCs 含氯氟烃 HCFCs 及六氟化硫 SF6 等 新说 美国Goddard空间研究所的詹姆斯 汉森博士提出新观点 认为 温室气体主要不是二氧化碳 而是碳粒粉尘等物质 温室气体的排放 温室气体排放量直线上升10年内 CO2增加40亿吨 夏威夷莫纳罗亚观象台 世界各地排放的碳量 温室气体的排放 全世界在行动 联合国 气候变化框架公约 1992年154个国家签署 1994年生效最终目标 稳定温室气体的浓度 京都议定书 1997年12月日本京都限制6种气体排放量 CO2 CH4 NO 2种氟里昂 SF6目标 发达国家 2008到2012年 比1990年减少5 2 美国7 欧盟8 日本 加拿大6 俄罗斯 新西兰等0 141个国家签署 2005年生效中国 1998年签署 2002年核准 2 臭氧层空洞 臭氧的形成 光化学反应 紫外线O2 h O OO3 h O2 OO O2 M O3 MO O3 O2 O2臭氧层 15 35km的平流层 含量 0 1 10ppm作用 1 吸收紫外线 保护地球生命 地球生命的保护伞2 为加热作用 臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气 由于这种作用大气温度结构在高度50km左右有一个峰 地球上空15 50km存在着升温层 正是由于存在着臭氧才有平流层的存在 3 为温室气体的作用 在对流层上部和平流层底部 即在气温很低的这一高度 臭氧的作用同样非常重要 如果这一高度的臭氧减少 则会产生使地面气温下降的动力 因此 臭氧的高度分布及变化是极其重要的 臭氧层空洞 臭氧层中臭氧浓度显著低于正常值的区域 南极臭氧空洞 南极臭氧层空洞 1984年发现1995年达到2个欧洲大小臭氧浓度减少1 紫外线增加2 皮肤癌增加3 白内障增加1 6 南极臭氧层空洞 电磁波的波长与能量 不同波长光子的能量 E NAhv NAh c E 光能量 NA Avogadro常数 h 普朗克常数 C 光速C 2 998 108m s 波长 南极臭氧层空洞 臭氧层杀手 臭氧层破坏者 氟里昂和哈龙90 N2O NO CCl4氟里昂 Freon 氟氯烷CFCCCl3F CCl2F2 CHClF2 C2Cl3F3优良的制冷剂 以及喷雾剂 发泡剂 清洁剂等哈龙 Halon 含溴的卤代烷烃CF3Br CF2ClBr高效灭火剂臭氧层的破坏 光化学反应 臭氧层保护行动 1977年 联合国 臭氧层行动世界计划 1985年 保护臭氧层维也纳公约 1987年 消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 1989年生效目标 对CFC和哈龙类8种物质进行限制1989 1990 1992年修订发达国家 1996年完全禁止CFC和哈龙等发展中国家 10年宽限期中国 目前最大的CFC排放国 1998年排放6万吨 3 酸雨 酸雨 pH值40 的城市占30 1 常德 德兴 丽水 安吉 开化 为100 酸雨的防治 燃煤脱硫技术硫含量 1 的燃煤必须脱硫前处理 洗煤 煤气化 水煤浆燃烧中处理 型煤 流化床燃烧后处理 烟气脱硫 吸收 吸附 转化 反应 4 光化学烟雾PhotochemicalSmog 光化学烟雾 含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物的大气 在阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物 这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象 称为光化学烟雾 二次污染物主要有 O3 醛 PAN 过氧乙酰硝酸酯 H2O21951年美国加州大学HaggenSmit特点 发生在无风 晴天 有强烈光照的中午或下午强烈刺激性和氧化性1840年美国洛杉矶首次出现严重国家 美国 日本 加拿大 德国 澳大利亚 中国中国 兰州 成都 广州原因 汽车尾气 碳氧化物 碳氢化物和氮氧化物 煤烟 氮氧化物 汽车保有量 全世界 超过8亿辆中国 增加很快1988年 540万1997年 1730万2004年 2742万目前 3000万其他 摩托车 8000万 农用车2500万城市大气污染 美国 汽车污染60 欧洲 50 光化学烟雾的形成机理 链式反应 PAN 催泪剂 汽油及添加剂 含有5 8个碳原子的烃烷烃 环烷烃 烯烃 芳烃重整汽油 把烃类分子重新排列而构成新的分子结构 主要是增加芳烃和异构烷烃 抗爆剂 四乙基铅 用乙醇 CH3CH2OH 或天然气 CH4 代替汽油 MTBE 甲基叔丁基醚 汽车尾气中的污染物 Ozoneforbetterandforworse Stratospheric 同温层 ozone togetherwithmolecularoxygen absorbsmostoftheultravioletradiationfromthesun Inthelowerlayerofair thetroposphere 0 10km 对流层 Ozoneherecandamagecropsandpeople shealthandalsocontributetoraisingthetemperatureatthesurface the greenhouseeffect 空气主要污染物 ParticulateMatter 颗粒物Lead Pb andHeavyMetals 铅和重金属Hydrocarbons gasoline 汽油TOMPs ToxicOrganicMicropollutants 有害的有机污染物CarbonMonoxide CO NitrogenDioxide NO2 SulphurDioxide SO2 Ozone O3 汽车尾气污染物占据几个 EuropeanStandardEmissionLimitsforPetrolCars Thetablesgiveemissionlimitsforpassengercarsingramsperkm EuropeanStandardEmissionLimitsforDieselCars Thetablesgiveemissionlimitsforpassengercarsingramsperkm 伦敦摘掉 雾都 帽子 从1993年1月开始 所有在英国出售的新车都必须加装催化器以减少污染 环球时报2004年12月3日12版 科技生活 碳氢化物转化为水和二氧化碳 CO转化为CO2氮氧化物转化为氮气和氧气 如何降低或取代催化剂贵金属 Pt 白金 Rh 铑 的用量 如何解决催化剂的中毒问题 汽车尾气净化器 氢燃料电池汽车 燃料电池电极反应的催化是解决问题的关键 二噁英 危害 二噁英 二噁英 二噁英 即1 4 二氧杂环己二烯 是一个单环有机化合物 也是一种有毒物质 会积聚在人体及动物的体内 它是一种副产物 在工业上没有用处 常见的化合物有四氯双苯环二噁英 二噁英 常见 2 3 7 8 四氯二苯并二噁英 二噁英 来源 二噁英 积聚过量也会使人的面部长出氯痤疮 二噁英也被政客用作暗算政敌的工具 例子有乌克兰2004年年度总统候选人尤先科 他于9月开始出现身体不适 至11月被证实中毒 体内被验出含量大量二噁英 血液中二恶英的含量是正常值的1000倍 接近致命的水平 也是首宗人体摄取大量二噁英中毒的个案 其面部的脓疮需等数年时间才能得以康复 二噁英 防治措施 二噁英的整治 二恶英是一种剧毒物质 万分之一甚至亿分之一克的二恶英就会给健康带来严重的危害 二恶英除了具有致癌毒性以外 还具有生殖毒性和遗传毒性 直接危害子孙后代的健康和生活 因此二恶英污染是关系到人类存亡的重大问题 必须严格加以控制 高浓度的二恶英会影响人体健康 安顺厂遭二恶英污染的土壤以太空包封存了五 六年 至今尚无有效 经济的根本整治方法 高雄正修科技大学从污染土壤中检测出数百种细菌 近一年来与中山大学生物化学研究所合作研究 在土壤样本的数百种菌种筛选出以二恶英为食源的菌种 而且发现 吃得很快 正修科大超微量分析研究科技中心主任张简国平18日说 这种细菌是 二恶英的天然克星 只要移入受二恶英污染的土壤中 经过一段时间细菌增生到足够数量 即可 吃 掉二恶英 不必移除土壤 将可省下高达一 二百亿新台币的整治经费 二噁英 如果能利用大自然中繁殖快速的细菌对受二恶英污染土地发挥自净作用 会是最省钱的整治方法 正修科大超微量分析研究科技中心主任张简国平不愿透露细菌名称 仅表示 从土壤中怎么去抓这种细菌是高难度技术 他表示 上周已与合作的中山大学生物化学研究所 向台 经济部 申请专利 研究团队也将在国际知名的科学期刋中发表研究成果 让学术界分享这项新发现 室内空气污染每年夺命十几万 病理专家的答案是 甲醛已被世界卫生组织确定具有致癌致畸效应 另一个强致癌致畸污染因子 苯在临床及病理学上 已被国际社会公认具有导致白血病的作用 北京市工商局投诉举报中心受理的家具类投诉显示 家具质量问题已跃居北京市消费者投诉量前位 投诉的主要问题是 一些家具使用劣质的板材 涂料 造成有害物质超标 异味刺鼻 据中新社公开报道披露 我国每年由室内空气污染引起的超额门诊数22万人 超额急诊数430万人 超额死亡数达11 1万人 研究显示 吸烟者患肺癌的危险是不吸烟者的10倍 不吸烟女性因丈夫吸烟而患肺癌的危险将增加30 开始吸烟年龄越早 吸烟年数越长 吸烟量越大 患肺癌的危险性越大 此外 家庭装修污染 长期烹调油烟污染 汽车尾气污染等也是肺癌发生的重要诱因 武汉毒地 这是一块不可再生的宝地 总面积280亩 地处灵秀温婉的汉水南岸 距武汉市中心仅20分钟车程 乃武汉滨江绝版 自2006年3月 该地由武汉三江航天房地产公司 下称 三江地产 竞得后 迄今已整整荒芜了4年 直到日前 该地才被 退还 给武汉市土地储备中心 令人称奇的是 开发商并未因囤地而遭政府处罚 相反 武汉市土地储备中心还向开发商赔偿了1 2亿元 真相是 这块黄金宝地 是一块被有害化学物质重度污染过的 毒地 据三江地产内部人士介绍 2006年3月 三江地产耗资4 055亿元成功竞得赫山001地块 土地编号 获得280亩土地的使用权 占地面积约18 6万平方米 总建筑面积为33万平方米 容积率2 0