任建坚—氟氯烃(氟利昂)对臭氧层的破坏及其对策

1 氟氯烃 氟利昂 对臭氧层的破坏及其对策 任建坚 兰州城市学院化学系 兰州 730070 摘 要 氟氯烃 简称 CFCS 其商品名为氟利昂 Freon 对臭氧层的破坏是人类面临的重大环境问 题 本文对臭氧层的作用 臭氧层破坏的后果 破坏臭氧层的 CFCs 类物质及破坏臭氧的作用机理 和目前保护臭氧层的对策作了探讨 论述了氟氯烃替代物的发展前景 以改善氟氯烃对臭氧层的危 害程度 本文就此做了简单介绍 关键词 臭氧层 紫外线 臭氧洞 氟氯烃 破坏 对策 1 引言 臭氧 O3 是氧的同素异形体 它是一种有特殊刺激性臭味的淡蓝色气体 大气中的 O3非常 稀少 仅占大气总量的百万分之 0 3 0 4 在离地球垂直高度约为 25km 的平流层 有一层臭氧浓度相 对较高的大气层 保护着地球的生存环境免受过量的太阳紫外线的直接袭击 称这个臭氧较集中的 大气层为臭氧层 臭氧层对地球生命具有重要的作用 它是地球上一切生物包括人类在内的天然屏 障 臭氧层的主要作用是吸收掉了来自太阳的对人类和生态系统有伤害作用的紫外线 UV C 波长 在 200 280nm 之间 和紫外线 UV B 波长在 280 325nm 之间 而只透过对地球生命有益的紫外线 UV A 波长在 325 400 nm 之间 使得地球上的万生万物得以繁衍生息 在臭氧层的保护下健康快乐 的成长 然而 在 1984 年 英国南极科学家 J Farman 等人根据英国哈利湾南极站 30 年臭氧观测资料 首次提出自 70 年代中期以来南极上空每年 9 10 月就会出现近 1 000 104km2臭氧洞 而后自 1992 年 2000 年南极臭氧洞的面积再创新纪录 1 然而 臭氧层的损耗不只是发生在南极 在北极上空 和其它中纬度地区也都出现了不同程度的臭氧层损耗现象 1997 年 莫斯科天文学家指出 俄罗斯 上空的臭氧骤减使整个西伯利亚受到了严重的威胁 同年 1999 年 我国科学家也相继发现 在我国 青藏高原上空 其 O3含量都比周围地区减少 10 20 存在着一个 O3含量较低的区域 臭氧洞的出现是大气中臭氧含量减少的重要标志 O3含量的大面积减少将给人类 农作物 水 生生物和生态环境等带来灾难性的后果 2 对于臭氧层的破坏科学家有多种见解 经多年的致力研 究发现 人类过多使用氟氯烃 CFCS 类物质是臭氧层破坏的一个主要原因 因此认真研究臭氧 层破坏形成的原因 影响及对策 对防止大气臭氧层被进一步破坏 保护地球上的万物生命 无疑有 着十分重要的意义 2 2 氟氯烃对臭氧层的破坏 2 1 氟氯烃破坏臭氧层的作用机理 CFCs 是几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称 由于它是一种含氯的有机化合物 具有极高的化 学稳定性 不燃不爆 无毒无臭 无腐蚀性 它们性能稳定 因此被广泛用作制冷 发泡 喷雾 杀虫 灭火 清洗 消毒和有机溶剂 1 当 CFCs 逸入大气层上升到同温层 在紫外线 UVC 作用下发生光分解 释放出极活泼的氯自由基 氯自由基则可引发破坏 O3的循环反应 导致臭氧层的破坏 其化学反应式如下 作者简介 任建坚 1986 男 甘肃天水人 现为兰州城市学院化学系 054 班学生 2 两个反应式循环 使臭氧分解 总反应式为 O3 O 2O2 反应结果是臭氧分子变成了氧气分子 氯原子在其中起了催化剂的作用 据计算 一个氯原子 可能破坏 10 104个臭氧分子 这说明 CFCS对臭氧的破坏力极大 2 2 臭氧层破坏的危害 全球臭氧含量的减少 会使大气吸收紫外线的能力大大减弱 导致到达地球表面的紫外线特别是 UV B 明显增加 大气中臭氧含量每减少 1 地面受到的紫外线辐射量就会增加 2 基础细胞癌 变率可能增加 4 恶性黑瘤发病率会提高 2 这将给人类健康和生态环境造成一系列灾难性影 响 研究表明 长期接受过量紫外线辐射 UV B 会影响影响人体免疫系统 使包括艾滋病在内的多种 病毒的活力增强 影响植物的光合作用 造成农作物减产 破坏浮游生物的繁殖和生长 减少水产资源 在较高气温下产生以臭氧为主要成分的光化学烟雾 1 上述预测已为近年来越来越多的研究结果所 证实 1 4 5 此外 过量紫外线还会加速建筑物 绘画 雕塑 橡胶和塑料制品的老化过程 使其变硬 变 脆 缩短使用寿命 尤其是在阳光强烈 高温 干燥气候下更为严重 2 3 臭氧层破坏的现状 臭氧层的破坏程度愈来愈严重 表 2 1 科学家根据有关资料整理出 在过去 10 多年间 南极 上空臭氧层空洞覆盖的面积 4 表 2 1 从表中我们可以看到 在 2000 年 9 月 南极臭氧层空洞覆盖的面积达 2977 万平方公里 这是迄今为止观测到臭氧空洞的最大面积 2002 年到 2005 年 南极臭氧层空洞覆盖的面积变化很 小 这说明人类对臭氧层的破坏的程度有增无减 然而 到 2006 年 10 月南极臭氧层空洞面积已经 超过 2900 万平方公里 这数字大的惊人 目前 臭氧层受破坏的现状非常之严峻 保护臭氧层迫 在眉睫 另外 美 日 英 俄等国家科学家联合观察发现 在北极上空臭氧层已形成面积约为南极臭 氧空洞三分之一的北极臭氧空洞 中国大气物理及气象学家观测也发现 在我国青藏高原上空的臭 氧正以每十年 2 7 的速度减少 速度非常快 这样发展下去青藏高原上空即将成为大气中第三个臭 3 氧空洞 4 3 保护臭氧层的措施 CFCS类物质对臭氧层的破坏非常严重 给人类和生物圈带来了危害不可预测 因此 保护臭 氧层是每一个国家和公民的神圣责任 禁止生产和使用 CFCS类物质是防止臭氧层破坏的有效方法 和途径 3 1 逐步禁止生产和使用 CFCS 类物质 臭氧洞问题已引起了世界科学界 社会公众和各国政府的忧虑和关注 既然破坏臭氧层的物质 均为人造化学品 所以目前保护臭氧层的唯一可行办法就是尽快限制减少消耗臭氧层人为物质的生 产和消费 而且必须由国际社会采取国际联合行动才能有效控制 CFCs 排放 但是 由于 CFCs 等破坏 臭氧层的物质在工农业生产上的重要地位 立即禁止生产和使用这些物质并不现实 因此 国际上采 用的办法是逐步禁止生产和使用这些破坏臭氧层的物质 6 1985 年 由联合国环境署发起 21 个国家的政府代表签署了 保护臭氧层维也纳公约 首 次在全球建立了共同控制臭氧层破坏的一系列原则方针 1987 年 9 月 36 个国家和 10 个国际组织 的 140 名代表和观察员在加拿大蒙特利尔集会 通过了大气臭氧层保护的重要历史性文件 关于 消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 并对 5 种 CFC 11 12 113 114 115 和 3 种哈隆 1211 1301 2402 2 提出禁用时间表 发达国家将于 2000 年全部禁用 发展中国家可推迟 10 年 我国政府和科学家们非常关心保护大气臭氧层这一全球性的重大环境问题 我国早于 1989 年 就加入了 保护臭氧层维也纳公约 先后积极派团参与了历次的 保护臭氧层维也纳公约 和 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 缔约国会议 并于 1991 年加入了修正后的 关于消耗 臭氧层物质的蒙特利尔议定书 根据相关方案 我国已于 1999 年 7 月 1 日冻结了氟利昂的生产 并将于 2010 年前全部停止生产和使用所有消耗臭氧层物质 4 3 2 研究开发 CFCS类物质的替代物 由于 CFCS类物质在工农业生产中占有相当重要的地位 限用和禁用上述物质必须研究开发相应 的替代物 从某种意义上说 研究开发替代物是限用直至完全禁用 CFCS类的前提 所以寻找 CFCS 的替代物是防止大气臭氧层被进一步破坏的重点 经多年国内外科学家的试验和精心研究 发现氢氟烃 氢氯氟烃 氟碘烃 CF3I 与 HFC 152a 的混合物 氟代乙醇 氟代醚 二甲醚 氨 饱和烃作为 CFCS的替代物均有研究和应用 并且效 果和作用显著 6 4 结束语 臭氧层保护是近代史上一个全球合作十分典型的范例 随着 CFCS类物质对臭氧层的危害性的日 益突出 寻找一种环境友好的替代产品已成为十分紧迫的国际性任务 完全不含氟的制品 如环烷烃 系列将成为最有希望的产品 各国应加大在这方面的研究 采取政府 企业 科研机构相结合的方 式 早日改变在这方面的落后面貌 使我们地球的保护伞 臭氧层早日恢复往日的面貌 为我们 全人类谋富谋利 参考文献 1 王若禹 臭氧洞的形成 危害及对策 J 王河南大学学报 自然科学版 2001 31 2 90 94 2 姚兴跃 论臭氧层的破坏及其对策 J 西昌师范高等专科学校学报 2004 16 2 125 126 3 于洪兰 大气臭氧层的破坏和保护 J