三节大气污染物化学转化市公开课金奖市赛课一等奖课件

第三节

大气污染物

化学转化

第1页第1页一、光辐射几种概念

1．

辐射强度：用单位时间、单位面积上所通过能量值来量度。J/(cm2.s)第2页第2页2．

光子：是指电子在两个能级之间做一次跃迁所发射出电磁波。它即是一个电磁波也是一个能量。能量大小用下式表示：△ε=hv=hC/λh为普朗克常数，v为光频率第3页第3页3．光化辐射：指波长>=380nm光。由于只有这部分光才干参与对流层光化学反应。低层大气中影响光化学反应速率主要原因就是光化辐射强度。

第4页第4页二、大气层光化学特性

光化学反应：大气中原子、分子、自由基或离子等吸光物质吸取光子所引起反应。第5页第5页大气环境中污染物能否进行光化学反应，要取决于两个方面：一是污染物本身性质，即在大气中必须有能吸取太阳光，使其发生早期反应物质，才干在大气中引起光化学反应。二是要具备一定波长光，普通是可见光.第6页第6页大气中污染物受阳光辐射，吸取光子而使物质分子处于某种电子激发态，而引起与其它物质发生化学反应。光化学反应分为两个过程：初级过程为物质分子吸取光量子，形成激发态物种：A+hv

A﹡

第7页第7页一定分子或原子只能吸取一定能量光子，吸取光能后激发态分子是不稳定，可马上发生其它改变。主要过程主要有：

第8页第8页1．光（离）解：A﹡ B1+B22．与其它物质发生反应：A﹡+B C1+C23．发生荧光回到基态：A﹡ A+hv第9页第9页4．通过碰撞消耗活化能后又回到基态：A﹡+M A+M式中：M为吸取能量分子；B1、B2、C1、C2为反应产物。第10页第10页二、硫酸烟雾

（一）二氧化硫氧化作用1．

SO2光氧化作用SO2直接光化学氧化：

第11页第11页SO2在大气中有两个吸取光谱，一个在290nm处，一个在384nm处，当SO2吸取不同光波时，可形成不同激发态SO2，SO2+hv（290-340nm）1SO2（单重态）SO2+hv（340-400nm）3SO2（三重态）第12页第12页空气中SO2光氧化为SO3机制是:3SO2+O2SO4SO3+O或SO4+SO2 2SO3同时，也存在激发态SO2猝灭反应，也就是通过碰撞作用回到基态，3SO2+MSO2+MM为N2、O2、CO、CO2、CH4等第13页第13页由SO3进一步形成硫酸及硫酸盐气溶胶过程：SO3+H2OH2SO4+H2O

（H2SO4）m·（H2O）n第14页第14页2.SO2催化氧化：

二氧化硫在大气中通过粉尘中铁、锰等触媒催化作用形成硫酸过程，称为SO2催化氧化过程，也称SO2触媒氧化过程。

第15页第15页首先，二氧化硫溶解在水滴中：SO2+H2O H++HSO3-

另一方面，在铁、锰硫酸盐和氯化物触媒作用下，亚硫酸氧化为硫酸：

2HSO3-+2H++O2 2H2SO4第16页第16页两式合并为：2SO2+2H2O+O2 2H2SO4

上述反应是可逆，二氧化硫氧化速率决定于二氧化硫向粉尘扩散快慢；二氧化硫在水中溶解度决定于触媒剂种类、溶液PH值、大气温度、湿度以及大气中氮含量。

第17页第17页几种催化媒催化效率大小：MnSO4>MnCl2>CuSO4>NaCL

第18页第18页三、氮氧化物在大气中化学转化

(一)二氧化氮光化学反应

NO2+hv

（290-430nm） NO+O﹡O﹡+O2+M O3+M第19页第19页O3+NO NO2+O2M为大气中N2、O2或其它分子，能够吸取过剩能量而使生成O3分子稳定。假如没有其它反应干扰，O3浓度取决于[NO2]/[NO]。

第20页第20页（二）二氧化氮化学反应

NO2在大气中化学反应主要是光解反应，另外，还能与一系列自由基反应，如OH、HO2等。1．NO2与OH基反应NO2+OH HONO2第21页第21页2.NO2与O3反应

NO2+O3 NO3+O2 NO+2O2这个反应是对流层中一个主要反应，它是大气中NO3主要起源。

第22页第22页3．NO2与NO3反应NO2+NO3 N2O5这是一个可逆反应。

第23页第23页(三)HONO化学反应

亚硝酸在大气中发生光解反应速度快于其与OH反应。它和OH基反应生成水和二氧化氮。

1．OH与NO作用：

OH+NO HONO

第24页第24页2．表面催化反应：NO+NO2+H2O 2HONO2NO2+H2OHONO+HNO3值得注意是，亚硝酸能够成为室内二次污染物，并且亚硝酸与仲胺反应生成致癌物亚硝基胺。

第25页第25页(四)HNO3化学反应

硝酸光解反应很慢，在大气中主要通过干沉降或湿沉降方式到达地表，由于硝酸溶解度很高，吸水能力强，不久形成酸雨。

第26页第26页四、大气污染“光化学烟雾”形成

光化学烟雾：是指含有氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物大气，在阳光中紫外线照射下反应所产生产物及反应物混合物。

第27页第27页形成光化学烟雾特性是：烟雾呈蓝色，含有强氧化性，刺激人眼睛，伤害植物叶子，能使橡胶开裂，大气能见度减少。

第28页第28页光化学烟雾形成条件：（1）地理条件：由于烟雾形成与NO2光分解有直接关系，而光分解又必须有290-430波长辐射作用下才有也许。因此，纬度不小于60度地域，入射角较大，太阳辐射小，不容易发生光化学烟雾。第29页第29页（2）季节：夏季发生光化学烟雾也许性比冬季大。一天中，中午前后光线最强，发生也许性较大。（3）污染源条件：以石油为原料工厂排气和汽车尾气是形成烟雾前提。第30页第30页1．光化学反应光化学烟雾形成时化学反应主要有三个过程

：（1）O3生成；（2）碳氢化合物氧化；（3）过氧乙酰基硝酸酯系列（PAN）生成。

第31页第31页2．光化学烟雾形成通过大量大气污染实测发觉，光化学烟雾形成，在某种程度上与交通流量随时间改变相关。

第32页第32页第四节大气中污染物扩散

第33页第33页一、影响大气污染气象原因大气扩散：由于大气中各种迁移转化过程造成大气污染物在时间上、空间上再分布现象。影响大气扩散能力主要原因有两个，一是气象动力因子，如风、湍流；二是热力学因子，即温度层结等。

第34页第34页1．风和湍流普通把空气水平运动称为风。风有风向和风速。作用：输送作用；冲淡稀释作用。大气湍流：指气流在大气中无规则、三维小尺度运动。作用：表现为气流速度和方向伴随时间和空间位置不同呈随机改变，并由此引发温度、湿度以及污染物质浓度等气象属性随机涨落。第35页第35页依据形成大气湍流和影响它强度原因不同分为机械湍流和热力湍流。由机械或者动力作用引发湍流叫机械湍流，它主要取决于风速分布和地面粗糙度。因为大气垂直方向温度改变所引发湍流叫热力湍流，它主要由大气垂直稳定度引发。大气污染物扩散，主要靠大气湍流作用。第36页第36页2．温度层结温度层结就是垂直方向温度梯度。温度层结决定了大气稳定度，影响大气湍流强弱。（1）

气温垂直分布第37页第37页近地面大气层中气温垂直分布普通有三种情况：A：气温随高度递减，这种情况普通出现在白天，风速不大时。B：气温随高度逆增，这种情况普通出现在少云、无风夜晚。C：气温基本不随高度改变，这种情况普通出现于多云或阴天，风速比较大情况。第38页第38页气温随高度改变通常以气温垂直递减率γ来表示。它是指垂直于地球表面方向上，每升高100m气温改变值（2）

逆温气温垂直递减率小于零时大气层温度分布出现温度逆增，简称为逆温。

第39页第39页逆温层下限称逆温高度，上下限温度差称为逆温强度。依据逆温层发生原因可分为辐射逆温、湍流逆温、锋面逆温和地形逆温。第40页第40页（3）

大气稳定度大气稳定度指垂直方向上大气稳定程度。当一空气块受某种原因受到外力作用产生了上升或下降运动后，也许发生三种情况：稳定，不稳定和中性稳定。第41页第41页三种情况：(1)当外力清除后，气块就减速并有返回本来高度趋势，称这种大气是稳定；(2)当外力清除后，气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定；(3)当外力清除后，气块被外力推到那里就停到那里或作等速运动，称这种大气是中性。第42页第42页干绝热递减率γd

:干空气块或未饱和湿空气块在绝热条件下每升高单位高度(通常取用单位高度为100m)所造成温度下降数值。理论和实践都证实，对于一个干空气块或未饱和湿空气块在大气中绝热上升（下降）100m，气块气温下降（上升）0.98℃.第43页第43页当γ-γd＞0时，a＞0，气块加速运动，大气不稳定;γ-γd＜0时，a＜0，气块减速运动，大气稳定；当γ=γd时，a＝0，大气是中性。第44页第44页（4）

大气稳定度与大气污染大气稳定度与大气污染有着密切关系。大气稳定度对污染物扩散影响有常见五种类型：翻卷型（波浪型）、锥型、扇型（平展型）、屋脊型（上扬型）、漫烟型（熏烟型）。

第45页第45页第46页第46页第47页第47页二、影响大气污染地理原因1、地形和地物影响：障碍物体积、形状、高下等影响风