環(huán)境化學(xué)全部課件(2010.9.6)

1、環(huán) 境 化 學(xué) Environmental chemistry 主講：張 慶 樂 電話：13853889081 E-mail:zhqingle@163.com,環(huán)境化學(xué),,第一章 緒論,第二章 大氣環(huán)境化學(xué),第三章 水環(huán)境化學(xué),第四章 土壤

2、環(huán)境化學(xué),第七章 受污染環(huán)境的修復(fù),第六章典型污染物在環(huán)境各圈層中的轉(zhuǎn)歸與效應(yīng),第五章生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運動過程及毒性,參考書籍,參考期刊,環(huán)境科學(xué) 環(huán)境科學(xué)學(xué)報 環(huán)境化學(xué) 中國環(huán)境科學(xué) 化工環(huán)保 農(nóng)村生態(tài)環(huán)境 環(huán)境保護(hù) 環(huán)境污染與防治 環(huán)境工程 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,參考精品課程

3、 ——浙江大學(xué),參考精品課程 ——上海交通大學(xué),參考精品課程 ——同濟(jì)大學(xué),環(huán)境化學(xué): 它是環(huán)境學(xué)與化學(xué)學(xué)科之間的交叉學(xué)科。研究對象： 環(huán)境污染物 環(huán)境問題,,什么是環(huán)境化學(xué)？,據(jù)統(tǒng)計。目前登記在冊的化學(xué)物質(zhì)大約有700萬種，其中常用的化學(xué)物質(zhì)有7萬種，并且每年有1000多種新的化學(xué)物質(zhì)問世。,化學(xué)——人類進(jìn)步的關(guān)鍵,,,一、全球變暖,二、臭

4、氧層破壞,三、酸雨,四、生物多樣性減少,化學(xué)——引起環(huán)境問題,五、森林消失,六、土地荒漠化,七、大氣污染,八、水污染,化學(xué)——引起環(huán)境問題,九、海洋污染,十、危險性廢物越境轉(zhuǎn)移,化學(xué)——引起環(huán)境問題,思 考,1. 環(huán)境問題是如何產(chǎn)生的？ 2. 環(huán)境問題和化學(xué)物質(zhì)的生產(chǎn)和使用存在怎樣的關(guān)系？ 3.如何治理人類當(dāng)前面臨的環(huán)境問題？,,第一章 緒 論,1.1環(huán)境污染（Environmental pollution)

5、 環(huán)境污染: 由于人為因素使環(huán)境的構(gòu)成或狀態(tài)發(fā)生變化，環(huán)境素質(zhì)下降，從而擾亂了生態(tài)系統(tǒng)和人們的正常生活條件和生產(chǎn)條件，就叫做環(huán)境污染。 環(huán)境問題：既可由自然因素引起，也可由人為因素引起。,1. 環(huán)境問題(Environmental Problems),地表生態(tài)系統(tǒng)圖例,1.2 造成環(huán)境污染的因素： 有物理的、化學(xué)的和生物的三方面，其中由化學(xué)物質(zhì)引起的約占80%-90%。 物理性：熱污染、噪聲污

6、染、放射性 化學(xué)性：重金屬、有機(jī)化合物、含氮化合物 生物性：病菌（非典型肺炎、瘋牛?。?1.3 人類對現(xiàn)代環(huán)境問題的認(rèn)識過程第一階段：20世紀(jì)60-70年代 美國洛杉磯光化學(xué)煙霧 美國多諾拉煙霧事件 英國倫敦?zé)熿F事件 比利時馬斯河谷事件 日本水俁病事件 日本骨痛病事

7、件 日本米糠油事件 日本四日市哮喘事件,八大公害事件,,,環(huán)境問題只是一個污染問題，沒有與生態(tài)自然與社會因素聯(lián)系起來。 環(huán)保節(jié)日： 世界地球日：4月22日 世界環(huán)境日：6月5日,世界地球日的由來,１９６９年，美國民主黨參議員蓋洛德。尼爾森提議，在全國各大學(xué)校園內(nèi)舉辦環(huán)保問題講演會，并將次年的４月２２日作為“地球

8、日”。 1970年4月22日，由美國哈佛大學(xué)學(xué)生丹尼斯·海斯發(fā)起并組織的環(huán)境保護(hù)活動，猶如星火燎原。全美國共有2000多萬人參加，約1萬所中小學(xué)，2000所高等院校和全國的各大團(tuán)體參加了這次活動，這一天就成了第一個地球日。,丹尼斯·海斯,世界環(huán)境日,1972年6月5日在瑞典首都斯德哥爾摩召開《聯(lián)合國人類環(huán)境會議》，會議通過了《人類環(huán)境宣言》，并提出將每年的6月5日定為“世界環(huán)境日“。同年10月，第27屆聯(lián)合國大

9、會通過決議接受了該建議。,20世紀(jì)70年代以來的公害事件,第二階段：20世紀(jì)80-90年代 提出了“持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略 ——把經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)相結(jié)合。 第三階段：90年代以來  鞏固和發(fā)展“持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略思想。 ——把環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)、社會協(xié)調(diào)發(fā)展。,二、環(huán)境化學(xué) 1. 環(huán)境化學(xué)的發(fā)展 環(huán)境化學(xué)的發(fā)展： 孕育階段：二次大戰(zhàn)-1970年；

10、 形成階段：70-80年代； 發(fā)展階段：80年代。,二次大戰(zhàn)-20世紀(jì)60年代：研究環(huán)境中農(nóng)藥（有機(jī)氯）殘留行為?！都澎o的春天》-卡遜 20世紀(jì)70年代：出版一系列專著，建立一系列研究計劃?！对鲩L的極限》,,20世紀(jì)80年代：生命元素的生物地球化學(xué)循環(huán)、化學(xué)品安全評價、全球變化及全球性環(huán)境問題研究。,2.環(huán)境化學(xué)的定義 環(huán)境化學(xué)：環(huán)境化學(xué)是一門研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及

11、其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)。,3. 環(huán)境化學(xué)的研究內(nèi)容,有害物質(zhì)在環(huán)境中存在的濃度水平和形態(tài)；潛在有害物質(zhì)的來源，它們在個別環(huán)境介質(zhì)中和不同介質(zhì)間的環(huán)境化學(xué)行為；有害物質(zhì)對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)以及人體健康產(chǎn)生效應(yīng)的機(jī)制和風(fēng)險性；有害物質(zhì)已造成影響的緩解和消除以及防止產(chǎn)生危害的方法和途徑。,舉例分析：如對于酸雨，環(huán)境化學(xué)研究哪些內(nèi)容？1.SO2在各圈層中的濃度和形態(tài)呈怎樣分布？2.是否還有其他物質(zhì)能夠引起酸雨，其遷移轉(zhuǎn)化行為是怎

12、樣的？3.SO2及潛在有害物質(zhì)在環(huán)境中經(jīng)過遷移轉(zhuǎn)化將會產(chǎn)生哪些危害，其危害機(jī)制如何？4.如何預(yù)防酸雨的產(chǎn)生或減緩酸雨產(chǎn)生的危害？,4. 環(huán)境化學(xué)的研究特點●從微觀的原子、分子水平上，研究宏觀的環(huán)境現(xiàn)象與變化的化學(xué)機(jī)制及其防治途徑；● 其核心是研究化學(xué)污染物在環(huán)境中的化學(xué)轉(zhuǎn)化和效應(yīng)?！?污染物種類眾多，形態(tài)多變；濃度低；分布廣泛，組成復(fù)雜，易遷移轉(zhuǎn)化。,5. 環(huán)境化學(xué)的分支學(xué)科及發(fā)展動向,國際上： 元素的生

13、物地球化學(xué)循環(huán)、化學(xué)品安全評價、全球氣候變化等。國內(nèi)： 以有機(jī)物污染為主的水質(zhì)污染；以大氣顆粒物和二氧化硫為主的城市空氣污染；工業(yè)有害廢棄物和城市垃圾對大氣、水和土地的污染等。,環(huán)境化學(xué),環(huán)境分析化學(xué),各圈層的環(huán)境化學(xué),污染生態(tài)化學(xué),環(huán)境理論化學(xué),污染控制化學(xué),,●環(huán)境分析化學(xué) 內(nèi)容: 研究環(huán)境中污染物的種類、成分，以及如何對環(huán)境中化學(xué)污染物進(jìn)行定性分析和定量分析的一個學(xué)科。 動向:分析方法標(biāo)準(zhǔn)

14、化、分析技術(shù)自動化、計算機(jī)在分析中的應(yīng)用、多種方法和儀器的聯(lián)合使用以及痕量和超痕量分析等.,各圈層環(huán)境化學(xué),內(nèi)容: 研究化學(xué)污染物在大氣、水體和土壤環(huán)境中的形成、遷移、轉(zhuǎn)化和歸趨過程中的化學(xué)行為和生態(tài)效應(yīng)。動向: （1）大氣環(huán)境化學(xué): 酸雨、溫室效應(yīng)、臭氧層破壞、顆粒物、光化學(xué)煙霧等。（2）水環(huán)境化學(xué)：重金屬及持久性有毒有機(jī)污染物。（3）土壤環(huán)境化學(xué)：農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化和歸趨。,（4）污染生態(tài)化學(xué)：化學(xué)污染物的生態(tài)毒理學(xué)和作

15、用機(jī)制。（5）環(huán)境理論化學(xué)：研究環(huán)境界面吸附的熱力學(xué)和動力學(xué)，定量結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系，環(huán)境污染預(yù)測模型。,污染控制化學(xué) 內(nèi)容：研究控制污染的化學(xué)機(jī)制和工藝技術(shù)中的基礎(chǔ)性化學(xué)問題。 動向：控制模式從終端污染控制模式向全過程控制模式轉(zhuǎn)變； 提出了污染預(yù)防、清潔生產(chǎn)、綠色化學(xué)等一系列污染控制的戰(zhàn)略思路；,第二節(jié) 環(huán)境污染物Environmental Pollutants 本節(jié)主要講述環(huán)境污染物的定義、類別,

16、環(huán)境效應(yīng)及主要環(huán)境污染物遷移轉(zhuǎn)化主要途徑。,一、環(huán)境污染物及主要類別 1.環(huán)境污染物： 進(jìn)入環(huán)境后使環(huán)境的正常組成和性質(zhì)發(fā)生直接或間接有害于人類的變化的物質(zhì)。 思考：是否任何物質(zhì)都能成為環(huán)境污染物？ 2.環(huán)境污染物的類別,第二節(jié)環(huán)境污染物,●按人類社會不同功能產(chǎn)生分： 工業(yè)污染物：工業(yè)“三廢” 農(nóng)業(yè)污染物：固體廢物、農(nóng)藥、重金屬等。 交通運輸

17、污染物：汽車尾氣、運輸事故。 生活污染物：廚房油煙、生活垃圾、生活污 水等。,第二節(jié)環(huán)境污染物,3. 優(yōu)先污染物 在化學(xué)污染物中篩選出一些毒性強(qiáng)、難降解、殘留時間長、在環(huán)境中分布廣的污染物優(yōu)先進(jìn)行控制。 引起世人關(guān)注的化學(xué)污染物： 持久性有機(jī)污染物 三致化學(xué)污染物

18、 環(huán)境內(nèi)分泌干擾物,第二節(jié)環(huán)境污染物,持久性有機(jī)污染物,定義：符合以下四個特性的環(huán)境污染物環(huán)境持久性（長期殘留）；生物蓄積性（可在食物鏈中蓄積并放大）；半揮發(fā)性（能夠在大氣環(huán)境中長距離遷移），高毒性（在環(huán)境濃度下就有毒性）的天然或人工合成的有機(jī)污染物,第二節(jié)環(huán)境污染物,符合上述定義的POPs物質(zhì)有數(shù)千種之多。斯德哥爾摩國際公約提出首批控制12種： 艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、DDT、氯丹、六氯苯、

19、滅蟻靈、毒殺芬、七氯、多氯聯(lián)苯(PCBs)、二惡英和苯并呋喃(PCDD／Fs)。,第二節(jié)環(huán)境污染物,環(huán)境內(nèi)分泌干擾物,定義：能干擾機(jī)體天然激素合成、分泌、轉(zhuǎn)運、結(jié)合或清除的各種外源性物質(zhì)。 危害：人類及動物生殖能力下降生殖系統(tǒng)腫瘤發(fā)病率增加：乳腺癌、前列腺癌等兒童性發(fā)育異常 . 種類：二惡英、六氯苯 、多氯聯(lián)苯、DDT等,第二節(jié)環(huán)境污染物,二．環(huán)境效應(yīng)及其影晌因素（1）環(huán)境物理效應(yīng)：由物

20、理作用引起的，如噪聲、地面沉降、熱島效應(yīng)、溫室效應(yīng)等。 （2）環(huán)境化學(xué)效應(yīng)：在各種因素影響下，物質(zhì)間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)。如酸雨、湖泊和土壤的酸化、臭氧層破壞、光化學(xué)煙霧、地下水污染等。（3）環(huán)境生物效應(yīng)：環(huán)境因素變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變異而產(chǎn)生的后果，如“三致”效應(yīng)、生物多樣性減少。,第二節(jié)環(huán)境污染物,三、環(huán)境污染物在環(huán)境各圈的遷移轉(zhuǎn)化過程簡介 遷移過程（transport processes） 污染物在環(huán)境

21、中所發(fā)生的空間位移及其所引起 的富集、分散和消失的過程。 遷移方式主要有： 機(jī)械遷移 物理-化學(xué)遷移 生物遷移。,第二節(jié)環(huán)境污染物,轉(zhuǎn)化過程(transform processes)： 污染物在環(huán)境中通過物理、化學(xué)或生物的作用，改變存在形態(tài)或轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)的過程。 轉(zhuǎn)化方式主要有：

22、 氧化-還原作用 配合作用 水解作用 生物吸收 代謝,第二節(jié)環(huán)境污染物,污染物可在單獨環(huán)境要素圈中遷移和轉(zhuǎn)化，也可超越圈層界限實現(xiàn)多介質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化而形成循環(huán)。,第二節(jié)環(huán)境污染物,汞在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過程,第二節(jié)環(huán)境污染物,4.元素的生物地球化學(xué)循環(huán),（1）氧的循環(huán)

23、 （2）碳的循環(huán),（3）氮的循環(huán),復(fù)習(xí)題一、名詞解釋 環(huán)境化學(xué)；優(yōu)先污染物；環(huán)境效應(yīng)；二、填空 1.當(dāng)前世界范圍最關(guān)注的化學(xué)污染物主要是 、 以及 。 2.環(huán)境中污染物的遷移主要有 、 和 三種方式。 3.人為污染源可分為 、 、

24、、和 。 4.世界環(huán)境日是——月——日，今年是第—個世界環(huán)境日。,三、選擇題1、  屬于環(huán)境化學(xué)效應(yīng)的是 A熱島效應(yīng) B溫室效應(yīng) C土壤的鹽堿化 D噪聲2、五十年代日本出現(xiàn)的痛痛病和水俁病分別是由______和 污染水體后引起的。 A Cd B Hg C Pb D As四、簡答題1.環(huán)境化學(xué)的主要研究內(nèi)容和特點有哪些？2.環(huán)

25、境中主要的化學(xué)污染物有哪些？3.舉例簡述污染物在環(huán)境各圈的遷移轉(zhuǎn)化過程。4.簡述人類對現(xiàn)代環(huán)境問題的認(rèn)識發(fā)展過程。,,作業(yè),1.查閱相關(guān)資料，簡述環(huán)境化學(xué)的發(fā)展動向。2.查閱相關(guān)資料，理解八大公害事件的成因及危害。,謝謝,復(fù)習(xí),什么是環(huán)境化學(xué)？環(huán)境化學(xué)的研究內(nèi)容有哪些？舉例說明八大公害事件的成因及危害。,,第二章 大氣環(huán)境化學(xué),本章要點： 了解大氣層結(jié)結(jié)構(gòu)和基本運動規(guī)律； 了解大氣中的主要污染物； 掌握主要大氣污染

26、物的遷移轉(zhuǎn)化過程和主要大氣污染事件的形成機(jī)制（光化學(xué)煙霧、硫酸型煙霧、酸雨等）。 了解其他大氣環(huán)境問題。,第一節(jié) 大氣的組成及其主要污染物 大氣的組成及層結(jié)結(jié)構(gòu)； 大氣中的主要污染物及主要性質(zhì)；,一、大氣的主要成分,成為大氣污染物的條件,在大氣中含量較低在大氣中的停留時間較長有較多的污染源排放，其在大氣中的濃度較高容易跟其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),停留時間： 某種組分在大氣中的平均時間。 停留時間＝大氣中總量

27、／輸入速率或輸出速率甲烷在對流層平均濃度c為1.55×10-6，不隨時間變化，且輸入速率等于輸出速率為1.5×1014mol/a，求其停留時間。,,因為大氣的總質(zhì)量為5.14×1014kg，對流層占總大氣圈質(zhì)量的3/4。則甲烷停留時間為 5.14×1014×3/4×1000×1.55×10-4

28、 1.5×1014×16=2.4a,,二、大氣層的結(jié)構(gòu) 1. 大氣層的結(jié)構(gòu) 在自然地理學(xué)上，把由于地心引力而隨地球旋轉(zhuǎn)的大氣層稱為大氣圈。 根據(jù)大氣在垂直方向上物理性質(zhì)和運動情況的變化可將大氣分為對流層、平流層、中間層、熱層、逸散層（見圖2-1）。,,圖2-1 大氣溫度的垂直分布,（1）、對流層(Troposphere) 高度從地面到離地10-12km; 氣溫隨高度上升

29、而降低（約0.6℃/ 100 m ）； 密度大，75%以上的大氣總質(zhì)量和90%的水蒸氣在對流層； 污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程及天氣過程均發(fā)生在對流層。 阻擋大氣氫的損失。,(2)平流層（Stratosphere)平流運動占顯著優(yōu)勢； 空氣比對流層稀薄得多，水汽、塵埃含量甚微； 15-35 km 范圍內(nèi)有厚有約20 km的臭氧層。 O2 O·+O· O2+O&#

30、183; O3 O3 O·+O2 O3+O· 2O2,,,,,,,形成,消除,（3）中間層 （Meosphere)氣溫隨高度的增加而降低，頂部可達(dá)-92℃左右。 垂直溫度分布與對流層相似。 （4）熱層(Therosphere) 在離地85－800km的這一空間稱為熱層。（5）逸散層(Stratopause),大氣壓力的變化：,ph＝p0e

31、-Mgh/RT兩邊取對數(shù)： lgph＝lgp0－Mgh/2.303RT若p0為1，則 lgph＝－Mgh/2.303RT 大氣的壓力隨海拔高度的增加而減小。,三、大氣中的主要污染物,大氣污染物 由人類活動和自然過程排放到大氣中某種物質(zhì)的含量超過正常水平而對人類和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響時，就構(gòu)成了大氣污染物。,,大氣污染物的分類：按物理狀態(tài)分：氣態(tài)污染物、顆粒物。按形成過程分：

32、一次污染物、二次污染物按化學(xué)組成分：含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、含鹵素化合物。,1. 含硫化合物,（1）SO2①SO2的危害,形成酸雨,刺激呼吸道,損害植物葉片,② SO2的來源和消除 來源： 天然源（火山噴發(fā)） 人為源（礦物燃料燃燒、含硫礦石的冶煉、硫酸生產(chǎn)過程等） 消除： 形成硫酸或硫酸根；以干濕沉降去除。,,③ SO2的濃度特征 其本底值存在

33、地區(qū)變化和高度變化，其濃度變化與污染源和當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件（風(fēng)向、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度、低層逆溫等）有關(guān)。,（2）H2S,天然來源： 火山噴射、海浪作用、生物活動。人為源: 由COS、CS2、HO·的反應(yīng)而產(chǎn)生。去除反應(yīng)主要與HO ·反應(yīng).,2. 含氮化合物,N2O NO3-＋2H2＋H+ 1/2N2O＋5/2H2O（1）NOx的來源與消除 來源：燃料的燃燒（固定源、流動源

34、） 消除：干、濕沉降。（2）燃燒過程中NOx的形成機(jī)理 ① 含氮化合物＋O2 NOx,,,② O2 O·＋O· O·＋N2 NO＋N· N·＋O2 NO＋O· N·＋·OH NO

35、＋H· NO＋1/2O2 NO2,,,,,,快,慢,（3）燃料燃燒過程中NOx影響形成的因素,① 燃燒溫度 燃燒溫度越高，NO氣體數(shù)量越大。② 空燃比 空燃比等于計量空燃比時，氮氧化物量最大。,（4）NOx的環(huán)境濃度 存在季節(jié)變化或區(qū)域變化。,（5）NOx的危害毒性：NO＜NO2NO能與血紅蛋白結(jié)合，減弱血液輸氧能力。NO2不僅是光化學(xué)污染的重要物質(zhì)，而且嚴(yán)

36、重危害植物和人體健康。,3. 含碳化合物,（1）CO ①CO的人為來源 燃料的不完全燃燒。 C＋1/2O 2CO C＋CO2 2CO ② CO的天然來源,,,甲烷的轉(zhuǎn)化、海水中CO的揮發(fā)、植物的排放、森林火災(zāi)等。 CH4 ＋HO· CH3·＋H2O CH3·＋O2 HCHO＋HO· HCHO

37、＋hv CO＋H2,,,,③ CO的去除,土壤吸收 CO＋1/2O2 CO2 CO＋3H2 CH4＋H2O與HO·的 反應(yīng) CO＋HO· CO2＋H· H·＋O2＋M HO2＋M CO＋HO2 CO2＋HO·,,,,,,④ CO的停留時間及濃度分布,停留時間為0.

38、4年。其環(huán)境本底值隨緯度和高度有較明顯的變化。⑤CO的危害阻礙氧氣輸送，引起窒息；參與光化學(xué)煙霧形成；是一種溫室氣體。,（2）CO2,① CO2的來源人為源：礦物燃料的燃燒。天然源：海洋脫氣、甲烷轉(zhuǎn)化、動植物呼吸、生物降解作用。 ② CO2的環(huán)境濃度 大氣中CO2的濃度存在季節(jié)變化和區(qū)域變化，并且呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。,,原因：燃料的大量燃燒； 地表植被的縮減；

39、 大氣-海洋之間CO2的交換量。,③CO2的危害,人類活動產(chǎn)生的CO2的出路:進(jìn)入海洋、進(jìn)入生物圈、停留在大氣圈。大氣圈中CO2濃度的升高導(dǎo)致全球氣候變暖。,（3）碳?xì)浠衔?包括烷烴、烯烴和芳香烴。 ① 甲烷重要的溫室氣體，比CO2大20倍。來源： 天然源、人為源。,,消除： 與HO·自由基反應(yīng)。 CH4＋HO· CH3·＋H2O

40、 與氯原子反應(yīng)： CH4＋Cl· CH3·＋HCl,,,,濃度分布特征： 最近100年增長了一倍多。 其季節(jié)性變化主要受HO·的控制。,② 非甲烷烴,天然來源的非甲烷烴：植被的釋放、森林火災(zāi)、火山噴發(fā)、微生物活動。以乙烯和萜烯類為主，具有較高的反應(yīng)活性。,,人為來源產(chǎn)生的非甲烷烴：汽油燃燒（汽車尾氣）焚燒溶劑蒸發(fā)石油蒸發(fā)和運輸廢棄物提煉,4. 含

41、鹵素化合物,（1）簡單的鹵代烴 主要為甲烷的衍生物。 CHCl3＋HO· ·CCl3＋H2O ·CCl3＋O2 COCl2＋ClO· ClO·＋NO Cl·＋NO2 ClO·＋HO2 Cl·＋·OH＋O2 Cl·＋CH4 H

42、Cl＋CH3,,,,,,(2)氟氯烴類,來源: 制冷劑,溶劑,泡沫發(fā)生劑,滅火劑等.消除方式： 性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水，難于被HO氧化，主要在平流層中消除。,危害： CCL3F+hv ·CCl2F ＋Cl· Cl·+O3 ClO+O2 ClO+O O2+Cl· 大氣中的氟氯烴類化合物能破壞臭氧層，其壽命越長，危害越大

43、。 另外，氟氯烴類化合物還可導(dǎo)致溫室效應(yīng)。,,,,,控制對策： 研究氟氯烴類化合物的替代物質(zhì)。,復(fù)習(xí),1. 大氣中SO2、NOx、CO、CH4、氟氯烴類物質(zhì)的消除過程有哪些？會形成哪些環(huán)境污染問題？2.大氣層在垂直方向上可分成哪幾個層次，每個層次各有什么特點？,第二節(jié) 大氣中污染物的遷移,一、輻射逆溫層 氣溫垂直遞減率(Г):即每垂直升高100 m，氣溫的變化值： 當(dāng)Г>0時，為

44、正常狀態(tài)； 當(dāng)Г=0時，為等溫氣層； 當(dāng)Г<0時，為逆溫氣層。,逆溫和逆溫層： 一般情況下，在低層大氣中，氣溫是隨高度的增加而降低的。但有時在某些層次可能出現(xiàn)相反的情況，氣溫隨高度的增加而升高，這種現(xiàn)象稱為逆溫。出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象的大氣層稱為逆溫層。,逆溫的成因1. 輻射逆溫： 因地面強(qiáng)烈輻射而形成的逆溫稱為輻射逆溫。最容易出現(xiàn)輻射逆溫是在晴朗無風(fēng)或微風(fēng)的夜晚。輻射逆溫一般日出后，逆溫就逐漸消失

45、了。 2. 平流逆溫： 由于暖空氣流到冷的地面上而形成的逆溫稱為平流逆溫。平流逆溫的強(qiáng)度，主要決定于暖空氣與冷地面之間的溫差。溫差愈大，逆溫愈強(qiáng)。,3. 湍流逆溫 ：因低層空氣的湍流混合作用而形成的逆溫稱為湍流逆溫。4. 下沉逆溫 ：因整層空氣下沉而形成的逆溫稱為下沉逆溫。5. 鋒面逆溫： 鋒面是冷暖氣團(tuán)之間狹窄的過渡帶，暖氣團(tuán)位于鋒面之上，冷氣團(tuán)在下。在冷暖氣團(tuán)之間的過渡帶上，便形成逆溫。,,當(dāng)逆溫形成時，阻擋了大氣中污染物的

46、擴(kuò)散，導(dǎo)致排放的氣體污染物累積并產(chǎn)生污染事故。（倫敦?zé)熿F事件、馬斯河谷事件等）,二、大氣的穩(wěn)定性 一個空氣氣塊的穩(wěn)定性由密度層結(jié)和溫度層結(jié)共同決定。 氣團(tuán)在大氣中的穩(wěn)定性與氣溫垂直遞減率Г和干絕熱減溫率Гd兩個因素有關(guān)。 當(dāng)Гd > Г時，氣團(tuán)穩(wěn)定，不利于擴(kuò)散； 當(dāng)Гd < Г時，氣團(tuán)不穩(wěn)定，有利于擴(kuò)散； 當(dāng)Гd = Г時，氣團(tuán)處于平衡狀態(tài)。,圖2-2 判斷氣團(tuán)抬升的原理圖,三、

47、影響大氣污染物遷移的因素 空氣的機(jī)械運動； 由于天氣形勢和地理地勢造成的逆溫現(xiàn)象；污染源本身的特性；,1.風(fēng)和大氣湍流的影響 三個因素：風(fēng)、湍流、濃度梯度。（1）風(fēng) 風(fēng)對污染物的作用體現(xiàn)為風(fēng)向和風(fēng)速兩方面的影響。1、風(fēng)向影響污染物的水平遷移擴(kuò)散方向。2、風(fēng)速的大小決定了大氣擴(kuò)散稀釋作用的強(qiáng)弱。,（2）湍流 海拔高度低于1-2公里的大氣稱為摩擦層，這層大氣具有亂流特征。近地層大氣湍流有兩種：

48、 動力湍流；熱力湍流,動力湍流：有規(guī)律的水平運動的氣流遇到起伏不平的地形擾動所產(chǎn)生。 熱力湍流：由于地表面溫度與地表面附近的溫度不均一，近地面空氣受熱膨脹而上升，隨之上面的冷空氣下降，形成對流。 低層大氣中污染物的分散在很大程度上取決于對流與湍流的混合程度。,,,,2. 天氣形勢和地理地勢的影響 不利的天氣形勢和地形特征結(jié)合在一起常?？墒鼓骋坏貐^(qū)的污染程度加重。（1）

49、海陸風(fēng)：,（a)白天海風(fēng)（b)夜間陸風(fēng),（2）城郊風(fēng)：（3）山谷風(fēng)：3. 污染源本身的特性,小結(jié),1. 大氣垂直遞減率小于零的氣層稱為逆溫層。2. 輻射逆溫層是地面因強(qiáng)烈輻射而冷卻所形成。 最有利于輻射逆溫發(fā)展的條件是平靜而晴朗的 夜晚。3. 氣塊在大氣中的穩(wěn)定度與大氣垂直遞減率和干 絕熱垂直遞減率有關(guān)。4.影響大氣污染物遷移的因素：空氣的機(jī)械運動（風(fēng)和湍流）、由于天氣形勢和地理地勢造成

50、的 逆溫現(xiàn)象及污染源本身的特性。,第三節(jié) 大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,,大氣污染物(SO2、CO2、NOx、CxHy、顆粒物),光化學(xué)煙霧硫酸煙霧酸雨溫室效應(yīng)臭氧層破壞顆粒物污染,遷移、轉(zhuǎn)化,二、光化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)1.光化學(xué)反應(yīng)過程： 分子、原子、自由基或離子吸收光子而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)稱光化學(xué)反應(yīng)。 光化學(xué)反應(yīng)包括初級過程和次級過程。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,初級過程：化學(xué)物種吸收光

51、量子形成激發(fā) 態(tài)物種，其基本步驟為：,輻射躍遷：,碰撞失活,,光物理過程,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,光離解：與其它分子反應(yīng)生成新物種：,,光化學(xué)過程,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,次級過程 初級過程中反應(yīng)物與生成物之間進(jìn)一步發(fā)生的反應(yīng)。 如大氣中HCl的光化學(xué)反應(yīng)過程：

52、 （初級過程） （次級過程）,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,2.光化學(xué)反應(yīng)定律 格魯塞斯(Grotthus)與德雷伯(Drapper)提出了光化學(xué)第一定律 ： 首先光子的能量大于化學(xué)鍵時才能引起光離解反應(yīng)。 其次分子對某特定波長的光要有特征吸收光譜，才能產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)。,第三節(jié)大

53、氣中污染物的轉(zhuǎn)化,光被分子吸收的過程是單光子過程，由于電子激發(fā)態(tài) 分子的壽命<10-8s，在如此短的時間內(nèi)，輻射強(qiáng)度比較弱的情況下，只可能單光子過程，再吸收第二個光子的幾率很小。（光化學(xué)第二定律）,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,3. 量子產(chǎn)率量子產(chǎn)率＝發(fā)生反應(yīng)的分子數(shù)/吸收的光子數(shù)所有初級過程量子產(chǎn)率之和必定等于1。單個初級過程的量子產(chǎn)率小于等于1。光量子產(chǎn)率>1是由于在初級過

54、程中雖然只活化了一個反應(yīng)物分子，但活化后的分子還可以進(jìn)行次級過程。,4．大氣中重要吸光物質(zhì)的光離解(1) O2、N2的光離解,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,,(2) O3的光離解,O3的形成過程：,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,O3的光解反應(yīng)：,,（3）NO2的光離解,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,據(jù)稱是大氣中唯一已知O3的人為來源,(4) HNO2、 HNO3的光解,第三

55、節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,,,初級過程,次級過程,由于HNO2可以吸收 300nm 以上的光而離解，因而認(rèn)為HNO2的光解是大氣中HO的重要來源之一,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,(有CO存在時） 產(chǎn)生過氧自由基和過氧化氫,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,(5) SO2對光的吸收SO2*在污染大氣中可參與許多光化學(xué)反應(yīng)。

56、 （ 圖2－10）,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,(6) 甲醛的光離解,初級過程,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,次級過程,,對流層中由于有O2的存在，可進(jìn)一步反應(yīng)：,醛類光解是過氧自由基的主要來源,（7）鹵代烴的光解鹵代甲烷在近紫外光的照射下離解：,如果有一種以上的鹵素，則斷裂的是最弱的鍵。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,三個鍵都斷

57、 裂不可能CH3-F > CH3-H > CH3-Cl > CH3-Br > CH3-I,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,三、大氣中重要自由基來源1.大氣中HO和HO2自由基的來源清潔空氣中 O3 的光離解是大氣中HO的主要來源：,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,污染大氣中 HNO2 和 H2O2 的光離解：,其中 HNO2 的光離解是污

58、染大氣中HO 的主要來源。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,大氣中醛的光解尤其是甲醛的光解是HO2的主要來源：,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,來自醛光解的HO2的鏈反應(yīng)：,其他醛類在大氣中濃度較低，光解作用不如甲醛重要。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,亞硝酸脂和H2O2的光解作用：,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,當(dāng)有CO存在時,第三節(jié)大氣中污染物

59、的轉(zhuǎn)化,3. R、RO、RO2等自由基的來源甲基：乙醛和丙酮的光解，生成大氣中含量最多的甲基，同時生成兩個羰基自由基。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,烷基： O和HO與烴類發(fā)生H摘除反應(yīng)生成烷基自由基。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,甲氧基：,甲基亞硝酸脂和甲基硝酸脂的光解產(chǎn)生甲氧基,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,過氧烷基：,烷基與空氣中的氧結(jié)合

60、形成過氧烷基,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,三、氮氧化物的轉(zhuǎn)化 1．NO和NO2的基本光化學(xué)循環(huán),大氣中氮氧化物主要包括一氧化氮和二氧化氮等，常用NOX表示。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,NOX的人為來源主要是礦物燃料的燃燒、汽車尾氣和固定的排放源等。另外，燃燒過程中氧和氮在高溫下化合的主要鏈反應(yīng)機(jī)制為：,,快,慢,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,當(dāng)陽光照到含NO、NO2的空

61、氣上時，發(fā)生的基本光化學(xué)反應(yīng)為：,M為空氣中的N2、O2或其他分子,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,2．氮氧化物的氣相轉(zhuǎn)化 NO的轉(zhuǎn)化NO是燃燒過程中直接向大氣排放的污染物，在空氣中可被許多氧化劑氧化，如：,當(dāng)空氣中[O3]≈30ppb，少量的 NO 在1分鐘內(nèi)全部氧 化。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,其他自由基如：亦可氧化NO：,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,以上

62、反應(yīng)在光化學(xué)煙霧的形成過程中具有重要意義. 由于OH基自由基引發(fā)一系列烷烴的鏈反應(yīng)，得到RO2、HO2等，使得NO迅速氧化成NO2，同時O3得到積累，以致成為光化學(xué)煙霧的重要產(chǎn)物。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,NO2的轉(zhuǎn)化NO2活潑，是大氣主要污染物之一，也是大氣中O3的人為來源。,NO2在陽光下與OH?、 O3等反應(yīng),第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,這是污染大氣中氣態(tài)HNO3的主要

63、來源，同時也對酸雨和酸霧的形成起重要作用。氣態(tài)HNO3在大氣中難以光解，濕沉降是其在大氣中去除的主要過程。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,這一可逆反應(yīng)使大氣中在光照和無光照時保持一定濃度的N2O5和NO2,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,過氧乙?；跛狨ィ≒AN）產(chǎn)生：乙醛光解生成乙?；?乙酰基與空氣中的氧結(jié)合形成過氧乙?；?，再與NO2 化合生成過氧乙?；跛?PAN）,第三節(jié)大氣

64、中污染物的轉(zhuǎn)化,（過氧乙?；?過氧乙酰基硝酸酯（PAN）是重要的二次污染物，具有熱不穩(wěn)定性，遇熱分解，因而在大氣中也存在上述反應(yīng)的平衡關(guān)系。,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,NOX的液相轉(zhuǎn)化 NOX可以溶于大氣的水相中,構(gòu)成液相平衡體系。,NOX的液相平衡,第三節(jié)大氣中污染物的轉(zhuǎn)化,在氣－液兩相中存在以下平衡,此體系平衡時NO2-和NO3-濃度的比值：,第三節(jié)大

65、氣中污染物的轉(zhuǎn)化,思考題一、名詞解釋光化學(xué)反應(yīng)；自由基；逆溫；二、填空題1、出下列物質(zhì)的光離解反應(yīng)方程式（1）NO2 + hν + （2）HNO2 + hν + 或HNO2 + hν + （3）HNO3 + hν + （4）H2CO + hν

66、 + 或 H2CO + hν + （5）CH3X + hν +,,,,,,,,,,,,,,,,2、大氣中最重要的自由基為_______。3、大氣中的NO2可以轉(zhuǎn)化成 、 和 。4、根據(jù)溫度垂直分布可將大氣圈分為對流層、平流層、________、熱層和逃逸層。三、選擇題 1、由污染源

67、排放到大氣中的污染物在遷移過程中 A風(fēng) B湍流 C天氣形式 D地理地勢,2、大氣中HO自由基的來源有 的光離解。 A O3 B H2CO C H2O2 D HNO23、烷烴與大氣中的HO自由基發(fā)生氫原子摘除反應(yīng)，生成 。 A RO B R自由基 C H2O D HO24、大氣逆溫現(xiàn)象主要出現(xiàn)在______。A 寒冷的夜間 B

68、多云的冬季C 寒冷而晴朗的冬天 D 寒冷而晴朗的夜間,上次課程內(nèi)容小結(jié)：1.自由基是指由于共價鍵均裂而生成的帶有未成對的電子的碎片。自由基反應(yīng)包括單分子自由基反應(yīng)、自由基-分子相互作用、自由基-自由基相互作用。2.光化學(xué)反應(yīng)是指分子、原子、自由基或離子吸收光子而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。包括初級過程和次級過程。 光化學(xué)反應(yīng)定律：光子能量＞化學(xué)鍵能，且被吸收；吸光過程為單光子過程。,3.光量子產(chǎn)率的定義。4.大氣中重要自由基的主要來

69、源。5.氮氧化物的轉(zhuǎn)化 NO的氣相氧化：被氧化劑氧化。 NO2的氣相氧化：與HO、O3、NO3反應(yīng)。,1. 烷烴的反應(yīng)：如甲烷的氧化反應(yīng)：,五、 碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)化,在以上兩個反應(yīng)中，經(jīng)氫原子摘除反應(yīng)生成的烷基自由基R（CH3）與空氣中的 O2 結(jié)合生 RO2(CH3O2):,CH3O2是一種強(qiáng)氧化性自由基，它也可將NO氧化成NO2:,如果NO的濃度很低，自由基間也可發(fā)生以下反應(yīng)：,O3一般不與烷烴發(fā)生反應(yīng)，

70、但NO3(來源于 NO2 與O3 的反應(yīng))可與烷烴發(fā)生較慢的反應(yīng)：這是城市夜間上空HNO3的主要來源,（2）烯烴 加成反應(yīng) CH2=CH2+HO· ·CH2CH2OH 氫原子摘除反應(yīng)CH3CH2CH=CH2+HO CH3CHCH=CH2+H2O 與O3氧化反應(yīng) 見p41頁 機(jī)理：先形成分子臭氧化合物