大气环境化学大气的组成结构和性质.ppt

《大气环境化学大气的组成结构和性质.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气环境化学大气的组成结构和性质.ppt（44页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第二章 大气环境化学当前三大全球环境问题：气候变化、酸沉降、臭氧层损耗都发生在大气圈内,第一节 大气的结构、组成和性质 第二节 污染物在大气中的迁移第三节 大气中污染物的转化 第四节 大气颗粒物,1、污染物在大气中的转化1）光化学反应基础2）自由基反应和来源3）氮氧化物和碳氢化合物、硫氧化合物的转化2、几种代表性的大气环境污染问题1）酸雨，光化学烟雾，硫酸烟雾型污染2）温室效应3）臭氧层破坏3、大气颗粒物1）粒径分布 2）三模态 3）化学组成,重点内容:,第一节 大气结构、组成和性质,一、大气垂直分层,二、大气的组成,三、大气中主要污染物,按化学结构组成：同质层和异质层,一、大气垂直分层,通常

2、把静态大气的温度和密度在垂直方向上的分布，称为大气温度层结和大气密度层结。,平均厚度12km,赤道19km，两极8-9km，云雨主要发生层，夏季厚，冬季薄。特点:1、气温随高度升高而降低；2、空气密度大；3、有三小层、天气复杂多变；4、对流运动强烈。,（一）对流层,垂直递减率（）：垂直升高100m，气温的变化值,当0时，称为等温气层；,当 0时，称为逆温层,当 0时，正常,每升高100m降低0.65,特点：1、空气基本无对流，平流运动占显著优势；2、空气比下层稀薄，水汽、尘埃含量很少，很少有天气现象，透明度极高；3、在15-35km的范围内（平流层上层），厚度约20km的臭氧层。,（二）平流层

3、 对流层顶到约50km,（三）中间层 从平流层顶到约85km的高度,特点：1、空气更稀薄 2、无水分 3、温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低（-100）4、中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。,（四）热层 从80km到约800km的高度,特点：1、温度随高度增加迅速增高；2、气更为稀薄;3、大部分空气分子被电离成为离子和自由 电子，又称电离层，可以反射无线电波,（五）逸散层 特点：1、800km以上高空2、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以不断从该层逃逸出去,二、大气的组成,气体组分和大气颗粒物,（一）气体组分及分布,1、气体组分,1）

4、氮（78.09%）、氧（20.95%）、氩（0.9%）、CO2（0.03%）99%2）稀有气体（CH4、SO2、NH3、CO、O3）0.1%3）水（正常范围 1-3%）,2、主要组分分布 特点：1、N2一直延伸到100Km,最大浓度出现在50Km，N主要50100Km 2、O2主要在低于60Km，O高于60Km 3、CO2主要在低于50Km，集中2Km 4、水蒸汽主要在低于10Km，集中6Km,（二）大气组分的停留时间,1、停留时间,某种组分在大气中存在的平均时间，用表示,P为该物质的总质量生成速率；I为该物质的总质量流入速率；,R为该物质的总质量去除速率；O为该物质的总质量流出速率；,假定大

5、气中某种组分的总量为M，那么其速率变化可表示为：,dMdt=P+I-R-O,总的输入速率,总的输出速率,（二）大气组分的停留时间,当大气处于稳定态条件下时,P+I=RO,平均停留时间：,（二）大气组分的停留时间,例如,含硫化合物在对流层的平均浓度为1gKg，而对流层空气总质量为41021g。而硫的天然和人为源总贡献为200106ta，求硫停留时间,S总质量M=41021 1gKg=4106t=4106t/200106ta=7d,（二）大气组分的停留时间,2、按停留时间对大气组分分类,准永久性气体、可变化组分、强可变组分,准永久性气体（a）N2(106)、Ar(107)、Ne(107)、Kr(1

6、07),可变组分（a）CO 2(5-15)、CH 4(2.5-8)、N2O(10)、O2(10),强可变组分（d）CO(73185)、H2 O(10)、SO2(2)、NOx(10),（三）大气组分浓度表示法,1、ppm、ppb、ppt,3、mg/m3、g/m3（大气颗粒物）,2、个数/cm3（超微量组分，HO.、分子、原子）,分别表示10-6，10-9，10-12,（三）大气组分浓度表示法,1ppm相当于2.461013个分子/cm31ppt相当于2.46107个分子/cm3,106（体积分数）RT/PM（g/m3）,例题：汽车配气中含1.5（体积分数）CO，这相当于以g/m3为单位的浓度值是

7、多少？（25，1个大气压）,1.515000106（体积分数）,三、大气中的主要污染物,按物理状态,气态和颗粒物,按形成过程,一次污染物和二次污染物,按化学组成,含硫化物、含氮化合物、含碳化合物、含卤素化合物、光化学氧化剂（5类）,一次污染物：直接从污染源排放的污染物；二次污染物：由一次污染物经化学反应形成的污染物,1、SO21）危害,（一）含硫化合物的来源和演变,人呼吸道,损伤叶组织、造成缺绿,硫酸烟雾和酸性降水,1、SO22）来源,天然来源：火山喷发、土壤厌氧微生物与植物释放、陆地上降雨、风吹起的海盐,人为来源：矿物燃料燃烧、硫化矿冶炼,3）清除,干湿沉降,1、SO24）浓度特征,1、SO

8、24）浓度特征,夏季低，一天变化不大；冬季浓度高且变化大,随高度增加而增加,随风向变化,2、H2S1）来源,（一）含硫化合物的来源和演变,主要天然来源，含硫有机物的分解，以及硫酸盐在厌氧环境被反硫化细菌还原,2）清除,1、N2O,（二）含氮化合物的来源和演变,天然来源，土壤硝酸盐经细菌脱氮,难溶于水，寿命长、稳定在低层大气中，但可在平流层发生光解,NO、NO2、N2O、NH3,2、NOx,（二）含氮化合物的来源和演变,NO、NO2，通式NOx,与血红蛋白结合，肺炎,损伤叶组织、造成斑点,光化学烟雾,1）危害,2、NOx,（二）含氮化合物的来源和演变,NO、NO2，通式NOx,2）来源,人为污染

9、：燃料高温燃烧（主要）、氮肥、炸 药,天然来源：光化学反应、闪电、微生物固化、火山爆发森林失火,3）清除,干湿沉降,（二）含氮化合物的来源和演变,NO、NO2，通式NOx,4）燃料燃烧过程中NOx形成机理,N2在高温下（2000）,以上快,结论：燃烧过程中排放的氮氧化物主要为NO(占90%以上)，其次才为NO2（仅占10%左右）,1、CO,（三）含碳化合物的来源和演变,CO、CO2、CHx、含氧烃等,参与光化学烟雾形成,阻碍体内氧气输送,1）危害,温室气体，导致温室效应,1、CO,（三）含碳化合物的来源和演变,CO、CO2、CHx、含氧烃等,2）来源,人为污染：燃料不完全燃烧,天然来源：海洋中

10、生物作用、植物叶绿素的 分解、森林火灾、甲烷光化学氧化,3）清除,土壤吸收,与HO自由基反应（主要途径）,1、CO,4）浓度特征,城市多于非城市，一天中峰值出现在早晚交通量大时,随高度、纬度变化（北高南低）,2、CO2,（三）含碳化合物的来源和演变,CO、CO2、CHx、含氧烃等,1）危害,温室气体，导致温室效应,2）来源,人为污染：矿物质燃料燃烧、森林破坏,天然污染：海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸、腐败、森林火灾,2、CO2,（三）含碳化合物的来源和演变,CO、CO2、CHx、含氧烃等,3）清除,植物光合作用、海水吸收后以碳酸盐形式,3、CHX,气态存在于大气中的是碳原子数在110，包括可挥

11、发性的所有烃类，烯烃、芳香烃。,是形成光化学烟雾的主要参与者。,相比较而言，开放程度大的链烯烃活性高于较为封闭的环烯烃，含有氧原子的碳氢化物活性高于链烷烃。,甲烷,1）危害：,温室气体，导致温室效应,2）来源：,燃料燃烧过程、原油以及天然气的泄漏,厌氧细菌发酵为主,温室效应比CO2大20倍,3）清除：,主要,4）浓度特征：,夏低冬高，北半球高,（四）卤代烃的来源和演变,1、来源,人为污染：有机化学溶剂挥发,天然污染：海洋,（四）卤代烃的来源和演变,2、氟氯烃类,1）危害,破坏臭氧层,温室气体,通式CnH2n-x-yFxCLy,通式x+y2n+2，CFC,（四）卤代烃的来源和演变,2、氟氯烃类,2）来源,主要来自人为污染源,3）清除,在对流层不易清除，进入平流层在强紫外线 下光解,（五）光化学氧化剂的来源和演变,臭氧、过氧化物、过氧酰基硝酸酯,臭氧产生途径很多：大气光化学反应、森林火灾、电解硫酸,