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03章讲义大气环境化学

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第二篇大气环境化学1天然大气

第二篇大气环境化学1天然大气
The ozone layer is in the stratosphere. Ozone absorbs UV, causing the rising temperature with altitude in this layer.
The temperature structure keeps the air calm in this layer. (That’s why jet aircraft fly in the lohere, temperature rises with altitude, caused by absorption of UV solar radiation by N2 and O2.
The lower atmosphere
The troposphere and the stratosphere together are called the lower atmosphere.
凡是有自由基生成或由其诱发的反应都叫自由基反 应。
1.3 大气中的离子及自由基
甲烷与氯在光的存在下发生的反应就是一种自由基反应： Cl2 2Cl Cl + CH4 CH3 + HCl CH3 + Cl2 CH3 Cl + Cl 放出的Cl又可和甲烷反应而使反应继续进行。
2、大气中主要自由基的来源 最 主 要 的 是 OH 自 由 基 ， 其 次 是 HO2 及 H3C、H3CO 和
=0.03年(11days)
结论:大气中水分更替时间短,对Ri 和 Fi变化敏感.
1.1 大气的组成和停留时间
惰 性 气 体 Ar、Ne、He、Kr 和 Xe 停 留 时 间 都 在 1 0 7 年 以 上 ，
N2(100万年) 、O2(>1000年)属于准永久性气体(非循环性气体)。

人大课件环境化学大气环境化学

人大课件环境化学大气环境化学

光化学反应基础
4、大气中重要吸光物质的光离解 （1）氧分子和氮分子的光离解 （2）臭氧的光离解 （3）NO2的光离解 （4）亚硝酸和硝酸的光离解 （5）二氧化硫对光的吸收 （6）甲醛的光离解 （7）卤代烃的光离解
大气中重要吸光物质的光离解
（1）氧分子和氮分子的光离解 240nm以下的紫外光可引起O2的光离解
（2）臭氧的光离解
O3 + h O +O2 键能101.2kJ/mol，对应光波长 1180nm， 而其在紫外、可见光区均有吸收，但主要吸收 的是波长小于290nm的紫外光，而较长波长的 紫外光有可能透过臭氧层进入大气的对流层以 至地面。在可见光范围内也有吸收，但很弱。
平流层中O3的主要来源： O +O2 + M O3 +M，M为第三种物质
➢ 可用污染系数表示风向、风速联合作用对空气 污染物的扩散影响。
影响大气污染物扩散的因素
风的影响
污染系数＝风向频率/该风向的平均风速 式中，风向频率指某方向的风占全年各风向 总和的百分率。
风向频率玫瑰图和污染系数玫瑰图：可直观 地反映一个地区的风向，或风向与风速联合作 用对空气污染物的扩散影响，也就是说，如果 看到某地区某个方向上由于风的作用容易造成 严重的空气污染，这些地区就不适宜选作工业 区。
H + HCl H2 +Cl Cl + Cl Cl2 Cl之间结合生成Cl2的反应必须有其他物种 如O2或N2等存在时才能够发生。 大气中气体分子的光解往往可引发许多大 气化学反应，气态污染物通常可参与这些反应 而发生转化。
光化学反应基础
3、量子产率
量子产率（i）＝i过程所产生的激发态分子数目（单位时间， 单位体积）/吸收光子数目 所有初级过程量子产率之和等于1

第3章大气环境化学-PPT文档资料

第3章大气环境化学-PPT文档资料
50 km -2 ℃
Stratosphere
10-16 km
O3 + hv (220 nm-330 nm) → O2 + O O3 -56 ℃
N2, O2 H2O, CO2
Troposphere 15 ℃ Sea level
. . . . .. .. .
Earth
..
Figure. Major regions of the atmosphere (not to scale).
O3 + hv O + O2
200-300 nm, 300-360 nm λmax = 254 nm
O + O2 + M O3 + M
milliliter (mL); microlitre (µ L)
大气温度层结
中间层 Mesosphere n. [气] 中间层 高度为48～78 km；气温随高度的增加而降低；空气运动 激烈；(meso-) 热层 (电离层) Thermosphere
Stratosphere
高度为12～50 km；温度随高度的增高而递增；垂 直对流少，大气稳定。（-56 ℃ ~-2 ℃）
大气温度层结 O2 + hv O + O
135~176 nm; 240~260 nm
小知识
decimeter (dm); centimeter (cm); millimeter (mm); micrometer (µ m) (测微计、千分 尺、微米)； nanometer (nm); angstrom (Å); angstrom n. 埃（光谱线波 长单位） liter (L);
大气组成的分类
一般按照停留时间把大气物质分为三类： 1、准永久性气体 N2、 Ar、Ne、Kr、氙 2、可变组分 CO2、 CH4、 H2、 N2O、O3 、 O2 3、强可变组分 H2O、CO、NOx、 NH3 、 SO2 、 HC、 颗粒物、H2S

《大气环境化学 》课件

《大气环境化学 》课件

PART 05
大气污染控制与治理
REPORTING
政策法规与标准制定
政策法规
制定和实施大气污染防治相关政策法规，包括污染物排放标准、环境质量标准等，以规范企业和个人的行为，减 少大气污染物的排放。
标准制定
根据不同地区和行业的实际情况，制定大气污染物排放标准，以及环境空气质量标准，为污染控制提供科学依据 。
交通运
总结词
交通运输过程中会产生大量的尾气和颗粒物，如一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合 物等。
详细描述
交通运输是大气污染物的重要来源之一，主要来自汽车、摩托车和运输车辆等。 这些车辆在行驶过程中会排放大量的尾气，其中含有多种有害物质，如一氧化碳 、氮氧化物、碳氢化合物等。
农业活动
总结词
农业活动如施肥、喷洒农药等会产生一定的大气污染物，如 氨气、氮氧化物等。
《大气环境化学》 PPT课件
REPORTING
• 大气环境化学概述 • 大气污染物的来源与形成 • 大气污染物的传输与转化 • 大气污染物对人类和环境的影响 • 大气污染控制与治理 • 大气环境化学的未来展望
目录
PART 01
大气环境化学概述
REPORTING
大气环境化学的定义与重要性
定义
大气环境化学是一门研究大气环境中 化学物质的形成、转化、传输和影响 等过程的学科。
要点一
与地球科学
要点二
与生物学
研究大气化学与地球大气的相互作用，如火山喷发对大气 化学的影响。
研究大气污物对生物体的影响，以及生物体对大气污染 物的适应和进化。
THANKS
感谢观看
REPORTING
其影响因素。
大气中化学物质的环境效应与健康影响

环境化学大气环境化学

环境化学大气环境化学
人为源
人类生产和生活活动产生的污染物， 如工业排放、交通尾气、农业活动和 城市生活垃圾等。
大气中污染物的扩散与传
大气湍流扩散
污染物在气流的作用下，通过扩散作用在大气中传播和稀释。
污染物传输
污染物在大气中随气流迁移，受到地形、气象条件和地理环境等因素的影响。
大气中污染物的转化与归宿
化学反应
大气中的污染物可以与其他气体或颗粒 物发生化学反应，生成新的化合物或分 解为其他物质。
污染控制策略制定 基于大气环境化学研究，制定针 对不同污染物的控制措施和减排 目标，有效改善空气质量。
气候变化应对 将大气环境化学研究成果应用于 气候变化应对策略的制定，推动 减缓和适应气候变化的行动。
THANKS
感谢观看
大气环境质量的评估标准
国家标准
01
根据国家法律法规制定的大气质量标准，如PM2.5、PM10、二
氧化硫等污染物的浓度限值。
世界卫生组织标准
02
与国际接轨的大气质量标准，为全球范围内的大气质量评估提
供参考。
区域或地方标准
03
根据特定区域或地方的环境条件和需求，制定更为严格或具有
针对性的大气质量标准。
动物迁徙和生态平衡等。研究大气环境化学有助于保护生态环境。
03
促进可持续发展
通过研究大气环境化学，可以更好地了解大气中化学物质的变化规律，
为制定环境保护政策和措施提供科学依据，促进可持续发展。
大气环境化学的历史与发展
历史回顾
大气环境化学作为一门学科，经历了从传统气象学和化学的分离到多学科交叉融合的发展过程。早期的学者主要 关注气象现象和化学物质在大气中的分布，而现代的大气环境化学则更加注重化学物质在大气中的转化和传输机 制。

章大气环境化学PowerPointPresenta

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第一节 大气的组成及其主要污染物
大气环境化学主要研究大气环境中污染物质的化 学组成、性质、存在状态等物理化学特性及其来源、 分布、迁移、转化、累积、消除等过程中的化学行为、 反应机制和变化规律，探讨大气污染对自然环境的影 响等。
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章大气环境化学PowerPointPresenta
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
l 2、自由基反应
1）自由基反应的分类
自由基反应可分为：单分子自由基反应、自由基分子相互作用以及自由基-自由基相互作用三种类型。
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章大气环境化学PowerPointPresenta第三节 大气中污 Nhomakorabea物的转化
l 单分子自由基反应：
是指自由基自身的反应，不包括其他作用物。
如：RC(O)O2·+NO→RC(O)O·+NO2 RC(O)O·→CO2+ R·
第二节 大气中污染物的迁移
l 逆温
形成条件：平静而晴朗的夜晚。有云和有风都能减弱 逆温，如风速超过2-3m/s，逆温不易形成。通常逆温
傍晚开始形成，次日清晨最厚。
影响：上冷下热的对流有利于污染物的扩散，而下冷上 热的逆温层则会像盖子一样阻碍着气流的垂直运动， 从而使得污染物不易扩散，所以逆温层又有阻挡层的 叫法。
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章大气环境化学PowerPointPresenta
第三节 大气中污染物的转化
污染物的迁移过程只是使污染物在大气中的空间 分布发生了变化，而它们的化学组成不变。污染物的 转化是污染物在大气中经过化学反应，转化成无毒化 合物，从而去除了污染；或者转化成为毒性更大的二 次污染物，加重了污染。因此，研究污染物的转化对 大气污染化学具有十分重要的意义。

环境化学 第二版 模块二 大气环境化学


④大气在以太阳为能源的庞大的蒸馏室中起冷凝器的作用， 形成降雨，从而把水从海洋输送到陆地，为陆地生物提供了 必要的生活条件。
⑤大气还吸收来自外层空间的宇宙射线和来自太阳的大部分 电磁辐射，滤掉了波长小于290nm的紫外辐射，使地球上的生 物免受其伤害。
随着工农业的发展，大气污染日益严重。例如：酸雨、温 室效应、臭氧空洞。
1.2 大气层的结构★
围绕地球的大气总质量约为5.3×1018kg，占地 球总质量的百万分之一。地球的总表面积约为 5.1×1014平方米，所以地球表面的压力，大致为 1kg/cm2。
大气质量在铅直方向的分布是极不均匀的。
高度h(km) 质量W(%)
5
15
30
80
50
90
99 99.999
★1.2.1 大气温度层结和大气密度层结
3） 中间层
①高度：平流层顶50km～80km ②温度：气温随高度的增加而降低。顶部可达-92℃左右。 垂直温度分布特征与对流层相似。 ③由于层内热源仅靠其下部的平流层提供，因而下热上 冷，故空气对流运动相当强烈。
夜光云
4） 热层
• ①高度： 80km~500km。 • ②温度：温度随高度的增加而迅速上升。 • 顶部可达到1000K以上。该层内空气极稀薄
大气的温度层结
z：高度。
在对流层中，平均dT/dz<0且Г＝0. 6/100m。
③大气中绝大多数天气现象都发生在对流层中。 这一层内含有全部大气质量3/4的大气和几乎所有的水
汽，加之空气的运动会造成风、雨、雷电和冷暖转变等 复杂的天气现象，对天气分析和预报具有重要意义。 ④从污染源排放出的污染物几乎都直接进入对流层，因 而这些污染物的迁移转化过程也主要发生在这一层内。 ⑤对流层顶层温度特别低，具有屏障作用。阻挡水分子 向上移动进入平流层，避免大气氢遭到损失。

大气环境化学


03
全球合作
面对全球性的大气环境问题，各国间的合作将更加紧密，共同开展跨国
的大气环境化学研究项目，推动全球环境保护事业的发展。
大气环境化学在环境保护中的作用和价值
揭示污染源
通过研究大气环境化学过程，可以深入了解污染物的来源 和传输路径，为制定有效的污染控制措施提供科学依据。
预测环境变化
大气环境化学研究有助于预测未来环境变化趋势，为应对 气候变化、保护生态系统和人类健康提供决策支持。
02 大气环境化学基础知识
大气组成与结构
描述大气的组成和结构
大气主要由氮气（约78%）、氧气（约21%）、氩气（约1%）等组成，还有少量其 他气体，如二氧化碳、甲烷、臭氧等。
大气分为对流层、平流层、中间层、热层和外层，各层温度和高度不同，对流层是 地球表面最主要的保护层，也是人类生活的主要环境。
大气环境化学
目录
• 引言 • 大气环境化学基础知识 • 大气环境化学过程 • 大气环境化学的影响 • 大气环境化学的防治措施 • 未来展望
01 引言
大气环境的重要性
人类生存的基础
01
大气环境是人类生存的基础，提供呼吸所需的氧气，调节气候，
保护生物多样性。
维持生态平衡
02
大气环境中的化学物质循环和转化维持着地球生态平衡，对生
02
大气中的化学反应主要受温度、湿度、光照和大气组成等因素影响。
03
化学反应可以是大气污染物之间的反应，也可以是大气污染物与大气 成分之间的反应，如光化学反应、氧化反应等。
04
这些反应可以导致大气污染物的转化、分解或合成，从而影响大气的 质量和人类健康。
03 大气环境化学过程
大气中污染物的转化

大气环境化学


来自醛光解的HO2的链反应：
HO2 + NO → HO + NO2
其他醛类在大气中浓度较低，光解 作用不如甲醛重要。
亚硝酸酯和H2O2的光解作用：
CH3ONO + hv →CH3O + NO
CH3O + O2 → HO2 + H2CO H2O2 + hv →2HO HO + H2O2 → HO2 + H2O
当有CO存在时：
HO + CO →CO2 + H H + O2 → HO2
2、R、RO、RO2等自由基的来源 、 、 、
(Resource of R、RO and RO2 Free Redical)
甲基
CH3CHO + hν →CH3 + HCO CH3COCH3 + hν →CH3 + CH3CO
HNO2 + hv → HO + NO H2O2 + hv → 2HO
其中 HNO2 的光离解是污染大气 的主要来源。 中HO 的主要来源。
大气中醛的光解尤其是甲醛的 光解是HO2的主要来源：
H2CO + hv → H + HCO
H + O2 + M → HO2 + M
HCO + O2 → HO2 + CO
对流层中由于有O2的存在，可进一步反应：
次级过程
H + O2 → HO2
HCO + O2 HO2 + CO
醛类光解是过氧自由基的主要来源
（7）卤代烃的光离解 ）
卤代甲烷在近紫外光的照射下离解：
CH3 X + hν →CH3 + X
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60 50 平流层顶
40
30
N2, O2, O3, (NH4)2SO4
20
10
对流层顶
N2, O2, H2O, Ar, CO2
大气质量的一半集中在离
200
250 300 T/K
地面5km以下，90%集中
在30km以下。
对流层
• 0~17km • 气体密度大 • 强烈垂直对流现象，90.9%天气现象，污染物直接
03章大气环境化 学
精品
3.1.1 大气的组成和结构
大气圈的生态作用
• 光合作用↔呼吸作用，CO2O2。生命活动。 • 水汽：水循环。 • 大气层对维持地球的温度有重要意义。
大气组成
• 总质量~3.9×1015吨，地球的百万分之一。
组分
N2 O2 Ar
CO2 其他（Ne、He、Kr、H2等）
体积% 78.08 20.95 0.93 0.03 0.01
• 固体悬浮粒子
– 主要来自工业烟尘、火山喷尘和海浪飞逸的盐质等： – 降尘：粒径>10 μm，数小时； – 飘尘：粒径<10 μm，数年。
大气的结构
高度/km 110
1. 对流层
100 90
N2, O2+, O+, O, NO+
中间层顶
2. 平流层 3. 中层 4. 热层 5. 外层
80
70
N2, O2, O2+, NO+
• 下部带电层反射高频无线电波，使之围绕地球折射 若干次。通讯。
外层
• 500~16000 km (边界？)，也称逃逸层；
– 地球引力场束缚减弱，大气不断向星际空间逃逸，大气 高度稀薄；
• 电离状态。
大气运动
• 原因：大气热能交换 • 热源：太阳 • 结果：温度不一 • 大气污染~气候异常
– 大气的自然变化进程相当缓慢。 – 人类活动造成的变化有时很明显，有时则以渐变形式发
• 顶部(~85 km)降到-63 ~ -103 0C (中纬度)
– O3浓度减小 – 光化学反应
热层
• 85~500km，又称电离层 • 温度可升高到1200℃ • D、E、F三个区：
– D区（60~90km）：NO离解； – E区（90~120km）：O2离解； – F区（120km以上）：O2、N2都离解；
生，必须密切关注。如果任其发展，后果将非常严重。
3.1.2 温室效应
地球的热平衡
大气吸收
太阳辐射： 大气反射50％ 其余50％ 大气或颗粒物吸收 到达地面，被吸收 红外辐射
温室效应
地球 辐射
温室效应
• 温室效应：透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热 交换而形成的保温效应。
• 太阳辐射透过大气射达地面，地表增暖后放出的长 波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而 产生大气变暖的效应。
排放层。 • 地面热辐射，高度↑，气温↓。平均降幅为6ºC / km，
顶部约为-50ºC。
平流层
• 17~55km • 水气、尘埃含量甚微，透明度高，天气现象很少。 • 空气水平移动显著。 • 高度↑，温度↑
– 下层温度变化不大，称“同温层”； – “逆温”现象。
中间层
• 55~85 km
– 大气垂直运动剧烈 – 高度↑，气温↓
温室效应简单计算： 能量入射 = SπR2 S = 1372 W/m2 能量反射 = αSπR2 α= 反射率 = 0.31 能量二次辐射 = τ4πR2T4 τ = 5.67 x 10-8 W/m2K4 …… 得T = 255K（-18 ºC） 目前地表平均温度 T = +15ºC，比计算高出33ºC。
在对流层稳定，在平流层 光解、和O反应 1) 干、湿沉降 2) 与OH反应
其他影响 影响大气平流层中O3的浓度
· 影响O3、HO 、H2O浓度，
产生CO2 影响平流层O3的浓度
吸收紫外光及红外线辐射
· 影响平流层O3和HO 的循环，
产生CO2 破坏O3层
形成悬浮粒子而散射太阳辐 射，产生酸雨
人为温室效应气体排放
大气窗口：850-1100nm
CF2Cl2吸收 CFCl3吸收
• 吸收谱带覆盖大 气窗口
800 1000 1200 nm
温室气体要素
• 分子必须具有振动能级； – 排除单原子气体（Ar，第三大气组分）。
• 分子振动必须是不对称的，即具有红外活性； – 同核双原子分子只有对称振动，因此N2、O2也 不属于温室气体。
大气成分分类
分类 准永久性气 体 可变组分 强可变组分
气体 N2、Ar、He、Kr、Xe等
停留时间 106～7年
CO2、CH4、H2、N2O、O3、O2等 2～15年
CO、NOx、NH3、H2O、H2S、SO2、2～200天 碳氢化合物、颗粒物
大气组成－水和固体颗粒
• H2O
– 含量变化大（ 0.5~5%，一般1~3% ）； – 主要来源：水体、土壤和植物水分的蒸发； – 水气是天气现象和污染化学现象中的重要角色；
主要温室气体
• H2O • CO2 • CH4 • N2O • O3 • CFCs • SF6
温室气体相对贡献
气体
CO2 CFCs 甲烷 氮氧化物
浓度(ppm)
351 0.00225 1.675 0.31
浓度增加 (%年) 0.4 5 1 0.2
相对温 室效应
1 15 000 25 230
目前温室效 应贡献(%) 57 25 12 6
人类活动 燃料燃烧 农业活动 工业制成品 交通运输
排放气体
CO2、NOx CH4、NOx 氟氯烃
NOx、CH、O3（光化学污染）
• 大气中CO2含量：工业革命280 ppm，目前379 ppm，到2100年将增加到650~970 ppm。
大气窗口
CO2 吸收光谱
CO2强烈吸收 12001630 nm辐射；
H2O吸收700-850 nm、 1100-1400 nm；
大气窗口：850-1100nm
400 800 1200 1600 2000 2400 nm
H2O 吸收光谱
地表红外辐射
单向过滤作用；大气升温，维持地球热平衡。

氟利昂的吸收
温室气体的源和汇
气体 CO2
CH4
源 1) 燃料 2) 毁林 1) 肠道发酵 2) 水稻
N2O 1) 燃料 2) 化肥
O3
O2光化反应
CO 1) 植物
2) 燃料
CFCs 工业生产
SO2 1) 火山 2) 燃烧
汇 1) 被海洋吸收 2) 植物光合作用 1) 和OH反应 2) 土壤微生物吸收
1) 土壤吸收 2) 光分解、和O反应 与NOx、ClOx、HOx等反应 1) 被土壤吸收 2) 和OH反应