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大气环境化学课件：概述2017

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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

第二章_大气环境化学-fxc-PPT精品文档-PPT精品文档

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⑴大气是一切生物体能量的直接供应者。 ⑵是植物光合作用所需CO2、O2的来源，并提供了构
成生物体蛋白质重要的氮源。 ⑶是水循环的传输体、调节器。 ⑷保护作用：吸收宇宙射线、太阳紫外辐射。 ⑸维持地球的热平衡。
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
一、大气的主要成分
大气主要组分是氮和氧，其次是氩和CO2，此外 还有一些稀有气体和痕量元素，如CH4、SO2、NO2、 CO、NH3和O3等，总和不超过0.1%。
SO32-、SO42-、有机硫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物等。 来源：①火山喷发：H2S、 SO2等
②土壤厌氧微生物与植物释放：H2S、(SO2) ③陆地上降雨：SO2 、SO42④风吹起的海盐：SO42⑤人为活动
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑵含氮化合物 NO、NO2、N2O5、NH3、NO3-、 NO2-、NH4+硝
氟氯烃类(CFCs)：完全是人为产生的。破坏 臭氧层。
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑸碳氢化合物 常指C1~C8的可挥发的碳氢化合物，包含烷烃、烯烃、
炔烃、脂肪烃和芳香烃等。 CH4主要是由厌氧细菌的发酵过程如沼泽、泥塘、湿
冻土带、水稻田底部、牲畜反刍和白蚁的墓穴等产生。 汽车废气排出的碳氢化合物主要可分为两类:
烃类----甲烷、乙烯、乙炔、丙烯和丁烷等； 醛类----甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛和苯甲醛等， 还有少量多环芳烃和芳烃。
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑹大气颗粒物
指浮在大气中的各种固体或液体微粒， 是大气中危害最显著的物质。沉降速度极小， 常用粉尘、烟、煤烟、沉粒、轻雾、浓雾、烟 气等来描述。
第二节 大气中污染物的迁移
Ⅰ、大气的组成及其主要污染物
⑶含碳化合物 CO、CO2、CHx、含氧烃等。

《大气环境化学》ppt课件

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H2CO hv H HCO
H O2 M HO2 M
HCO O2 HO2 CO
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。
亚硝酸脂和H2O2的光解作用：
CH 3ONO hv CH 3O NO
CH3O O2 HO2 H2CO H2O2 hv 2HO HO H2O2 HO2 H2O
态物种 A 。
激发态物种能发生如下反应：
辐射跃迁，通过辐射磷光或荧光失活
A* A h
碰撞失活，为无辐射跃迁
A* M A M
以上两种是光物理过程
光离解，生成新物质
A* B1 B2
与其它分子反应生成新物种
A* C D1 D2
这两种过程为光化学过程
次级过程 初级过程中反应物与生成物之间进一 步发生的反应，如大气中HCl的光化学反 应过程：
SO2 h SO2* 240 400nm
SO2*在污染大气中可参与许多光化学反应。
（ 图2－10）
(6) 甲醛的光离解
HCHO中H-CHO的键能为 356.5 kJ/mol， 它对 240 – 360 nm 范围内的光有吸收，吸 光后的光解反应为：
HCHO h H HCO HCHO h H 2 CO
第二章 大气环境化学
参考书目 环境化学 戴树桂 主编 高等教育出版社.
第一节 大气中污染物的迁移
一、大气的组成 氮（78.09%）、氧（20.95%）、氩
（0.9%）、CO2（0.03%）、稀有气体 （CH4、SO2、NH3、CO、O3）<0.1%、水 （正常范围 1-3%）
大气固体悬浮物 来自：工业（生活）烟尘；火山喷 尘；海浪飘逸盐质。 >10μm称降尘（数小时） <10μm称飘尘（数年）

《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

第二章大气环境化学PPT课件

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第二章 大气环境化学
(Atmosphere Environmental Chemistry)
.
1
本章重点
（1）污染物在大气中迁移过程；
（2）光化学烟雾和硫酸型烟雾的形成 过程和机理。
.
2
大气环境化学
• 1. 研究对象：天然和人为活动产生的大气中重要的活性物质，包 括大气、降水中的。
– 活性是指：①有反应性；②无反应性，但对生物有害，如SOx、NOx、 O3、PAN等。
.
3
• 大气是指包围在地球表面并随着地球旋转的空气层。大气也称为 大气圈或大气层。大气是地球上一切生命赖以生存的气体环境。
• 大气层的重要性还在于：（1）它吸收了来自太阳和宇宙空间的大 部分高能宇宙射线和紫外辐射，是地球生命的保护伞；（2）大气 也是地球维持热量平衡的基础，为生物生存创造了一个适宜的温 度环境。
.
15
• 例 1 CH4 在 对 流 层 平 均 浓 度 c=1.55ppm ， 不 随 时 间 变 化 ， 则 FCH4=RCH4=1.5×1014 mol/y，求得停留时间为
ti 5 .1 1 41 1 .0 5 83 4 1 1 10 3 4 1 0 1 .5 6 1 5 6 0 2 .4 y （3/4指对流层占总大气圈质量的比例，16为分子量）
• 地表大气平均压力1个大气压，相当于1cm2地表上承受的空气柱 的质量为1034g。地球总表面积为5.1108km2。大气质量随高度 的分布极不均匀，主要集中在下部。大气层没有明确的边界，但 从北极光的最高发光点推算，离地面800km的高空还有少量空气 存在。所以，一般称大气层的厚度为1000km，但其75%的质量只 在10km以下的范围内，99%在30km以下，高度100km以上，空 气质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。

环境化学南开大学第二章大气环境化学

环境化学南开大学第二章大气环境化学
移，如果层结大气使气块趋于回到原来的平衡位置，则称层 结是稳定的，Γd>Γ0 ▪ 不稳定的大气：如果层结大气使气块趋于继续离开原来位置， 则称层结是不稳定的， Γd<Γ0 ▪ 中性的大气：介于上两者之间， Γd=Γ0
研究大气垂直递减率和干绝热递减率用于判断，气块稳定
情况，气体垂直混合情况，考察污染物扩散情况。
通常化学键的健能大于167.4kJ/mol，所以波长大于 700nm 的光就不能引起光化学降解。
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37
2、量子产率(quantum yield)
当分子吸收光时，其第i个光物理或光化学过程的初级量子产率 （Φi ）可用下式表示：
i i过程 吸所 收产 光 （ /生 子 子 单 的 数 （ 数 / 位 •激 目 单 单 目 体 发 位 位 •单 积 态 时 体 位 分 间 积 时 ）
氮分子的光离解反应仅限于臭氧层以上。
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42
（2）O3的光离解
O2光解产生的O可与 O2反应： O + O2 + M →O3 + M
该反应是平流层中O3主要来源， 也是O消除的主要过程。
O3 + hv → O + O2 O3 主要吸收波长小于 290nm 的紫外光
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39
example2: NO2+ hv → NO+O
NO dN Ia/O d tdN Ia2O /dt
式中：Ia——单位时间、单位体积NO2吸收光量子数 当有O2存在时， O2 + O → O3
O3 + NO → NO2 + O2 可见光解生成的NO还有可能被O3氧化成NO2，从中观察 到的结果是所生成的NO总量子产率要比上面计算出来的小，

第二章 大气环境化学 PPT课件

第二章 大气环境化学 PPT课件
3 过氧乙酰基硝酸酯（PAN):
三、氮氧化物的转化
3 过氧乙酰基硝酸酯（PAN):
四、碳氢化合物的转化
1 大气中的主要碳氢化合物 甲烷 石油烃 芳香烃 萜类
四、碳氢化合物的转化
2 碳氢化合物在大气中的反应 （1）烷烃的反应：
四、碳氢化合物的转化
（1）烷烃的反应：例如
四、碳氢化合物的转化
（1）烷烃的反应：
（3）光化学烟雾控制对策
最理想的方案当然是控制其发生的源头，即控制 碳氢化合物、氮氧化物等的排放，阻止其发生。 如：改善汽车本身：用酒精代替汽油、安装催 化反应器等。
另一种方案是使用能控制自由基形成的阻化剂， 以消除自由基使链式反应终止。比如：二乙基 羟胺（DEHA)
(C2H5)2NOH + HO. (C2H5)2NO + H2O
(二) HO·自由基的来源
3．醛(特别是甲醛)的光解
(三)H02·自由基的来源
1．甲醛的光解 H02·的主要来源是大气中甲醛(HCHO)的
光解
(三)H02·自由基的来源
(三)H02·自由基的来源
二、大气中重要自由基的来源
❖ HO·和HO2·自由基各种来源的相对重要 性取决于空气团中存在的物质、时间和地点等。
上老人死于此次事件。
五、光化学烟雾
定义：
含有氮氧化物和碳氧化物等一次污染物的 大气，在阳光照射下发生光化学反应产生二次 污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混 合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾
五、光化学烟雾
危害：
a 人体健康：刺激人的眼睛，并伴有头 痛、呼吸困难等。 b 植物：伤害植物叶子 c 橡胶：开裂老化
六、硫氧化物的转化及硫酸型烟雾型污染
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怎么看地球大气 和大气化学？
• 地球大气是氧化性介质 • 地球大气是一个多相化学体系
气体、云雨、粒子 • 大气化学过程往往由光化学开始
自由基反应起关键作用 • 大气化学反应包括均相和非均相反应。 • 大气化学反应往往是非平衡的 • 大气化学是交叉学科 • 大气化学研究包括各圈层间相互作用 • 大气化学着重研究物种 在大气中的循环
Global Envionmental Outlook 2000
几个重要的大气环境化学课题
• 1 酸沉降 • 2 大气气溶胶 • 3 平流层臭氧损耗 • 对流层臭氧增加 • 4 大气化学与气候变化
干吗要学大气环境化学
• 从化学的角度理解大气科学 • 识别重要的环境因素、加强环境意识 • 通过监测、试验弄清机理和规律 • 预报变化，研究控制对策 • 。。。。
描述气体含量的方法
混合比 (ppm, ppb, ppt) 质量浓度 (μg·m-3) 摩尔浓度 (mol·m-3) 数浓度 (cm-3) 分压 (hPa、mPa)
ppbv、 ppbm
大气组成分类
按浓度分类
主微要量成成分分：：浓 浓度 度为 在百1p分pm之v到几1，%如，N如2，COO22，，AHr2。O，CH4，
7, G.Brasseur et al, 1999 Atmospheric chemistry and global change,Oxford,
§1.2 大气的结构和组成 认识大气层
天 有 多 高 ？
大气垂直结构
各层大致高度
对流层顶的高度
全球平均温度分布
大气状态方程和组分浓度
• 目的：描述某成分在大气中的量 • 变量：质量浓度，数浓度，摩尔浓度，混合比 • 单位变换
Atmospheric Chemistry and Physics,
Weiley
5，D.Jacob, 1999（有电子版） Introduction to Atmospheric Chemistry, Precton,
6, P.Hobbs, 2000 Introduction to Atmospheric Chemistry, Cambridge,
大气环境化学
2020/9/29
北京大学物理学院大气科学系
1995年诺贝尔化学奖
The 1995 Nobel Prize in Chemistry for their work in atmospheric chemistry, particularly concerning the formation and decomposition of ozone.
第一章 地球大气的组成和演化
§1.1 大气化学研究的对象和内容 §1.2 大气的结构和组成 §1.3 地球大气的演化
§1.1 研究的对象和内容
了解大气科学的历史是有用的
P. J. Crutzen and V. Ramanathan The Ascent of Atmospheric Sciences
? 1天 10 天 10 年
循环 生物或微生物循环 生物或微生物循环
目前世界面临的最严重的环境问题
温室效应造成气候变暖 平流层臭氧减少 酸雨蔓延 光化学烟雾 烟霾尘埃
海洋污染、赤潮 江河湖泊地下水水体污染
土地荒漠化 森林锐减 固体废弃物污染 生物多样性减少
简直糟透了?！
国际科协 理事会环 境污染问 题科学委 员会的问 卷调查50 多个国家 200名科 学家关心 的未来主 要问题
地球系统环境圈层间的相互作用
大气圈
生物圈
岩石圈
水圈
全球气候系统与大气化学
大气中主要化学过程
臭氧耗损、臭氧洞
全球气候变化
光化污染
能见度
光氧化物 气体粒子转化 霾
区域气候
CCN 再悬浮
酸沉降 云雨
SO2、NOx、 VOC 、 NH3 、 CO2、CO、扬尘、 Soot、粉尘、CFC’s
人类活动排放的初始大气污染物和次生大气污染物
• 实验室实验 光化学烟雾箱，反应速率，排放因子 风洞测扩散等
• 数值模拟 拉格朗日、欧拉 气象模式+空气质量模式+地面系统
参考书目
1，秦瑜、赵春生, 大气化学基础（有电子版）
2，唐孝炎，大气环境化学，高教出版社
3，王明星，大气化学，气象出版社
4，J.Seinfeld and J.Pandis, 1999
He
平均浓度 ppm 780840 209460 9340
18
1.1
0.09
1.65 332 0.05～0.2 0.58 0.33 10-5—10-4 10-4—10-3 10-6—10-2 10-2—10-1 10-5—10-3 变化 5.2
停留时间 106 年 10 年 ─
─
─
─
7年 15 年 65 天 10 年 10 年 40 天 20 天 1天
He 等。
痕量成分：浓度在1ppmv以下。
按生命时间分类
定可快常变变成成成分分分：： ：寿寿寿命命命在在在1几1年0年0以年到下以十。上几如，年H如，2NO如2，，C…OO2…2，，..和H. 2惰，性CH气4体等。。
பைடு நூலகம்
地球大气气体的组成
气体
N2 O2
Ar Ne Kr Xe CH4 CO2 CO H2 N2O SO2 NH3 NO+NO2 O3 HNO3 H2O
北京大学物理学院大气科学系
物理化学
天气学，大气动力学，边界层物理学
大气辐射学 云雨物理化学
边界层物理学 云雨物理化学
生物地球化学，微生物学
生态学
不同尺度的大气运动过程
大气化学研究的趋势
• 主要成分 微量成分 痕量成分
• 局地
区域
全球
从氧到臭氧。。。 从平流层到对流层
大气化学研究方法
• 外场实验 集中外场强化观测、和长期监测
Science, V290, N5490, pp. 299-304. issued on 13 Oct. 2000,
发展历史
大气化学是大气科学最年轻的分支。然而
“叙述人类对大气本质认识发展的故事 大部分是在写化学和物理的历史”
• 18-19世纪，试图确定大气的主要化学组成。 • 上世纪初期，研究重点开始转移到痕量气体上来。 • 上世纪20年代开展了臭氧观测和平流层臭氧理论研究。 • 50—60年代的局地大气污染：光化学烟雾，酸性雨等。 • 70—80年代的区域大气化学研究。 • 80年代提出了全球变化问题。