光化学烟雾
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光化学烟雾产生的原因光化学烟雾,这个词听起来像是什么神秘的魔法,但其实它的来历可没那么复杂。
想象一下,一个阳光明媚的日子,万里无云,大家都在外面享受着这美好的天气,结果突然空气中飘起了奇怪的气味,天边出现了一层模糊的雾霭,嗯,这就是光化学烟雾悄悄登场了。
先说说光化学烟雾是怎么产生的。
它是由一些气体在阳光的照射下发生化学反应形成的。
这些气体,嘿,别小看它们,主要来自于汽车排放的废气、工业排放以及我们日常生活中使用的各种化学物质。
你想啊,汽车一排放废气,氧气跟这些有害物质碰撞,阳光一照,哗啦啦,反应就开始了。
就像是魔法一样,这些气体变成了臭臭的臭氧和其他的一些颗粒物,真是让人哭笑不得。
那么光化学烟雾又是个啥味道呢?说实话,真的不怎么好闻。
它有点像是那种老旧车子冒出来的黑烟加上一点儿化学药水的味道,闻了让人皱眉。
有人形容它就像是天上掉下来的大便,这形容也太生动了吧!这种烟雾在城市里尤其常见,因为人多车多,排放物质也多,阳光一照,烟雾就开始“聚会”了。
咱们再聊聊光化学烟雾的“好处”。
别急,真没什么好处,哈哈,不过它提醒我们要注意空气质量。
当空气中有大量的污染物质时,光化学烟雾就像个警报,告诉我们该注意呼吸了。
想想,如果你走在大街上,突然觉得眼睛刺痛,喉咙不舒服,那就赶紧找个地方躲躲吧!别小看这小小的烟雾,它可会对健康造成伤害,特别是对老年人和小朋友,咳咳咳,真不是闹着玩的。
再说说这种烟雾对环境的影响。
光化学烟雾可以导致植物生长受阻,甚至让农作物减产。
这就像是你辛辛苦苦种的菜被小虫子咬了一口,心里那个气啊!植物需要阳光、空气和水,但如果空气质量不好,植物可就受不了了。
结果,农民伯伯们的脸上都是愁苦的神情,眼睁睁看着自己的庄稼因烟雾而枯萎。
很多地方都在努力减少光化学烟雾的产生,特别是大城市。
咱们看到的那些公交车、电动车,都是为了减少污染物的排放。
大家骑自行车、走路,都是在为蓝天白云贡献一份力量。
你是不是也有点小骄傲呢?毕竟,咱们都是环保小卫士啊。
校本教材五常高级中学赵玉群一、光化学烟雾大气中的HC和NO x等为一次污染物,在太阳光中紫外线照射下能发生化学反应,衍生种种二次污染物。
由一次污染物和二次污染物的混合物(气体和颗粒物)所形成的烟雾污染现象,称为光化学烟雾。
NO x是这种烟雾的主要成分,又因其1946年首次出现在美国洛杉矶,因此又叫洛杉矶型烟雾,以区别于煤烟烟雾(伦敦型烟雾)。
这种洛杉矶型烟雾是由汽车的尾气所引起,而日光在其中起了重要作用:2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)O(g)+O2(g)→O3(g)NO2光分解成NO和氧原子时,光化学烟雾的循环就开始了。
原子氧会和氧分子反应生成臭氧(O3),O3是一种强氧化剂,O3与烃类发生一系列复杂的化学反应,其产物中有烟雾和刺激眼睛的物质,如醛类、酮类等物质。
在此过程中,NO2还会形成另一类刺激性强烈的物质如PAN(硝酸过氧化乙酰)。
另外,烃类中一些挥发性小的氧化物会凝结成气溶胶液滴而降低能见度。
下列化学方程式表示光化学烟雾的主要成分和产物。
总之,NO,HC的氧化,NO2的分解,O3和PAN等的生成,是光化学烟雾形成过程的基本化学特征,其反应机理极为复杂。
它对大气造成的严重污染不能轻视。
O3,PAN,醛类对动植物和建筑物伤害很大,对人和动物的伤害主要是刺激眼睛和粘膜,及气管、肺等器官,引起眼红流泪、头痛、气喘咳嗽等症状,严重者也有死亡的危险。
O3,PAN等还能造成橡胶制品老化、脆裂,使染料褪色,并损坏油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等等。
在发生光化学烟雾时,大气中各种污染物的浓度比晴朗天气要增大五、六倍(见下表),能见度晴天为11.2km,而在烟雾天只有1.6km。
显然,要对石油、氮肥、硝酸等化工厂的排废严加管理,严禁飞机在航行途中排放燃料等,以减少氮氧化物和烃的排放。
现在已研制开发成功的催化转化器,就是一种与排气管相连的反应器,它使排放的废气和外界空气通过催化剂处理后,氮氧化物转化成无毒的N2,烃可转化成CO2和H2O。
光化学烟雾反应
光化学烟雾反应是由于有害的烟雾可能对人体健康造成损害,对其进行光化学氧化而进行的反应。
它是利用太阳光或人工光源,让高温、高压氧气将这些有毒物质分解,形成无害物质,在排出空气中不再形成有害物质,消除环境污染的一种新型应用技术。
光化学烟雾反应,首先通过喷射器将烟雾带入反应步骤中,这些烟雾经过加热处理后可以形成气体的气体,然后通过进行高温、高压氧化和光化学反应,分解烟雾中的有毒物质,去除污染物,使其无害化。
光化学烟雾反应,处理是廉价实用的,其原料比较常见,处理效率相对较高,且它们能有效和安全地减少烟雾对人体健康的损害和空气污染,使空气中污染物减少。
光化学烟雾反应有很多优势,但也有一些缺点。
例如,它不能完全除去有毒物质,有限的处理量且投资较高。
此外,这种反应也会产生有害的副产物,例如氢氧化物,氰化物等,仍有待进一步研究。
总之,光化学烟雾反应是一种有效的技术,既可以有效去除有毒物质,又可以减少污染,保护空气质量。
因此,我们应充分利用这一技术,使空气中污染物进一步减少,建立一个绿色环保的健康的空气环境。
什么叫光化学烟雾
光化学烟雾主要是由于汽车尾气和工业废气排放造成的,汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮(NO2)被排放到大气中后,在强烈的阳光紫外线照射下,会吸收太阳光所具有的能量。
这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后,会变得不稳定起来,原有的化学链遭到破坏,形成新的物质。
这种化学反应被称为光化学反应,其产物就是含剧毒的光化学烟雾。
光化学烟雾的成分非常复杂,但是对动物、植物和材料有害的是臭氧、PAN和丙烯醛、甲醛等二次污染物。
人和动物受到的主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。
光化学烟雾的形成及其浓度,除直接决定于汽车排气中污染物的数量和浓度以外,还受太阳辐射强度、气象以及地理等条件的影响。
经过研究表明,在北纬60度至南纬60度之间的一些大城市,都可能发生光化学烟雾。
光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。
光化学烟雾形成的最根本的条件是空气中高浓度碳氢化合物和氮氧化合物的存在。
而大气中的氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧,以及农田土壤和动物排泄物中的的转化。
其中,以汽车尾气为主要来源。
光化学烟雾的形成除了必备的化学条件之外,还需要一定的有利于烟雾形成的气象条件。
更多造成空气污染的主要原因有哪些,以及环境污染安全小知识,请大家继续关注的内容。
光化学烟雾形成的科学原理光化学烟雾的科学原理光化学烟雾是在阳光照耀下,大气中的NOX、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列沈学反应而生成的蓝色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)它的生成机理很冗杂,有以下主要反应过程:①污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应;②碳氢化合物被HO、O等自由基和O3氧化,导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物——RO2、HO2、RCO等自由基的生成;③过氧自由引起NO和NO2的转化,并导致O3和PAN等的生成。
光化学烟雾的危害和消退方法人和动物受到主要损害是眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异样等。
臭氧是一种强氧化剂,在0.Ippm浓度时就具有特别的臭味。
并可到达呼吸系统的深层,刺激下气道黏膜,引起化学改变,其作用相当于放射线,使染色体异样,使红血球老化。
PAN、甲醛、丙烯醛等产物对人和动物的眼睛、咽喉、鼻子等有刺激作用,其刺激域约为0.1ppm。
此外光化学烟雾能促使哮喘病患者哮喘发作,能引起慢性呼吸系统疾病恶化、呼吸障碍、损害肺部功能等症状,长期吸入氧化剂能降低人体细胞的新陈代谢,加速人的年老。
PAN 还是造成皮肤癌的可能试剂。
在1943年美国洛杉矶发生的首宗大事曾引起400多人死亡。
光化学烟雾明显的危害是对人眼睛的刺激作用。
在美国加利福尼亚州,由于光化学烟雾的作用,曾使该州3/4的人发生红眼病。
日本东京1970年发生光化学烟雾时期,有2万人患了红眼病。
讨论说明光化学烟雾中的过氧乙酰硝酸酯(PAN)是一种极强的催泪剂,其催泪作用相当于甲醛的200倍。
另一种眼睛强刺激剂是过氧苯酰硝酸酯(PBN),它对眼的刺激作用比PAN大约强100倍。
空气中的飘尘在眼刺激剂作用方面能起到把浓缩眼刺激剂送入眼中的作用。
影响植物生长臭氧影响植物细胞的渗透性,可导致高产作物的高产性能消逝,甚至使植物丢失遗传力量。
植物受到臭氧的损害,开头时表皮褪色,呈蜡质状,经过一段时间后色素发生改变,叶片上消失红褐色斑点。
光化学烟雾形成的机制光化学烟雾是一种由汽车尾气和工业排放的氮氧化物、碳氢化合物在阳光的作用下产生的二次污染物。
其形成机制主要涉及以下几个步骤:一、氮氧化物的形成与转化氮氧化物(NOx)是光化学烟雾形成的主要前体物之一。
主要来源于汽车尾气和工业燃煤、燃油等过程的排放。
在适当的温度和阳光的作用下,这些氮氧化物会与大气中的水、氧气等发生反应,形成一系列的氮氧化物,如二氧化氮(NO2)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(N2O)等。
二、碳氢化合物的形成与转化碳氢化合物是光化学烟雾形成的另一个重要前体物。
主要来源于汽车尾气、工业排放和自然源(如森林火灾)等。
在阳光的作用下,这些碳氢化合物会发生光解和氧化反应,生成一系列的小分子烃和自由基,如甲醛(CH2O)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)等。
三、光化学反应链的启动当阳光照射到大气中的氮氧化物和碳氢化合物时,会产生一系列的光化学反应。
这些反应会形成一系列的自由基,如羟基自由基(·OH)、硝酸根自由基(NO3-)等。
这些自由基具有强氧化性,能够进一步氧化大气中的有机物和氮氧化物,形成更多的二次污染物,如臭氧(O3)、过氧乙酰硝酸酯(PANs)等。
四、二次污染物的形成与积累在光化学反应链的作用下,大气中的有机物和氮氧化物会被进一步氧化,形成更多的二次污染物。
其中,臭氧是最重要的二次污染物之一。
臭氧的形成是由大气中的氧气与氮氧化物在阳光的作用下反应的结果。
当臭氧积累到一定浓度时,会对人体健康产生负面影响,如刺激呼吸道、引起哮喘等。
此外,过氧乙酰硝酸酯等二次污染物也对人体健康产生负面影响。
五、光化学烟雾的消散光化学烟雾的消散主要受到气象条件和污染物扩散条件的影响。
在适当的条件下,臭氧等二次污染物会逐渐扩散到下风向,同时受到湿沉降和干沉降作用的影响而被清除。
此外,一些二次污染物会被植物叶片吸收或被微生物降解。
综上所述,光化学烟雾的形成是一个复杂的过程,涉及到多个化学反应和物理过程。
光化学烟雾的措施引言光化学烟雾是指由太阳光和大气中污染物相互作用产生的烟雾。
它包含许多有害物质,如光化学臭氧、氮氧化物和挥发性有机化合物等。
这些有害物质对大气环境和人类健康造成了严重影响。
因此,采取适当的措施来减少光化学烟雾的生成至关重要。
本文将介绍一些有效的措施来应对光化学烟雾的问题。
减少污染物排放减少污染物的排放是减少光化学烟雾的关键措施之一。
以下是一些减少污染物排放的方法:1.进行严格的工业排放限制:对工厂和燃煤电厂等工业设施实施严格的排放限制,限制污染物的排放浓度和数量。
2.推广清洁能源:大力发展清洁能源,如风能、太阳能和核能等,减少对化石燃料的依赖,从根本上减少污染物的排放。
3.采用先进的污染治理技术:在工业生产和能源利用过程中采用先进的污染治理技术,如烟气脱硫、烟气脱硝和烟气除尘等,可以降低污染物的排放浓度和数量。
加强监测控制加强对光化学烟雾的监测和控制是确保有效应对和管理光化学烟雾的关键。
以下是一些加强监测控制的方法:1.建立完善的监测系统:建立全面、准确的光化学烟雾监测系统,包括监测点的布局、监测仪器的选用和监测数据的采集与分析等。
2.制定严格的标准与指南:根据监测数据和科学研究成果,制定严格的光化学烟雾的排放标准和控制指南,为相关企事业单位提供参考和指导。
3.加强源头管理:重点加强对污染源头的管理和控制,采取措施防止污染物的生成和排放,包括加强工艺管理、设备管理和运营管理等。
提高环境意识提高公众对光化学烟雾问题的认识和环境意识,是解决光化学烟雾问题的重要方面。
以下是一些提高环境意识的方法:1.开展环境宣传教育:通过开展环境宣传教育活动,向公众普及光化学烟雾的知识和危害,提高公众对光化学烟雾的认识和关注度。
2.强化环境法规的执行:加强对环境法规的执行力度,加大对环境违法行为的打击力度,提高违法成本,增强公众对环境保护的信心。
3.鼓励环保行为:鼓励公众采取环保行为,如减少车辆使用、减少能源消耗、提倡低碳生活等,共同参与光化学烟雾治理的努力。
光化学烟雾“洛杉矾烟雾”又名“杀人烟雾”,是光化学烟雾。
这可以追溯到1946年发生于洛杉矾的最早的光化学烟雾事件。
在1952年的一次烟雾中,65岁以上的老人死亡400人。
1952年,美国一位化学家哈根史密脱,他经过研究发表了一篇名为《洛杉矾烟雾的化学和物理》的论文,叙述了阳光在烟雾化学中的重要性,并为这烟雾起了个光化学烟雾的名字。
所谓光化学烟雾,就是排到大气中的氮氧化物和烃类,在阳光照射下,产生一系列复杂的光化学反应,生成一种具有刺激性的浅蓝色烟雾。
烟雾的主要条件是:足够浓度的氮氧化物(NO2、NO)、烃类、醛类、充足的太阳光,以及悬浮微粒和其他污染物,特定的气象条件和地理位置或地形条件。
太阳光主要是波长310纳米的紫外光。
光化学烟雾能在空气中远距离传输。
1974年以来,我国兰州西固地区每年夏秋季节居民常感到眼睛刺激、流泪、恶心、头晕等症状。
西固地区面积约0.7万公顷内集中了石油化工、炼油、发电等企业100多个。
该地区处西北黄土高原,海拔1500米,紫外线辐射较强,三面环山,是一河谷盆地。
到1980年已从不同角度基本证实了西固地区夏秋季节确实存在着光化学烟雾类型的空气污染,并初步认为污染源主要是本地的石油化工及炼制业。
1995年5月25日,成都市区突然被一层带刺激性的浅蓝色烟雾所笼罩,玉带桥附近的部分户外居民出现双目刺痛流泪、鼻粘膜充血等症状,市区所见度也较往日明显下降,约为1000米,整个城区像盖着一床厚厚的“棉被”。
1995年6月2日,上海第一次出现光化学烟雾,在外滩,许多行人感到空气刺眼刺鼻,甚至呛出泪来。
广州也出现过光化学烟雾。
近年来,一些乡村地区也有光化学烟雾污染的迹象。
我们主要以汽车排气和逸出汽油后生成光化学烟雾的主要过程和反应来说明。
汽车排气+O2(g)===O3(g)+NOx(g)+有机化合物+CO2(g)+H2O(g)(烃+CO+NO2) (氧化剂和刺激剂)光化学烟雾里的两个有害的和令人讨厌的主要成分:NO2具有刺鼻的刺激性气味;O3是一种十分强的氧化剂,它是使植物在烟雾中受害的主要原因。
光化学烟雾1. 光化学烟雾是什么?光化学烟雾通俗地讲,是指大气中含有多种有害化学物质和微粒物质的一种污染现象。
它是大气污染物质和光化学反应的产物。
在光的作用下,空气中的汽车尾气、工业废气等污染物质和氮氧化物等进行光化学反应,释放出多种有害物质,包括二氧化硫、氮氧化物、臭氧、氯、甲醛、苯等有机化合物以及微细颗粒物质等,形成光化学烟雾。
2. 光化学烟雾的危害与其他污染物质相比,光化学烟雾更具有危险性。
它会引起眼疾、呼吸系统疾病、心血管疾病等,尤其对儿童和老年人的危害更大。
长期生活在光化学烟雾较为严重的地区,会提高患癌症的风险。
3. 光化学烟雾的来源光化学烟雾的主要来源是交通尾气、工业废气、农药、建筑材料、二手烟等。
交通尾气是光化学烟雾中最主要的来源之一,其中的氮氧化物、挥发性有机物和颗粒物质等都是光化学烟雾的主要成分。
4. 光化学烟雾治理措施为了减少和控制光化学烟雾的产生,政府和环境保护部门采取了多种治理措施。
首先是限制汽车尾气排放,实行“国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ”等排放标准,使尾气中含有害物质的排放量减少。
其次是减少工业废气的排放,对工厂进行环保审核和排污许可证的审核,严格控制其污染物质的排放量。
还需要加强农业生产管理,缩减农药的使用量和施用时间。
同时,建筑材料生产企业也需要进行环保改造,减少有害废气的排放。
另外,人们的生活和工作习惯也需要改变。
比如减少自驾车出行、多乘坐公共交通工具等都有助于减少尾气排放。
5. 针对光化学烟雾的个人预防措施虽然治理措施已逐渐见效,但是我们每个人也需要意识到光化学烟雾的危害,采取一些个人的预防措施。
首先是尽量减少户外运动时间,并且在高污染区域不要进行剧烈运动;出门时应佩戴口罩,选择一些防霾性能好的口罩,并定期更换。
此外,我们也可以通过装修房屋、开窗通风等方式,减少家庭室内的空气污染。
购买一些空气净化器、植物等,也可以起到净化空气的作用。
6. 结语光化学烟雾给人们的健康带来了不小的危害,它的治理需要政府和环保部门的大力支持,也需要每个人从自身做起,共同努力控制和减缓其产生。
简述光化学烟雾的概念及其主要成分下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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光化学烟雾名字班级学号等案例导入:视频2020/6/28光化学烟雾简介:【光化学烟雾】(photochemical smog)也称光化烟雾。
碳氢化合物及氮氧化合物污染的大气,在太阳紫外线照射下以及其他适宜的气象条件下,发生一系列光化学反应而形成的烟雾。
光化学烟雾具有光化学氧化型大气污染的各种典型特征,即大气中氧化剂浓度增高,使人产生眼、鼻、喉的刺激症状,引起红眼病,造成农作物和其他植物的损害以及降低大气的能见度。
今后随着工业发展,汽车数目的增多,以及其他燃烧过程中使用石油的不断增长,光化学氧化型大气污染将成为城市空气污染的一个严重问题。
光化学烟雾产生的条件:光化学烟雾形成的最根本的先决条件是空气中高浓度碳氢化合物和氮氧化合物的存在。
主要来源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧,以及农田土壤和动物排泄物中的的转化。
其中,以汽车尾气为主要来源。
光化学烟幕的形成根据这些前体物排放源的不同,大致可分为城市型光化学烟雾、工业区型光化学烟雾和区域型光化学烟雾。
城市型光化学烟雾多见于人口密集的较大城市及其下风向,主要由大城市内居民以及工业源排放引起。
工业区型光化学烟雾多见于大型工业排放源(例如火电厂、炼油厂、化工厂等)下风向地区,光化学前体物主要来自上风向工业排放源。
区域性光化学烟雾多见于人口密集和工业发达的城市群和城乡复合体构成的较大区域。
光化学烟雾的形成除了必备的化学条件之外,还需要一定的有利于烟雾形成的气象条件。
工业革命以后,人类活动对自然环境的影响日益加剧,引起一系列大气污染问题。
光化学烟雾就属于大气环境污染之一,对人体健康和植物生长等有严重危害。
由光化学烟雾造成的污染事件被列入历史上“八大公害事件”之一,已引起大气科学界和医疗界等的广泛关注。
光化学烟雾产生的机理:一、化学反应过程。
二、光化学烟雾特征请大家看这张图片这张照片是用特殊方法拍摄的,因为我们用肉眼是看不到哪里的臭氧被破坏了。
在这张照片里,蓝色的深浅代表臭氧的含量,颜色愈深,臭氧的含量愈少。
光化学烟雾形成的科学原理光化学烟雾是指大气中光化学反应所产生的烟雾。
光化学反应是指在光的作用下,通过分子间的相互作用而发生的化学反应。
烟雾是由气态物质和固态颗粒物组成的浮游颗粒物体,它由烟尘、烟雾滴、水汽、空气中的多种有机气体和无机盐等物质组成。
光化学烟雾的形成与大气中的光化学反应有关。
在大气中,存在着大量的氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)。
其中,典型的氮氧化物包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等,而挥发性有机物则包括甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等。
这些物质可以通过工业生产、交通运输以及燃煤等活动释放到大气中。
当太阳光照射到大气中的氮氧化物和挥发性有机物时,光化学反应就开始了。
首先,太阳光的能量被氮氧化物和挥发性有机物吸收,激发它们内部的电子。
这些激发态的分子随后发生分解、离子化或是与其他分子发生碰撞反应,生成一系列的有机气体、氮氧化合物以及活性氧物种。
其中,氮氧化物在光化学反应中起着重要的作用。
一氧化氮(NO)和挥发性有机物发生反应时,会生成一氧化氮和臭氮酸根(NO3-)。
这些活性的氮氧化物与挥发性有机物继续反应,形成有机气体和氮氧化合物的复杂混合物。
这些氮氧化合物的一部分会进一步与空气中的其他物质发生反应,形成光敏感的有机硝酸盐和氧化物。
光敏感的有机硝酸盐和氧化物具有很强的吸湿性,吸湿后形成云雾滴。
在大气中,这些云雾滴与空气中的水汽和其他微粒物质相互作用,逐渐形成了烟雾。
这些烟雾滴中的颗粒物不仅包含有机硝酸盐和氧化物,还含有其他污染物,如二氧化硫(SO2)、硫酸盐、氮氧化物的衍生物以及颗粒物表面的可吸收有机物等。
光化学烟雾的形成过程是一个复杂的链式反应过程。
它不仅涉及氮氧化物和挥发性有机物的反应,还包括大气中其他物质的复杂反应。
此外,光化学反应的速率也受到气象条件的影响,如温度、湿度和太阳辐射等因素。
光化学烟雾对人类健康和环境造成了重大影响。
首先,烟雾中的颗粒物具有细小的粒径,可以直接进入人体的呼吸道,对呼吸系统产生刺激作用。
第二节光化学烟雾光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物和氮氧化物(NO x)等一次污染物在阳光(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物,参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物(其中有气体污染物,也有气溶胶)所形成的烟雾污染现象。
光化学烟雾可随气流漂移数百公里,使远离城市的农作物也受到损害。
光化学烟雾多发生在阳光强烈的夏秋季节,随着光化学反应的不断进行,反应生成物不断蓄积,光化学烟雾的浓度不断升高。
约在3-4h后达到最大值。
光化学烟雾对大气的污染造成很多不良影响,对动植物有影响,甚至对建筑材料也有影响,并且大大降低的能见度影响出行。
一、组成成分颗粒物成分:大气灰霾存在大量含氮有机颗粒物。
经过源解析技术,这些包括含氮有机颗粒物在内的有机物被识别出了4类有机组分:氧化型有机颗粒物、油烟型有机物、氮富集有机物、烃类有机颗粒物。
颗粒物里面的有机物种类有多种,包括含氮的有机物。
有机物占PM2。
5质量浓度的20%—60%,能识别出大约200多种有机化合物,主要物种有脱氧单糖苷、正构烷烃、正构烷酸、多环芳烃以及其它多种源的示踪物。
大气颗粒物中有机物通常分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯等。
过氧乙酰硝酸酯又称过氧乙酰硝酸盐。
是光化学烟雾的主要组分,为强氧化剂,常温下为气体,易分解生成硝酸甲酯(CH3ONO2)、二氧化氮、硝酸等。
大气中PAN浓度的水平是衡量光化学烟雾污染程度的重要指标之一。
在对流层里存在的臭氧属于一种对生物有害的污染物,是光化学烟雾的组成部分之一(而平流层(臭氧层)中的臭氧则是对生物至关重要的紫外线吸收剂)。
二、形成过程光化学烟雾形成过程简述如下:清晨大量的碳氢化合物和NO由汽车尾气及其他源排入大气。
由于晚间NO氧化的结果,已有少量NO2存在。
当日出时,NO2光解离提供原子氧,然后NO2光解反应及一系列次级反应发生,·OH基开始氧化碳氢化合物,并生成一批自由基,它们有效地将NO转化为NO2,使 NO2浓度上升,碳氢化合物及NO浓度下降;当NO2达到一定值时,O3开始积累,而自由基与NO2的反应又使NO2的增长受到限制;当NO向NO2转化速率等于自由基与NO2的反应速率时,NO2浓度达到极大,此时O3仍在积累之中;当NO2 下降到一定程度时,就影响O3的生成量;当O3的积累与消耗达成平衡时,O3达到极大,光化学烟雾的形成示意如图。
光化学烟雾现象概念《光化学烟雾》——探索大自然的奇妙现象光化学烟雾是一种令人着迷的自然现象,其独特之处在于能够产生令人难以置信的光效应。
这种现象发展于特定的气候条件下,当太阳光与空气中的尘埃粒子相互作用时,会产生引人入胜的色彩和形状。
光化学烟雾通常出现在晨光和黄昏时分,当太阳低于天空时,其光线透过大气中的尘埃和湿度,形成一种独特的散射现象。
这些尘埃颗粒可以来自于火山喷发、森林火灾、工业污染等来源,它们悬浮在空气中,并与水分子结合。
当太阳光照射到这些尘埃颗粒上时,发生了一系列复杂的光化学反应。
首先,光子与尘埃上的分子相互作用,导致内部电子在分子间跃迁。
随后,这些激发态分子会通过多种途径进行非辐射耗散,将激发能量转化为热能或光能的形式。
最终,这些能量以独特的光谱和亮度释放出来。
光化学烟雾的独特之处在于其产生的光谱。
观察这一现象时,人们会看到各种各样的颜色,包括红色、橙色、黄色、绿色、蓝色和紫色等。
这些颜色的产生与尘埃颗粒的成分和尺寸有关。
尺寸较小的颗粒会引起蓝色和紫色的散射,而较大的颗粒则会导致红色和橙色的散射。
此外,光化学烟雾还会产生一些令人惊叹的形状,如光环、光柱、光弓等。
这些形状的产生取决于太阳光线的入射角度和尘埃颗粒的分布情况。
通过观察这些光效应,我们可以更好地了解大气中的尘埃组成、密度和分布。
光化学烟雾不仅仅是一种美丽的自然现象,它还有着重要的科学意义。
大气中的尘埃和污染物对气候变化和空气质量具有重要影响。
通过研究光化学烟雾,科学家们可以更好地了解大气中微粒的行为和排放源,从而采取有效的控制和保护措施。
总而言之,《光化学烟雾》是一个引人入胜的自然现象,它通过特殊的光谱和形状展示了我们周围复杂而美丽的世界。
通过对其的研究,我们不仅能够欣赏自然之美,还能够提高科学认识,为环境保护做出贡献。
让我们一起探索光化学烟雾的奥秘,领略大自然的无限魅力。
光化学烟雾Last revision on 21 December 2020
光化学烟雾
一、大气中的碳氢化合物
大气中的碳氢化合物通常是指C1—C8可挥发的所有碳氢化合物,又称烃类。
碳氢化合物在大气中CH4约占80—85%。
甲烷是一种重要温室气体,碳氢化合物作为形成光化学烟雾的前体物而引起人们的广泛关注。
⒈甲烷(CH4)
甲烷主要来源于厌氧细菌的发酵过程(牲畜),自然界的淹水土体,如水稻田底有机质的分解、原油和天然气的泄漏都会释放出相当量的CH4。
这其中以水稻田的排放量为最大,按1986年有关材料报道,水稻田的年排放量为70~170×106t/a。
我国水稻田面积约占全球稻田的1/3,因而是甲烷产生的很大源。
⒉非甲烷烃
非甲烷的天然源:非甲烷烃种类很多,因来源而异。
其中排放量最大的是由自然界植物释放的萜烯类化合物,约占非甲烷烃总量的65%。
(资料来源,刘培桐,环境学概论)
非甲烷烃的人为源:主要来自汽车尾气、燃料燃烧、有机溶剂的挥发、石油炼制和运输等。
二、碳氢化合物在大气中的迁移转化(以烷烃为例)
⒈烷烃与OH·基和氧原子O·的反应:
RH(烷)+OH·→R·(烷基)+H2O
RH(烷)+O·→R·(烷基)+HO·
R·+O2→RO2·(过氧烷基)(NO+RO2·→RO·+NO2)
RO·+O2→HO2·+RCHO(醛)
上述烷烃所发生的两种氧化反应中,经氢原子的摘除反应所产生的烷基R·与空气中的氧气O2结合生产RO2·,它可以将NO氧化成NO2,并产生RO·,O2还可以从RO·中再摘除一个H·,最终生成HO2·和一个相对稳定的产物醛或酮。
⒉甲烷的氧化反应:
CH4+OH·→CH3·+H2O
CH4+O·→CH3·+HO·
生成的CH3·与空气中的O2结合:
CH3·+O2→CH3O2·
由于大气中的O·主要来源于O3的光解,通过上述反应CH4不断消耗O·,可导致臭氧层损耗。
同时生成的CH3O2·是一种强氧化的自由基,它可将NO氧化成NO2:CH3O2·(过氧烷基)+NO→CH3O·(烷氧基)+NO2
CH3O·(烷氧基)+NO2→CH3ONO2(亚硝酸酯)(不稳定,极易光解)
CH3O·(烷氧基)+O2→HO2·(超氧酸)+HCHO(甲醛)
⒊乙烷的氧化反应:
C2H6+HO·→C2H5·+H2O
C2H5·+ O2→C2H5O2·
C2H5O2·+ NO→C2H5O·+ NO2
C2H5O·+ O2→CH3CHO+ HO2·
进入大气的烷烃与自由基反应,生成了更多的自由基,大量高氧化性自由基可与O3的氧化反应竞争,使NO向NO2迅速转化,使得O3在大气中积累。
三、光化学烟雾
⒈关于光化学烟雾
上世纪40年代,在美国洛山矶发生光化学烟雾,首次出现了这种污染。
50年代初,美国加州大学生物有机化学教授哈根-施密特确定了空气中的刺激性气体为臭氧,并首次提出了有关烟雾形成的理论。
他认为洛山矶烟雾是由南加利福尼亚的强光引发了大气中存在的碳氢化合物和氮氧化物之间的化学反应造成的,并认为城市大气中,碳氢化合物和氮氧化物主要来源于汽车尾气。
因此,这种含有氮氧化物和烃类的大气,在阳光中紫外线照射下发生反应所产生的产物及反应物的混合物被称为光化学烟雾。
继洛山矶光化学烟雾之后世界各地不断出现,如东京、大阪、墨西哥城、伦敦及澳大利亚、德国等地的大城市,已成为大气污染的严重问题之一。
自50年代至今,世界各国对光化学烟雾做了大量工作,并已取得了较好的效果。
⒉光化学烟雾的组成
光化学烟雾是一种高氧化性的混合气团:包括臭氧(占反应产物的85%以上)、过氧乙酰硝酸脂(PAN,约占反应产物的10%)、高活性自由基(OH·、RO2·、HO2·、RCO·等)、醛类(甲醛、乙醛、丙烯醛等)、酮类和有机酸类等二次污染物。
(引自,钱易、唐孝炎,环境保护与可持续发展)
⒊光化学烟雾形成
①、NO向NO2转化是产生“烟雾”的关键:低层大气中的一般成分和一次污染物如NO、N2、O2、CO、C3H6(丙烯)等都不吸收紫外辐射(≥290nm),在污染空气中吸收紫外辐射的只是NO2。
空气中痕量的NO2来源于燃料燃烧。
在大气中一旦有NO2出现,在光化学作用下,NO2会光解出O,O原子与大气中的 O2反应生成O3。
NO又与O3作用结果产生NO2,而低层大气中O3主要是由NO2的光解产生。
因此,大气中
NO2、O3和NO之间的反应形成了循环。
此反应前已述及,因此,如果大气中仅仅发生氮氧化物的光化学反应,尚不致产生光化学烟雾,主要是受下面因素决定的。
②、碳氢化合物是产生“光化学烟雾”的主要成分,是自由基转化和增殖的根本原因:在氮氧化物~空气体系的光化学反应中,要使O3在空气中能不断积累,必然存在着能使NO向NO2转化,从而使NO2浓度不断提高的因素。
观测和实验发现,被污染的大气中有碳氢化合物出现时,氮氧化物光解的均衡就被破坏了。
碳氢化合物与OH基反应或光解生成了更多的自由基,大量自由基的存在使得污染大气中的NO能快速地向NO2转化,随即O3的浓度大大增加,进而形成一系列的带有氧化性、刺激性的中间和最终产物,从而导致光化学烟雾的生成。
③、光化学烟雾形成的简化机制:Seiufield(1986)用12个反应概括的描述这个过程:
引发反应: NO2+hv→NO+O·
O·+O2+M→O3+M
NO+O3→NO2+O2
基传递反应: RH(烷)+HO·→RO2·(过氧烷基)+H2O
RCHO(醛)+ HO·→RC(O)O2·(过氧酰基)+H2O
RCHO(醛)+hv→RO2·(过氧烷基)+HO2·+CO
HO2·+NO→NO2+HO·
RO2·(过氧烷基)+NO→NO2+RCHO(醛)+HO2·
RC(O)O2·(过氧酰基)+NO→NO2+RO2·(过氧烷基)+CO2
HO·+NO2→HNO3
终止反应: RC(O)O2·+NO2→RC(O)O2NO2(PAN或其他硝酸酯)
RC(O)O2NO2→RC(O)O2·+NO2
由上述反应式可以看出,光化学烟雾的形成过程是由一系列复杂的链式反应组成的,是以NO2光解生成O的反应为引发,导致了臭氧的生成。
由于碳氢化合物的存在,促使NO向NO2的快速转化,在此转化中自由基(特别是HO·基)起了重要的作用。
致使不需要消耗臭氧而能使大气中的NO转化成NO2,NO2又继续光解产生臭氧。
同时转化过程中产生的自由基又继续与碳氢化合物反应生成更多的自由基,如此继续不断地进行链式反应,直到NO或碳氢化合物消失为止。
所产生的醛类、O3、PAN等二次污染物是最终产物。
④、光化学烟雾的形成条件
Ⅰ、“烟雾”形成的地理条件:由于“烟雾”的形成与NO2的光分解有直接关系,而NO2的光分解又必须有290~430nm波长辐射作用才有可能。
太阳高度角:在近地层中太阳辐射到达地面的强度受太阳高度角的影响,一般太阳高度(θ)越大,太阳辐射就越强。
对于θ<30℃时,由于入射角较大,光线通过大气层时路程加长,受到的大气微粒散射也较大,致使小于430nm波长的光很难到达地面,所以不易发生光化学烟雾。
季节:从季节而言,夏季在北半球太阳入射角比冬天大,所以夏天发生光化学烟雾的可能性较冬季大。
尤其夏季中午前后光线最强时出现“烟雾”的可能性较大。
当天气晴朗、高温低湿和有逆温风力不大时,有利大气污染物在地面附近的聚积,易于产生这种光化学烟雾。
因此,在副热高压控制地区的夏季和早秋季节常成为光化学烟雾发生的有利时节。
Ⅱ、污染源条件:“烟雾”的形成是和大气中NO2、碳氢化合物等污染物的存在分不开的。
所以,以石油为原料的工厂排气和汽车排气等污染源的存在是“烟雾”形成的前提。
⒌光化学烟雾的危害
光化学烟雾造成危害的主要原因是由于对流层的O3和其他氧化剂直接与人体和动植物相接触,其极高的氧化性能刺激人体的黏膜系统,人体短期暴露其中能引起咳嗽、喉部干燥、胸痛、黏膜分泌增加、疲乏、恶心等症状;长期暴露其中,则会明显损伤肺功能,影响呼吸道结构。
另外,对流层的高浓度O3还会对植物系统造成损害,O3浓度低时,虽不会产生可见的伤害,但会减低植物的生长速度;当浓度增加时,会使植物叶片受到急性伤害。
此外,光化学烟雾对材料(主要是高分子材料,如橡胶、塑料和涂料等)也产生破坏作用,并且严重影响大气能见度,造成城市的大气质量恶化。