第一章 概述

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三、氮氧化物的危害：
NOx中绝大部分是NO，少量是NO2 。 NO是无色气体，本身毒性不大，在大气中缓慢氧化成NO2，NO2 呈褐色，有强烈的刺激味。 和一氧化碳相似，氮的氧化物也趋向于存在血液中，与肺中的 水气结合而形成稀硝酸，长时间后果将日趋严重（咳嗽、气喘 、肺气肿） NOx是形成光化烟雾的主要因素之一。 从热力学观点来看，一氧化氮是一种高焓物质所以它的出现是 因为高温造成的结果。
这是居住在山西 省临汾市城区一位郑 姓市民与上幼儿园女 儿之间的一段对话。
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结果： 生态平衡遭破坏，环境严重恶化，将严重危害人体健康，发展下去最终将使自 然界失去供养人类生存的能力。 因此环境问题己成为国际性热点问题，引起人们的严重关注。
农 业
河流湖泊
森 林
人体健康 金 属
1908年
垃圾成灾
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同时，也给我们的生活带来了这样的变化
目 前 全 球 环 境 问 题 的 表 现
大气污染日益严重，温室效应加剧，大气臭氧层破坏，珍稀物种 加速灭绝，自然灾害频繁发生。
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2006山西临汾风调雨顺
然而庄稼却 大面积减产
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来自山西临汾的照片
“太阳是什么样的？” “圆的。” “月亮是什么样的？” “弯的。” “那星星呢？” “不知道……”
一、一氧化碳的危害：
CO是无色无味的气体，它和血液中输送氧的载体血红蛋白的亲和力是氧的200-250倍。
CO与血红蛋白结合成羰基血红蛋白，就损害了血红蛋白对人体组织的供氧能力（下表）
空气中CO的体积分数超过0.1％就会导致人体中毒；超过0.3％可在30min内使人致命。
CO的毒性与时间和浓度的关系
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CO2产生温室效应
如何降低CO2排放？
燃料燃烧效率 热功转换效率 机械效率
本课程不讨论
进一步提高内燃机的效率
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§1.2 内燃机排放的污染物及其危害性
实际情况：内燃机燃烧的碳氢化合物燃料不能完全燃烧
内燃机燃烧过程只有1－10ms数量级，可燃混合气混合不均，温度变化不均，燃料燃烧不充分
出现CO，UHC（未燃碳氢）
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四、光化学烟雾的危害：
HC和NOx在强阳光照射下会生成臭氧(O3)和过氧酰基硝酸盐(PAN) 即浅蓝色的光化学烟雾。
O3是一种强刺激性有害气体的二次污染物。光化学烟雾中的O3是强氧化剂，能 使植物变黑直至枯死，能使橡胶开裂，它有特别的臭味，其嗅觉阈限值为 0.2×10-7（0.2mg /m3），达到1×10-6接触1h时会引起气喘、慢性中毒，达到 50×10-6浓度30min就能使人致死，其对人体健康的影响见表。 PAN对眼睛有强烈的刺激作用，同时具有诱变性。
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1968年
文 物 、 建 筑 物
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天空还会是蓝的吗？
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我 们 只 有 一 个 地 球
地 球 是 我 家 ， 保 护 靠 大 家
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一、大气成分：
§1.1
大气污染
环境问题——当今世界严重的社会问题 在诸多的环境问题中，大气污染是一个十分严重的问题。 内燃机燃烧后排出的废气严重污染了大气环境。 本课程讨论：内燃机的使用对大气环境的影响。
瑞典科学家斯万提.阿累纽斯在1986年曾发出警告：随着大气中气体增加将使地球温度变 暖。他预言如果大气中CO2含量增加一倍，地球表面温度将提高4-6℃。他首次提出“温 室效应”概念。 温室气体指的是大气中CO2、水蒸汽、CH4、N2O、氯氟烃(CFCs)和O3等气体。太阳射出 的短波辐射透过大气层射入地面使地表温度提高。与此同时，地球表面又能放出长波辐射 (红外线)，它大部分被这些温室气体所吸收，有少量会逸出到宇宙空间，吸收的热能大部 分反射到地面，使地球表面能维持在15℃左右的平均温度(若没有这部分辐射回来的热能 地球表面温度将为—18℃左右)，当这部分温室气体数量不变化时，地球犹如有一个玻璃 球罩在上空，维持在一个平衡温度上，但当温室气体数量增加时就打破了这个平衡，地球 将变暖，这就是温室效应。
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危害：
二、温室效应： (影响)
科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将 上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿 海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。
图为这张拍摄于2002年2月17日的卫星照片显示了一块估计重达50亿吨的冰 雪区域从南极大陆解体，分散成数以千计的冰山的情景。这是全球气候变暖的一 个惊人结果。尽管英国南极考察队的科学家早在4年前就预测到这块面积为3250 平方公里、200米厚的冰雪区域将解体，但是没有料到它会解体得如此之快.
二、碳氢化合物的危害：
HC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其 裂解和部分氧化产物。
烷烃无味，对人体健康无直接影响。烯烃略带 甜昧，有麻醉作用，对粘膜有刺激，与氮氧化 物在阳光紫外线作用下形成有毒的“光化烟雾 ”。芳香烃对血液和神经系统有害，多环芳香 烃及其衍生物有致癌作用； 一般认为光化学烟雾形成是参加反应的物质在 日光照射下产生以臭氧为主的过氧化物。这种 光化学烟雾刺激眼睛并影响神经系统。
氮——无毒，被土壤中细菌固定参与生物代谢过程。 过多有害呼吸 氧——需要氧的生物生存必需。 过多有毒 二氧化碳——无毒，参与植物叶绿素的光合作用。过多引起窒息 水蒸气——生物必需的大气成分。 超过饱和蒸汽压力，凝结形成云、雨 臭氧（平流层）——光合作用产生的氧分子与氧原子发生反应生成
臭氧（对流层）——低浓度可杀菌，高浓度对人体有害。 排放物生成的二次污染物。
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§1.2 内燃机排放的污染物及其危害性
五、硫化物的危害：
含硫燃料燃烧后会产生二氧化硫，在空气中能够缓慢地继续氧 化为SO3。 SO2是无色气体，有刺激性，容易与水结合形成亚硫酸，对人 的口鼻粘膜有强烈的刺激性。 SO2氧化生成的硫酸盐微粒能进入肺内造成长期影响。
碳元素 CO2 温室效应 CO 有毒气体
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1952年的洛杉矶光化学烟雾事件
在这次烟雾事件中，很多人眼睛红肿，呼吸困难， 蔬菜发黄，不能食用，橡胶制品失去弹性甚至龟裂
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1970年的日本东京的光化学烟雾事件
这次烟雾事件使两万人患眼痛病
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§1.2 内燃机排放的污染物及其危害性
某 城 市 的 交 通 状 况
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一、大气成分：
大气的定义：
大气是指包围地球外围的空气层，总质量大约为5.3×1015t，仅是地球总量的百万分之一。 由于受重力的作用，大气从地面到高空逐渐稀薄，大气质量主要集中在下部。
大气的结构：
根据大气垂直方向上的热状况和运动状况，分为5层，见图
对流层：
对流层是大气中最低的一层，底界为地面。从地面获得热量，使 得大气温度随高度的增加而降低，通常每升高100m大气温度降 低0.65℃。对流层内具有强烈的对流作用，云、雾、雨、雪等主 要大气现象都发生在这一层，这里的空气地比较潮湿。 对流层对人类生产、生活和生态平衡影响最大。大气污染现象也 主要发生在这一层，特别是近地面的大气边界层。
原来是一片温带草原，现在是这样……
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二、温室效应： (影响)
影响程度：
§1.1
大气污染
致暖势是评定温室气体对气候影响的指标，是温室气体对气候变化影响和CO2对气候变化影响的比值
CO2分担率为55％，是最重要的温室气体。CH4的温室效应比CO2大32倍，但它的寿命较 短，在大气中的滞留时间为11年。氟氯烃(氟里昂、CFCs)是人工合成的化学品，广泛用 作空调、发泡剂、溶剂，起温室作用的主要是CFC—11和CFC—12，在大气中浓度较低， 但增长极快，致暖势高达14000和17000，且寿命长，若不加控制的话，发展下去会成为 第二大的温室气体。
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§1.2 内燃机排放的污染物及其危害性
内燃机燃烧的碳氢化合物燃料以过量空气完全燃烧时
C c H h Oo a c 0.25 h 0.5o O2 3.773 N 2 cCO2 0.5hH 2 O a 1c 0.25h 0.5o O2 3.773 a c 0.25 h 0.5o N 2
平流层和臭氧层 ：
对流层顶上直至大约50km高度之间称为平流层，该层几乎没有 水汽，因此空气比较干燥。平流层内臭氧量增加，在15～25km 臭氧浓度达到最大值，称为臭氧层。臭氧层能吸收绝大部分太 阳紫外线，阻挡了强紫外线辐射到地面，使地面生物和人类免 受紫外线伤害。 离地表50～85km区域称为大气的中间层。该层内又出现比较强的垂直对流作用。
课下查阅资料《京都议定书》？
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三、光化学反应和光化烟雾：
§1.1
大气污染
内燃机等排放到大气中一定浓度的HC和NOx，在强烈的阳光照射的诱发下产生 以O3和过氧酰基硝酸酯(PAN)为主组成的光化学烟雾。 光化学反应是一个十分复杂的过程。美国通用汽车公司卡普兰在试验室中模拟 了光化学烟雾生成，提出了光化学烟雾的生成机理：
浓度过高有害
大气污染的定义： 大气是人类生存的不可缺少的最基本条件，但由于人类活动和自 然过程引起的某些物质介入到大气中，使大气中固有的正常成分 中增加了新的有害成分，积累到足够的浓度，达到足够的时间， 从而对人类活动、动植物以及环境造成危害。 南昌大学机电学院
二、温室效应： (定义)
§1.1
大气污染
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危害： 地球表面气温升高，各地降水和干湿状况也会发生变化。 现在温带的农业发达地区，由于气温升高，蒸发加强，气候会变得干旱，农业区 会退化成草原；干旱区会变得更干旱，土地沙漠化，使农业减产。