大气的环境化学第五章 气溶胶化学-41页精选文档
大气环境化学课件：大气气溶胶 (3)
天数/月
30
25
中山
20
15
10
5
0 54-1-1
64-1-1
74-1-1 84-1-1 日期
94-1-1
04-1-1
能见度< 10km RH 90-100%
天数/月
3月16日广州出现2005年严重霾天气
3月16日广州出现2005年最严重灰霾天气
● 能见度 1.62-3.96公里 ● 相对湿度 78－91％
●大气粒子 （AP）
理论概念
●灰霾（Dust-Haze) 气象概念
不同学科对灰霾的描述
●凝结核 CN ●云凝结核 CCN ●冰核 IN ●降尘 (dustfall) ●飘尘 RSP ●总悬浮颗粒物 TSP ●可吸入颗粒物 PM10 ●PM5.0 PM 2.5 PM1
云物理概念 云物理概念 云物理概念 环境概念 环境概念 环境概念
96-1-1
30
25
肇庆
20
15
10
5
0 53-1-1 63-1-1 73-1-1 83-1-1 93-1-1 03-1-1
日期
天数/月
30
25
中山
20
15
10
5
0 54-1-1 64-1-1 74-1-1 84-1-1 94-1-1 04-1-1
日期
能见度< 10km RH<90%
天数/月
佛山、东莞、肇庆、中山雾日的长期趋势
天数/月
30
25 20
佛佛山山
15
10
5
0
1957年1月 1967年1月 1977年1月
1987年1月
1997年1月
大气环境化学(5气溶胶化学)
被污染城市 1×105～4×106 30～150
100～3004
第五章 气溶胶化学
5.1 基本理论 5.
地点
Newark
Elizabeth
夏季IPM(D≤15um)
46.3
34.8
冬季IPM(D≤15um)
47.3
46.2
夏季IPM(D≤2.5um)
冷凝、凝聚，以及由大气化学反应所产生的各种气体分子转 化成的二次气溶胶。
粒径0.05μm～0.2μm。 不易被 干、湿沉降去除，主要是扩散去除。
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第五章 气溶胶化学
5.2 气溶胶的粒径分布 5.2.2、气溶胶粒子的三模态及其特性
* 粗粒子模(Coarse particle mode) 主要来源于机械过程所造成的扬尘、海盐溅沫、火山
0.5～2.5
0.01～0.5
3.0
0.25～1.5
3.45～11.0二次气溶胶
7.21～15.5
0.5～2.5
0.02～1.0
0.1～0.9
1.75～3.35(二次气溶胶
2.37～7.75
3
第五章 气溶胶化学
5.1 基本理论 5.1.2、气溶胶粒子的来源与汇
气溶胶粒子的环境浓度 表５－３ 气溶胶粒子的数浓度和体积浓度
0
D
2 p
n( D p
)dD p
0 ns (Dp )dDp
V 6
0
D
3 p
n(Dp )dDp
0 nv (Dp )dDp
11
第五章 气溶胶化学
5.2 气溶胶的粒径分布 5.2.1、气溶胶粒径分布函数的表示方法
图5-2
12
第五章 气溶胶化学
大气环境化学
环 境 化 学 实 验 教 材崔春月 主编资源与环境学院环境工程教研室目录第一章大气环境化学实验一空气中氮氧化物的日变化曲线实验二环境空气中烷烃的光催化氧化第二章水环境化学实验一水中悬浮固体的测定实验二水中苯系物的挥发速率实验三有机物的正辛醇-水分配系数实验四水溶液中染料浓度的测定实验五活性炭吸附等温线的测定第三章 土壤环境化学实验一土壤中农药的残留实验二土壤中阳离子交换量第四章综合实验实验一鱼体中氯苯类有机污染物的分析实验二农药在土壤中的迁移第一章大气环境化学实验一空气中氮氧化物的日变化曲线大气中氮氧化（NO x）主要包括一氧化氮和二氧化氮，主要来自天然过程，如生物源、闪电均可产生NO x。
NO x的人为来源绝大部分来自化石燃料的燃烧过程，包括汽车及一切内燃机所排放的尾气，也有一部分来自生产和使用硝酸的化工厂、钢铁厂、金属冶炼厂等排放的废气，其中以工业窖炉、氮肥生产和汽车排放的NO x量最多。
城市大气中2/3的NO x来自汽车尾气等的排放，交通干线空气中NO x的浓度与汽车流量密切相关，而汽车量往往随时间而变化，因此，交通干线空气中NO x浓度也随时间而变化。
NO x对呼吸道和呼吸器官有刺激作用，是导致支气管哮喘等呼吸道疾病不断增加的原因之一。
二氧化氮、二氧化硫、悬浮颗粒物共存时，对人体健康的危害不仅比单独NO x严重得多，而且大于各污染物的影响之和，即产生协同作用。
大气中的NO x能与有机物发生光化学反应，产生光化学烟雾。
NO x能转化成硝酸和硝酸盐，通过降水对水和土壤环境等造成危害。
一、实验目的1．掌握氮氧化物测定的基本原理和方法。
2．绘制城市交通干线空气中氮氧化物的日变化曲线。
二、实验原理在测定NO x时，先用三氧化铬将一氧化氮等低价氮氧化物氧化成二氧化氮；二氧化氮被吸收在溶液中形成亚硝酸，与对氨基苯磺酸发生重氮反应，再与盐酸萘乙二胺耦合，生成玫瑰红色偶氮染料，用比色法测定。
方法的检出险为0.01 ug/mL(按与吸光度0.01相应的亚硝酸盐含量计)。
大气气溶胶PPT课件
气溶胶分类（大气科学按粒径）
5
气溶胶的源和汇
6
气溶胶粒子对人体的危害
7
大气气溶胶的浓度
粒子浓度是表征大气气溶胶特性的一个重要的物理量 数浓度、质量浓度、化学成分的质量浓度、面积浓度和体
积浓度 数浓度指单位体积空气中悬浮的粒子数，通常用个/cm3为
单位。质量浓度指单位体积空气中悬浮粒子的质量，用 mg/m3或ug/m3为单位 气溶胶粒子的浓度变化范围很大，受地理、气象和地域经 济结构不同的影响有很大差异。通常认为气溶胶本底的质 量浓度约为10ug/m3，数密度约为300个/cm3
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大气气溶胶的浓度
气溶胶浓度有明显的季节变化和日变化。 春季高于夏季，采暖季高于非采暖季。 日变化与近地面有大气逆温层的生消有关。
9
大气气溶胶浓度随粒径的分布
大气气溶胶的浓度是 随其粒径不同而变化 的，就数浓度而言， 通常随尺度增加而减 小
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浓度分布函数
11
12
粒子浓度随尺度分布的经验关系
次生气溶胶是指由微量气体通过成核与凝结转化为粒子。
42
气溶胶粒子的成核作用
43
气溶胶粒子的均相成核
44
45
46
47
气溶胶粒子的非均相成核
当有外来粒子作为核心时，蒸汽分子凝结在该核心表面的 过程称为非均相成核
水溶性物质存在，或有现成的亲水性粒子存在时，常比纯 水更加容易成核、形成胚芽
55
谢谢！
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63
谢谢！
64
大气环境化学概述
大气环境化学概述一、引言大气环境化学是研究大气环境中各种化学成分与过程的相互作用和影响的一个重要学科，其研究对象包括大气中的气态和颗粒态污染物、大气化学反应过程、大气光化学和大气中的气溶胶等。
大气环境化学的研究对于理解和减少大气污染、改善空气质量、保护人类健康和生态环境具有重要意义。
二、大气环境化学的研究内容1.大气中的主要污染物：大气中的主要污染物包括臭氧（O3）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、挥发性有机化合物（VOCs）等。
2.大气中的化学反应过程：大气中的化学反应过程是大气环境化学的核心内容，包括氧化反应、光解反应、光化学反应等。
3.大气中的气溶胶：气溶胶是大气中的微粒，对大气光学特性、云和降水形成、空气污染等方面具有重要影响。
4.大气污染物来源与传输：大气污染物的来源包括自然来源和人为来源，而传输过程则直接影响大气污染的空间分布和浓度水平。
三、大气环境化学的研究方法1.实地观测：通过建立大气污染源监测站和气象站，实时监测和记录大气中的污染物浓度、气象参数等数据。
2.模型模拟：利用数学模型对大气中的化学反应过程和污染物传输进行模拟和预测，为空气质量预报提供科学依据。
3.实验室研究：通过实验室模拟大气环境中的化学反应过程，探究不同污染物之间的相互作用和影响。
4.多学科交叉研究：大气环境化学是一个跨学科领域，需要与大气物理学、气象学、环境科学等学科相互交叉，并结合相关技术手段开展研究。
四、大气环境化学研究的应用与前景1.空气质量管理与控制：大气环境化学研究为改善空气质量提供科学依据，指导制定大气污染防治政策和措施。
2.气候变化研究：大气中的气溶胶和温室气体等化学成分对气候变化起着重要作用，大气环境化学研究对于气候变化机制的解析具有重要意义。
3.健康保护与风险评估：大气污染物对人类健康和生态环境产生危害，大气环境化学研究可以帮助评估大气污染对人体健康和生态系统的影响，保护人类健康。
五、结语大气环境化学作为一门交叉学科，已经成为应对大气污染和气候变化等环境问题的重要研究领域。
大学《大气环境化学》课件：第五章 气溶胶化学
1
第一节： 引言
气溶胶：液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳 定的悬浮体系 动力学直径：０.００３～１００μｍ，也称为大气颗粒物
2
二、粒径
1.光学等效直径：与直径Dp的球形粒子具有相同的光散 色能力的不规则粒子，定义Dp为所研究粒子的光学等效 直径。粒子的光散射能力与光波波长有关，一般以 0.55μm绿光作为标准 2.体积等效直径或几何直径：与直径为Dp的球形粒子具 有相同体积的不规则粒子，定义Dp为所研究粒子的体积 等效直径。 3.空气动力学等效直径：与直径为Dp且密度为1g/cm3的 球形粒子具有相同终端降落速度的不规则粒子，定义Dp 为所研究粒子的等效空动力学直径。 各种等效直径描述的不是单个粒子的粒径，而是粒子群 的统计特征。
2 ln2 g
2
式中，N——气溶胶总数浓度；
D pg——峰值对应的粒径； ln g——正态分布的标准偏差
9
2. 幂指数分布
dN Cr dr
幂函数
r 粒子半径 C 不随r改变的常数
nN lg Dp
C Dp
不适用于表面积和体积浓度谱分布的拟合
3. 修正的Γ谱分布
nN Dp ADbp exp BDpc
N
b1
AB c
b 1
c
c
1
Dm
b Bc
c
10
三、气溶胶粒子的三模态及其特性
爱根核模：小于0.05μm 燃烧过程产生的一次气溶胶和气 体转化生成 积聚模：0.02~2 μm 爱根核膜的凝聚 粗模态 ：大于2 μm 机械过程造成的一次气溶胶
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12
细粒子和粗粒子之间很少相互作用
13
模态 核膜 积聚模 粗模
《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
大气气溶胶PPT课件
来源； 另一方面，随着工业的不断发展，人类各种活动越来
越占主导地位，以至在气溶胶粒子中人为源所占比例逐年 增加。
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二．汇
1．干沉降：
颗粒物在重力作用下或与地面及其它物体碰撞后，
发生沉降而被除去。粒径越大，沉降速度越快（v∝d 2） 沉降速度为v的粒子，从该粒子密度最大的高
5
二．粒径
大气颗粒物的大小或称粒径是粒子的最重要的性质， 一般用半径或直径表示，这就意味着将它们看成球体。大 气气溶胶的粒子形状是很复杂的，有接近球形的液体微粒， 有片状、柱状、针状晶体微粒，有雪花状晶体微粒，还有 形状及不规则固体微粒。
空气动力学等效直径
若不规则气溶胶粒子沉降速率与密度=1的球形粒 子沉降速率相同，则这个球形粒子的直径就被定义为所 研究粒子的空气动力学等效直径。
胶体分散法
胶体溶液 气溶胶 （空气介质）
分子分散系 凝聚法
真溶液
分子形式存在
4
大气气溶胶的作用
❖ 当太阳光通过大气时，气溶胶粒子能够散射 太阳光，使大气能见度降低，减弱了太阳的辐 射。 ❖ 由于气溶胶粒径特别小，表面积大，因此为 大气中的许多化学反应提供了良好的反应床； ❖ 某些化学成分（如微量金属离子）对许多化 学反应都有催化作用。
② 液态气溶胶——雾 由液滴分散在空气中形成的液态气溶胶，称为雾。
③固液混合态气溶胶——烟雾
由固液两种微粒分散在空气中形成的固液混合态气溶胶叫
烟雾。
11
四．气溶胶的浓度
质量浓度(mg/m3 ), 数浓度（个/cm3）。
通常认为气溶胶本底的质量浓度约为 10 ug/m3 ，数浓度约为300个/cm3；
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Vm 3c m 36 D 3 p n N eln D pdln D p
nV e lnDpdlnDp
二、大气气溶胶谱分布的经验描述
用平均粒径和谱分布范围的方差来描述气溶胶分布 假设一个离散分布由M组粒径为Dk、数浓度为Nk(k=1,2.。。M）的 气溶胶粒子组成
形态 分散质 轻雾 水滴
浓雾 液滴
气溶胶形态及其主要形成特征
粒径/μm
形成过程
主要效应
>40 雾化、冷凝
净化空气
<10
雾化、蒸发、凝结和 降低能见度，有时影响人
凝聚
体健康
粉尘 固体粒子
>1
机械粉碎、粉尘、煤 燃烧
能形成水核
烟尘 固、液微粒 烟 固粒微粒 烟雾 液滴、固粒 烟炱 固粒微粒
0.01~1 <1 <1 ~0.5
1 N
0 D P n N D P dD
p
2
0
DP
D
2 P
n N D P dD
0 n N D P dD p
p
1 N
0
DP
D
2 P
nN
DP
dD p
1.对数分布函数
nN e lnDp
dN dlnDP
c
c
1
Dm
b Bc
c
三、气溶胶Leabharlann 子的三模态及其特性爱根核模：小于0.05μm 燃烧过程产生的一次气溶胶和气 体转化生成 积聚模：0.02~2 μm 爱根核膜的凝聚 粗模态 ：大于2 μm 机械过程造成的一次气溶胶
细粒子和粗粒子之间很少相互作用
模态 核膜 积聚模 粗模
各种粒子模相互作用的凝聚速率
N
N Nk k 1
N
DP
N kDk
k 1
M
Nk
1 N
M
N kDk
k 1
k 1
N
2
N kDk
k 1
M
Nk
1 N
M
Nk
Dk
D
2 p
k 1
k 1
DP
0 D P n N D P dD p
0 n N D P dD p
3.空气动力学等效直径：与直径为Dp且密度为1g/cm3的 球形粒子具有相同终端降落速度的不规则粒子，定义Dp 为所研究粒子的等效空动力学直径。 各种等效直径描述的不是单个粒子的粒径，而是粒子群 的统计特征。
三、分类
1. 按颗粒物成因分 分散性气溶胶 凝聚性气溶胶
2. 按颗粒物的物理状态分 固体气溶胶 液态气溶胶 固液混合态气溶胶
第一节： 引言
气溶胶：液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳 定的悬浮体系
动力学直径：０.００３～１００μｍ，也称为大气颗粒物
二、粒径
1.光学等效直径：与直径Dp的球形粒子具有相同的光散 色能力的不规则粒子，定义Dp为所研究粒子的光学等效 直径。粒子的光散射能力与光波波长有关，一般以 0.55μm绿光作为标准 2.体积等效直径或几何直径：与直径为Dp的球形粒子具 有相同体积的不规则粒子，定义Dp为所研究粒子的体积 等效直径。
3. 按气溶胶粒径大小分 总悬浮颗粒物 TSP 分散在大气中的各种离子的总称 1 飘尘 ： 可在大气中长期漂浮的悬浮物 <10μm 降尘：用降尘罐采集到的大气颗粒物 >30μm 可吸入颗粒物PM10 细粒子 PM2.5
4. 其它相关概念 一次气溶胶二次气溶胶 均质气溶胶(化学性质相同） 单谱气溶胶（粒径相同） 多谱气溶胶
各种硫酸盐气溶胶粒子的相对危害能力
粒子种类 η H₂SO₄ 100
ZnSO₄ 19 CuSO₄ 2 MnSO4 -0.9
粒子种类 η
Zn（
33
NH₃）
₃SO₄
(NH₄) 10 ₂SO₄
FeSO₄ 0.7
粒子种类 η
Fe₂
26
(SO₄) ₃
NH₄SO₄ 3
Na₂SO₄ 0.7
第二节 气溶胶的粒径谱分布
核膜
积聚模
31
-
79
4.8
0.5
0.0013
单位：%h-1
粗模 -
0.0005
新鲜气溶胶一般以核膜为特征的单峰型，“老化”气溶胶表面积 和体积分布以细粒子粗粒子为特征的双峰型。
第三节 气溶胶粒子的成核作用
气溶胶粒子的成核是通过物理过程和化学过程形成的， 气体经过化学反应，向粒子转化的过程从动力学角度可以 分为4步：
ns D p
dV dD p
单位：
m 3 m 1 cm 3
基于对数的谱分布函数
nN Dp
nN Dp N
ny Dp 6D3 pnN Dp
n sD pD p 2 n ND p
N个 cm 3 nN e lnDpdlnDp Sm2c m 3 Dp 2nN e lnDpdlnDp
一.气溶胶的粒径谱分布函数
气溶胶粒子谱分布描述多谱气溶胶浓度随粒子尺度的分布
数浓度、表面积、体积分布函数
n p
dN dD
单位：个
m 1 cm 3
N 0 n N D p dD p
ns D p
dS dD p
单位：
m 2 m 1 cm 3
21N 2lng
lnDp lnDpg
2ln2g
2
nN Dp
ddD N P 212D Np
lng
2
lnDp lnDpg
2ln2g
式中，N——气溶胶总数浓度；
D pg ——峰值对应的粒径；
ln g——正态分布的标准偏差
影响能见度
升华、冷凝、燃烧
降低能见度，影响人体健 康
冷凝、化学反应
降低能见度，影响人体健 康
燃烧过程、冷凝、化 影响人体健康 学反应
霾 液滴、固粒 <1 凝集、化学反应
湿度小时有吸水性，降低 能见度，影响人体健康
四、气溶胶对人体健康的影响
非硫硫酸酸的的硫硫引引起起的 流 的阻 气 的 肺力 流 阻 气的 力 100
2. 幂指数分布
dN Cr dr
幂函数
r 粒子半径 C 不随r改变的常数
nN lgDp
C Dp
不适用于表面积和体积浓度谱分布的拟合
3. 修正的Γ 谱分布
n N
Dp
AD
b p
exp
BD
c p
N
b 1
AB c
b 1