环境化学第3章大气环境化学
大气环境化学及空气污染预防
大气环境化学及空气污染预防随着工业的发展和城市化进程的加速，空气污染日益成为人们关注的焦点。
各种有害的化学物质在空气中逐渐积累，给人们的健康带来了严重的威胁。
因此，预防空气污染成为了现代大气环境化学的重要研究方向之一。
一、大气环境化学简介大气环境化学研究大力气改善和保护大气环境的方法、技术和理论。
其中，空气污染成为研究主要内容。
空气污染是人类活动的产物，主要由以下因素引起：1. 工业排放。
工业生产过程中，会产生大量的污染物，其中包括有害气体、废水和固体废弃物等。
2. 交通排放。
汽车和其他交通工具产生的废气同样也是空气污染的主要来源，其中包括二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物和颗粒物等。
3. 自然因素。
自然的火山爆发、自然气体的排放、植被的燃烧等都会在一定程度上导致空气污染的程度增加。
研究大气环境化学，主要是通过利用现代科学技术对空气中的污染物质进行监测和分析，进而探究其形成的机理和分布特点，以便采取相应的措施，避免和减轻空气污染的影响。
二、空气污染预防目前，空气污染对人类生活和健康的影响正在逐渐加深，因此加强空气污染防治至关重要。
以下措施有助于预防空气污染的发生和蔓延：1. 降低工业排放。
建立和实施科学有效的环境监控体系，采取合理、成本低廉的减排技术和方法，从源头上减少工业排放，实现清洁生产，减低大气环境中的有害化学物质含量。
2. 推广新能源汽车。
新能源汽车作为一种低碳、清洁的交通工具，可以有效地降低空气污染。
政府可以制定完善的补贴政策，促进新能源汽车的推广和普及。
3. 发展清洁能源。
清洁能源如太阳能、风能、水能，不但可以降低空气污染，还能有效地减轻能源供应压力。
国家可以鼓励并支持清洁能源的发展，真正做到“绿色发展”。
4. 加强环境监管。
建立完善的监测系统，及时监测大气环境中的污染物质，采取有效措施加强环境监管，对违法排污行为进行严惩。
三、大气环境化学的发展前景由于空气污染对人类健康和生命的影响日益突出，大气环境化学研究成为了一个重要的学科。
03环境科学概论-大气环境
空气中氧化剂特别是O3也包括PAN（过氧乙酰硝酸酯） 及其他化合物是烟雾形成的指标。
发生光化学烟雾还必须有烃类参加，烯烃特别能使烟 雾形成，也必须有NOx参加，NOx是建立导致烟雾形成的 起始光化学过程。 •光化学烟雾三个重要条件：NOx、HCs和紫外线
氮氧化物危害：
氮氧化物可以转化为硝酸，是形成酸雨主要物 质之一
形成光化学烟雾的重要物质 消耗臭氧的重要因子 NO2对人有生理刺激和腐蚀作用，引起城市居
民产生急性呼吸道病变的一种原因 可腐蚀织物、材料、破坏染料，使之褪色 危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎
D.碳的氧化物
CO主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色 无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻 碍体内氧气的传输，使人体缺氧，导致死亡。
或者污染物之间相互反应，从而生成与原来的物质在理化性质 上完全不同的新的污染物
B.根据物理状态
• 固态、液态和气态
C.根据化学组成、性质
• 碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物、氧化剂、颗粒 物及气溶胶、放射性物质
主要污染物
类别
一次污染物
含硫化合物 含氮化合物 碳的氧化物 碳氢化合物 含卤素化合物
PM2.5 染毒病理实验
PM2.5染毒剂量增加 •肺泡上皮细胞增生 •间质血管扩张淤血 •肺泡壁逐渐增厚
B.含硫化合物
• 主要指H2S、SO2和SO3。湿度大的情况下，含硫化 合物最终被氧化形成硫酸，是硫酸型酸雨的主要来 源。
• 二氧化硫是一种无色的刺激性气体, 腐蚀性很大， 会严重刺激人的呼吸系统，使人出现咳嗽、嗓子疼、 胸闷和感到呼吸受阻，刺激腐蚀人的肺部，可造成 肺气肿和支气管炎，并加重哮喘病情。
大气环境的化学组成与分析
大气环境的化学组成与分析随着光污染、噪声污染、水污染等问题逐渐被重视，人们逐渐开始更加关注大气环境的化学组成与分析。
大气环境是人类生活、工作、学习等必不可少的环境之一，而了解其化学组成和分析则是控制空气污染的关键。
因此，本文将着重介绍大气环境的化学组成及相关分析方法，旨在加深大众对于大气环境污染控制的认识。
一、大气环境的化学组成大气环境主要由气体、颗粒物和气溶胶组成，其中气体和颗粒物是大气污染的主要形式。
气体分为自然气体和污染气体两种，其中自然气体主要是氮气、氧气、水蒸气、惰性气体等，在大气环境中不会对人的健康产生危害。
而污染气体则主要包括二氧化硫、氮氧化物、臭氧、一氧化碳、甲烷等，这些污染气体都会对人的健康产生不同的影响。
颗粒物则是指空气中悬浮的固体或液体细小颗粒，主要来源于交通运输、工业排放等人类活动。
颗粒物的直径越小，则对人体的危害也越大。
常见的颗粒物有可吸入颗粒物（PM10），可入肺颗粒物（PM2.5），细小颗粒物（PM1.0）等。
气溶胶则是介于气态和颗粒态之间的细小颗粒，其大小一般在0.1微米到1微米之间。
气溶胶具有极强的光学、化学等特性，能够影响大气环境的物理、化学、生态等过程。
二、大气环境的化学分析方法大气环境的化学分析方法主要包括实地采样分析和遥感分析两种。
实地采样分析方法是通过在大气环境中采集空气样本，然后对这些空气样本进行实验分析，以确定其中的污染物含量。
常用的实地采样方法包括主动式采样和被动式采样。
主动式采样是指在不同的大气污染源头设置采样点，对空气进行采样、监测和分析。
而被动式采样则是指直接在一个地点采样，观察不同污染物的变化。
遥感分析方法则是通过卫星、飞机等远距离观测设备，对大气环境进行监测和分析。
遥感分析方法具有非接触式、远距离等特点，能够对大范围的大气环境进行实时监测和分析。
遥感分析方法主要用于掌握大气环境的总体情况和污染情况，也可用于建立大气环境污染预警系统。
三、大气环境化学分析的意义了解大气环境的化学组成和分析对于人类的生命健康以及经济社会的可持续发展有着十分重要的意义。
环境化学大气部分
第四节
大气圈中的主要环境问题
极度紫外区
十一、臭氧层的形成与耗损
第四节
大气圈中的主要环境问题
第四节
大气圈中的主要环境问题
1、臭氧层形成与耗损的化学反应
形成：
O2+hν
λ≤243nm
O+O
O3+M
(a)
(b )
O+O2+M
总反应： 3 O2+hν
2O3
6.26
6.39 4.14
美国新罕布尔1974）
挪威南部内陆1972 挪威南部沿海1974
2.2
2.0 3.0
3.94
4.32 4.15
贵州环保（1982）
厦门市（1982） 杭州市（1983）
20.5
27.9 10.4
4.25
5.95 4.40
日本干代田1974
东京调布（1974） 日本浦和（1974）
第四节
大气圈中的主要环境问题
7、酸雨的防治 （1）制定大气质量标准，加强排放控制。 （2）调整能源结构。 （3）开发利用煤炭新技术。 （4）加强监测和研究，掌握排放和迁移状况。 （5）改进技术，提高能源利用率。
第四节
大气圈中的主要环境问题
某次雨水的分析数据如下： [NH4+] = 2.0×10-6 mol/L, [Cl-] = 6.0×10-6 mol/L； [Na+] = 3.0×10-6 mol/L, [NO3-] = 2.3×10-5 mol/L； [SO42-] = 2.8×10-5 mol/L, 则此次雨水的pH值大约为 ： A. 3 B. 4 Βιβλιοθήκη . 5 D. 6110
23
化学教学教案：环境化学与大气污染研究
● 05
第五章 大气清洁技术与应用
大气清洁技术概 述
大气清洁技术包括燃 烧净化技术、脱硫技 术、脱硝技术、 VOCs处理技术等。 这些技术通过减少大 气污染物的排放，促 进环境改善和保护环 境健康。
大气清洁技术的应用
工业废气处 理
减少工业排放的 污染物
生活垃圾焚 烧处理
降低焚烧产生的 有害气体
绿色转型
培养环境保 护人才
培养具备环保意 识和环保技能的
专业人才
环境保护的使命
环境保护是每个人的使命，我们需要以更加积极 的态度去保护我们的地球，只有这样，我们才能 够留给后代一个美好的家园。
● 08
第八章 参考文献
参考文献列表
01 引用文献1
作者:XXX, 出版日期:XXXX
02 引用文献2
大气污染物 的控制技术
包括静电除尘、 活性炭吸附等技
术手段
臭氧层破坏
氮氧化物等大气 污染物破坏臭氧
层
● 04
第四章 大气污染的监测与评 价
大气污染的监测方法
定点自动监 测
监测站点固定， 能够实时监测环
境变化
遥感监测
利用卫星等远程 探测技术进行监
测
移动监测
可以选择多个监 测地点，全面监
测大气状况
气候变化对大气污 染的影响
气候变化加剧了大气污染 问题，如雾霾等大气污染 现象频繁发生。
国际合作与技术交流 的机遇
通过国际合作与技术交流， 可以共同应对大气污染问 题，促进环保技术的发展。
未来大气污染治理的方向
加强法律法 规建设
建立健全的法律 法规体系，加强 对大气污染的监
管。
加大科研投 入
加强科研力量， 研发更多高效的 大气污染治理技
大气环境化学
大气环境化学1、大气的组成2、大气组分动态平衡的盒子模式源：大气组分产生的途径和过程→源强：进入大气的组分输入速率(Fi）汇：指大气组分从大气中去除的途径和过程→汇强：从大气输出组分的速率（Ri）（降水湿去除、化学反应转化、地表物质吸收或反应去除、向平流层输送）当Fi＝Ri时，大气组分的质量Mi恒定；当Fi>Ri时，污染物相对积累3、停留时间停留时间（平均停留时间）：某种组分在进入大气后到被清除之前在大气中停留的平均时间τ＝大气中的总贮量Mi / Fi 或者RiQ：研究停留时间的意义？某组分的停留时间越长，表明该组分在离开大气或转化成其它物质以前，在环境中存留的时间也越长；表明该组分在大气中的储量相对于输入（出）来说是很大的，即使人类活动改变了该组分的的输入（出）速度，对其总量的影响也不明显；若组分停留时间越短，其输入（出）速率的改变就对总贮量很敏感。
[计算1] 已知CH4在对流层的平均浓度c＝1.55×10－6（w/w），且不随时间变化；已知：大气的总质量5.14×1018 kg；F CH4＝R CH4＝1.5×1014（mol/a）；对流层占总大气圈质量的比例：3/4；CH4的相对分子质量为16；[计算2] 全球对流层清洁大气中总硫的平均浓度c＝1×10-9 （w/w），Fs＝Rs＝200×1012 g/a；大气的总质量5.14×1018 kg；对流层占总大气圈质量的比例：3/4求大气中硫的停留时间？（结果用天表示）4、环境本底值环境本底值：指自然环境在未受污染的情况下，各种环境要素中的化学元素或化学物质的基线含量，又叫环境背景值。
大气组成的“本底值”——近海平面洁净的大气组分的含量来表示。
5、大气的化学组成主要组分：氮气（N2）、氧气（O2）次要组分：氩气（Ar）和二氧化碳（CO2）－占总大气的99.992％（体积分数）痕量组分：惰性气体和微量有毒气体－NO、NO2、CO、SO2、H2S干洁大气（干燥清洁的大气）组分：N2（78%）、O2（21%）、Ar、CO26、大气污染物组成分类气态污染物－常温下是气体或蒸汽，就是以气态方式输入并停留在大气中的污染物，包括SOx、NOx、COx、CH、CFCs－占90%；大气颗粒物－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。
2-3 大气环境化学3
大气中污染物的迁移2大气的组成及其主要污染物1大气中污染物的转化3几种代表性的大气污染环境问题4第二章大气环境化学大气污染物按化学组成分类：•含氮化合物（NOx）•含碳化合物（CO, CO, 碳氢化合物HC）2•含硫化合物（SO, H2S, SO3, CS2等）2•含卤素化合物（卤代烃，氯化物，氟化物等）•颗粒物•放射性物质等大气中硫氧化物（SO X ）包括SO 2、SO 3、H 2SO 4、SO 42-，其中SO 2为一次污染物，其余均是由SO 2氧化转化形成二次污染物。
SO 2是最早为人类注意的大气污染物之一，世界历史上发生的八大公害事件中，有一半与之有关：1930年12月比利时马斯河谷烟雾事件，一周内造成60多人死亡（逆温）；1948年10月美国多诺拉烟雾事件，40%的人患病，20人丧生；1952年12月伦敦烟雾事件，5天逆温，约4000人死亡；1961年日本四日市哮喘事件，患者达817人，死亡数十人。
七、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染七、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染对人类健康（主要是刺激呼吸道）、生态环境等均有直接危害SO2在大气中的氧化问题受到人们的作用，而其氧化产物则危害更大，SO2重视。
500ppm 的SO会导致人死亡；损伤叶片，作物减产；腐蚀建筑材料21、SO2的来源和消除•来源：天然源（火山喷发）人为源（矿物燃料燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸生产过程等）人为排放的SO2中有60%来自煤的燃烧，30%来自油的燃烧和炼制。
•消除：形成硫酸或硫酸根，其中SO2→ SO3转化是关键一步；通过干沉降、湿沉降去除。
2、SO2的浓度特征•本底值存在明显的地区变化和高度变化；•其浓度变化与污染源和当地的气象条件（风向、风速、大气稳定度、低层逆温等）有关；3、SO2的转化氧化途径的多样性以及氧化途径受反应条件（如反应由于大气中SO2的化学反应变得物组成、光照、温度和催化剂等）影响较大，使大气SO2十分复杂，其反应途径一般有四种：（1）光化学氧化；（2）被自由基氧化；（3）液相氧化（4）颗粒物表面上的反应。
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。
大气环境化学迁移
第一章 第二章 第三章 第四章
大气中污染物的迁移过程 大气污染物的光化学转化过程 酸沉降的化学转化过程 气溶胶化学
第一章 大气中污染物的迁移过程
第一节 大气圈 一、 大气圈的结构 二．大气的组分 三．大气中的重要污染物 四. 温室效应及温室气体 五．大气中化合物的半衰期和寿命 第二节 大气中污染物的迁移过程 一．逆温现象 二．扩散 三．干沉降 四．湿沉降
气态污染物是指常温下是气体或蒸汽（gases and vapors），就是以气态方式输入并停留在大气中的 污染物，包括SOx、NOx、COx、HC等；
大气颗粒物是指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，也称气溶胶。云的 形成和湿沉降（雨、雪、雹和雾等）过程。能散射 太阳光。表面积大（催化），化学反应床。
（3）空气密度大。平均厚度10~12km。仅是大 气层厚度的1%，但是大气总质量的3/4以上。
（4）天气现象复杂多变。云、雨、雪、冰雹和 雷电等气候现象都发生在对流层中。
2. 平流层（stratosphere）
从对流层顶开始到50 km，称为平流层。特点：
（1） 在下层（12~20km），随高度的增加，气温几乎 不变化。然后，气温随高度增加而升高。原因是重 新反应生成臭氧时，释放出大量的热。臭氧具有吸 收太阳短波紫外线的能力，可防止地球表面遭受高 能辐射的伤害。
（2）空气垂直对流运动很小，只能平流运动。故污 染物会形成一薄层，遍布全球。
（3）空气稀薄得多，水汽、尘埃的含量极少，很少出 现天气现象。大气透明度好，利于超高速飞机飞行, 然而，会破坏臭氧层。
3. 中间层（mesosphere）
从平流层顶（50 km）至85 km。更为稀 薄，气温随高度的增加而降低, 热源仅靠其 下的平流层，垂直运动相当强烈。在约60 km的高空，受到阳光照射的大气分子开始 电离，所以在60~80 km之间是均质层转向 非均质层的过渡层。
大气环境化学
HO·自由基氧化，不溶于水）,不易在对流层被去 除，只可能扩散进入平流层 • 危害：破坏臭氧层p46；导致温室效应（吸收红 外线的能力比CO2强得多）p47
第37页，共127页，编辑于2022年，星期日
• 大气中污染物迁移是指由污染源排放的污染
• CH4的排放源主要分布在北半球 p42图
2-20
• CH4的浓度虽然有季节和若干年的周期变
化，但总体上逐年增加的趋势是十分明 显的
第35页，共127页，编辑于2022年，星期日
• 含卤素化合物：
• 主要指有机的卤代烃和无机的氯化物、氟化物， 其中以有机卤代烃对环境影响最为严重
• 简单卤代烃、氟氯烃类 • 常见为甲烷的衍生物，主要为天然来源（海洋
• 消除：最终转化成硝酸和硝酸盐经 干、湿沉降从大气中消除，其中湿
沉降是最主要的方式
第16页，共127页，编辑于2022年，星期日
• NOx的形成机理：
• 燃料中的含氮化合物在燃烧过程中
氧化生成NOx • 空气中的N2在燃烧过程中在高温条
件下氧化生成NOx p29
第17页，共127页，编辑于2022年，星期日
甲烷的来源、消除、浓度分布特征
第32页，共127页，编辑于2022年，星期日
• CH4有人为和天然来源 p39表2-2除燃烧
和原油天然气泄漏外，其它产生CH4的机 制都是厌氧细菌的发酵作用 • 反刍类动物
• 水稻田是中国大气中CH4的最大排放源， 排放量受多种因素影响
第33页，共127页，编辑于2022年，星期日
• 混合物中空气的量少于化学计量的量——富燃 料；反之则为贫燃料