1、环环 境境 化化 学学 Environmental chemistry 1环环境境化化学学第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 大气环境化学大气环境化学第三章第三章 水环境化学水环境化学第四章第四章 土壤环境化学土壤环境化学第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复第六章典型污染物在环境各第六章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应圈层中的转归与效应第五章生物体内污染物质第五章生物体内污染物质的运动过程及毒性的运动过程及毒性2环境化学环境化学: 它是它是环境学环境学与与化学学科化学学科之间的交叉学科。之间的交叉学科。研究对象：研究对象： 环境污染物环境污染物 环境问题环境问题什么是环境化学？什
2、么是环境化学？3 据统计。目前登记在册的化学物质大约有700万种，其中常用的化学物质有7万种，并且每年有1000多种新的化学物质问世。化学化学人类进步的关键人类进步的关键4 一、全球变暖一、全球变暖二、臭氧层破坏二、臭氧层破坏三、酸雨三、酸雨四、生物多样性减少四、生物多样性减少化学化学引起环境问题引起环境问题5五、森林消失五、森林消失六、土地荒漠化六、土地荒漠化七、大气污染七、大气污染八、水污染八、水污染化学化学引起环境问题引起环境问题6九、海洋污染九、海洋污染十、危险性废物越境转移十、危险性废物越境转移 化学化学引起环境问题引起环境问题7思 考 1. 环境问题是如何产生的？环境问题是如何产生
3、的？ 2. 环境问题和化学物质的生产和使用存在环境问题和化学物质的生产和使用存在怎样的关系？怎样的关系？ 3.如何治理人类当前面临的环境问题？如何治理人类当前面临的环境问题？8 环境污染物环境污染物2环境化学环境化学1第一章第一章 绪绪 论论91.1环境污染（环境污染（Environmental pollution) 环境污染环境污染: 由于由于人为因素人为因素使使环境环境的构成或状态发的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱了生态系统和人生变化，环境素质下降，从而扰乱了生态系统和人们的正常生活条件和生产条件，就叫做环境污染。们的正常生活条件和生产条件，就叫做环境污染。 环境问题：既可由环
4、境问题：既可由自然因素自然因素引起，也可由引起，也可由人为人为因素因素引起。引起。1. 环境问题环境问题(Environmental Problems)10地表生态系统图例地表生态系统图例111.2 造成环境污染的因素：造成环境污染的因素： 有有物理的、化学的和生物物理的、化学的和生物的三方面，其中由的三方面，其中由化学物质引起的约占化学物质引起的约占80%-90%。 物理性：热污染、噪声污染、放射性物理性：热污染、噪声污染、放射性 化学性：重金属、有机化合物、含氮化合物化学性：重金属、有机化合物、含氮化合物 生物性：病菌（非典型肺炎、疯牛病）生物性：病菌（非典型肺炎、疯牛病）121.1.3
5、3 人类对现代环境问题的认识过程人类对现代环境问题的认识过程F第一阶段：第一阶段：20世纪世纪60-70年代年代 美国洛杉矶光化学烟雾美国洛杉矶光化学烟雾 美国多诺拉烟雾事件美国多诺拉烟雾事件 英国伦敦烟雾事件英国伦敦烟雾事件 比利时马斯河谷事件比利时马斯河谷事件 日本水俣病事件日本水俣病事件 日本骨痛病事件日本骨痛病事件 日本米糠油事件日本米糠油事件 日本四日市哮喘事件日本四日市哮喘事件八八大大公公害害事事件件13 环境问题只是一个污染问题，没有与生态环境问题只是一个污染问题，没有与生态自然与社会因素联系起来。自然与社会因素联系起来。 环保节日：环保节日： 世界地球日：世界地球日：4月月22
6、日日 世界环境日：世界环境日：6月月5日日14世界地球日的由来 年，美国民主党参议员盖洛德。尼尔森提议，在全国各大学校园内举办环保问题讲演会，并将次年的月日作为“地球日”。 1970年4月22日，由美国哈佛大学学生丹尼斯海斯发起并组织的环境保护活动，犹如星火燎原。全美国共有2000多万人参加，约1万所中小学，2000所高等院校和全国的各大团体参加了这次活动，这一天就成了第一个地球日。 丹尼斯海斯15世界环境日 1972年6月5日在瑞典首都斯德哥尔摩召开联合国人类环境会议，会议通过了人类环境宣言，并提出将每年的6月5日定为“世界环境日“。同年10月，第27届联合国大会通过决议接受了该建议。 16
7、20世纪70年代以来的公害事件17F第二阶段：第二阶段：20世纪世纪80-90年代年代 提出了提出了“持续发展持续发展”的战略的战略 把经济发展和环境保护相结合。把经济发展和环境保护相结合。 F第三阶段：第三阶段：90年代以来年代以来 巩固和发展巩固和发展“持续发展持续发展”的战略思想。的战略思想。 把环境保护与经济、社会协调发展。把环境保护与经济、社会协调发展。 18二、环境化学二、环境化学 1. 环境化学的发展环境化学的发展 环境化学的发展：环境化学的发展： 孕育阶段：二次大战孕育阶段：二次大战-1970-1970年；年； 形成阶段：形成阶段：7070-80-80年代；年代； 发展阶段：发
8、展阶段：8080年代。年代。 19 二次大战二次大战-20-20世纪世纪6060年代：研究环境中农药年代：研究环境中农药（有机氯）残留行为。（有机氯）残留行为。寂静的春天寂静的春天- -卡逊卡逊 2020世纪世纪7070年代：出版一系列专著，建立一系列年代：出版一系列专著，建立一系列研究计划。研究计划。增长的极限增长的极限 20 20世纪世纪80年代：生命元素的生物地球化年代：生命元素的生物地球化学循环、化学品安全评价、全球变化及全球学循环、化学品安全评价、全球变化及全球性环境问题研究。性环境问题研究。212.2.环境化学的定义环境化学的定义 环境化学环境化学：环境化学是一门研究环境化学是一门
9、研究有害化学物质有害化学物质在在环境介质中的环境介质中的存在、化学特性、行为存在、化学特性、行为和和效应效应及其及其控控制制的化学原理和方法的科学。的化学原理和方法的科学。223. 环境化学的研究内容环境化学的研究内容l有害物质在环境中存在的浓度水平和形态；有害物质在环境中存在的浓度水平和形态；l潜在有害物质的来源，它们在个别环境介质潜在有害物质的来源，它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；中和不同介质间的环境化学行为；l有害物质对环境和生态系统以及人体健康产有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性；生效应的机制和风险性；l有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止有害
10、物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。产生危害的方法和途径。23举例分析：如对于酸雨，环境化学研究哪些内容？1.SO2在各圈层中的浓度和形态呈怎样分布？2.是否还有其他物质能够引起酸雨，其迁移转化行为是怎样的？3.SO2及潜在有害物质在环境中经过迁移转化将会产生哪些危害，其危害机制如何？4.如何预防酸雨的产生或减缓酸雨产生的危害？ 244. 环境化学的研究特点环境化学的研究特点从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径；象与变化的化学机制及其防治途径； 其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和其核心是研
11、究化学污染物在环境中的化学转化和效应。效应。 污染物种类众多，形态多变；浓度低；分布广泛，污染物种类众多，形态多变；浓度低；分布广泛，组成复杂，易迁移转化。组成复杂，易迁移转化。255. 环境化学的分支学科及发展动向 国际上： 元素的生物地球化学循环、化学品安全评价、全球气候变化等。 国内： 以有机物污染为主的水质污染；以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有害废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。26环境化学环境化学环境分析化学环境分析化学各圈层的环境化学各圈层的环境化学污染生态化学污染生态化学环境理论化学环境理论化学污染控制化学污染控制化学27环境分析化学环境分析化学 内容内容
12、: 研究环境中污染物的种类、成分，以及研究环境中污染物的种类、成分，以及如何对环境中化学污染物进行定性分析和定量分如何对环境中化学污染物进行定性分析和定量分析的一个学科。析的一个学科。 动向动向:分析方法标准化、分析技术自动化、计分析方法标准化、分析技术自动化、计算机在分析中的应用、多种方法和仪器的联合使算机在分析中的应用、多种方法和仪器的联合使用以及痕量和超痕量分析等用以及痕量和超痕量分析等. 28l各圈层环境化学各圈层环境化学内容内容: 研究化学污染物在大气、水体和土壤环境研究化学污染物在大气、水体和土壤环境中的形成、迁移、转化和归趋过程中的化学行为中的形成、迁移、转化和归趋过程中的化学行
13、为和生态效应。和生态效应。动向动向: （1）大气环境化学）大气环境化学: 酸雨、温室效应、臭氧层破酸雨、温室效应、臭氧层破坏、颗粒物、光化学烟雾等。坏、颗粒物、光化学烟雾等。（2）水环境化学：重金属及持久性有毒有机污）水环境化学：重金属及持久性有毒有机污染物。染物。（3）土壤环境化学：农药的迁移转化和归趋。）土壤环境化学：农药的迁移转化和归趋。29（4）污染生态化学：化学污染物的生态毒理学和）污染生态化学：化学污染物的生态毒理学和作用机制。作用机制。（5）环境理论化学：研究环境界面吸附的热力学）环境理论化学：研究环境界面吸附的热力学和动力学，定量结构与活性关系，环境污染预测和动力学，定量结构与
14、活性关系，环境污染预测模型。模型。30 污染控制化学污染控制化学 内容：研究控制污染的化学机制和工艺技术中内容：研究控制污染的化学机制和工艺技术中的基础性化学问题。的基础性化学问题。 动向：控制模式从终端污染控制模式向全过程动向：控制模式从终端污染控制模式向全过程控制模式转变；控制模式转变； 提出了污染预防提出了污染预防、清洁生产清洁生产、绿色化学等一系列污染控制的战略思路；绿色化学等一系列污染控制的战略思路； 31第二节第二节 环境污染物环境污染物Environmental Pollutants 本节主要讲述环境污染物的定义、类别本节主要讲述环境污染物的定义、类别, ,环境环境效应及主要环境
15、污染物迁移转化主要途径。效应及主要环境污染物迁移转化主要途径。32一、环境污染物及主要类别一、环境污染物及主要类别 1.1.环境污染物：环境污染物： 进入环境后使环境的正常组成和性质发生直进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质。接或间接有害于人类的变化的物质。 思考：是否任何物质都能成为环境污染物？思考：是否任何物质都能成为环境污染物？ 2 2. .环境污染物的类别环境污染物的类别第第二二节节环环境境污污染染物物33按人类社会不同功能产生分：按人类社会不同功能产生分： 工业污染物：工业工业污染物：工业“三废三废” 农业污染物：固体废物、农药、重金属等。农业污染物：
16、固体废物、农药、重金属等。 交通运输污染物：汽车尾气、运输事故。交通运输污染物：汽车尾气、运输事故。 生活污染物：厨房油烟、生活垃圾、生活污生活污染物：厨房油烟、生活垃圾、生活污 水等。水等。 第第二二节节环环境境污污染染物物343. 优先污染物 在化学污染物中筛选出一些毒性强、难降解、残留时间长、在环境中分布广的污染物优先进行控制。 引起世人关注的化学污染物： 持久性有机污染物 三致化学污染物 环境内分泌干扰物第第二二节节环环境境污污染染物物35持久性有机污染物定义：符合以下四个特性的环境污染物定义：符合以下四个特性的环境污染物 环境持久性（长期残留）；环境持久性（长期残留）； 生物蓄积性（
17、可在食物链中蓄积并放大）；生物蓄积性（可在食物链中蓄积并放大）； 半挥发性（能够在大气环境中长距离迁半挥发性（能够在大气环境中长距离迁移），移）， 高毒性（在环境浓度下就有毒性）的天然高毒性（在环境浓度下就有毒性）的天然或人工合成的有机污染物或人工合成的有机污染物第第二二节节环环境境污污染染物物36符合上述定义的符合上述定义的POPs物质有数千种之多。物质有数千种之多。 斯德哥尔摩国际公约提出首批控制斯德哥尔摩国际公约提出首批控制12种：种： 艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、DDT、氯丹、氯丹、六氯苯、灭蚁灵、毒杀芬、七氯、多氯联六氯苯、灭蚁灵、毒杀芬、七氯、多氯联苯苯(P
18、CBs)、二恶英和苯并呋喃、二恶英和苯并呋喃(PCDDFs)。第第二二节节环环境境污污染染物物37环境内分泌干扰物 定义：能干扰机体天然激素合成、分泌、转运、定义：能干扰机体天然激素合成、分泌、转运、结合或清除的各种外源性物质。结合或清除的各种外源性物质。 危害：危害：- 人类及动物生殖能力下降人类及动物生殖能力下降- 生殖系统肿瘤发病率增加：乳腺癌、前列腺癌等生殖系统肿瘤发病率增加：乳腺癌、前列腺癌等 儿童性发育异常儿童性发育异常 . . 种类：二恶英、六氯苯 、多氯联苯、DDT等第第二二节节环环境境污污染染物物38 二环境效应及其影晌因素二环境效应及其影晌因素（1）环境物理效应：由物理作用
19、引起的，如噪声、地面沉降、热岛效应、温室效应等。 （2）环境化学效应：在各种因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应。如酸雨、湖泊和土壤的酸化、臭氧层破坏、光化学烟雾、地下水污染等。（3）环境生物效应：环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果，如“三致”效应、生物多样性减少。第第二二节节环环境境污污染染物物39三、环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介三、环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介 迁移过程（transport processes） 污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起 的富集、分散和消失的过程。 迁移方式主要有： 机械迁移 物理-化学迁移 生物迁移。 第第二二节节环环境境
20、污污染染物物40 转化过程(transform processes)： 污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用，改变存在形态或转变为另一种物质的过程。 转化方式主要有： 氧化-还原作用 配合作用 水解作用 生物吸收 代谢第第二二节节环环境境污污染染物物41 污染物可在单独环境要素圈中迁移和转化，也可超越圈层界限实现多介质迁移、转化而形成循环。 第第二二节节环环境境污污染染物物42 汞在环境中的迁移转化过程汞在环境中的迁移转化过程第第二二节节环环境境污污染染物物434.元素的生物地球化学循环元素的生物地球化学循环（1）氧的循环 （2）碳的循环44（3）氮的循环45 复习题一、名词解释 环境化学
21、；优先污染物；环境效应；二、填空 1.当前世界范围最关注的化学污染物主要是 、 以及 。 2.环境中污染物的迁移主要有 、 和 三种方式。 3.人为污染源可分为 、 、 、和 。 4.世界环境日是月日，今年是第个世界环境日。46三、选择题1、 属于环境化学效应的是 A热岛效应 B温室效应 C土壤的盐碱化 D噪声2、五十年代日本出现的痛痛病和水俣病分别是由_和 污染水体后引起的。 A Cd B Hg C Pb D As四、简答题1.环境化学的主要研究内容和特点有哪些？2.环境中主要的化学污染物有哪些？3.举例简述污染物在环境各圈的迁移转化过程。4.简述人类对现代环境问题的认识发展过程。47作业1
22、.查阅相关资料，简述环境化学的发展动向。2.查阅相关资料，理解八大公害事件的成因及危害。 4849复习 什么是环境化学？环境化学的研究内容有哪些？ 举例说明八大公害事件的成因及危害。50 大气中污染物的迁移大气中污染物的迁移2大气的组成及其主要污染物大气的组成及其主要污染物1第二章第二章 大气环境化学大气环境化学大气中污染物的转化大气中污染物的转化3大气颗粒物大气颗粒物451本章要点：v 了解大气层结结构和基本运动规律；v 了解大气中的主要污染物；v 掌握主要大气污染物的迁移转化过程和主要大气污染事件的形成机制（光化学烟雾、硫酸型烟雾、酸雨等）。v 了解其他大气环境问题。52 第一节 大气的组
23、成及其主要污染物v 大气的组成及层结结构；v 大气中的主要污染物及主要性质；53一、大气的主要成分54成为大气污染物的条件 在大气中含量较低 在大气中的停留时间较长 有较多的污染源排放，其在大气中的浓度较高 容易跟其他物质发生反应55 停留时间： 某种组分在大气中的平均时间。 停留时间大气中总量输入速率或输出速率l甲烷在对流层平均浓度c为1.5510-6，不随时间变化，且输入速率等于输出速率为1.51014mol/a，求其停留时间。56 因为大气的总质量为5.141014kg，对流层占总大气圈质量的3/4。 则甲烷停留时间为 5.1410143/410001.5510-4 1.5101416=
24、2.4a57二、大气层的结构 1. 大气层的结构 在自然地理学上，把由于地心引力而随地球旋在自然地理学上，把由于地心引力而随地球旋转的大气层称为大气圈。转的大气层称为大气圈。 根据大气在垂直方向上物理性质和运动情况的根据大气在垂直方向上物理性质和运动情况的变化可将大气分为对流层、平流层、中间层、热变化可将大气分为对流层、平流层、中间层、热层、逸散层（见图层、逸散层（见图2-1）。）。58 图2-1 大气温度的垂直分布59（1）、对流层）、对流层(Troposphere) v 高度从地面到离地高度从地面到离地10-12km;v 气温随高度上升而降低（约气温随高度上升而降低（约0.6/ 100 m
25、 ）；）； v 密度大，密度大，75%以上的大气总质量和以上的大气总质量和90%的水蒸气在对流层；的水蒸气在对流层；v 污染物的迁移转化过程及天气过程均发污染物的迁移转化过程及天气过程均发生在对流层。生在对流层。v 阻挡大气氢的损失。阻挡大气氢的损失。 60(2)(2)平流层（平流层（Stratosphere) 平流运动占显著优势；平流运动占显著优势； 空气比对流层稀薄得多，水汽、尘埃含量空气比对流层稀薄得多，水汽、尘埃含量甚微；甚微； 15-35 km 范围内有厚有约范围内有厚有约20 km的臭的臭氧层。氧层。 O2 O+O O2+O O3 O3 O+O2 O3+O 2O2形成形成消除消除6
26、1（3）中间层）中间层 （Meosphere) 气温随高度的增加而降低，顶部可达气温随高度的增加而降低，顶部可达-92左右。左右。 垂直温度分布与对流层相似。垂直温度分布与对流层相似。 （4）热层）热层(Therosphere) 在离地在离地85800km的这一空间称为热层。的这一空间称为热层。（5）逸散层）逸散层(Stratopause) 62大气压力的变化： php0e-Mgh/RT 两边取对数： lgphlgp0Mgh/2.303RT若p0为1，则 lgphMgh/2.303RT 大气的压力随海拔高度的增加而减小。63三、大气中的主要污染物 大气污染物 由人类活动和自然过程排放到大气中某
27、种物质的含量超过正常水平而对人类和生态环境产生不良影响时，就构成了大气污染物。 64大气污染物的分类：按物理状态分：气态污染物、颗粒物。按形成过程分：一次污染物、二次污染物按化学组成分：含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、含卤素化合物。651. 含硫化合物（1）SO2 SO2的危害 形成酸雨形成酸雨刺激呼吸道刺激呼吸道损害植物损害植物叶片叶片66 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） 消除： 形成硫酸或硫酸根；以干湿沉降去除。67 SO2的浓度特征 其本底值存在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、
28、大气稳定度、低层逆温等）有关。68（2）H2S 天然来源： 火山喷射、海浪作用、生物活动。 人为源: 由COS、CS2、HO的反应而产生。 去除反应主要与HO 反应.692. 含氮化合物 N2O NO3-2H2H+ 1/2N2O5/2H2O（1）NOx的来源与消除 来源：燃料的燃烧（固定源、流动源） 消除：干、湿沉降。（2）燃烧过程中NOx的形成机理 含氮化合物O2 NOx70 O2 OO ON2 NON NO2 NOO NOH NOH NO1/2O2 NO2快快慢慢71（3）燃料燃烧过程中NOx影响形成的因素 燃烧温度 燃烧温度越高，NO气体数量越大。 空燃比 空燃比等于计量空燃比时，氮氧化
29、物量最大。（4）NOx的环境浓度 存在季节变化或区域变化。72（5）NOx的危害 毒性：NONO2 NO能与血红蛋白结合，减弱血液输氧能力。 NO2不仅是光化学污染的重要物质，而且严重危害植物和人体健康。733. 含碳化合物（1）CO CO的人为来源 燃料的不完全燃烧。 C1/2O 2CO CCO2 2CO CO的天然来源 74 甲烷的转化、海水中CO的挥发、植物的排放、森林火灾等。 CH4 HO CH3H2O CH3O2 HCHOHO HCHOhv COH275 CO的去除 土壤吸收 CO1/2O2 CO2 CO3H2 CH4H2O 与HO的 反应 COHO CO2H HO2M HO2M C
30、OHO2 CO2HO76 CO的停留时间及浓度分布 停留时间为0.4年。 其环境本底值随纬度和高度有较明显的变化。CO的危害u阻碍氧气输送，引起窒息；u参与光化学烟雾形成；u是一种温室气体。77（2）CO2 CO2的来源 人为源：矿物燃料的燃烧。 天然源：海洋脱气、甲烷转化、动植物呼吸、生物降解作用。 CO2的环境浓度 大气中CO2的浓度存在季节变化和区域变化，并且呈现逐年递增的趋势。78 原因：燃料的大量燃烧； 地表植被的缩减； 大气-海洋之间CO2的交换量。79CO2的危害人类活动产生的CO2的出路:进入海洋、进入生物圈、停留在大气圈。大气圈中CO2浓度的升高导致全球气候变暖。80（3）碳
31、氢化合物 包括烷烃、烯烃和芳香烃。 甲烷 重要的温室气体，比CO2大20倍。 来源： 天然源、人为源。81 消除： 与HO自由基反应。 CH4HO CH3H2O 与氯原子反应： CH4Cl CH3HCl82 浓度分布特征： 最近100年增长了一倍多。 其季节性变化主要受HO的控制。83 非甲烷烃天然来源的非甲烷烃： 植被的释放、森林火灾、火山喷发、微生物活动。 以乙烯和萜烯类为主，具有较高的反应活性。84人为来源产生的非甲烷烃： 汽油燃烧（汽车尾气） 焚烧 溶剂蒸发 石油蒸发和运输 废弃物提炼854. 含卤素化合物（1）简单的卤代烃 主要为甲烷的衍生物。 CHCl3HO CCl3H2O CCl
32、3O2 COCl2ClO ClONO ClNO2 ClOHO2 ClOHO2 ClCH4 HClCH386(2)氟氯烃类 来源: 制冷剂,溶剂,泡沫发生剂,灭火剂等. 消除方式： 性质稳定，不溶于水，难于被HO氧化，主要在平流层中消除。87 危害： CCL3F+hv CCl2F Cl Cl+O3 ClO+O2 ClO+O O2+Cl 大气中的氟氯烃类化合物能破坏臭氧层，其寿命越长，危害越大。 另外，氟氯烃类化合物还可导致温室效应。88 控制对策： 研究氟氯烃类化合物的替代物质。89复习 1. 大气中SO2、NOx、CO、CH4、氟氯烃类物质的消除过程有哪些？会形成哪些环境污染问题？ 2.大气层
33、在垂直方向上可分成哪几个层次，每个层次各有什么特点？90第二节 大气中污染物的迁移一、辐射逆温层 气温垂直递减率():即每垂直升高100 m，气温的变化值： 当0时，为正常状态； 当=0时，为等温气层； 当 时，气团稳定，不利于扩散； 当d 时，气团不稳定，有利于扩散； 当d = 时，气团处于平衡状态。 96图图2-2 判断气团抬升的原理图判断气团抬升的原理图97三、影响大气污染物迁移的因素三、影响大气污染物迁移的因素v 空气的机械运动；空气的机械运动；v 由于天气形势和地理地势造成的由于天气形势和地理地势造成的逆温现象；逆温现象；v污染源本身的特性；污染源本身的特性；981.1.风和大气湍流
34、的影响风和大气湍流的影响 三个因素：风、湍流、浓度梯度。三个因素：风、湍流、浓度梯度。（1 1）风）风 风对污染物的作用体现为风对污染物的作用体现为风向风向和和风速风速两两方面的影响。方面的影响。1 1、风向影响污染物的水平迁移扩散方向。、风向影响污染物的水平迁移扩散方向。2 2、风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强、风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱。弱。99（2）湍流）湍流 海拔高度低于海拔高度低于1-2公里的大气称为摩擦公里的大气称为摩擦层，这层大气具有乱流特征。层，这层大气具有乱流特征。近地层大气湍流有两种：近地层大气湍流有两种： 动力湍流；热力湍流动力湍流；热力湍流100 动力湍
35、流动力湍流：有规律的水平运动的气流遇到起伏：有规律的水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰动所产生。不平的地形扰动所产生。 热力湍流热力湍流：由于地表面温度与地表面附近的温：由于地表面温度与地表面附近的温度不均一，近地面空气受热膨胀而上升，随之上度不均一，近地面空气受热膨胀而上升，随之上面的冷空气下降，形成对流。面的冷空气下降，形成对流。 低层大气中污染物的分散在很大程度上取决于低层大气中污染物的分散在很大程度上取决于对流与湍流的混合程度。对流与湍流的混合程度。1012. 天气形势和地理地势的影响天气形势和地理地势的影响 不利的天气形势和地形特征结合在一起不利的天气形势和地形特征结合在一起常常可使
36、某一地区的污染程度加重。常常可使某一地区的污染程度加重。（1）海陆风：）海陆风： （a)a)白天海风白天海风（b)b)夜间陆风夜间陆风102（2）城郊风：）城郊风：（3）山谷风：）山谷风：3. 污染源本身的特性污染源本身的特性103小结1. 大气垂直递减率小于零的气层称为逆温层。2. 辐射逆温层是地面因强烈辐射而冷却所形成。 最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗的 夜晚。3. 气块在大气中的稳定度与大气垂直递减率和干 绝热垂直递减率有关。4.影响大气污染物迁移的因素：空气的机械运动（风和湍流）、由于天气形势和地理地势造成的 逆温现象及污染源本身的特性。104 第三节第三节 大气中污染物的转化
37、大气中污染物的转化105大气污染物大气污染物(SO2、CO2、NOx、CxHy、颗粒物颗粒物)光化学烟雾光化学烟雾硫酸烟雾硫酸烟雾酸雨酸雨温室效应温室效应臭氧层破坏臭氧层破坏颗粒物污染颗粒物污染迁移、转化迁移、转化106二、光化学反应基础1.光化学反应过程光化学反应过程： 分子、原子、自由基或离子吸收光子而发生的化学反应称光化学反应光化学反应。 光化学反应包括初级过程和次级过程。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化107初级过程：化学物种吸收光量子形成激发 态物种，其基本步骤为：*AhA辐射跃迁辐射跃迁：hAA*碰撞失活碰撞失活MAMA*光物理光物理过程过程第第三三节节大大气气中中
38、污污染染物物的的转转化化108光离解：与其它分子反应生成新物种：21*BBA21*DDCA光化学光化学过程过程第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化109次级过程次级过程 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： （初级过程） （次级过程） CIHhHCIClHHClH22ClClCl第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化1102.光化学反应定律 格鲁塞斯(Grotthus)与德雷伯(Drapper)提出了光化学第一定律 ： 首先光子的能量大于化学键时才能引起光离解反应。 其次分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能产生光化学反应。
39、第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化111 光被分子吸收的过程是单光子过程，由于电子激发态 分子的寿命1是由于在初级过程中虽然只活化了一个反应物分子，但活化后的分子还可以进行次级过程。 1134大气中重要吸光物质的光离解大气中重要吸光物质的光离解(1) O2、N2的光离解 OOhO2NNhN2第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化114 23OOhO(2) O3的光离解O3的形成过程：MOMOO32第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化O3的光解反应：的光解反应：nm254max115（3）NO2的光离解 ONOhNO2第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转
40、转化化32OMOO据称是大气中唯一已知大气中唯一已知OO3 3的人为来源的人为来源116(4) HNO2、 HNO3的光解 2HNONOHONOHOhHNO222NOHhHNO第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化32222HNONOHONOOHHNOHO初级过程初级过程次级过程次级过程117 由于由于HNO2可以吸收可以吸收 300nm 以上的以上的光而离解，因而认为光而离解，因而认为HNO2的光解是大的光解是大气中气中HO的重要来源之一的重要来源之一第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化1182222222232OOHHOMHOMOHHCOCOHONOHOhHNO (有
41、CO存在时） 产生过氧自由基和过氧化氢产生过氧自由基和过氧化氢第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化119(5) SO2对光的吸收SO2*在污染大气中可参与许多光化学反应。 （ 图210）*22SOhSOnm400240第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化120 (6) 甲醛的光离解COHhHCHOHCOHhHCHO2初级过程第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化121222222HCOHCOMHMHCOHHOCH次级过程对流层中由于有O2的存在，可进一步反应：22HOOH醛类光解是过氧自由基的主要来源醛类光解是过氧自由基的主要来源122（7）卤代烃的光解卤代甲
42、烷在近紫外光的照射下离解：XCHhXCH33如果有一种以上的卤素，则断裂的是最弱的键。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化123 三个键都断 裂不可能CH3-F CH3-H CH3-Cl CH3-Br CH3-IClClCFhClCFClClCFhClCFClCFClhCFClClCFClhCFCl2222222323第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化124三、大气中重要自由基来源1.大气中HO和HO2自由基的来源清洁空气中 O3 的光离解是大气中HO的主要来源：23OOhOHOOHO22第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化125污染大气中 HNO2 和
43、H2O2 的光离解： HOhvOHNOHOhvHNO2222其中其中 HNO2 的光离解是污染大气中的光离解是污染大气中HO 的的主要来源。主要来源。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化126大气中醛的光解尤其是甲醛的光解是HO2的主要来源：HCOHhvCOH2MHOMOH22COHOOHCO22第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化127 来自醛光解的HO2的链反应：22NOHONOHO其他醛类在大气中浓度较低，光解作用不如甲醛重要。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化128亚硝酸脂和H2O2的光解作用：NOOCHhvONOCH33OHHOOHHOHOhvO
44、HCOHHOOOCH22222222232第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化129当有CO存在时222HOOHHCOCOHO第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化1303. R、RO、RO2等自由基的来源等自由基的来源甲基：乙醛和丙酮的光解乙醛和丙酮的光解，生成大气中含量最多的甲基，同时生成两个羰基自由基。COCHCHhCOCHCHHCOCHhCHOCH333333第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化131 烷基： O和HO与烃类发生H摘除反应生成烷基自由基。 OHRHORHHORORH2第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化132甲氧基：2323
45、33NOOCHhONOCHNOOCHhONOCH甲基亚硝酸脂和甲基硝酸脂的光解产生甲氧基第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化133过氧烷基：22ROOR烷基与空气中的氧结合形成过氧烷基第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化134三、氮氧化物的转化 1NO和NO2的基本光化学循环 大气中氮氧化物主要包括一氧化氮和二氧化氮等，常用NOX表示。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化135 NOX的人为来源主要是矿物燃料的燃烧、汽车尾气和固定的排放源等。另外，燃烧过程中氧和氮在高温下化合的主要链反应机制为：2222222NOONOONOONNNONOOOO快慢第第三三节
46、节大大气气中中污污染染物物的的转转化化136当阳光照到含NO、NO2的空气上时，发生的基本光化学反应为：MOMOOONOhNOKK322212233ONONOOKM为空气中的N2、O2或其他分子 第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化1372氮氧化物的气相转化 NO的转化NO是燃烧过程中直接向大气排放的污染物，在空气中可被许多氧化剂氧化，如：223ONOONO当空气中O330ppb，少量的 NO 在1分钟内全部氧 化。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化138其他自由基如：亦可氧化NO：23233,COOCHOCHOCHOHHONOMNOOH1100 . 5312scmm
47、olK第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化139 以上反应在光化学烟雾的形成过程中具有重要意义. 由于OH基自由基引发一系列烷烃的链反应，得到RO2、HO2等，使得NO迅速氧化成NO2，同时O3得到积累，以致成为光化学烟雾的重要产物。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化140 NO2的转化NO2活泼，是大气主要污染物之一，也是大气中O3的人为来源。NO2在阳光下与OH、 O3等反应32HNOMNOOH第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化141 这是污染大气中气态HNO3的主要来源，同时也对酸雨和酸雾的形成起重要作用。气态HNO3在大气中难以光解，湿沉降是其在
48、大气中去除的主要过程。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化1422323ONONOO5223)(ONMNONOn这一可逆反应使大气中在光照和无光照时保持一定浓度的N2O5和NO2第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化143 过氧乙酰基硝酸酯（PAN）产生：乙醛光解生成乙酰基HCOCHhvCHOCH33乙酰基与空气中的氧结合形成过氧乙酰基，再与NO2 化合生成过氧乙酰基硝酸(PAN）第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化144OOOCCHOCOCH)(3232323)()(OONOOCCHNOOOOCCH（过氧乙酰基） 过氧乙酰基硝酸酯（PAN）是重要的二次污染物
49、，具有热不稳定性，遇热分解，因而在大气中也存在上述反应的平衡关系。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化145NOX的液相转化 NOX可以溶于大气的水相中,构成液相平衡体系。NOX的液相平衡)()()()(22aqNOgNOaqNOgNO3222)(2NONOHaqNO2222)()(NOHaqNOaqNO第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化146在气液两相中存在以下平衡22223212222)(2)(2NOHOHNOgNONONOHOHgNOKK此体系平衡时NO2-和NO3-浓度的比值： 21223KKpNOpNONONO第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化
50、147 思考题一、名词解释光化学反应；自由基；逆温；二、填空题1、出下列物质的光离解反应方程式（1）NO2 + h + （2）HNO2 + h + 或HNO2 + h + （3）HNO3 + h + （4）H2CO + h + 或 H2CO + h + （5）CH3X + h + 1482、大气中最重要的自由基为_。3、大气中的NO2可以转化成 、 和 。4、根据温度垂直分布可将大气圈分为对流层、平流层、_、热层和逃逸层。三、选择题 1、由污染源排放到大气中的污染物在迁移过程中 A风 B湍流 C天气形式 D地理地势1492、大气中HO自由基的来源有 的光离解。 A O3 B H2CO C H2
