1、环环 境境 化化 学学 主讲：张 庆 乐（13853889081） 定位定位: 它是一门重要的专业基础课，属于它是一门重要的专业基础课，属于环境科学环境科学与与化化学学科学学科之间的交叉学科。之间的交叉学科。研究内容：研究内容： 化学物质化学物质 环境（环境问题）环境（环境问题） 生物毒性生物毒性环境化学的学习意义环境化学的学习意义 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举例：举例： “日本福岛核电站爆炸日本福岛核电站爆炸”； “台湾塑化剂事件台湾塑化剂事件”目标：目标： 探索环境
2、问题形成机制，提出治理和预防污染探索环境问题形成机制，提出治理和预防污染措施，从而保护环境和人类健康。措施，从而保护环境和人类健康。主要内容 第一章 绪论 第二章 大气环境化学 第三章 水环境化学 第四章 土壤环境化学 第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性 第六章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应 第七章 受污染环境的修复 第八章 绿色化学的基本原理与应用教材及参考资料相关期刊 环境科学 环境科学学报 环境化学 环境污染与防治 化工环保 农村生态环境 环境保护 中国环境科学 环境工程 环境污染治理技术与设备参考精品课程 浙江大学参考精品课程 上海交通大学参考精品课程 同济大学泰山医学院
3、教学平台 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 第一节第一节 环境化学环境化学本节结构：本节结构： 1. 环境问题：环境问题： 定义定义 表现形式表现形式 形成因素形成因素 人类对于现代环境问题的认识；人类对于现代环境问题的认识；2. 环境化学：环境化学： 定义定义 研究内容研究内容 特点特点 发展动向。发展动向。1.1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
4、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)地表生态系统图例地表生态系统图例1.2 1.2 环境污染的表现形式：环境污染的表现形式： 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、水污染十大环境问题十大环境问题九、海洋污染九、海洋污染十、危险性
5、废物越境转移十、危险性废物越境转移 十大环境问题十大环境问题1.3 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、甲型流感）生物性：病菌（非典型肺炎、甲型流感） 当前的环境污染是如何产生的当前的环境污染是如何产生的? 环境污染环境污染会产生哪些危害会产生哪些危害? 如何预防和控制环境污如何预防和控制环境
6、污染染? 1.4 1.4 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 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
7、地球日：4月月22日日 世界环境日：世界环境日：6月月5日日世界地球日的由来 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
8、议。 20世纪70年代以来的公害事件F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。 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：发展
9、阶段：8080年代。年代。 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。2.2.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研究有害化学物质有
10、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。3. 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物质已造成影响的缓解和
11、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。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？ 4. 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究化学污染物在环境中的化学转化
12、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。5. 环境化学的分支学科及发展动向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环境分析化学环境分析化学 内容内容: 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
13、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. l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
14、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。（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，定量结构与活性关系，环境污染预测模型。模型。 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
15、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； 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。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
16、或间接有害于人类的变化的物质。 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：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3. 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
17、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（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符合上述定义的符合上述定义的POPs物质有数千种之多。
18、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、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、DDT、氯丹、六氯苯、灭蚁、氯丹、六氯苯、灭蚁灵、毒杀芬、七氯、多氯联苯灵、毒杀芬、七氯、多氯联苯(PCBs)、二恶英和、二恶英和苯并呋喃苯并呋喃(PCDDFs)。 新增的新增的9类化学品分别是：类化学品分别是：-六六六和六六六和-六六六、六六六、六溴联苯醚和七溴联苯醚、四溴二苯醚和五溴二六溴联苯醚和七溴联苯醚、四溴二苯醚和五溴二苯醚、十氯酮、六溴联苯、林丹、五氯苯、全氟苯醚、十氯酮、六溴联苯、林丹、五氯苯、全氟辛烷磺酰基化合物、全氟辛基磺酰氟。辛烷
19、磺酰基化合物、全氟辛基磺酰氟。 第第二二节节环环境境污污染染物物环境内分泌干扰物 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 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：由物理作用引起。如噪声、地面沉降、热岛效应、温室
20、效应等。 （2）环境化学效应：由物质间发生化学反应引起。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 ：由环境因素导致生态变异引起。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污污染染物物 转化过程(transform processes)： 污染物在环境中
21、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 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碳循环碳循环 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 复习题一、名词解释 环境化学；优先污染物；环境效应；污染物的迁移转化二、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 、 、
22、、和 。 4.世界环境日是月日，今年是第个世界环境日。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。作业1.查阅相关资料，简述环境化学的发展动向。2.查阅资料，分析八大公害事件的形成原因和危害，讨论其对我国当前环境问题治理的借鉴意义。 第二章第二章 大气环境化学大气环境化学 讨论：
23、1.大气质量和人体健康的关系？ 2.当前的大气环境问题有哪些？应如何 控制？ 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4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。 第一节 大气的组成及其主要污染物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；一、大气的主要成分一、大气的主要成分组成组
24、成干空气的混合物干空气的混合物水物质水物质颗粒物颗粒物自由基自由基成分成分浓度浓度(10-6体积分数体积分数)大气中滞留时间大气中滞留时间(估计值估计值)性质性质多量成分多量成分N2O2ArCO278084020946093003601062 107a5 103104a(随时间累积随时间累积)510a永永久久性性气气体体少量成分少量成分NeHeKrXeCH4COH2N2OO318510.091.70.10.50.310.0050.05(随时间累积随时间累积)107a(随时间累积随时间累积)(随时间累积随时间累积)47a0.20.5a48a2.54a0.32a半半永永久久气气体体不不可可变变成成
25、分分微量成分微量成分H2SSO2NH3NO20.00020.00020.0060.0010.54d24d56d811d可可变变成成分分干空气的混合物干空气的混合物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 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。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
26、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）。）。 图2-1 大气温度的垂直分布（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 ）；）； 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
27、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。 (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（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
28、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) 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。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。 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
29、：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、颗粒物。1. 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 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。 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、大气稳定度、低层逆温等）有关。（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
30、 反应.2. 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 NOx O2 OO ON2 NON NO2 NOO NOH NOH NO1/2O2 NO2快快慢慢（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，氮氧化物量最大。（4）NOx的环境浓度 存在季节变化或区域变化。（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
31、，而且严重危害植物和人体健康。3. 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 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 COH2 CO的去除 土壤吸收 CO1/2O2 CO2 CO3H2 CH4H2O 与HO的 反应 COHO CO2H HO2M HO2M COHO2 CO2HO 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。（
32、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。 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。CO2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。（3）碳氢化合物 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。 消除： 与HO自由基反应。 CH4HO CH3H2O 与氯原子反应： CH4Cl CH3HCl 浓度分布
33、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。 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。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4. 含卤素化合物（1）简单的卤代烃 主要为甲烷的衍生物。 CHCl3HO CCl3H2O CCl3O2 COCl2ClO ClONO ClNO2 ClOHO2 ClOHO2 ClCH4 HClCH3(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
34、除。 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。 控制对策： 研究氟氯烃类化合物的替代物质。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.大气层在垂直方向上可分成哪几个层次，每个层次各有什么特点？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
35、团不稳定，有利于扩散； 当d = 时，气团处于平衡状态。 图图2-2 判断气团抬升的原理图判断气团抬升的原理图三、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；1.1.风和大气湍流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
36、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。（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 动力湍流动力湍流：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
37、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。2. 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（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比利时马斯河谷烟雾事件 时间：1930年12月。 地点：
38、比利时马斯河谷工业区。 原因：分布有大量的炼油厂、金属厂、玻璃厂等重污染工厂。这些工厂排放出大量的有害废气和工业粉尘，并且当时出现逆温层。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。 第三节第三节 大气中污染物的转化大气中污染物的转化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
39、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污污染染物物的的转转化化光离解： 与其它分子反应：21*BBA21*DDCA光化学光化学过程过程第第三三节
40、节大大气气中中污污染染物物的的转转化化次级过程次级过程 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2.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。第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化 光被分子吸收的过程是单光子过程，光被分子吸收的过程是单光子过程，由于电子激发态 分
41、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。 4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 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：nm254max（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(4) HNO2、 HNO3的光解 2HN
42、ONOHONOHOhHNO222NOHhHNO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 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2222222232OOHHOMHOMOHHCOCOHONOHOhHNO (有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(5) SO2对光的吸收 SO2
43、+ O2SO4SO3+O SO2*在污染大气中可参与许多光化学反应。*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 (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222222HCOHCOMHMHCOHHOCH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（7）卤代烃的光解卤代甲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 三个键都断
44、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三、大气中重要自由基来源 重要自由基：HO、HO2、R、RO、RO2、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污染大气中 HNO2 和 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
45、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 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亚硝酸脂和H2O2的光解作用：NOOCHhvONOCH33OHHOOHHOHOhvOHCOHHOOOCH22222222232第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化当有CO存在时222HOOHHCOCOHO第第
46、三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化3. 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 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甲氧基：232333NOOCHhONOCHNOOCHhONOCH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过氧烷基：22ROOR烷
47、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四、氮氧化物的转化 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。1. 氮氧化物的气相转化（1）NO的氧化 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：第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化如O3为氧化剂： NO+O3NO2+O2 RO2为氧化剂： RH+HOR+H2O R+O2RO2 NO+RO2NO2+RO 生成的RO可进一步与O2反应，O2从RO中靠近的次甲基中摘除一个H，生成HO2和相应的醛： RO+O2RCHO+HO2 HO2+NOHO+NO2第第三三节节
48、大大气气中中污污染染物物的的转转化化 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 HO和RO也可与NO直接反应生成亚硝酸或亚硝酸酯： HO+NOHNO2 RO+NORONO第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化（2） NO2的转化的转化 NO2的光解在大气环境（污染）化学中占的光解在大气环境（污染）化学中占有很重要的地位，它可以引发大气中生成臭氧有很重要的地位，它可以引发大气中生成臭氧的反应。的反
49、应。 NO2 + h NO + O O + O2 + M O3 + M O3 + NO NO2 + O2a: NO、NO2、O3之间存在的化学循环是大气光化学过程之间存在的化学循环是大气光化学过程的基础。的基础。b: 当大气中当大气中NO与与NO2和阳光同时存在时，和阳光同时存在时，O3就作为就作为NO2光分解的产物而生成。光分解的产物而生成。c: 据称这是大气中唯一已知据称这是大气中唯一已知O3的人为来源。的人为来源。 第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化化与与HO反应：反应： NO2 + HO HNO3(g)a: 该反应是大气中气态该反应是大气中气态HNO3的主要来源，的主要来源
50、，同时也对酸雨酸雾的形成起着重要作用。同时也对酸雨酸雾的形成起着重要作用。b:因为因为HO浓度白天高于夜间，所以该反应浓度白天高于夜间，所以该反应在白天会有效进行。在白天会有效进行。c: 所产生的所产生的HNO3在大气中光解很慢在大气中光解很慢（HO 来源是来源是HNO2光解而不是光解而不是HNO3的又一原的又一原 因），沉降是它在大气中的主要去除途径。因），沉降是它在大气中的主要去除途径。 第第三三节节大大气气中中污污染染物物的的转转化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与与O3反应：反应： NO2 + O3 NO3 + O2 (大气中大气中NO3的主要来源的主要来源) NO3
