三节大气污染物化学转化市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、第三节大气污染物化学转化第1页一、光辐射几个概念n1辐射强度:用单位时间、单位面积上所经过能量值来量度。J/(cm2.s)第2页n2光子:是指电子在两个能级之间做一次跃迁所发射出电磁波。它即是一个电磁波也是一个能量。能量大小用下式表示:=hv=hC/h为普朗克常数,v为光频率第3页n3 光 化 辐 射:指 波 长=380nm光。因为只有这部分光才能参加对流层光化学反应。n低层大气中影响光化学反应速率主要原因就是光化辐射强度。第4页二、大气层光化学特征n光光化化学学反反应应:大大气气中中原原子子、分分子子、自自由由基基或或离离子子等等吸吸光光物物质质吸吸收收光光子子所所引引发发反反应。应。第5页
2、n大气环境中污染物能否进行大气环境中污染物能否进行光化学反应,要取决于两个光化学反应,要取决于两个方面:一是污染物本身性质,方面:一是污染物本身性质,即在大气中必须有能吸收太即在大气中必须有能吸收太阳光,使其发生早期反应物阳光,使其发生早期反应物质,才能在大气中引发光化质,才能在大气中引发光化学反应。二是要具备一定波学反应。二是要具备一定波长光,普通是可见光长光,普通是可见光.第6页n大大气气中中污污染染物物受受阳阳光光辐辐射射,吸吸收收光光子子而而使使物物质质分分子子处处于于某某种种电电子子激激发发态态,而而引引发发与与其其它它物物质质发发生生化化学学反反应应。光光化学反应分为两个过程:化学
3、反应分为两个过程:n初级过程为物质分子吸收光初级过程为物质分子吸收光量子,形成激发态物种:量子,形成激发态物种:nA+hvA第7页n一一定定分分子子或或原原子子只只能能吸吸收收一一定定能能量量光光子子,吸吸收收光光能能后后激激发发态态分分子子是是不不稳稳定定,可马上发生其它改变。可马上发生其它改变。n主要过程主要有:主要过程主要有:第8页n1光(离)解:光(离)解:A B1+B2n2与与其其它它物物质质发发生生反反应应:A+BC1+C2n3发生荧光回到基态:发生荧光回到基态:A A+hv第9页n4经过碰撞消耗活化能后又回到基态:A+MA+Mn式中:M为吸收能量分子;B1、B2、C1、C2为反应
4、产物。第10页二、硫酸烟雾n(一)二氧化硫氧化作用(一)二氧化硫氧化作用n1SO2光氧化作用光氧化作用nSO2直接光化学氧化:直接光化学氧化:第11页nSO2在在大大气气中中有有两两个个吸吸收收光光谱谱,一一个个在在290nm处处,一一个个在在384nm处处,当当SO2吸吸收收不不一一样样光光波波时时,可形成不一样激发态可形成不一样激发态SO2,nSO2+hv(290-340nm)1SO2(单重态)(单重态)nSO2+hv(340-400nm)3SO2(三重态)(三重态)第12页n空气中空气中SO2光氧化为光氧化为SO3机制是机制是:n3SO2+O2SO4SO3+On或或SO4+SO22SO3
5、n同同时时,也也存存在在激激发发态态SO2猝猝灭灭反反应应,也也就就是是经经过过碰碰撞撞作作用用回回到到基基态,态,n3SO2+MSO2+MM为为N2、O2、CO、CO2、CH4等等第13页n由由SO3深深入入形形成成硫硫酸酸及及硫硫酸酸盐气溶胶过程:盐气溶胶过程:nSO3+H2OH2SO4+H2O(H2SO4)m(H2O)n第14页2.SO2催化氧化:n二氧化硫在大气中经过粉二氧化硫在大气中经过粉尘中铁、锰等触媒催化作尘中铁、锰等触媒催化作用形成硫酸过程,称为用形成硫酸过程,称为SO2催化氧化过程,也称催化氧化过程,也称SO2触触媒氧化过程。媒氧化过程。第15页n首首先先,二二氧氧化化硫硫溶
6、溶解解在在水水滴滴中:中:nSO2+H2OH+HSO3-n其其次次,在在铁铁、锰锰硫硫酸酸盐盐和和氯氯化化物物触触媒媒作作用用下下,亚亚硫硫酸酸氧化为硫酸:氧化为硫酸:n2HSO3-+2H+O22H2SO4第16页n两式合并为:两式合并为:n2SO2+2H2O+O22H2SO4n上述反应是可逆,二氧化硫氧上述反应是可逆,二氧化硫氧化速率决定于二氧化硫向粉尘扩化速率决定于二氧化硫向粉尘扩散快慢;二氧化硫在水中溶解度散快慢;二氧化硫在水中溶解度决定于触媒剂种类、溶液决定于触媒剂种类、溶液PH值、值、大气温度、湿度以及大气中氮含大气温度、湿度以及大气中氮含量。量。第17页n几个催化媒催化效率大小:几
7、个催化媒催化效率大小:MnSO4MnCl2CuSO4NaCL第18页三、氮氧化物在大气中化学转化n(一一)二二氧化氧化氮光化学反应氮光化学反应NO2+hv(290-430nm)NO+O O+O2+MO3+M第19页nO3+NONO2+O2nM为大气中为大气中N2、O2或其它分或其它分子,能够吸收过剩能量而使子,能够吸收过剩能量而使生成生成O3分子稳定。假如没有分子稳定。假如没有其它反应干扰,其它反应干扰,O3浓度取决浓度取决于于NO2/NO。第20页(二)二氧化氮化学反应nNO2在在大大气气中中化化学学反反应应主主要要是是光光解解反反应应,另另外外,还还能能与与一一系系列列自自由由基基反反应应
8、,如如OH、HO2等。等。n1NO2与与OH基反应基反应nNO2+OHHONO2第21页n2.NO2与与O3反应反应nNO2+O3NO3+O2NO+2O2n这个反应是对流层中一个主这个反应是对流层中一个主要反应,它是大气中要反应,它是大气中NO3主主要起源。要起源。第22页n3NO2与与NO3反应反应nNO2+NO3N2O5n这是一个可逆反应。这是一个可逆反应。第23页(三)HONO化学反应n亚亚硝硝酸酸在在大大气气中中发发生生光光解解反反应应速速度度快快于于其其与与OH反反应应。它它和和OH基基反反应应生生成成水水和和二二氧氧化化氮。氮。n1OH与与NO作用:作用:OH+NOHONO第24页
9、n2表面催化反应:表面催化反应:nNO+NO2+H2O 2HONOn2NO2+H2OHONO+HNO3n值得注意是,亚硝酸能够成值得注意是,亚硝酸能够成为室内二次污染物,而且亚为室内二次污染物,而且亚硝酸与仲胺反应生成致癌物硝酸与仲胺反应生成致癌物亚硝基胺。亚硝基胺。第25页(四)HNO3化学反应n硝酸光解反应很慢,在大气硝酸光解反应很慢,在大气中主要经过干沉降或湿沉降中主要经过干沉降或湿沉降方式抵达地表,因为硝酸溶方式抵达地表,因为硝酸溶解度很高,吸水能力强,很解度很高,吸水能力强,很快形成酸雨。快形成酸雨。第26页四、大气污染四、大气污染“光化学烟雾光化学烟雾”形成形成n光化学烟雾:是指含
10、有氮氧光化学烟雾:是指含有氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合化物、一氧化碳、碳氢化合物大气,在阳光中紫外线照物大气,在阳光中紫外线照射下反应所产生产物及反应射下反应所产生产物及反应物混合物。物混合物。第27页n形成光化学烟雾特征是:烟形成光化学烟雾特征是:烟雾呈蓝色,含有强氧化性,雾呈蓝色,含有强氧化性,刺激人眼睛,伤害植物叶子,刺激人眼睛,伤害植物叶子,能使橡胶开裂,大气能见度能使橡胶开裂,大气能见度降低。降低。第28页n光光化化学学烟烟雾雾形形成成条条件件:(1)地地理理条条件件:因因为为烟烟雾雾形形成成与与NO2光光分分解解有有直直接接关关系系,而而光光分分解解又又必必须须有有290-430波
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