大气二次气溶胶的形成反应和清除方法.pptx
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1、主要内容主要内容1.1.雾霾粒子雾霾粒子的的结构、化学成分和来源结构、化学成分和来源2.2.大气大气二次无机气溶胶形成二次无机气溶胶形成过程和过程和反应反应3.3.清除清除二次无机气溶胶的途径二次无机气溶胶的途径和方法和方法4.4.课题组静电吸附课题组静电吸附-光催化清除雾霾专利技术光催化清除雾霾专利技术5.5.课题组纳米脱硝催化剂专利技术课题组纳米脱硝催化剂专利技术6.6.课题组煤炭环保助燃剂专利技术课题组煤炭环保助燃剂专利技术7.7.课题组其它环保节能技术开发情况课题组其它环保节能技术开发情况8.8.讲座相关内容有奖问答和讨论讲座相关内容有奖问答和讨论1第1页/共25页中国消耗全世界大约中
2、国消耗全世界大约1/21/2的煤炭、的煤炭、1/31/3的氮肥和的氮肥和1/91/9的石油,的石油,雾霾雾霾显然是人为来源为主的。显然是人为来源为主的。每到每到秋冬秋冬季节,公众就担心雾季节,公众就担心雾霾霾会卷土重来会卷土重来,因为雾霾的危害比我们想象的还要大,因为雾霾的危害比我们想象的还要大。面对频繁光临的雾霾,不能只是抱怨和期待大自然的冷风来面对频繁光临的雾霾,不能只是抱怨和期待大自然的冷风来驱散。住高楼、戴口罩和用空气净化器并不能从根本上免除驱散。住高楼、戴口罩和用空气净化器并不能从根本上免除雾霾的危害,我们总该做些什么吧!雾霾的危害,我们总该做些什么吧!关于雾霾形成过程有许多理论,课
3、题组关于雾霾形成过程有许多理论,课题组从无机盐从无机盐生成、生成、结晶结晶、溶解和溶解和风化风化的角度解释了的角度解释了雾霾雾霾的形成的形成和消除和消除过程;提出了过程;提出了清清除雾霾除雾霾的途径和的途径和技术技术方法方法。2雾霾下的天安门广场雾霾下的天安门广场直面雾霾我有话说直面雾霾我有话说雾霾诱发多种疾病雾霾诱发多种疾病第2页/共25页1.1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源雾霾粒子的结构、化学成分和来源灰霾颗粒物形状多样,以很细的固体粒子为活性种,表面灰霾颗粒物形状多样,以很细的固体粒子为活性种,表面富集有许多无机化合物和有机化合物。富集有许多无机化合物和有机化合物。3含硫酸盐含硫酸盐的
4、雾霾粒子的雾霾粒子含硝酸盐含硝酸盐的雾霾粒子的雾霾粒子含混合盐含混合盐的雾霾粒子的雾霾粒子含不同无机盐的雾霾粒子显微图像含不同无机盐的雾霾粒子显微图像放大放大10001000倍的雾霾粒子图像倍的雾霾粒子图像第3页/共25页1.1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源雾霾粒子的结构、化学成分和来源雾雾霾霾粒子中粒子中含量较多的化学成分有含量较多的化学成分有硫酸盐,硝酸盐,铵盐,硫酸盐,硝酸盐,铵盐,地壳元素、地壳元素、有机碳和元素碳有机碳和元素碳,各地灰霾的组成各地灰霾的组成有所不同,并随季节和气象条件有有所不同,并随季节和气象条件有所变化所变化。雾雾霾的粒径一般为霾的粒径一般为0.003-100.0
5、03-10m m,平,平均直径为均直径为0.3-10.3-1m m,用,用PMPM1.0 1.0 表征最表征最合理,但一般用在科学研究中。合理,但一般用在科学研究中。大气大气PMPM2.52.5指标指标能能在一定程度上反映在一定程度上反映雾雾霾污染的程度霾污染的程度,也,也是导致是导致雾雾霾发霾发生的主要原因生的主要原因之一之一。空气中空气中粒径为粒径为2.52.5m m 以下的中细颗粒以下的中细颗粒能吸入人的能吸入人的肺部,称为可吸收颗粒物,对人体肺部,称为可吸收颗粒物,对人体危害极大。危害极大。4PM2.5PM2.5到底有多小到底有多小PMPM侵入人体的部位侵入人体的部位第4页/共25页1
6、.1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源雾霾粒子的结构、化学成分和来源北京市全年北京市全年PMPM2.52.5来源中,区域传输来源中,区域传输“贡献贡献”约占约占28%28%36%36%,本地污染排放本地污染排放“贡献贡献”占占64%64%72%72%。在本地污染中,机动车。在本地污染中,机动车排放排放31.1%31.1%、燃煤、燃煤22.4%22.4%、工业生产、工业生产18.1%18.1%。其中,机动车除。其中,机动车除了直接排放了直接排放PMPM2.52.5外,还外,还是是PMPM2.52.5中二次气溶胶的中二次气溶胶的“原材料原材料”和和“催化剂催化剂”。5根据直接排放推算污染物来源根据直
7、接排放推算污染物来源根据化学成分推算污染物来源根据化学成分推算污染物来源二次无机气溶胶二次无机气溶胶第5页/共25页据据20152015年全国环境监测工作现场会透露,机动车、工业生产、年全国环境监测工作现场会透露,机动车、工业生产、燃煤、扬尘等是当前我国大部分城市环境空气中颗粒物的主燃煤、扬尘等是当前我国大部分城市环境空气中颗粒物的主要污染来源,约占要污染来源,约占85%-90%85%-90%。其中北京、杭州、广州、深圳城。其中北京、杭州、广州、深圳城市的首要污染来源是机动车。市的首要污染来源是机动车。1.1.雾霾粒子的结构、化学成分和来源雾霾粒子的结构、化学成分和来源6PM2.5的三大来源的
8、三大来源机动车是机动车是PM2.5的元凶的元凶第6页/共25页污染物直接排入大气形成的气溶胶称污染物直接排入大气形成的气溶胶称为一次气溶胶。为一次气溶胶。一次气溶胶污染物之间相互反应或与一次气溶胶污染物之间相互反应或与大气中原有成分反应生成的新的气溶大气中原有成分反应生成的新的气溶胶称为二次气溶胶胶称为二次气溶胶,可,可细分为二次无细分为二次无机气溶胶和二次有机气溶胶。机气溶胶和二次有机气溶胶。NatureNature杂志杂志近期报道,中国雾霾近期报道,中国雾霾的的PMPM2.52.5中中二次无机气溶胶占二次无机气溶胶占31%31%,二次,二次有机气溶胶占有机气溶胶占27%27%。二次无机气溶
9、胶是雾霾粒子的最主要二次无机气溶胶是雾霾粒子的最主要组分和骨架,二次有机气溶胶通常以组分和骨架,二次有机气溶胶通常以其为载体,它的形成和清除决定雾霾其为载体,它的形成和清除决定雾霾的形成和清除,可以从二次无机气溶的形成和清除,可以从二次无机气溶胶入手研究雾霾的形成和清除。胶入手研究雾霾的形成和清除。2.2.二次无机气溶胶形成过程和反应二次无机气溶胶形成过程和反应7气溶胶分类和来源示意图气溶胶分类和来源示意图二次气溶胶二次气溶胶一次气溶胶一次气溶胶第7页/共25页2.2.二次无机气溶胶形成过程和反应二次无机气溶胶形成过程和反应课题组首次将二次无机气溶胶的形成和清除当作课题组首次将二次无机气溶胶的
10、形成和清除当作(NH(NH4 4)2 2SOSO4 4 NHNH4 4NONO3 3 nH nH2 2O O复合盐的反应生成、结晶、溶解和风化过程复合盐的反应生成、结晶、溶解和风化过程进行研究。进行研究。反应主要原料是一次气溶胶反应主要原料是一次气溶胶SOSO2 2、NONOx x、NHNH3 3 、元素元素C C和重金属和重金属以及大气中的以及大气中的O O2 2和和H H2 2O O;其中,元素;其中,元素C C和重金属作为反应催化和重金属作为反应催化剂;将大气作为反应器,静风、逆温和较高的湿度条件为反剂;将大气作为反应器,静风、逆温和较高的湿度条件为反应提供了高原料浓度和足够长的接触反应
11、时间。应提供了高原料浓度和足够长的接触反应时间。大气中的大气中的SOSO2 2和和NONOx x发生氧化反应和水合反应生成含有硫酸、发生氧化反应和水合反应生成含有硫酸、硝酸和亚硝基硫酸的酸雾;然后与大气中含有的铵、钙、铝硝酸和亚硝基硫酸的酸雾;然后与大气中含有的铵、钙、铝和铁等和铁等地壳地壳元素化合物发生中和、沉淀和复分解反应生成元素化合物发生中和、沉淀和复分解反应生成以以 (NH(NH4 4)2 2SOSO4 4 NH NH4 4NONO3 3 nH nH2 2O O为代表的无机复合盐液滴。为代表的无机复合盐液滴。8SOSO2 2+NO+NOx x+NH+NH3 3(NH(NH4 4)2 2
12、SOSO4 4 NH NH4 4NONO3 3 nH nH2 2O O重金属重金属+C+CO O2 2+H+H2 2O O静风静风+逆温逆温第8页/共25页2.2.二次无机气溶胶形成过程和反应二次无机气溶胶形成过程和反应当大气温度和湿度当大气温度和湿度下降下降时就析出含大量结晶水的无机时就析出含大量结晶水的无机复复盐盐(NH(NH4 4)2 2SOSO4 4 NH NH4 4NONO3 3 nH nH2 2O O,同时复同时复盐结晶盐结晶吸水后吸水后体积膨胀体积膨胀形成比较稳定的二次无机气溶胶粒子,形成比较稳定的二次无机气溶胶粒子,使使 PM PM2.52.5浓度提高浓度提高。当大气湿度过高时
13、二次无机气溶胶粒子又溶于水中当大气湿度过高时二次无机气溶胶粒子又溶于水中形成液滴形成液滴,使雾使雾霾转化为雾霾转化为雾,雾粒子凝聚,雾粒子凝聚后沉降清除后沉降清除,使,使 PM PM2.52.5降低。降低。当温度和湿度过低时,当温度和湿度过低时,大量无机大量无机复复盐盐(NH(NH4 4)2 2SOSO4 4 NH NH4 4NONO3 3 nHnH2 2O O脱脱去结晶水,去结晶水,结晶粒子体积变小,风化分散结晶粒子体积变小,风化分散为微小的粒子为微小的粒子,使使 PM PM2.52.5浓度降低浓度降低,大气能见度再次提高,大气能见度再次提高。9结晶析出结晶析出结晶溶解结晶溶解结晶脱水结晶脱
14、水 湿度变化湿度变化湿度过高湿度过高湿度过低湿度过低第9页/共25页2.2.二次无机气溶胶形成过程和反应二次无机气溶胶形成过程和反应一次气溶胶粒子能一次气溶胶粒子能通过通过一系列反应一系列反应形形成二次无机气溶胶成二次无机气溶胶,主要包括主要包括化学氧化化学氧化反应、催化氧化反反应、催化氧化反应、光化学氧化反应、光化学氧化反应、水合反应、复应、水合反应、复合氧化反应、中和合氧化反应、中和反应、还原反应、反应、还原反应、沉淀反应、复分解沉淀反应、复分解反应等。反应等。10二次气溶胶形成示意图第10页/共25页2.2.二次无机气溶胶形成过程和反应二次无机气溶胶形成过程和反应化学氧化反应化学氧化反应
15、SO2+O2 SO32NO+O2 NO22H2S+3O2 2SO2+2H2O催化氧化反应催化氧化反应SO2+O2+M SO3+M2NO+O2+M NO2+M光化学氧化反应光化学氧化反应NO2+hv O*+NOO*+O2 O3O*+RH RO+H*RO+NO2RONO2RH+hv RO2RO2+NO2RO2NO211PM2.5来源和组成示意图第11页/共25页2.2.二次无机气溶胶形成过程和反应二次无机气溶胶形成过程和反应水合反应水合反应SO2+H2OH2SO3 SO3+H2OH2SO4 NO2+NO+H2O2HNO23NO2+H2O2HNO3+NO复合氧化反应复合氧化反应NO+NO2+2H2S
16、O4 2HSNO5+H2OHSNO5+SO2+O2+2H2O2H2SO4+HNO3还原反应还原反应RONO2+H*ROH+NO2RO2NO2RO2+NO212第12页/共25页2.2.二次无机气溶胶形成过程和反应二次无机气溶胶形成过程和反应中和反应中和反应2NH4HCO3+H2SO4(NH4)2SO4+H2O+CO2NH4HCO3+HNO3 NH4NO3+H2O+CO2CaCO3+H2SO4 CaSO4+H2O+CO2沉淀反应沉淀反应Pb(NO3)2+(NH4)2SO4 PbSO4+2NH4NO3AgNO3+NH4Cl AgCl+NH4NO3复分解反应复分解反应(NH4)2SO4+Fe2(SO
17、4)3+24H2O 2NH4Fe(SO4)212H2O(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O 2NH4Al(SO4)212H2O(NH4)2SO4+Ca(NO3)2CaSO42H2O+2NH4NO313第13页/共25页3.3.清除二次无机气溶胶的途径和方法清除二次无机气溶胶的途径和方法大气二次无机气溶胶清除方法也可分为大气二次无机气溶胶清除方法也可分为物理清除法、化学清物理清除法、化学清除法和光化学清除法除法和光化学清除法等。近年来已公开了一系列通过电、磁、等。近年来已公开了一系列通过电、磁、光、声和化学等方式清除雾霾的发明专利。光、声和化学等方式清除雾霾的发明专利。物理清除法物
18、理清除法一般采用静电吸附原理,使带电荷的雾霾粒子吸一般采用静电吸附原理,使带电荷的雾霾粒子吸附到带相反电荷的电极板上凝聚除去;也可以将高压产生的附到带相反电荷的电极板上凝聚除去;也可以将高压产生的静电荷通过空气和水雾扩散开来,使空气中雾霾粒子感应相静电荷通过空气和水雾扩散开来,使空气中雾霾粒子感应相反的电荷,促进其凝聚沉降清除。反的电荷,促进其凝聚沉降清除。荷兰发明家的埋地静电除霾设计荷兰发明家的埋地静电除霾设计国产除霾降尘清洁车国产除霾降尘清洁车 14第14页/共25页3.3.清除二次无机气溶胶的途径和方法清除二次无机气溶胶的途径和方法化学清除法化学清除法是用喷洒分散在大气气溶胶中的化学沉降
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