光化学烟雾的形成机理,危害及防治措施

光化学烟雾的形成机理、危

害及防治措施

院 系：化学与生物科学学院 班 级：环境科学10-2班 * *****

学 号：*********** 指导老师：***

光化学烟雾的形成机理、危害及防治措施

摘要：

伴随全球工业迅猛发展,化学污染引起的环境污染越来越严重。由于我国经济的持续高速发展,汽车业也发展迅猛，燃料的消耗量逐年增长，大气中的一氧化碳、氮氧化物及碳氢化合物等污染物的排放量也迅速增长.含有氮氧化物和碳氧化物等一次污染物的大气，在阳光的照射下，发生光化学反应而产生二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。而一氧化碳、氮氧化物及碳氢化合物等污染物都是形成光化学烟雾的原料。光化学烟雾一旦形成，影响范围广，其危害性已经对城市环境、人体健康、生态环境平衡造成巨大威胁。因此本文讲述了光化学烟雾的产生机理，并且阐述了其造成的危害以及控制措施。

关键词：

光化学烟雾；形成的原因；带来的危害；控制方法。

正文：

光化学烟雾又称“光化学污染（photochemical pollution）”。大气中因光化学反应而形成的有害混合烟雾。如大气中碳氢化合物和氮氧化合物在阳光的作用下起化学反应所产生的化学污染物。1944年美国洛杉矶首次发生光化学烟雾，此后东京、墨西哥城、兰州、上海及其他许多汽车多污染重的城市，都曾出现过，已成为许多大城市的一种主要空气污染现象。

汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生化学反应，生成（O3）、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成浅蓝色有刺激性的烟雾污染现象叫做光化学烟雾。

一、 光化学烟雾的形成机理 1、组成成分

光化学烟雾包括以下几种物质：

氮氧化物，例如二氧化氮；二氧化硫，碳氢化合物；CO；氯化烃，氟化物；对流臭氧层；挥发性有机化合物 (VOCs)；过氧乙酰基硝酸酯(PAN)；醛类；酮类。

2、化学过程

形成臭氧的活性有机物和氮氧化物的主要来源是汽车排放的尾气。通过对光化学烟雾形成的模拟实验，已经初步明确在碳氢化合物

和氮氧化物的相互作用方面有以下过程,烟雾是一个链式反应，其中关键性的反应可以简单地分成3组：

(1)NO2的光解导致O3的生成：

链引发反应主要是NO2的光解，反应如下： NO2 +hv→NO +O O +O2 +M→O3 +M NO +O3→ NO2 +O2.

(2)(HC)氧化生成了具有活性的自由基，如HO、HO2、RO2等。 在光化学反应中，自由基反应占很重要的地位，自由基的引发反应主要是由NO2和醛光解引起的：

NO2 +hv→NO +O RCHO +hv→RCO +H

碳氢化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因： RH +O →R +HO RH + HO →R +H2O H + O2 →HO2

R + O2→RO2

RCO+ O2→[RC（O）O2] 其中：R—烷基；

RO2—过氧烷基； RCO—酰基；

[RC（O）O2]—过氧酰基。

(3)通过以上途径生成的HO2、RO2、[RC（O）O2]均可将NO氧化成NO2。

NO +HO2 →NO2 +HO NO +RO2→NO2 +RO RO +O2 →HO2 +RCHO

NO + RC（O）O2→NO2 + RC（O）O RC（O）O→R +CO2

其中：RO—烷氧基；

RCHO—醛。

大气中的氮氧化物与碳氢化合物经过紫外线照射发生反应就形成了光化学烟雾。通常所有这些都是高度易反应并/或氧化，因此光化学烟雾被认为是现代工业化的难题。

而大气中的氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中的转化。其中，以汽车尾气为主要来源。

光化学反应中生成的臭氧、醛、酮、醇、PAN等统称为光化学氧化剂，以臭氧为代表，所以光化学烟雾污染的标志是臭氧浓度的升高。

3、物理过程

光化学烟雾的形成及其浓度，除直接决定于汽车排气中污染物的数量和浓度以外，还受太阳辐射强度、气象以及地理等条件的影响。

太阳辐射强度是一个主要条件，太阳辐射的强弱，主要取决于太阳的高度，即太阳辐射线与地面所成的投射角以及大气透明度等。因此，光化学烟雾的浓度，除受太阳辐射强度的日变化影响外，还受该地的纬度、海拔高度高度、季节、天气和大气污染状况等条件的影响。

光化学烟雾是一种循环过程，白天生成，傍晚消失。污染区大气的实测表明，一次污染物CH和一氧化氮的最大值出现在早晨交通繁忙时刻，随着NO浓度的下降，NO2浓度增大，O3和醛类等二次污染物随着阳光增强和NO2、HC浓度降低而积聚起来。它们的峰值一般要比NO峰值的出现要晚4~5小时。二次污染物PAN浓度随时间的变化与臭氧和醛类相似。城市和城郊的光化学氧化剂浓度通常高于乡村，但2005年后发现许多乡村地区光化学氧化剂的浓度增高，有时甚至超过城市。这是因为光化学氧化剂的生成不仅包括光化学氧化过程，而且还包括一次污染物的扩散输送过程，是两个过程的结果。因此光化学氧化剂的污染不只是城市的问题，而且是区域性的污染问题。短距离运输可造成臭氧的最大浓度出现在污染源的下风向，中尺度运输可使臭氧扩散到上百公里的下风向，如果同大气高压系统相结合可传输几百公里。

二、 主要危害

光化学烟雾的成分非常复杂，具有强氧化性，刺激人们眼睛和呼吸道黏膜，伤害植物叶子，加速橡胶老化，并使大气能见度降低。对人类、动植物和材料有害的主要是臭氧、PAN和丙烯醛、甲醛等二次污染物。臭氧、PAN等还能造成橡胶制品的老化、脆裂，使染料

褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。 有害影响主要表现在以下几个方面：

1、损害人和动物的健康

人和动物受到主要伤害是眼睛和粘膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。

臭氧是一种强氧化剂，在0.Ippm浓度时就具有特殊的臭味。并可达到呼吸系统的深层，刺激下气道黏膜，引起化学变化，其作用相当于放射线，使染色体异常，使红血球老化。PAN、甲醛、丙烯醛等产物对人和动物的眼睛、咽喉、鼻子等有刺激作用，其刺激域约为0.1ppm。此外光化学烟雾能促使哮喘病患者哮喘发作，能引起慢性呼吸系统疾病恶化、呼吸障碍、损害肺部功能等症状，长期吸入氧化剂能降低人体细胞的新陈代谢，加速人的衰老。PAN 还是造成皮肤癌的可能试剂。在1943年美国洛杉矶发生的首宗事件曾引起400多人死亡。

光化学烟雾明显的危害是对人眼睛的刺激作用。在美国加利福尼亚州，由于光化学烟雾的作用，曾使该州3/4的人发生红眼病。日本东京1970年发生光化学烟雾时期，有2万人患了红眼病。研究表明光化学烟雾中的过氧乙酰硝酸酯（PAN）是一种极强的催泪剂，其催泪作用相当于甲醛的200倍。另一种眼睛强刺激剂是过氧苯酰硝酸酯（PBN），它对眼的刺激作用比PAN大约强100倍。空气中的飘尘在眼刺激剂作用方面能起到把浓缩眼刺激剂送入眼中的作用。

2、影响植物生长

臭氧影响植物细胞的渗透性，可导致高产作物的高产性能消失，甚至使植物丧失遗传能力。植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间后色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。PAN使叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生长，降低植物对病虫害的抵抗力。

3、影响材料质量

光化学烟雾会促成酸雨形成，造成橡胶制品老化、脆裂，使染料褪色，建筑物和机器受腐蚀，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。

4、降低大气的能见度

光化学烟雾的重要特征之一是使大气的能见度降低，视程缩短。这主要是由于污染物质在大气中形成的光化学烟雾气溶胶所引起的。这种气溶胶颗粒大小一般多在0.3～1.0μm范围内。由于这样大小的颗粒实际上不易因重力作用而沉降，能较长时间悬浮于空气中，长距离迁移；它们与人视觉能力的光波波长相一致，且能散射太阳光，从而明显地降低了大气的能见度。因而妨害了汽车与飞机等交通工具的安全运行，导致交通事故增多。

5、其他危害

光化学烟雾会加速橡胶制品的老化和龟裂，腐蚀建筑物和衣物，缩短其使用寿命。

三、控制与预防

工业上，较好的措施是对煤进行加工，改进燃烧技术，同时改进

生产工艺，对污染物进行后处理及合理排放。使用前对煤进行脱硫加工，并尽可能除去灰分;使用过程中，通过对锅炉进行适当改进，同时加人固硫剂，可减少烟尘利二氧化硫的发生量;最后，对废气进行综合利用后，对不能利用的进行无害处理后再进行排放。对于生活燃煤，除了对煤迹行加工外，比较好的措施是改进用能和供能方式，采用集中供热、城市燃气化。集中供热和城市燃气化，是城市节能和综合整治的重要内容，能有效地改善城市大气环境质量，减少室内空气污染。

此外，重点研究改革燃料和改进汽车设备结构， 试制无公害汽车和发展高效交通系统。具体举措为:

1、改革燃料。采用液化天然气、氢气、液化煤气与柴油的混合燃料和无铅汽油来代替有铅汽油作为汽车燃料，是减少汽车尾气污染的有效措施。采用天然气作燃料，在燃烧时不仅排出的污染物极少，没有气味，没有铅化物，而且噪声很小，从而减少发生光化学烟雾污染的可能性。

2、改进汽车设备结构。汽车尾气污染的防治，除提高汽油燃烧质量外，关键在于改进发动机的燃烧设计。美国福特公司制成一种“层化加油”发动机，它改变了燃烧室的设计和燃料注人系统的设计，从而减少废气的排出。日本本田摩托车研制出三台层状燃烧的汽缸，它能使汽油与空气的比例降到1:20，使排气中氮氧化物减少2/3，一氧化碳、碳氢化合物几乎减少一半以上。这两种发动机，一种是减少基质的浓度，一种是减少引发物质的浓度，其结果都是使光化学烟雾产生

的可能性降低。

3、研究无公害汽车和发展高效交通系统。从发 展 远 景来看，国外正在大力发展无公害汽车如电子汽车、电动汽车和蒸汽汽车等。通过发展高效率城市交通系统以代替市内汽车。这些都是减少汽车尾气排放和防止光化学烟雾污染城市大气的重要措施通过改进发动机结构和运行条件能有效减少污染物的发生但现阶段这些措施仍不可能使尾气达到直接排放的要求，还必须进行废气净化处理。一氧化碳和碳氢化物的净化，可用热反应法或催化氧化法来达到目的。至于氮氧化物，采用三元催化的方法可达到净化目的。

4、利用化学抑制剂。用化学抑制剂目的是消除自由基，以抑制链式反应的进行，从而控制光化学烟雾的形成。人们发现二乙基羟胺，苯胺，二苯胺，酚等对氢氧自由基有不同的抑制作用，尤其是二乙基羟胺（DEHA）对光化学烟雾有较好的抑制作用。在大气中喷洒0. 05PPm的二乙基羟胺，能有效抑制光化学烟雾，利于环保。但在使用的过程中，要注意抑制剂对人体和动植物的毒害作用，并注意防止抑制剂产生二次污染。

另外，大面积地植树造林绿色植物是二氧化碳的消耗者，氧气的天然加工厂，在调节大气中的二氧化碳的平衡上起着无可替代的作用，不同的植物对二氧化硫、氟化氢、氯气、氨气、氯化氢、光化学烟雾、放射线等有不同的吸收能力，从而达到净化空气的效果。

四、参考文献

1、光化学烟雾的危害——《生命经纬》 2005年6月8日； 2、光化学烟雾的形成机理与防御措施——《安徽化工》2003年05期；

3、光化学烟雾，笼罩城市的黑手——《科学生活》2005年08期； 4、光化学烟雾的危害性——《工业安全与环保》2000年12期； 5、《大气污染控制工程》——出版社：高等教育出版社

主 编：郝吉明，马广大 ，王书肖 出版日期：2010年01月

6、中国科学院生态环境研究中心：光化学烟雾2008年7月17日 7、中国数字科技馆：光化学烟雾；

8、中山大学环境科学：光化学烟雾2011年9月17日； 9、中国机构科技创新能力透视：光化学烟雾http://www.ei86.net/cstad/clc/X515.html；

10、《环境学》 左玉辉编 高等教育出版社 2002年7月