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光化学烟雾

   日期:2016-04-12     来源:百度百科    浏览:101    

  光化学烟雾(photo-chemical smog[1]  )是汽车、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(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物,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(其中有气体污染物,也有气溶胶)所形成的烟雾污染现象,是碳氢化合物在紫外线作用下生成的有害浅蓝色烟雾。光化学烟雾可随气流漂移数百公里,使远离城市的农作物也受到损害。光化学烟雾多发生在阳光强烈的夏秋季节,随着光化学反应的不断进行,反应生成物不断蓄积,光化学烟雾的浓度不断升高。约在3-4h后达到最大值。光化学烟雾对大气的污染造成很多不良影响,对动植物有影响,甚至对建筑材料也有影响,并且大大降低能见度影响出行。

  组成成分

  颗粒物成分:大气灰霾存在大量含氮有机颗粒物。经过源解析技术,这些包括含氮有机颗粒物在内的有机物被识别出了4类有机组分:氧化型有机颗粒物、油烟型有机物、氮富集有机物、烃类有机颗粒物。颗粒物里面的有机物种类有多种,包括含氮的有机物。有机物占PM2.5质量浓度的20%—60%,能识别出大约200多种有机化合物,主要物种有脱氧单糖苷、正构烷烃、正构烷酸、多环芳烃以及其它多种源的示踪物。大气颗粒物中有机物通常分为烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯等。

  过氧乙酰硝酸酯又称过氧乙酰硝酸盐,是光化学烟雾的主要组分,为强氧化剂,常温下为气体,易分解生成硝酸甲酯(CH3ONO2)、二氧化氮(NO2)、硝酸(HNO3)等。大气中PAN浓度的水平是衡量光化学烟雾污染程度的重要指标之一。在对流层里存在的臭氧属于一种对生物有害的污染物,是光化学烟雾的组成部分之一(而平流层(臭氧层)中的臭氧则是对生物至关重要的紫外线吸收剂)。

  主要危害

  损害人和动物的健康

  人和动物受到的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。

  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。

  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。

  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。

  影响植物生长

  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。

  对建筑材料的破坏

  因平流层臭氧损耗导致阳光紫外线辐射的增加会加速建筑、喷涂、包装及电线电缆等所用材料,尤其是聚合物材料的降解和老化变质。特别是在高温和阳光充足的热带地区,这种破坏作用更为严重。由于这一破坏作用造成的损失估计全球每年达到数十亿美元。

  无论是人工聚合物,还是天然聚合物以及其它材料都会受到不良影响。当这些材料尤其是塑料用于一些不得不承受日光照射的场所时,只能靠加入光稳定剂和抗氧剂或进行表面处理以保护其不受日光破坏。阳光中UV-B辐射的增加会加速这些材料的光降解,从而限制了它们的使用寿命。研究结果已证实中波UV-B辐射对材料的变色和机械完整性的损失有直接的影响。

  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使其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—致,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。

  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。

  防治措施

  控制污染源

  研究光化学烟雾的最终目的是如何控制NO2及HC的浓度,使O3的浓度符合大气质量标准的要求。除控制工业污染源外,主要是改善汽车发动机的结构与工作状态和安装尾气催化转化器,前者可降低燃料消耗、减少有害气体排放,后者可使尾气无害化。

  碳氢化合物是光化学烟雾形成过程中必不可少的重要组分,因此控制碳氢化合物,尤其是那些反应活性高的有机物(如烯烃、含有侧链的芳烃)的排放,能有效地控制光化学烟雾的形成和发展。另外,光化学烟雾形成的光化学反应中,自由基反应占很重要的地位,而自由基的引发反应主要是由NO2光解而引起的,所以控制氮氧化物的排放也十分重要。日本、美国、欧洲共同体近20来生产的汽车一般都装有尾气催化转化器。从而使汽车尾气无害化。

  一般采用耐高温多孔陶瓷为载体,上涂微细分散的铂和钯所组成的催化剂,可以实现高效转化。这时要求汽车使用无铅汽油,因为含铅汽油中随尾气排出的铅很易使铂系催化剂中毒而失效。

  另外,若在汽油中加入10%一20%的甲醇,或加入10%一15%的酒精,形成甲醇汽油或酒精汽油,试验表明不但可以减少有害气体的排放,同时还能节能和减轻机械磨损,而旦也不必改变汽油机汽缸的结构,因此易于推广应用。

  采用无污染运输

  如使用氢作为发动机燃料,利用氢氧燃料电池供电来驱动运输工具(电动车),利用电磁感应的方法推动火车(超导悬浮列车)等。利用清洁能源,开发无污染运输己引起科学家和各国政府的高度重视。

  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、二苯胺等对HO(氢氧自由基)有不同程度的抑制作用,尤其是二乙基羟胺对光化学烟雾有较好的抑制作用。但在使用过程中,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。对这种方法许多科学家持有不问意见,付诸实施要十分慎重。

  植树造林

  实验证明,树木在一定浓度范围内,会吸收各种有毒气体,使污染的空气得以净化。因此应大力提倡植树造林,绿化环境。

 
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