汽车污染物的危害及生成机理课件

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1、第二章 污染物的危害及生成机理第一节 大气中污染物种类 第二节 大气污染源及污染物的分类 第三节 氮氧化物的生成机理 第四节 CO的生成 第五节 未燃HC的生成机理 第六节 微粒物的生成机理 第七节 硫化物的生成机理第一节 大气中污染物种类 一、大气的组成 1.大气和空气的定义： 空气：一般对于室内和特定某个地方（如车间、厂区等）供动、植物生存的气体。 大气：大区域或全球性的气体 2.大气或空气组成：恒定组分+可变组分+不定组分 a.恒定组分：氮、氧、氩、氖、氪、氙等。 b.可变组分：指二氧化碳（0.020.04%）和水(4%以下)。 c.大气中不定组分：火山爆发、山林火灾、海啸、地震等暂时性

2、的灾难形成的局部和暂时性的污染物和人类 活动所产生的空气污染物。 3.纯洁清净的空气：由恒定组分和可变组分组成的空气。污染空气：含有不定组分的纯洁清净的空气。 4.干燥空气：无水蒸气的纯洁清净的空气。 表2-1 正常（干燥）空气的气体成分气体体积积分数/10-6气体体积积分数/10-6氮780,900氪氪1.0氧209,400一氧化碳0.5氩氩9,300氢氢0.5二氧化碳315氙0.08氖氖18二氧化氮0.02氦5.2臭氧0.010.04甲烷烷1.01.2总悬浮颗粒物TSP ( Total Suspended Particulates)指 能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100的颗 粒物 。

3、可吸入颗粒物IP（Inhalable Particulates）指悬浮 在空气中，空气动力学当量直径10的颗粒物。铅：指存在于总悬浮颗粒物中的铅及其化合物。苯并a芘：指存在于可吸入颗粒物中的苯并芘 芘:从高于360C的煤焦油馏分中得到的一种四环烃化物C16H6, 无色,单斜晶体,熔点148C,溶于乙醚,微溶于乙醇,不溶于水 pyrene氟化物：以气态及颗粒态形式存在的无机氟化物。第二节 大气污染源及污染物的分类 一、大气污染源的分类二、污染物的分类 1按形成过程分类：一次污染物和二次污染物。 一次污污染物：从各种污染源直接排出的污染物。可分为反应应性污污染物 和非反应应性污污染物。 反应应性污

4、污染物：性质不稳定，在大气中常与某些物质发 生化学反应或 作为催化剂促使其它污染物产生化学反应。 一次污污染物之间间的化学反应应： 气体污染物之间的光化学反应； 在有催化剂和无催化剂的作用下发生的气体污染物之间的化学反应2H2 S + SO2 3S + 2H2O 微粒状污染物表面上的化学物质与气体污染物之间的化学反应： 如微粒状物中的金属氧化物MgO和SO2 生成硫酸盐的化学反应 4MgO + 4 SO2 3MgSO4 + MgS非反应应性污污染物：性质较为稳 定，它不与其它物质发 生化学反应或 反应速度非常缓慢。 二次污污染物：由一次污染物经化学反应生成，常见的二次污染物有臭 氧、过氧化乙酰

5、硝酸脂（PAN）、硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐 气溶胶以及过氧化氢基、过氧化氮基和氧原子等。表2-10 血液中COHb的浓浓度对对人类类健康的影响血红红蛋白转变为转变为 COHb 的百分比/%对对人健康的影响0.33-0.7无烟状态时态时 的正常值值 2.5-3.0个别别受害。心脏脏功能减弱、血流变变化。 长时间处长时间处 于该环该环 境时时, 红红血细细胞浓浓度变变化。 4.0-6.0视觉视觉 减弱、注意力减退、工作效率降低。 3.0-8.0抽烟者的正常值值. 抽烟者比不抽烟者对对此有更多的红红血细细胞 补偿补偿 。 10.0-20.0轻轻微头头痛，疲倦，喘气，皮肤中的红细红细 胞膨胀胀

6、，视觉视觉 不正 常，对对胎儿有潜在的危害。 20.0-30.0轻轻微头头痛，严严重头头痛，恶恶心，灵敏度不正常。 30.0-40.0四肢无力 恶恶心、呕吐、视觉视觉 朦胧胧、严严重头头痛、判断力受 损损。 50.0-60.0气短、痉挛痉挛 、昏迷。 60.0-70.0昏迷、心脏脏活动动和呼吸作用低下，有时时致命。 70.0致命危害的影响因素：空气中CO的浓度大小、同CO接触时间的长短，呼吸 的速度、以及有无吸烟习惯（吸烟者羧基血红素的本底浓度约为5%， 不吸烟者约为0.5%）等对人们的受害程度有很大影响.城市中CO浓度和交通量的关系 二、氮氧化物 1. 种类： 大气中的含氮化合物有N2 O、

7、NO、NO2、N2O3、N2O4、NO3、 N2O5等。2. 来源： N2 O : 俗称笑气, 一种无色的、有甜味的气体，在牙病治疗和手术中用作一种 柔和的麻醉剂 .几乎全部来自天然源，主要来自土壤中的细菌作用以及高 空中N2和O、O3之间间的化学反应应，在常温下N2 O在化学性质上是惰性的 并不被当作一种空气污染物。 N2O3、N2O4、NO3、N2O5 ：在大气中浓度非常低，不被认为是 空气污染物。 NO：大部分来源于矿矿物燃料的燃烧过烧过 程、生产和使用硫酸的工 厂排出的废气、氮肥厂、有机中间体厂、黑色及有色金属冶 炼厂等。 NO2 ：来源有3个.其一是汽车车直接排出的，其二是和臭氧反

8、应应生成的，其三是和等借助光化学反应应生成。表1-11 1997东京NOx的主要来源来源汽油、液化 石油气汽车柴油车船舶、飞 机施工、公 共事业生活排出量 吨/年1240029200960099003450 百分比/%194515155危害： NO是一种无色无味的气体，稍溶于水，一般空气 中的NO对人体危害很小。 NO2的危害 参与形成光化学烟雾的化学反应，降低远方物体的 亮度和反差 具有腐蚀性，毁坏棉花、尼龙等织物；破坏染料， 使其褪色，并腐蚀镍青铜材料； 损害植物，在0.510-6的NO2下持续35天，能使柑 橘落叶和发生萎黄病，在0.2510-6的NO2下8个月 ，柑橘减产； 生理刺激作

9、用，能引起急性呼吸道病变。试验证明 ，在0.0630.08310-6的浓度下，经6个月儿童的 支气管炎发病率增加。三、碳氢氢化合物 1.种类： 烷烃或饱和烃CnH 2n+2、环烷烃CnH 2n、烯烃、炔烃、芳香 族化合物、含氧化合物醛、醇、醚类和酮类。 含有110个碳原子的挥发性碳氢化合物通常在大气中以气 相存在。 烷烃烷烃 ：100多种，137个碳原子的直链烃最多，带有支 链的异构烷烃其碳原子数在6以下。 多环环芳香烃烃：200多种 醚醚、醇、酮酮和醛醛的数量在十几种到几十种不等。2危害： 导致生成有害的光化学烟雾雾； 1.形成气溶胶或吸附在大气中的微粒物上。 2.乙烯则对烯则对 植物有害(

10、用于促进植物生长和水果成熟以及用作麻醉剂)， 还还会产产生甲醛醛而刺激眼睛。四、硫化物 1.种类：大气中的硫化物主要指SO2、H2S、H2SO4 和硫酸盐。 2. SO2 、SO3 及H2S 的危害：SO2刺激人的呼吸系统统，尤以有肺部慢性病和心脏病的人最易受害，使呼吸道疾病等增多。SO2与微粒物质质在空气中共存时时，其危害可增大34倍。当 浓度大于310-6时，则可由鼻子闻出刺激性臭味 SO2能与水反应应生成亚亚硫酸形成酸雨。在城市的固体微粒中约含有520% 的 硫酸盐； SO2的腐蚀蚀性较较大，软钢 板在0.1210-6的SO2中腐蚀一年失重约16%，SO2 能使空气中动力线硬化和拉索钢绳

11、 的使用寿命减短，使皮革失去强度， 建筑材料变色破坏，塑像及艺术 品破坏； SO2能损损害植物的叶片，影响植物的生长长、减少产产量。SO3 是一种无色气体，在大气中寿命极短，约为 10-6 s, 因而分析空气中 的SO3极困难的。SO3可与水反应生成硫酸。生成硫酸的反应进 行得很快， 并生成硫酸气溶胶 H2S是一种无色易燃气体，毒性很大，气味与臭机蛋味相同。五、微粒 基本概念 微粒是指空气中分散的液态或固态物质，直径在0.0002m 500m之间，包括气溶胶、烟、尘、雾和碳烟等。 气溶胶是悬浮于空气中的固液微粒，其直径一般小于1m； 尘尘是指大于10m的固体微粒迅速沉降而成，10m的固体微粒

12、沉降速度约为20cm/min； 烟是指小于1m的固体微粒； 雾雾是液体微粒，其直径可达100m； 碳烟（soot）是指极细的、可集成一串的微粒。肉眼可分辨的 微粒直径在100m。 飘尘飘尘 ：粒径大于1m而小于10m。 总悬总悬 浮微粒物 可吸入微粒物 PM10微粒：指粒径小于10m的微粒，被列为为国标监测标监测 的空气 污污染物。 PM2.5：指粒径小于2.5m的微粒。美国等单单独列为监测为监测 的空 气污污染物。 一次微粒物：直接由污染源排放出的微粒。 二次微粒物：大气中某些污染物组分之间或 这些组分与大气成分之间反应产生的微粒物 。 无机微粒物： 组成为无机物的微粒。 有机微粒物：指大气

13、中的有机物质凝聚而成 的微粒物或有机物吸附在其它微粒物上而形 成的微粒物。种类繁多、结构也极其复杂， 已检测到的燃烧过程中已鉴定出的化合物有 300多种。VOC：volatile organic compound SPM: sus.pend.ed particulate matterVOC：volatile organic compound SPM: suspended particulate matter东京都内的调查： 表2-12 微小粒子和粗大粒子的主要化学成分比较（单位：m/m/）粒子成分元素碳硝酸根离子铝铝钠钠微小粒子36.738.190.210.54 粗大粒子17.295.843.

14、272.54微小粒子（直径为为2m以下的微粒）中人为为起源多，粗大粒子（直径为为2m以上10m以下）自然起源多。表2-13 微小粒子和粗大粒子的来源（单单位：m/m/）粒子种类类汽车车排气二次生成土壤海盐盐固定发发生源其它（不明）微小粒子56.1%22.1%2.7%0.7%4.2%14.2% 粗大粒子47.7%18.2%15.2%2.5%2.6%13.8%柴油机的排气粒子DEP (Diesel Exhaust Particulate)：含有致癌物质质苯并（a）芘Benzo(a)pyrene等，危害很大。图2-5 柴油机排出的微粒 amorphous-无序的Hollow interiors-洞内

15、部 Graphitic outer shell-石墨外壳 Nucleation sites-晶核形成位置 可溶性组分（SOF） 不可溶性组分（IOF） Alveolar deposition 泡状沉淀 微粒物的危害： 第一影响气候, 遮挡阳光，使气温降低或形成冷凝核心， 使 云雾和雨水增多。 第二是使可见见度降低，交通不便，航空与汽车事故增多。 可见度r（km）和微粒物浓度C（g/m3）之间的经验关系 为 r = 1207.5/C。如果24小时内微粒物的平均浓度 C = 100g/m3，则可见度只有12km，就不能航空飞行。 第三，增加照明耗电电，燃料消化随着增加，使空气污染变得更加严重。 第

16、四，微粒物和燃煤时生成的 SO2、SO3等的共同作用， 加大了对呼吸系统的危害。 第五，影响健康。 汽油机燃烧烧排出的直径小于0.5m的含铅铅微粒物可使人 脑脑神经经麻木和患慢性肾肾病，严严重时时死亡。 PM10的微粒一般是粘着在人的鼻子的粘膜上，由人的呼 吸进进入肺部的很少。 PM2.5由于直径小，可以直接进进入呼吸系统统，粘着在肺 部的深处处，有致癌和发发生早死的嫌疑。 六、光化学烟雾雾（photochemical smog） 1. 光化学烟雾雾的概念： 指HC和NOx在太阳紫外线线作用产产生的一种具有刺激性的、浅蓝蓝色的烟雾雾。 它包含有臭氧(O3)、醛类醛类 、硝酸酯类酯类 （PAN）等多种复杂杂化合物。 发生条件：逆温层、低风速（空气接近停滞状态）、阳光充足图图2-6 光化学烟雾雾各成分浓浓度的变变化情况例如：