美国格雷沃夫甲醛检测仪为您介绍光化学烟雾的由来,藏身霾和臭氧背后的无形vwin德赢登陆

by admin on 2020年4月15日

发布时间:17-08-02 15:24分类:技术文章
标签:美国格雷沃夫,甲醛检测仪,美国格雷沃夫甲醛检测仪为您介绍光化学烟雾的由来
美国格雷沃夫是上*系统化研发IAQ现场监测设备厂商,20年来致力为全球用户提供室内空气质量检测完整解决方案,涵盖VOCs、甲醛、十余种有毒气体、颗粒物、通风、温湿度等关键参数;
光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的氮氧化物和碳氢化合物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。
光化学烟雾多发生在阳光强烈的夏秋季节,可以使人眼睛发红、咽喉疼痛、呼吸憋闷,也可以随气流漂移数百公里,使远离城市的农作物也受到损害。甚至对建筑材料也有影响,大大降低能见度影响出行。并且随着光化学反应的不断进行,反应生成物不断蓄积,光化学烟雾的浓度将不断升高。
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氮氧化物光解而引起的,而汽车尾气排放的主要污染物中*含有氮氧化物。为此,格雷沃夫室内甲醛检测仪提醒人们在购买汽车时注意是否装有尾气催化转化器。

从去年冬天到今年春天,北京城几乎完全笼罩在沉重的雾霾中,PM2.5数据也一直居高不下。最近,国内科研机构对城市雾霾天气进行了研究,一类新的污染物被检出吸引了人们的注意。这种污染物是“含氮有机物”,与“光化学烟雾”密切相关。那么到底什么是光化学烟雾?光化学烟雾又与北京的空气污染有什么关系呢?

前沿导读

什么是光化学烟雾?

光化学烟雾最早是在洛杉矶被发现的。午后的大气中出现淡蓝色的烟雾,并且这些烟雾能够使橡胶开裂、使树叶变色,甚至刺激人的眼睛。这些烟雾常出现在光照强烈的午后,而且往往是出现在比较干燥的日子里。经科学家研究发现,这些烟雾主要来自于氮氧化物(NOx)和挥发性有机污染物(volatile organic
compounds,VOCs)在紫外光照射下发生的化学反应。因为光化学反应是促成这类烟雾的主因,所以这些烟雾被称为光化学烟雾。此后,全球很多城市陆续出现了光化学烟雾,光化学烟雾才逐渐受到重视。

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发生在美国洛杉矶的光化学烟雾,烟雾中的褐色来源于空气中的NO2污染。图片来源:United
States Geological Survey

进入冬季,霾又开始频繁起来,与霾形成有关的各类污染物也逐渐进入人们的视野。若追溯霾的幕后“推手”,VOCs——挥发性有机物难逃其责。

光化学烟雾是怎样产生的?

光化学烟雾的形成往往需要比较复杂的条件。首先,产生光化学烟雾的大气必须稳定,整个大气没有强烈的对流,也没有风的扰动;其次,大气中必须具有相对高浓度的氮氧化物;第三,必须有强烈的光照。NO2在紫外光的照射下光解成NO和原子氧,原子氧与氧分子结合生成臭氧(O3);O3再光解成活性的氧原子和氧气,活性氧原子与大气中的VOCs发生一系列反应,生成包括过氧乙酰基硝酸酯(peroxyacetyl
nitrate,PAN)在内的各种产物。由于O3和PAN是光化学反应里最关键的产物,所以通常将这两种物质作为光化学烟雾的指示物质。之前,不论是兰州西固、广州还是北京的光化学烟雾,都检出了相对高浓度的O3。在我国的空气质量标准中也规定了对O3的监测,这实际上就是为了监测光化学烟雾的状况。而这一次,除了O3,“含氮有机物”也被检出,这种含氮有机物很可能就是PAN。

VOCs是造成我国区域大气复合污染的罪魁祸首之一。由于其形成广泛、影响较大,近年来已成为科学家重点关注的对象。或许公众对于它还有些陌生,但是提到另外两名“同党”——细小颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3),你肯定特别熟悉。VOCs不仅本身具有较强毒性,而且还是PM2.5和O3形成的重要前提物和参与物,可谓隐身于它们背后的“杀手”。

PAN是什么?

准确地说,过氧酰基硝酸酯(peroxyacyl nitrates,PANs)是一系列化合物。其中PAN是最为常见的一种,因此也被认为是PANs的代表物。PAN没有天然源,只有人为污染才会产生PAN。

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PANs的化学结构,其中R=CH3时,该化合物即为PAN。图片来源:wiki
commons

PAN对人体健康的影响主要表现在对眼睛的刺激作用。但是在37℃的环境下,PAN的寿命只有30分钟,因此对于健康的影响大多是暂时的。但是当温度降低到-13℃​时,PAN的寿命则可延长到1个月的时间。由此可见,在温度较低的状态下光化学烟雾持续时间更长。

一般认为,PAN在大气中可以继续分解为NO2和过氧酰基。因而虽然NO2在光化学烟雾生成的过程中参与反应,但它并不会随着反应的进行而被消除。换一个角度,我们可以把NO2看作是整个光化学反应体系中的催化剂,因此控制氮氧化物排放对于控制光化学烟雾的发生与发展意义重大。

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北京的雾霾及光化学烟雾对健康有什么伤害?

从2011年的环保记录来看,北京市的臭氧污染并不严重,而最新的报道中也只是提到了检出PAN,没有给出具体的浓度。不过我们现在还没有必要为此而恐慌,简单来说,如果真的有足够浓度的光化学烟雾,那么我们应该感觉到的是眼睛疼,而不是呼吸不畅。所以,在北京的重度空气污染中,我们更应该在意的还是大气颗粒物(尤其是PM2.5)。

虽然还存在诸多争论,但是一般认为PM2.5的主要健康效应是长期接触导致肺癌的产生——这些细小的颗粒物本身并不具有致癌性,但它可能携带有铅、甲基汞、苯并[a]芘等致癌物质,直接到达人的肺部。。当然,致癌物诱发细胞变异往往是一个长期过程,而且这中间也有各式各样其他因素的干扰,因此长期吸入PM2.5才有可能会对健康产生较明显的影响。而PM2.5对健康的短期效应则只会导致人们的血压升高,当PM2.5的浓度下降后,血压也会相应地下降。从这个意义上讲,现在开始重视PM2.5的减排、治理还为时不晚。

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雾霾下的北京。图片来源:BBC

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vwin德赢登陆,光化学烟雾和雾霾有什么关系?

从物质形态看,光化学烟雾与雾霾似乎没有什么关系。光化学烟雾主要为气态污染物,而雾霾则是大气颗粒物。但是,光化学烟雾最终生成大量的臭氧,增加了大气的氧化性,这导致大气中的SO2、NO2、VOCs被氧化并逐渐凝结成颗粒物,从而增加了PM2.5的浓度。也就是说,光化学烟雾可能成为雾霾的来源之一。

目前华北地区的污染物,同时包括以SO2为主的煤烟型烟雾污染、沙尘暴、黑炭气溶胶、其他燃烧产物、挥发性有机物,以及可能出现的光化学烟雾,这种各种污染物同时出现的复杂污染形式是世所罕见的——因为类似的污染是在西方几百年发展历史上陆续出现的,基本上是治理好了一种才出现另一种。复杂的污染物在时空上重叠,导致污染物在生成、输送、转化过程中的复杂化学耦合作用,产生大量二次污染物(即大气污染物之间发生反应生成新的污染物),致使污染的状况与以往单一类型的污染相比有了很大的变化,形成典型的大气复合型污染。而且,就目前的研究结果来看,我国大气复合型污染的主要产物就是PM2.5和O3,即雾霾和光化学烟雾。可见,光化学烟雾和雾霾在我国大气污染中同样重要。

大气复合型污染表现为各种污染物对大气污染的贡献相差不大,很难找出最重要的污染物,从而使控制污染排放工作的难度加大。过去几十年来那种“SO2→总悬浮颗粒物→可吸入颗粒物→细颗粒物”为代表的循序渐进治理污染物的思路已经无法适应目前环境工作的需要。此外,在这种复合污染条件下,各种污染物对人体健康联合作用的影响还有待研究。或许,污染物之间是协同作用,也就是说几种污染物结合会对人体产生更大的影响;但也存在一种可能,污染物之间的作用是相互拮抗的,也就是所谓“以毒攻毒”。当然,不管是哪一样,我们只有尽自己所能保护环境,减少污染排放,才可能将环境污染的风险降到最低。

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参考文献:

  1. 唐孝炎. 我国的大气复合型污染及其形成机理.
    《环境化学学科前沿与展望》[北京]: 科学出版社, 2011, 116-127
  2. 唐孝炎, 张远航, 邵敏. 《大气环境化学》[北京]: 高等教育出版社, 2006
  3. 北京市环保局.
    2011年北京市环境状况公报
  4. 南方日报. 珠三角灰霾“毒”过北方?
  5. 中国青年报.
    中科院专项研究还原京津冀雾霾天气产生过程

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组成区域大气复合污染的重要前体物

VOCs不仅是一次污染源,而且还能够造成光化学烟雾等二次污染。环境中的VOCs是光化学反应的前体。在有太阳光(主要是紫外光部分)照射时,VOCs与空气中氮氧化物及其他悬浮化学物质发生一系列化学反应,主要生成臭氧、过氧硝基酞(PAN)、醛类等,形成光化学烟雾。某些二次有机物由于其较低的蒸汽压,可通过成核作用、凝结、气粒分配等过程形成二次有机气溶胶(SOA),而二次有机气溶胶是PM2.5的重要组成。研究表明,有机物在PM2.5中的比重占到50%至70%,这其中相当一部分的PM2.5就是由VOCs光化学反应转化而成。

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既做原料又做“燃料” 促进霾形成

PM2.5源解析可以发现,其中有很大一部分是二次生成的细颗粒物,它们来自人为排放的二氧化硫、氮氧化物、VOCs等,这些物质在大气中通过光化学反应,或者纯粹大气的化学反应,便生成二次细颗粒物。

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美国格雷沃夫甲醛检测仪为您介绍光化学烟雾的由来,藏身霾和臭氧背后的无形vwin德赢登陆。参与光化学反应 与臭氧“共进退”

近年来,尽管我国大气污染物中二氧化硫、氮氧化物呈下降趋势,但是夏季臭氧浓度却在增加。

在2016年全国环境空气质量六项监测指标中,O3是唯一一个不降反升的污染物,而VOCs排放与之有着千丝万缕的联系。

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由于VOCs等人为污染物排放的增加,近一个多世纪以来,近地面臭氧浓度在全球呈上升趋势。

臭氧是二次污染物的指标,空气中的VOCs和氮氧化物等在紫外光照射和高温条件下会发生光化学链式反应,产生臭氧等具有刺激性和毒性的氧化剂。

对我们榆中县而言,每到了供暖的季节,空气质量就会直线下降。燃煤带给我们温暖,也释放出大量VOCs。最让人惊恐的是,即使是轻度污染,空气里却没有丁点异味,也没有丝毫令人难受的感觉。空气污染,就这样害人于无形。

构成太复杂 监测难度大

在我国,人为排放的VOCs远高于自然源,固定源燃烧、道路交通、溶剂产品使用和工业过程都会排放VOCs。另一方面,VOCs的组成复杂,物理和化学性质差异大。

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“VOCs并不是一种物质,而是一大类化合物的总称,它在大气中实际包含了成千上万种微量有机挥发物。”

——中国工程院院士 唐孝炎

面对这样的现状,我们何去何从

上海市已经探索了VOCs在线监测技术和体系,应用了在线色谱、质谱、光谱和传感器等主流方法,初步建立大气污染监管新模式。

束手就擒从来都不是大气人的风格。面对严峻的环境问题,只有知难而进,勇于改变现状,才能给地球的未来一个更好的承诺。

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