2)日本四日市的大气污染 日本四日市是一个石油化工城。据统计,每年由工厂排出的SO2和粉尘总量高达13万多吨,使这个只有几十万人口的工业城终年黄烟弥漫,大气中的SO2 浓度超过人体所能允许浓度的5—6倍。而且,大气中还含有锰、铅、钛、钒等重金属微粒,以及硫酸雾、硫化氢、碳氢化合物、亚硝酸和硝酸等物质。这些有害污染物长期被人们吸入肺内,使人们逐渐患有慢性或急性的支气管炎、支气管哮喘,以及肺气肿等呼吸道疾病,这就是所谓“四日市哮喘病”。这种病不仅在日本有,在欧美以石油为主要燃料的国家也有。
3)美国洛杉矶型光化学烟雾 美国洛杉矶光化学烟雾事件最早发生在1946年,其表现是白色烟雾(有时带紫色或黄褐色),大气能见度降低,具有特殊气味,刺激眼睛和喉粘膜,使呼吸困难。生成的O3可使橡胶制品开裂,使植物叶片受害,变黄甚至枯萎。烟雾一般发生在相对湿度较低的夏季晴天,高峰出现在中午或刚过中午,夜间消失。大气中氧化剂(O3等)浓度很高。表6-10是伦敦型烟雾与洛杉矶型烟雾的比较。
光化学烟雾形成的机理,在本世纪五十年代以前还不很清楚,1951年首先由加利福尼亚大学哈根·斯密特博士提出了光化学烟雾的理论。他认为洛杉矶烟雾主要是由汽车排放尾气中的氮氧化物、碳氢化合物在强太阳光作用下,发生光化学反应而形成的。
引起光化学烟雾的NO2 气体可吸收290—700 nm(毫微米)波长的光。在波长290—430nm 紫外光照射时,可使NO2按下面(1)式进行光解离:
NO2+hv(290~430 nm)→NO+O(3p) (1)
生成的基态氧原子O(3P),很快又与大气中氧分子反应生成臭氧(O3)。(2)式中M表示其他分子。
O(3p)+ O2+M→O3+M (2)
生成的O3与NO碰撞按(3)式反应,生成NO2和氧分子。
O3+NO→NO2+O2 t(3)
上述三个反应是假定只有NOx存在下,受光照所发生的基本光化反应链。既使大气中NO2浓度很低,如小于1ppm也可在几分钟内达到平衡。如以中等强度日光照射时,根据化学反应计算可知:
[NO2]=10pphm时,[O3]=2.7pphm
[NO2]=100 pphm时,[O3]=9.5 pphm
式中,pphm是Parts per hundred millios的缩写,表示一亿分之一体积分数。
通常大气中不只含有NOx,而往往还含有碳氢化合物,其中烯烃和芳香烃等有机化合物最容易与原子O(3p)、氧分子(O2)、臭氧(O3)和NO等反应,生成一系列的中间和最终产物。中间产物有多种自由基,如R·基(烷基)、RO·基(烷氧基,包括HO·基)、RCO·基(酰
基)等。最终产物有臭氧、醛、酮、过氧乙酰基硝酸脂(PAN)和过氧苯酰硝酸脂(PBN)等。
目前许多学者认为,形成光化学烟雾的碳氢化合物,主要是烯烃和少数芳香烃化合物。对光化学烟雾形成机理的研究,也多侧重于这方面。在此仅以丙烯碳氢化合物为例,说明形成光化学烟雾的机理。其主要反应有:
由(4c)式生成的CH3CH2、HCO 基能迅速与大气中的氧反应:
生成的CH3CH2OO基将NO氧化成NO2,其反应为:
丙烯受到臭氧氧化分解,根据克莱奇(Criegee)机理,认为可产生甲酸和乙酸两性离子,以及甲醛和乙醛。其反应如下:
生成的甲酰和乙酰均是活性中间产物,两性离子的甲酰和乙酰受氧氧化可生成过氧甲酰基和过氧乙酰基基团:
过氧酰基团与NO或NOx作用,就会生成过氧乙酰基硝酸脂(PAN)和烷基硝酸脂:
光化学烟雾的形成机理是较复杂的,上面只是简单地介绍了某些主要中间生成的氧化物基团和最终产物的主要反应式。目前仍在进一步的研究中。光化学反应除生成臭氧、过氧乙酰硝酸脂(PAN)及其同系相类似的氧化物外,还生成醛、酮、丙烯醛一类的还原性物质。近年来又发现生成与PAN相似的过氧苯酰硝酸脂(PBN)的氧化物。