第五章 空气污染-1.ppt

第五章空气污染
物理和化学原理
理想气体定律
其中V是n mol气体所占的体积。在标准温度及压力下,,。
T:热力学温度,K
R:气体常数,/(mol•K)
道尔顿分压定律
因为气体燃烧产物的组成与空气完全不同,因此,利用通过空气校正的测量仪器进行烟道气体及排放源气体的样品采集时,其读数必须加以校正,以反映出这种差异。校正因子的计算是以道尔顿分压定律为基础。道尔顿(Dalton)发现;混合气体的总压力等于组成该混合气体的各气体成分的分压之和,用数学式表示为:
Pt=P1+P2+P3+……
Dalton 分压定律可以用理想气体定律的形式来表示:
绝热膨胀和压缩
空气污染气象学研究的是受污染大气的热力学过程及其所产生的结果,绝热膨胀和压缩即为其中的一个热力学过程。绝热过程是指在不加入或移走热量的条件下,以极其缓慢的速度进行的一个过程,其中的气体在任何时刻均处于平衡状态。
假设圆筒和活塞面完全与外界隔绝。气体压力为户,活塞面积为A,为使活塞保持平衡,必须施加一个等于PA的力F。
F
F = PA
若增加作用力F使气体体积压缩,则圆筒内气体压力增加,活塞将对气体作功。因为无任何热量进入或离开气体,根据热力学第一定律,做功将使气体的热能增加,即有气体增加的热量=气体增加的热能十气体所做的功因为等式的左边等于零(此过程为绝热过程),所以增加的热能等于外力对气体所做的功。
热能的增加反映在气体温度的升高。若气体绝热膨胀,则气体温度下降。
测量单位
表示空气污染数据常用的三种基本测量单位为:每立方米中所含微克数(g/m3),体积分数(L/L)及微米(m)。g/m3和g/L为浓度测量单位,可用于表示气态污染物的浓度。
颗粒污染物的浓度仅用g/m3表示,而m用以表示颗粒的粒径大小。
因为使用mL/m3很方便,所以经常用作测量单位,其优点是L/L为体积对体积的比值,温度和压力的变化并不改变污染气体的体积所占被污染气体体积的比例。
(1) mg/m3转换成g/L
mg/m3及L/L之间的转换可利用标准状态下(0℃) 。在标准温度和压力下,质量为Mp的污染物(以克计)所占的体积为
Vp=Mp/M
其中,M是污染物的摩尔质量。在非标准状态的其他温度和压力下的lmol气体所占体积需用理想气体定律校正:
非标准状态下的气体体积:
(T2/273)()
实际上,该公式来源于:
用L/L表示的污染物体积分数可以写成:Vp/Va;其中Va=1立方米空气的体积。所以:
注意:式中Mp的单位是g。
Example: 2m3的空气样品中含有80 g/m3的SO2。采样时温度和压力为25C和200kPa,试用L/L表示SO2的浓度。(学生演习,时间5min)
T2:热力学温度,K
M:污染物摩尔质量
空气污染概述
空气污染在三种规模上影响着公众健康:即微观、中型和宏观。放射性建筑材料的自然辐射所引起的室内空气污染属于微观空气污染。工业生产及汽车排放所引起的室外周围空气的污染属中型空气污染。空气污染物的远距离传输及对全球的影响属于宏观空气污染,如酸雨污染。空气污染对全球的潜在影响是使大气层上层发生改变,引起臭氧层破坏及全球变暖。本章在关注微观和宏观规模的空气污染效应的同时,将着重讨论中型的空气污染问题。
空气污染物的影响
对材料的影响
(1) 材料破坏的机制
空气污染造成材料破坏的的机制有五种,分别为磨损、沉积和洗除、直接化学破坏、间接化学破坏和电化学腐蚀。
较大的固体颗粒在材料表面高速运动会引起材料表面磨损。除了暴风雨中的固体颗粒和从武器射击排出的铅粒,一般大多数空气污染物的颗粒或是尺寸太小,或是运动速度不够快,所以不易造成材料表面的磨损。对于大部分的材料,表面清洗都会引起损伤,建筑物的喷沙清洗就是一典型实例。衣物经常清洗会使纤维强度变弱,经常清洗油漆表面会使油漆表面失去光泽。
溶解和氧化还原反应导致直接化学破坏,通常水为反应介质。二氧化硫及三氧化硫在有水存在时,与石灰石(CaCO3)反应生成石膏(CaSO4·2H2O)和硫酸钙,而硫酸钙和石膏比碳酸钙易溶于水,易被雨水溶解。硫化氢使银变黑是一典型的氧化还原反应。
当污染物被吸附在材料表面并且形成破坏性化合物时,则发生对材料的间接化学破坏。产生的破坏性化合物可能是氧化剂、还原剂或溶剂。这些化合物会破坏材料晶格结构中的化学键因而具有破坏