Атмосфера Органические вещества в атмосфере Земная атмосфера содержит

Атмосфера. Органические вещества в атмосфере. «Земная атмосфера содержит множество органических компонентов. Человечество обитает на дне гигантского химического реактора, и условия нашего существования зависят от его состояния» .

В настоящее время суммированы данные о более чем 500 органических веществ, содержащихся в атмосфере.

Атмосфера. Органические вещества атмосферы. Антропогенные источники органических веществ. Источники Органических веществ в атмосфере природные биологические антропогенные геологические

Антропогенные источники органических веществ • Автомобильный транспорт 1. Автомобильный транспорт – основной источник (~65% эмиссии) в городах. 2. Всего автомобильный транспорт выбрасывает около 4000 органических соединений, из которых подвергаются мониторингу только около 50 соединений.

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ Стандартная смесь органических веществ для мониторинга атмосферного воздуха в промышленных городах.

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ • Автомобильный транспорт • Сравнение выбросов в атмосферу различными видами транспорта: Вид транспорта Выбросы, млн. т/год Автомобили 21, 0 Железная дорога 6, 0 Авиа 0, 4 Дорожно-строительный комплекс 5, 0

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ • Сравнение дизельного и бензинового топлива (европейская программа Евро-Дизель): № компонент Бензиновый двигатель Дизельный двигатель 1 Азот 74 -77 76 -78 2 Кислород 0, 3 -0, 2 2 -18 3 Водяные пары 3, 0 -5, 5 0, 5 -4, 0 4 Диоксид углерода 5, 0 -12, 0 1, 0 -10, 0 5 Оксид углерода 5, 0 -10, 01 -0, 5 6 Оксиды азота 0 -0, 8 0, 0002 -0, 5 7 Углеводороды 0, 2 -3, 0 0, 009 -0, 5 8 Альдегиды 0 -0, 2 0, 001 -0, 009 9 Сажа (г/м 3) 0 -0, 04 0, 1 -1, 1

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ • • Всего в мире около 700 млн. автомобилей 1 автомобиль за 15000 км. пробега (в среднем около одного года эксплуатации) • Сжигает 4350 кг О 2 • Выбрасывает 3250 кг СО 2 530 кг СО 93 кг Сх. Ну 27 кг NOх ЭТО! 92 % всего СО 63 % всех Сх. Ну 46 всех NOх

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ Автомобильный транспорт Решение проблемы 1. Улучшение организации дорожного движения 2. Совершенствование законодательных мер 3. Совершенствование конструкций автомобилей.

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ Автомобильный транспорт Решение проблемы: Химическая очистка выхлопных газов: 1. Термическое окисление – 15000 C, 10 -15% потери энергии в термическом растворе 2. Каталитическое окисление (Pb, Pd) – отсутствие Pb→каталитический яд тетраэтил свинец- экологический ущерб от использования этилированного бензина 2, 5 -3, 0 млрд. руб. /год 3. (1)+(2) Основные реакции каталитического окисления: 2 NO + 2 CO → N 2 + 2 CO 2 2 CO + O 2 → 2 CO 2 2 NO + 2 CO→ N 2 O + CO 2 CO + H 2 O → CO 2 + H 2 5 NO + 5 H 2 → 2 NH 3 + 2 H 2 O 2 NO → N 2 + O 2

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ Промышленность основного органического синтеза, химическая промышленность, нефтепереработка, нефтехимия Производство синтетических моющих средств Заводы синтетического каучука Предприятия Целлюлознолесохимической бумажные промышленнос заводы ти • Этилен • Пропилен • Бутадиен • Винил хлорид • Бензол, толуол, ксилолы • Акрилонитрил • Фталевый ангидрид • Терефталевая кислота • Алканы • Эфиры • Карбонильные соединения • Карбоновые кислоты • исходные мономеры • растворители • Альдегиды • Кетоны • Спирты • Карбоновые кислоты • Выброс в атмосферу дурно пахнущих веществ – одорантов • Метилсульфид HSCH 3 (метилмеркаптан) • Диметилсульфид CH 3 SCH 3 • Диметилдисульф ид CH 3 SSCH 3 • Формальдегид, спирты, фенолы

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ Производство растворителей в том числе фреонов: 1. 20 -25% всей антропогенной эмиссии органических веществ в атмосферу приходится на растворители: • Метиленхлорид • Хлороформ • ССL 4 (четырёххлористый углерод) • Дихлорэтан • Три- и тетрахлорэтилен • Винилхлорид 2. Фреоны – галоидсодержащие метана, этана и пропана с обязательным содержанием фтора: CCL 3, CF 2 CL 2, CF 3 CL, CF 4, C 2 H 4 F 2 и т. д. 3. Фреоны – хорошо сохраняются в атмосфере, т. к. : • Плохо растворимы в воде • Имеют низкие значения tкип • На воздухе хорошо растворяются 4. Из тропосферы часть фреонов уходит в океан – резервуар для фреонов. Фторхлоруглеводороды 85% аэрозольные упаковки 15% холодильные установки 95% всех произведённых фреонов через 1 -2 года попадают в атмосферу

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ. Производство растворителей. Фреоны. • Производство в мире только 2 -х фреонов: СFCL 3 и СF 2 CL 2 составило до 2005 г. 8 млн. т. /г. • Фреоны разрушают озоновый слой атмосферы в результате протекания радикальноцепных реакций, инициированных УФ облучения (фотолиз С-CL связи в молекуле фреона): 1. Стадия инициирования СFCL 3 → СFCL`2 + CL` СF 2 CL 2 → СF 2 CL` + CL` 2. Стадия продолжения цепи CL` + О 3 → CL`О + О 2 CL`О + О → CL` + О 2 CL`О + О 3 → CL` + 2 О 2 CL`О + О 3 → CL`О 2 + О 2 CL`О 2 + О → CL`О + О 2 3. Стадия обрыва цепи в хлорном цикле CL` + CL` → CL 2 CL` + СН 4 → HCL + CH 3 CL` +Н 2 → HCL + Н` CL` +Н 2 О 2 → HCL +Н`О 2 CL` +Н`О 2 →HCL +О 2

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ. Коммунальное хозяйство- жилые и общественные здания, предприятия, тепло- и водоснабжения, химчистки, свалки. • Вклад невелик – однако (!) источник суперэкотоксикантов – диоксинов • Вентиляционные системы жилых домов: • Около 40 токсичных и дурнопахнущих веществ: – меркаптаны - предельные углеводороды – сульфиды - диеновые углеводороды – амины - альдегиды – спирты - гетероциклические соединения • При сжигании в газовой горелки дома 1 м 3 газа образуется ~150 мл. формальдегида (всего ~22 различных вещества) • Городские свалки: • из 1 т. отходов за 25 выделяется 25 -35 нм 3 СН 4 (70% за первые 10 лет) • Метан – в наибольших количествах • Метилмеркаптан СH 3 SH • диметилсульфид. СH 3 SCH 3 • диметилдисульфид. СH 3 SSCH 3 • сероуглерод. CS 2 • Терпены • Спирты • Карбонильные соединения

Атмосфера Органические вещества атмосферы Антропогенные источники органических веществ. Коммунальное хозяйство • Коммунальные сточные воды содержат до 0, 025% органических веществ СН 3 Нg. CH 3, CH 3 Hg. CL – метилдиметилртуть (СН 3)4 Рb – тетраметилсвинец (СН 3)2 Se - диметилселен

Атмосфера Органические вещества атмосферы Биогенная эмиссия органических веществ • Выделение органических веществ в окружающую среду – универсальное явление для всех организмов: • «дыхание» – По приблизительным подсчетам на плато Озарк в штате Миссури дубовые леса вырабатывают до 300 тонн изопрена в день – Хорошая солнечная погода способствует образованию нестойких органических соединений (изопрена) – При 370 С 10000 тополей могут испускать до 3 кг изопрена/час ≡ испарению 8 л бензина – Изопрен в атмосфере может способствовать разрушению озона • Выброс отходов метаболизма • Деятельность органов внутренней секреции – Шелкопряд – самец способен учуять самку при концентрации феромонов самки в атмосфере в количестве 5 молекул в 10 мл воздуха (!)

Атмосфера Органические вещества атмосферы Биогенная эмиссия органических веществ • Три основных особенности биоэмиссии: • • • Биоэмиссия (без учета метана) почти в 10 раз превышает эмиссию органических веществ из антропогенных источников Биоэмиссия специфична для каждого организма, растения (всего около 100 наименований органических веществ) Существует группа универсальных соединений, которые присущи почти всем живым организмам и растениям и масштабы эмиссии которых особенно велики. Группы универсальных соединений Живые организмы Метан, этилен, изопрен, Этанол, ацетон растения Хвойные Терпеновые углеводороды α- и β-пинен Анаэробные бактерии метан Лиственные «лиственный спирт» 3 -гексен-1 -ол

Атмосфера Органические вещества атмосферы Биогенная эмиссия органических веществ МЕТАН • • Продукт деятельности анаэробных бактерий – конечное звено пищевой цепи – разложение органических веществ: • Донные отложения рек, озёр, морского Шельфа • Переувлажнение почв тундры • Болота • Периодическое затопление Земли (выращивание риса) • Сапропель Суммарная эмиссия около 0, 6· 109 т/г (около ½ общей эмиссии органических веществ) Содержание СН 4 в атмосфере около 1· 10 -4 об% Важная роль в «парниковом эффекте» - одна молекула СН 4 поглощает в некоторых диапазонах частот в 25 раз больше ИК - радиации, чем молекула СО 2

Атмосфера Органические вещества атмосферы Биогенная эмиссия органических веществ МЕТАН • Фотохимическое окисление метана и его гомологов в тропосфере протекает в основном по радикальному механизму: CH 4 + O`H→CH`3 + H 2 O R- CH`3 + O`H→ R- CH`2 + H 2 O _____________ CH`3 + O 2 + М → CH`3 ОО + М* метилпероксидный радикал _____________ 2 CH`3 ОО→ O 2 + 2 CH`3 O метоксильный радикал CH`3 ОО + NO → CH`3 О + NO 2 оксид азота (II) CH`3 ОО + Н`O 2 → CH`3 О + O 2 + O`H гидропероксидный радикал _____________ При взаимодействия метоксильного радикала с кислородом образуется формальдегид CH`3 О + O 2 → CH 2 О + Н`O 2 формальдегид

Атмосфера Органические вещества атмосферы Биогенная эмиссия органических веществ • МЕТАН Молекулы формальдегида относительно устойчивы в атмосфере и являются промежуточным продуктом окисления метана СН 2 О+ hv →НС`О + Н` λ<350 нм формильный радикал СН 2 О + hv →СО + Н 2 λ<350 нм ___________ СН 2 О+ О`Н →НС`О + Н 2 О гидроксил радикал НС`О + О`Н→ СО + Н 2 О СО + О`Н → СО + Н 2 ___________ • В процессе окисления органических соединений в атмосфере, протекающем через ряд последовательных стадий, происходит образование органических радикалов, отличающихся высокой реакционной способностью и малым временем жизни в атмосфере, и достаточно устойчивых промежуточных продуктов окисления, которые часто являются значительно более токсичными соединениями, чем исходные вещества.