基于SO2的液相化学反应机理和云下清除机理模拟云雨酸化过程-环境科学专业论文.docxVIP

The simulation of precipitation acidification process based on the mechanism of aqueous-phase chemical reaction and below-cloud scavenging of SO2 A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate：Guo Qingni Supervisor：Prof. Deng Shunxi Chang’an University, Xi’an, China 论文独创性声明 本人声明:本人所呈交的学位论文是在导师的指导 f ，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成 果。 本声明的法律贡任由本人承担。 论文作者签名: 哼r1 l，t;1_)年 4 月 17 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 (必威体育官网网址的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名: 可 M 则年 4 月 /7日 导师签名: 九、 1 1/ T7) νi 年印 l 7日 摘 要 酸雨是指pH5.6的大气降水，工业的高速发展造成酸性气体的大量排放，其中二氧 化硫是主要的致酸物质。酸雨污染不仅损害生态环境，而且影响人体健康，所以研究SO2 在大气环境中的液相氧化机理，模拟雨水酸化过程，对充分认识酸雨的形成、输送和沉 降机制以及科学地制定酸雨控制对策具有十分重要的意义。 本文研究了SO2、H2O2、O3、CO2、HNO3和NH3六种反应气体的液相化学反应机理 和云下清除机理，并利用Matlab模拟计算云滴和雨滴的酸化过程。在此基础上，以西安 市为例，模拟该市降水酸化过程，并对比分析计算数据与实测数据。最后依据西安市降 水酸度状况和原因提出相应的酸雨控制措施，得到结论如下： 1. 气体在液相中的溶解量和其本身的亨利常数、对应水合化合物的分解平衡常数、 环境温度、液态水含量和液相酸碱度有关，在所研究的六种气体中，HNO3 和 NH3 属易 溶气体，H2O2 和 SO2 属可溶气体，CO2 和 O3 属难溶气体。 2. 在 SO2 的液相氧化过程中，当液相 pH 值小于 5 时，氧化 S(IV)的物质中 H2O2 起 主导作用，当液相 pH 值大于 5 时，O3 对 S(IV)的氧化比较显著。铁，锰催化 O2 对 S(IV) 的氧化在 pH 较高时可能比较重要。其中，H2O2 氧化 S(IV)的速率不受液相酸碱程度的 影响。 3. 云滴酸化过程模拟结果表明，环境温度升高时，液相反应速率常数增大，但是反 应气体的亨利常数减小，最终导致云滴内部 S(Ⅵ)的形成量减少；云滴表面 NH3 的浓度 越高，当云滴内外反应气体浓度达到平衡时，云滴 pH 值越高，滴内 SO42-浓度越高； 云滴的酸化状况对云滴表面 CO2 浓度的变化不敏感。 4. 云下清除过程模拟得出，雨滴 pH 值及滴内 SO42-浓度与雨滴粒径和雨滴周围反 应气体的浓度等因素有关。NH3 起中和雨滴酸性的作用，同时可促进滴内 SO42-的生成； 雨滴粒径大小不同，可使 SO42-落地浓度相差一个数量级。 5. 根据西安市 2011 年的 SO2 浓度、气象条件等数据，模拟了西安市的降水酸化过 程，计算结果表明：当雨滴落地时，SO42-的浓度为 36.01μmol/L，pH 为 4.71。而实测 的西安市降水 pH 值为 5.97，常规下降水中 SO42-的平均浓度为 260μmol/L，由此可知， 酸沉降是复杂的非线性过程。 关键字：酸雨、液相化学反应机理、云下清除、降水酸化、西安 Abstract When the pH value of atmospheric precipitation is lower than 5.6, the acid rain is formed. With the rapid development of industry, a large number of acidic waste gas arose in ambient atmosphere. Sulfur dioxide is a major contributor to the formation of acid rain. Acid rain not only damag