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对流层臭氧形成中的VOC

1950
  • Arie Jan Haagen-Smit
Laboratory analysis of volatile organic compounds in atmospheric chemistry.

(图片仅供参考)

挥发性有机化合物(VOCs)是形成对流层(近地面)臭氧的重要前体物,而对流层臭氧是大气的主要成分。 photochemical smog在阳光 (hν) 和氮氧化物 (NOx) 的作用下,挥发性有机化合物 (VOCs) 会被羟基自由基 (OH) 氧化。该过程会产生过氧自由基 (RO₂),过氧自由基会将一氧化氮 (NO) 转化为二氧化氮 (NO₂),二氧化氮随后发生光解,产生臭氧 (O₃) 形成所需的氧原子。

对流层臭氧的形成是一个复杂的化学光解循环,离不开挥发性有机化合物(VOCs)。该循环始于二氧化氮的光解:[latex]NO₂ + hν rightarrow NO + O(³P)[/latex]。生成的基态氧原子迅速与分子氧反应生成臭氧:[latex]O(³P) + O₂ rightarrow O₃[/latex]。在洁净的大气中,这些臭氧会被第一步生成的一氧化氮迅速消耗:[latex]O₃ + NO rightarrow NO₂ + O₂[/latex],因此不会产生臭氧净积累。

This is where VOCs play their critical role. The oxidation of a generic VOC (represented as RH) by a hydroxyl radical creates an alkyl radical, which rapidly reacts with oxygen to form a peroxy radical: [latex]RH + \bullet OH \rightarrow R\bullet + H_2O[/latex], followed by [latex]R\bullet + O_2 \rightarrow RO_2\bullet[/latex]. This peroxy radical provides an alternative pathway to oxidize NO to [latex]NO_2[/latex] without consuming an ozone molecule: [latex]RO_2\bullet + NO \rightarrow RO\bullet + NO_2[/latex]. By regenerating [latex]NO_2[/latex] from NO, VOCs effectively ‘short-circuit’ the ozone titration step, allowing ozone concentrations to build up to harmful levels. This discovery, pioneered by Arie Haagen-Smit in the 1950s by analyzing Los Angeles smog, fundamentally changed our understanding of air pollution and led to regulations targeting both NOx and VOC emissions.

UNESCO Nomenclature: 2501
– Atmospheric sciences

类型

化学过程

中断

Substancial

用法

广泛使用

前体

  • 臭氧的发现
  • 了解基本的光化学和自由基反应
  • 鉴定氮氧化物为燃烧产生的污染物
  • 用于识别空气样本中化合物的质谱技术
  • 对洛杉矶等城市严重雾霾事件的观察

应用程序

  • 空气质量法规(例如《清洁空气法》)
  • catalytic converters in vehicles
  • 低VOC消费品的开发
  • 雾霾预测模型
  • 工业排放控制技术

专利:

NA

潜在创新理念

  • 用于建筑物和道路的光催化涂层,可分解挥发性有机化合物和氮氧化物
  • 人工智能驱动的交通管理系统,最大限度地减少城市峡谷的排放
  • 太阳能设备产生羟基自由基来净化局部空气
  • 基于卫星的系统,用于实时绘制全球挥发性有机化合物/氮氧化物比率图
  • genetically engineered microbes for bioremediation of voc-contaminated industrial sites
  • 先进的催化转化器,可在低温下高效运行
  • 可以捕捉室内挥发性有机化合物的智能窗膜
  • 根据位置和健康数据提供个性化雾霾警报的公共卫生应用程序
  • 非碳基工业溶剂的开发
  • 优化绿地布局以减轻臭氧形成的城市规划模型
Related to: tropospheric ozone, photochemical smog, nitrogen oxides, NOx, hydroxyl radical, peroxy radical, VOC, atmospheric chemistry, air pollution, Haagen-Smit.

历史背景

对流层臭氧形成中的VOC

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1975

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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