室内空气净化原理与实用技术在环境中的显著效果

气态物质在环境空气或室内空气中会发生化学或物理的反应。以下针对环境中的各种反应，通过列举不同的示例分别进行说明。

1.由硫化物（硫氧化物或还原态硫）生成粒子

一般来说，人为来源的硫化物中大部分是来源于化石燃料燃烧或金属冶炼排放的二氧化硫。同时，环境中也有部分二氧化硫来自于火山的喷发。此外，地球上还有很多硫化氢或甲硫醚等自然起源的硫化物。这些污染物都是伴随着有机化合物的腐败发酵，以及海洋或土壤中的生物活动而产生的。硫化氢或甲硫醚等还原态硫化物，首先被大气中的氧化性物质（OH、O、O₂和O₃）氧化而生成二氧化硫，随后则会发生与人为来源硫氧化物同样的反应。二氧化硫经过均相或非均相氧化反应生成的硫酸，由于其极性较大，因此以粒子的形态存在。由于这些硫酸粒子的一部分会与大气中的氨发生中和反应，所以最终就形成了硫酸、硫酸氢铵以及硫酸铵等的混合物。并且，由于它们的吸水性都很高，因此在空气中多数情况下以含水的微小颗粒状态而存在：

2.由氮氧化物生成粒子

氮氧化物在与烃类化合物共存时，经由阳光照射会发生能够生成羟基自由基（OH）、过氧化自由基（ROO∶HOO、CH₃OO和CH₃COOO等）以及O₃等的光化学反应，而硝酸也是这些反应的产物之一。因此在汽车尾气比较严重的城市及郊区由于受到光化学烟雾的影响，大气中往往会存在有较高浓度的硝酸。但当氮氧化物与海盐粒子或大气中的氨反应时，会生成硝酸钠或者硝酸铵。其中，前者以粒子形态存在，而后者的状态则会因受到温度或湿度等环境条件的影响而发生变化^33）。如式（1.43）和式（1.44）中的化学平衡方程式所示，在低温高湿的条件下，物质多以粒子的状态存在，而高温低湿的条件下，则多以气体的形式存在。一般来说，中午气温较高且湿度较低，所以物质通常以气体的状态存在。当进入温度较低但相对湿度有所增加的夜间，平衡便会逐渐向粒子一侧倾斜，并且由于化学反应所生成的盐类产物又具有较高吸湿性，所以整体上更倾向于保持粒子的状态。

3.由氯化物生成粒子

聚氯乙烯等含氯元素的垃圾在燃烧时会产生氯化氢，而大气同时还存在很多来源于人类活动的氨气。那么，与硝酸铵的生成相类似的是，氯化氢与氨气经过化学反应可以生成氯化铵。此时的氯化铵盐同样处于受到温度和湿度影响的化学平衡状态。但在实际环境中，无论是硝酸铵还是氯化铵都很难单独以盐类结晶的形式存在，而是形成复合化合物等形式。所以公式中所示的平衡状态实际上也会受到很多复杂条件的支配：

4.由烃类化合物生成极性化合物

[烃类化合物（HC）→羰基化合物]

烃类化合物的主要排放源包括喷涂、印刷、石油精炼及其制品的销售以及汽车尾气等。汽油车会在排放氮氧化物的同时排放烯烃、甲苯和醛等多种非甲烷有机化合物（Non-Methane Organic Gaseous compounds，NMOG）。同时，在尾气中还含有微量的具有较强光化学反应性，并且容易形成颗粒物的环状烯烃-环己烯。此外，该化合物原本也同样存在于大气中。当环己烯和氮氧化物共存时，在模拟太阳光的照射下就会有颗粒物生成。该颗粒物的成分之一是已二酸。虽然无法详细阐明整个反应，但既已推定的过程如下^34）：(www.xing528.com)

C₆H₁₀（环己烯）+NO_x+hν（太阳光）→OHC（CH₂）₄CHO→HOOC（CH₂）₄ COOH（已二酸） （1.45）

以上过程中得到的最终产物，由于其两端带有极性很强的羧基，因此具有低挥发性、低浓度且容易发生粒子化的特点。并且，已二酸不仅是经由烃类化合物二次反应生成的，而且柴油车的尾气中也有它的身影。

气态环己烯在与NO_x共存的情况下，与经阳光照射生成的臭氧进行反应时，首先会被甲醛氧化，接着会生成极性很高的两端带有羧基的α，ω-二羧酸。该化合物就是最终形成颗粒物的成分。因为大气中的烃类化合物种类繁多，所以二次生成颗粒物的种类也很多。由甲苯和苯乙烯经二次反应生成的粒子为如下所示的苯甲酸：

除此之外，自然来源的烃类化合物，萜稀酸和异戊二烯来源于针叶树木等植物。因为它们也具有较强的光化学反应能力，所以和汽车的尾气一样能够产生光化学烟雾。

5.由多环芳烃生成的硝基化合物^{36）～38）}

机动车尾气中，特别是柴油车的尾气中，含有气态以及颗粒态的多种多环芳烃化合物。这些化合物被排放到空气中后经过发生进一步的化学反应，有时会转变为致突变性更高的硝基化合物。但在柴油机排放粒子、煤油炉和木材等的燃烧生成物，以及大气颗粒物中也都含有这些硝基多环芳烃化合物。区分它们的来源是一次生成还是二次生成，这对于为了降低其环境浓度而开展的相关对策的制定来说是非常重要的。特别是Pitt等人（1978）最先研究了多环芳烃和氮氧化物的反应，提出了其在大气中二次反应生成硝基化合物的可能性。此后，更多的相关研究便广泛展开。

大气颗粒物中的多环芳烃，通过与二氧化氮间的化学反应就可以实现硝基化。如图1.1.30中芘的硝基化反应所示，该反应有可能是在阳光照射下由二氧化硫、硝酸以及OH自由基等参与下的反应，也有可能是有臭氧参加的暗反应。根据迄今为止的研究结果可以发现，芘和荧蒽在大气中的气相反应，都是由OH自由基的加成反应开始，并最终都是在各自的2位完成了硝基化。

久松等人（1999年）的研究表明，除迄今为止发现的具有最强致突变性的1，8-二硝基芘以外，在大气中检测到的单硝基取代的硝基苯并蒽酮也同样具有显著的强致突变性。该化合物与硝基芘和硝基荧蒽同样来源于柴油机废气等化石燃料燃烧排放，并且也是在大气中经过多步反应后才最终生成的。

图1.1.30 多环芳烃中硝基化合物的生成