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光化學反應器基本原理公式

1、引發反應產生激發態分子(A*) A(分子)+hv→A*

2、A*離解產生新物質(C1,C2…) A*→C1+C2+…

3、A*與其它分子(B)反應產生新物質(D1,D2…) A*+B→D1+D2+…

4、A*失去能量回到基態而發光(熒光或磷光) A*→A+hv

5、A*與其它化學惰性分子(M)碰撞而失去活性 A*+M→A+M′

反應1是引發反應,是分子或原子吸收光子形成激發態A*的反應。引發反應1所吸收的光子能量需與分子或原子的電子能級差的能量相適應。物質分子的電子能級差值較大,只有遠紫外光、紫外光和可見光中高能部分才能使價電子激發到高能態。即波長小于700 nm才有可能引發光化學反應。產生的激發態分子活性大,可能產生上述2~4一系列復雜反應。反應2和3是激發態分子引起的兩種化學反應形式,其中反應2于大氣中光化學反應中最重要的一種,激發分子離解為兩個以上的分子、原子或自由基,使大氣中的污染物發生了轉化或遷移。反應4和5是激發態分子失去能量的兩種形式,結果是回到原來的狀態。

大氣中的N2,O2和O3能選擇性吸收太陽輻射中的高能量光子(短波輻射)而引起分子離解:N2+hv→N+N λ<120 nm、O2+hv→O+O λ<240 nm 、O3+hv→O2+O λ=220~290 nm。顯然,太陽輻射高能量部分波長小于 290 nm的光子因被O2,O3,N2的吸收而不能到達地面。大于800 nm長波輻射(紅外線部分)幾乎完全被大氣中的水蒸氣和CO2所吸收。因此只有波長 300~800 nm的可見光波不被吸收,透過大氣到達地面。大氣的低層污染物NO2、SO2、烷基亞硝酸(RONO)、醛、酮和烷基過氧化物(ROOR′)等也可發生光化學反應:NO2+bv→NO·+O HNO2(HONO)+hv→NO+HO· RONO+hv→NO·+RO· CH2O+hv→H·+HCO  ROOR′+hv→RO·+R′O·

上述光化學反應光吸收一般在 300~400 nm。這些反應與反應物光吸收特性,吸收光的波長等因素有關。應該指出,光化學反應大多比較復雜,往往包含著一系列過程。


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