Environmental Chemistry Tropospheric chemistry 대류권화학 Tropospheric chemistry 1. 광화학스모그(photochemical smog) - 가스성분의 농도표기법 및 변환 (concentration) 1) mol/cm3 2) ug/m3 3) mol/liter (mol/dm3) 4) ppmv, ppbv 농도변환의 예 1 SO2 (Mw 64.1g)in air 320ug/m3  ? ppbv 320ug  3.011018 molecules of SO2 1m3  2.451025 molecules of SO2 = 2.45 1016 billion molecules 농도변환의 예 2 40ppbv O3  ? ug/cm3  ? mg/m3 환경화학 37

Environmental Chemistry 광화학스모그 기본반응 VOCs + NO + sunlight  O3, HNO3, organics (organic oxidants) 환경화학 38

Environmental Chemistry 1. 광화학반응의 발생요건 (conditions for phtochemical smog) 1) 충분한 교통량, traffic (NO, VOCs, HCs) 2) 충분한 일조량, solar radiation, 적정온도 (temp) 3) 공기정체, stable atmospheric condition 환경화학 39

Environmental Chemistry 2. 광화학반응 (photochemical reactions) 1) NOx의 발생 N2 + O2  2NO 2NO + O2  2NO2 NO + O3  NO2 + O2 NO + ROO•  NO2 + RO• 2) 오존과 hydroxyl free radical의 발생 NO2 + hν(<400nm)  NO + O O + O2 + M  O3 + M O3 + hν(<315nm)  O2* + O* O* + H2O  2HO•__________ NO2 + H2O  2HO• + NO 3) hydroxyl radical 발생반응2 NO + NO2 + H2O  2HONO 2HONO + hν(<400nm)  2NO + 2HO• 환경화학 40

Environmental Chemistry 광화학반응 (계속) 4) 탄화수소(hydrocarbon)의 산화반응 RCH3 + OH•  RCH2 + H2O RCH2 + O2 + M  RCH2OO• + M RCH2OO• + NO  RCH2O• + NO2 RCH2O• + O2  RCHO + HOO• HOO• + NO  HO• + NO2 RCH3 + 2O2 + 2NO  RCHO + 2NO2 + H2O 5) hydroxyl free radical의 소멸반응 HO• + NO2 + M  HNO3 2HOO•  H2O2 + O2 HO• + HOO•  H2O + O2 6) 광화학스모그 2차반응 CH3CHO + OH•  CH3CO + H2O CH3CO + O2 + M  CH3C(O)OO• CH3C(O)OO• + NO2  CH3C(O)OONO2 peroxyacetic acid nitric anhydride peroxyacetyl nitrate (PAN) 환경화학 41

Environmental Chemistry 광화학반응 (계속) 7) Alkene (unsaturated hydrocarbon)의 산화반응 R R’ R R’ C = C + HO•  HO  C  C • H H H H R R’ R R’ HO  C  C • + O2  HO  C  C  O  O• H H H H R R’ HO  C  C  O  O• + NO  R R’ H H HO  C  C  O• + NO2 H H R R’ R R’ HO  C  C  O•  • C  H + O = C H H HO H R R • C  H + O2  C = O + HOO• HO H 환경화학 42

Environmental Chemistry 3. NO의 제거, 3원 촉매(3성분 동시처리 촉매) - 질소산화물, 일산화탄소, 탄화수소 동시처리 1) 환원실(reduction chamber): Rd 금속촉매 H2O + fuel  H2 2NO + 2H2  N2 + 2H2O 2) 산화실(oxidation chamber): Pt/Pd 금속촉매 2CO + O2  2CO2 fuel + O2  CO2 + H2O 환경화학 43

Environmental Chemistry 3. 산성비 (acid rain) What goes up must come down, though in the acid rain, what comes down is worse than what went up! 환경화학 44

Environmental Chemistry 1) 산성비의 기준 pH 대기중 CO2 농도: 약 350 ppmv CO2 + H2O  H2CO3(aq) H2CO3(aq)  HCO3 +H+ pH = 5.6 따라서 pH<5.6 일 경우 acid rain 통상 pH가 5 미만일 때 acid rain이라 함 환경화학 45

Environmental Chemistry 2) 산성비의 산성성분 HNO3, H2SO4 3) HNO3의 생성 Daytime NO2• + HO• + M  HNO3 + M Night-time NO2• + O3  NO3• + O2 NO3• 축적:야간 NO2• + NO3•  N2O5 N2O5 + H2O  2HNO3 HNO3의 제거 -wet deposition -dry deposition -reaction with ammonia NH3 + HNO3  NH4NO3 환경화학 46