碳氧化物的產生、危害及其與負氧離子的相互作用

中國空氣負離子暨臭氧研究學會專家組提供

大氣環境中存在的碳氧化物主要是指一氧化碳和二氧化碳。就負氧離子對碳氧化物的降解而言，主要是對二氧化碳的降解。對一氧化碳的降解幾乎沒有體現。

二氧化碳是一種無色無味氣體。二氧化碳分子沒有極性，很容易被液化。在地表大氣層中二氧化碳的來源有自然因素和人為因素。自然因素有：地球上各種生命物質的呼吸作用、自然的燃燒過程、森林火災、火山噴發等。一般來說，人為排出的二氧化碳有很多種渠道：
    ①人們生活、發電廠等所用的煤和褐煤燃燒排放的二氧化碳占了二氧化碳排放量的很大部分；
    ②人類所采用的所有動力交通工具都是以石油的裂解產物作為燃料，在燃油的燃燒過程中產生了大量的二氧化碳；
    ③人們使用的另一種燃料——天然氣在燃燒的過程中也釋放出大量的二氧化碳；
    ④人為森林火災或人類使用木材作為燃料時，會在燃燒后向大氣排放二氧化碳。
    通過生物學原理知道，動物通過呼吸作用排出的二氧化碳在大氣的循環過程中通過生物光合作用和溶解于海洋中而重新被地球吸收。然而，大氣中二氧化碳的濃度還是在逐年增加。因此可以判斷，人為變化對于大氣中二氧化碳的平衡有著重要的作用。近年來大氣中二氧化碳含量逐漸增多，這是由于太陽光中絕大多數的紫外線被大氣上空的臭氧層吸收，其余部分的光進入大氣。大氣中的水汽和二氧化碳不吸收可見光，因此可見光可通過大氣層而到達地球表面。與此同時，地球也會向外輻射能量，不過此能量是以紅外光形式輻射出去。水汽和二氧化碳能吸收紅外光，這就使得地球應該失去的那部分能量被貯存在大氣層內，造成大氣溫度升高。有人估計，若大氣溫度升高2～3K,就會使世界氣候發生劇變，同時會使地球兩極的冰山發生部分融化，從而使海面升高，甚至造成沿海一些城市被海水淹沒的危險。這就是所謂的“溫室效應”。正如20世紀60、70年代科學家所預言的那樣：在空氣污染技術中，我們對微不足道的小事倒很關心，如濃度極小的碳氫化合物的光化學反應、微量二氧化硫對植物的影響；而對大量的污染物二氧化碳和亞微細粒子——由于它們的局部影響很小，卻被普遍忽視，這些污染物可能是引起世界性環境重大變化的原因。因此，二氧化碳在對整個地球環境的影響上起到了舉足輕重的作用。在本章節的討論中，我們把二氧化碳作為一種環境污染物進行探討。除了植物的光合作用等消耗地球上的二氧化碳氣體。在大氣電離層中，同樣也存在著二氧化碳和其他活性物質的反應。機理如下：由于自由電荷的大量存在，空氣中的氧氣和氮氣與其發生電子反應：

                                  e- + O₂ + 0₂ → O₂^- + O₂                               (5-l)

                                  e- + O₂ + N₂ → O₂^- + N₂                               (5-2)

   產生了大量的負氧離子，這些負氧離子和進入平流層中的二氧化碳相互作用，會產生以下的幾類反應：

O₂^- + CO₂ + M → C0₄^- + M                              (5-3)

                                  0₂^- + 0₃ → 0₂ + 0₃^-

                                  O₃^- + C0₂ → C0₃^- + O₂                                 (5-4)

                                  O₂^- + O₂ + M → 0₄^- + M

                                  0₄^- + C0₂ → CO₄^- + O₂                                       (5-5)

其中M為大氣中氣體反應催化物。負氧離子作為活性反應物或活性中間體，都可以通過各自不同的途徑對空氣中的二氧化碳進行分解。而在同樣負氧離子濃度較高的山區、瀑布周圍，也存在著類似的二氧化碳分解規律。