Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время исследованиям в области химии атмосферы уделяется большое внимание. В значительной мере это объясняется наличием двух глобальных экологических проблем, связанных с изменением состава атмосферы в результате человеческой деятельности, - уменьшением содержания озона в стратосфере и прогнозируемым потеплением климата Земли в результате роста так называемого парникового эффекта.
Для предотвращения уменьшения концентрации стратосферного озона в последние годы был принят ряд международных документов, регулирующих выбросы озоноопасных антропогенных веществ (Женевская конвенция по защите озонового слоя Земли 1985 г., Монреальский протокол 1987 г.).
Документов, регулирующих выбросы антропогенных парниковых газов, пока не существует, хотя можно считать научно доказанным, что дальнейший рост выброса таких газов в атмосферу неизбежно приведет к росту парникового эффекта и глобальному потеплению.
Одной из причин такой ситуации является недостаточная изученность проблемы, что в свою очередь объясняется отсутствием данных о парниковых свойствах многих антропогенных соединений.
Расчеты показывают, что основной вклад в рост парникового эффекта в настоящее время вносит выброс в атмосферу СОг. Из расчетов следует также, что в последние два десятилетия заметный вклад в этот процесс внесли галогенированные углеводороды (CFCs, HFCs, HCFCs; синоним: хладоны). По оценкам, их вклад в потепление за 80-е годы мог составить около 25%.
Воздействие любой атмосферной компоненты на земной климат определяется в основном тремя факторами:
-
Способностью поглощать ИК-излучение земной поверхности, а также степенью перекрывания полос поглощения этой компоненты и спектра излучения Земли.
-
Временем жизни в атмосфере.
3. Оптической толщиной атмосферы в области полос поглощения.
Так, полностью галогенированные углеводороды (CFCs -
chlorofluorocarbons), широко используемые в промышленности, обладают интенсивными полосами поглощения в ИК-диапазоне вблизи максимума теплового излучения Земли, где оптическая
толщина атмосферы мала, и большими временами жизни (десятки и сотни лег), поскольку они разрушаются только в стратосфере, где их содержание не превышает 10%. Это приводит к их накоплению в атмосфере и значительному вкладу в глобальное потепление.
Переход на озонобезопасные хладоны (частими
галогеннрованные углеводороды: HCFCs - hydrochlorofluorocaxibeas,, HFCs - hydrofluorocarbons) может изменить ситуацию к лучшему ваза меньших времен жизни этих соединений, так как они эффежшщюи> разрушаются в реакциях с гидроксил-радикалами в тропосфере,.
Соединения, не содержащие хлора, являются наийозюе приемлемыми с экологической точки зрения, гак как их поступление Е атмосферу не может изменить концентрацию стратосферного озона. Частично фторированные эфиры (HFOCs) рассматриваются как возможные альтернативные хладоны наряду с HFCs. Однако отсутствие кинетической информации не позволяет давать рекомендации по их применению в промышленности.
Полностью фторированные углеводороды (FCs) также предлагалось использовать как озонобезопасные заменители. Однако сни практически не разрушаются даже в стратосфере, и их характерные времена жизни в атмосфере оцениваются в десятки тысяч лег. Результатом может быть накопление FCs в атмосфере в значительных концентрациях и существенное влияние на климат.
Оценка эффективности указанных соединений как парниковых газов позволяет оценить возможное влияние этих соединений на климат Земли и необходима для принятия решения о возможности их широкого лрименения в промышленности.
Цель работы
а. «Определение интегральных интенсивностей полос поглощения используемых а «астоящее время соединений и их озонобезопасных заменителей в ИК-области спектра.
-
Исследование реакций некоторых частично галогенированных углеводородов с гидроксил-радикалами с целью определения времени их жизни в атмосфере.
-
Разработка метода оценки парниковых потенциалов хладонов.
-
Оценка парниковых потенциалов (относительно CFC-11 и СОг) озонобезопасных заменителей хладонов для разных временных горизонтов.
Научная новизна
Определены интегральные интенсивности полос поглощения в диапазоне 400-1600 см*1 трех используемых в настоящее цремя соединений и 21 альтернативного соединения; для 12 из них определены впервые.
Определены константы скороста семи реакции підроксил-радикалов с частично галогеннрованнкми углеводородами. Впервые получены температурные зависимости констант скорости реакций ОН с частично фторированными эфирами.
Оценены времена жизни в атмосфере Земли для тести исследованных соединений; для четырех из них вперые.
Предложен метод оценки парниковых потенциалов (относительно CFC-11 и C02), с помощью которого были оценены потенциалы 24 исследованных веществ; 12 из них впервые.
Практическая ценность работы Полученные оценки коэффициентов парниковой эффективности могут использоваться при решении вопроса о целесообразности широкого применения исследованных соединений с точки зрения их возможного вклада в глобальное потепление Земли.
Измеренные константы скорости реакций пополняют существующие базы кинетических данных и могут быть использованы при математическом моделировании воздействия выброса указанных соединений на озоновый слой и климат Земли.
Развитые в работе методы и полученные результаты могут найти применение в ИХФ РАН, НПО ГИПХ, ЦАО и ГГО Госкомгмдромета России и в других организациях, связанных с изучением химической физики атмосферы.
На защиту выкосятся: - сечения поглощения излучения в диапазоне 400-1600 см"1 и интегральные интенсивности полос поглощения следующих галогенированных- углеводородов:
CFC13, CF2C12, CF3Br, CHF2C1, CHC12-CF2C1, CHFC1-CFC12, CHC12-CF3, CHFCI-CF2Ci, CH2F-CFCJ2, CH3-CFC12, СП3-ССІ5,' CH2F2, CHF2-CF3> CH2F-CF3, CH3-O-CF3, CHF2-OCII2-CF3, CH3-OCHF2, CHF2Br, CHFBr-CF3l CH2Br-CF3, CHClBr-CF3l CF,, CF3-CF3> CF3-CF2-CF3;
- значения констант скорости элементарных химических реакций гадроксил-радикалов с частично галогенированными углеводородами: CH3-OCF3, CH3-0-CHF2) CHF2-0-CHrCF3, CHFC1-CFC12, CH2F-CFC12, CH3C1, CHBr3;
значения времен жизни в атмосфере для CHF2-0-CH2-CF3, CH3-O-CF3, CHrO-CHF2> CHFC1-CFC12, CH2F-CFC12. CH3C1;
метод оценки парниковых потенциалов;
значения парниковых потенциалов (относительно CFC-11 и С02) для 24 исследованных веществ.
Апробация работы и публикации
Результаты диссертационной работы были доложены на Совещании NASA, NOAA и AFEAS по разрушению HCFCs и HFCs в атмосфере (Боулдер, Колорадо, США, 1993), на Первой Международной конференции по химии, технологии и применению фторсодержащих соединений в промышленности (Санкт-Петербург, 1994), на 208 Ежегодном собрании Американского химического общества (Вашингтон, США, 1994), на XIII Международном симпозиуме по газофазной кинетике (Дублин, Ирландия, 1994), на Конференции молодых ученых по атмосферному озону в ИФА РАН, 1995.
Результаты диссертационной работы были представлены в 1 статье, 6 тезисах сообщений на международных конференциях и симпозиумах и 9 научно-технических отчетах.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит Из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и содержит 128 страниц, 39 рисунков, 11 таблиц. Список цитируемой литературы составляет 105 наименований.
