当前世界环境

介绍

在目前的情况下，城市空气污染成为全世界发达国家和发展中国家的首要问题。城市的蔓延、工业化和城市地区广泛的交通导致了空气质量差，影响了人类健康和周围环境。大气非甲烷碳氢化合物(NMHCs)是城市大气中主要的空气污染物。¹NMHCs是一组天然的和人为的脂肪族、芳香族和烷基物种，通常分子量低，只含有氢和碳原子，范围从C₂- c_12.²甲烷被排除在这组化学物质之外，因为它的排放量大，与NMHCs相比，它与OH自由基的反应性低，而且它对气候变化有直接的作用。^3.在大气环境，这些化合物的浓度假定是考虑他们在大气光化学发挥的关键作用，对人体健康他们有负面影响的特殊意义。他们是因为他们的强烈倾向的高反应性物质的话，被羟基自由基和臭氧存在于大气中被氧化。^3.因此，NMHCs是对流层O的关键前驱体_3.OH自由基与氮氧化物(NOx)氧化形成。^4、5下文详细介绍了NMHCs的来源及其对环境和健康的影响。

Nmhcs的天然来源

NMHCs的生物源主要来自植被⁶主要以异戊二烯，单萜和倍半萜的形式存在。⁷生物源nmhc的其他来源包括海洋排放^3.还有来自微生物生产的。⁸根据阿特金森⁹在全球范围内，生物源挥发性有机化合物(BVOCs)的含量几乎是人为源的10倍。据估计，全球约有900-1115 TgC/年的BVOC排放⁸如表1所示。

表1:全球nmhc排放的定量估计^10、11

Nmhc的人为来源

在目前的情况下，许多科学家都在研究世界各地的nmhc的人为来源，他们进行了批判性的研究，这一点在下面会提到。

Kansal¹¹汽车尾气，溶剂蒸发，石油化学工业，天然气/液化石油气泄漏是nmhc的主要来源。王等人¹²报告指出，台北市NMHCs的主要来源是汽车尾气和液化石油气(LPG)的泄漏。排放的类型主要取决于燃料的性质及其燃烧。刘易斯等人。¹³报告指出，不完全燃烧通常是汽油和柴油发动机、固定式发电厂、生物质燃烧以及做饭和取暖用的煤炭燃烧所排放的单个人为NMHCs的主要原因。潘伟迪et al。¹⁴环境空气中NMHCs浓度主要受车辆年龄/类型、燃料使用类型、车速、流量以及其他环境条件的影响。除了这些，工业过程是人为NMHCs排放的另一个主要贡献者。在全球范围内，由于工业使用溶剂和家用产品(如油漆、粘合剂、涂料和清漆)，约有17- 27tgc /年的NMHCs排放到大气中¹⁰，¹¹见表2。乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、正丁烷、1,3-丁二烯、i-丁烷、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、戊烷、i-戊烷、顺-2-戊烯、正己烷、正庚烷、苯、甲苯、间/对二甲苯、邻二甲苯等nmhc是大气中流动源排放的主要化合物。^10、11、15填埋场产生的NMHCs排放量相对较低，其对环境的贡献不到1%。全球各种来源的nmhc排放的定量估计¹⁰并接受堪萨斯的审查¹¹见表2。

表2：NMHCs的全球排放量的定量估算^10、11

在亚洲城市的背景下，街道等。¹⁶根据NMVOC排放的化学反应活性和官能团计算，亚洲地区NMVOC排放总量中，烷烃占27%，烯烃占22%，乙炔占5%，芳烃占17%，醛酮占9%，卤碳等有机化合物占20%。以上讨论已经提到，NMHCs的排放对城市环境和城市环境空气中NMHCs的百分比水平有很大的影响。因此，对其来源概况和与NMHCs化合物相关的健康风险暴露的测量、识别应该有良好的文件记录，以便政府当局进行适当的规划、监管和实施都市建设。

Nmhc对环境的影响

nmhc对环境的影响可根据它们在大气光化学中的作用及其对生物健康的不利影响大致分类。以下各节具体讨论它们在光化学臭氧的形成、光化学烟雾的产生，包括过氧酰硝酸盐(PAN)的形成以及它们对植被和人类健康的影响。

在光化学臭氧形成中的作用

大气臭氧形成的基本过程涉及NO的光解₂在波长<424纳米¹⁷和由以下反应：

没有₂+hÑ→no + o

O + O₂+ m→o_3.+ M

式中，M代表N₂或O.₂或者另一个吸收多余能量以稳定臭氧分子的物体。刘等人。¹⁸确立了NMHCs化学在农村大气臭氧生产中的重要性。他们提出了一个简化的反应方案，以如下方式说明NMHCs在臭氧形成中的作用:

NMHC + oh + o₂→反渗透₂

罗依₂+ NO + O₂→不₂+何₂+碳水化合物

何₂+ no→no₂+哦

2(不₂+hυ+ O.₂→no + o_3.）

Net: NMHC + 4O₂+hυ→2 o_3.+碳水化合物

式中，R为烃基，CARB为羰基化合物。

上面的反应方案显示了每一个氧化的NMHC分子形成两个分子的过程。刘等人。¹⁸进一步说明羰基化合物的产生可能导致产生更多的臭氧，通过生产氢自由基。对流层臭氧的形成始于羟基自由基(OH)氧化NMHCs，从而产生氢过氧自由基(HO)₂)和有机过氧(RO₂)自由基。羟基自由基(OH)在对流层臭氧光化学过程中的作用是控制大气中非甲烷烃类氧化、光化学臭氧产生和二次气溶胶形成的重要因素。¹⁹过氧化氢自由基(HO₂)和有机过氧(RO₂自由基帮助将NO氧化成NO₂通过多步反应生成两分子NO₂最后产生了两分子臭氧(O_3.）.

在过氧酰硝酸盐形成中的作用

过氧基硝酸盐(pan)是20世纪50年代发现的大气次生光化学污染物，是光化学烟雾的重要组成部分。¹⁷一般化学式为:RC(O)OONO₂，其中RC(O)OO为过氧酰基。这个系列的第一个化合物是过氧乙酰硝酸盐，即CH_3.C (O) OONO₂，又称PAN。过氧乙酰硝酸盐在对流层中不易光解，相对来说不溶于水。¹⁷由于这个原因，它在对流层中表现为一个相对稳定的物种。聚丙烯腈在大气中的形成是由于羰基化合物(如醛)被大气中存在的羟基自由基氧化而发生的，反应顺序如下:

Rcho + oh→rco^．+ H.₂O

有数^．+ O.₂+ m→rc (o) oo^．+ M

上面形成过氧酰基，然后与NO2结合形成PAN。

RC (O) OO +不₂+ m→rc (o) ooo₂+ M

nmhc通过上述反应作为羰基化合物(如醛)的来源，从而促进PAN的形成。PAN在大气中的主要损失是通过热分解发生的，这是一个依赖于高温的反应:

RC (O) OONO₂+ m↔oo^．+没有₂+ M

在对流层上部温度如此低的情况下，PAN的寿命可能长达数月，使其成为NO的储层分子₂，有利于NO的长距离运输_2.¹⁷聚丙烯腈是一种强氧化剂，高浓度时具有植物毒性。^20.PAN与人类潜在的健康风险有关。这是一种强烈的眼睛刺激物²¹，^20.并且也被视为一个可能的病原体为皮肤癌。²²

Nmhc对植被的影响

如上所述，NMHCs在对流层臭氧和PAN的形成中起着重要作用。但这些化合物已知会对植被造成不利影响。植物对臭氧的保护机制包括降低气孔导度或敏感组织的解毒作用，但这些机制会导致光合作用减少、衰老加剧和生殖过程受损。¹⁷研究表明，臭氧水平升高会导致农作物产量和树木生长(从而降低其固碳能力)下降，并可能改变一个地方的物种组成²³在印度，夏尔马等人。²⁴报道了一些蔬菜作物的营养成分减少。此外，布劳恩等人报告了茎生长和臭氧暴露之间的负相关。²⁵Van Dingenen等。²⁶报告说，由于暴露于臭氧，作物产量损失/下降。

对人类健康的影响

人体接触NMHCs可通过不同途径，如吸入、摄取和皮肤接触，但吸入和摄取是人类接触NMHCs的主要途径。²⁷被吸入人体暴露的主要途径，一些研究报告通过吸入碳氢化合物的不利健康的影响。玻璃等。²⁸报告称，由于长期接触苯等相对较低水平的芳香族NMHCs，患白血病的风险过高。Kirkeleit et al。²⁵调查了石油工业工人的健康风险，认为苯暴露可导致多发性骨髓瘤风险的增加。白等。²⁹显示居住在南非开普敦石化加工厂附近的学童哮喘症状患病率增加。迄今已有几项研究报告称，接触丙烷和丁烷等脂肪族碳氢化合物导致死亡。^30.众所周知，苯等NMHCs化合物会对健康造成多种影响，如急性和慢性非淋巴细胞性白血病、慢性淋巴细胞性白血病、贫血和其他血液疾病，以及对免疫系统的不利影响^31、32而暴露于二甲苯可能导致眼睛、鼻子和喉咙刺激，呼吸问题，损害肺功能和神经系统。研究人员还报告说，苯和1,3-丁二烯被认为对人类具有高度毒性和致癌性。^31日,33尼尔森等。³⁴研究了壬烷暴露等高脂烃对大鼠的影响，发现壬烷对大鼠神经系统有损伤作用，高剂量甚至会导致大鼠死亡。据报告对人类健康有不利影响的其他nmhc是乙烯、丙烯和己烷。³⁵除了直接影响人类健康外，nmhc还可能通过其衍生物及其在臭氧和聚苯胺形成中的作用间接影响人类健康。

印度有关碳氢化合物的法规

印度被认为是一个发展中的国家，他们有来自国内和国际论坛，以监测从各种来源NMHCs的排放量，我们在文献中已经提到，这可能有助于制定规章制度来控制NMHCs在水平带来巨大压力城市环境空气。虽然我们看看全球的情况下，不同的研究人员正在对NMHCs研究人员打算，组织已经在上面讨论的，虽然没有人已经建立了NMHCs的标准，甚至EPA也没有提出对环境NMHCs任何标准。尽管世界卫生组织和美国国家职业安全与健康管理局（OSHA）已设置了一些指导原则为NMHCs化合物，但只暗示。政府遵循它这是不是必需的。³⁶

在印度，与发达国家相比，nmhc的监测和来源概况鉴定及其控制起步较晚。这些活动大多在学术部门作为研究和发展方案进行。然而，我们的综述将揭示关于环境空气中nmhc的各种研究工作。

我们回顾了过去的环境法规，然后我们发现印度是第一个，有保护和改善环境的宪法规定的国家。根据印度宪法第48-A条，邦已指示为保护和改善环境，保护森林和野生动物的印度。印度宪法第51条a (g)款规定，每一个印度公民都有保护和改善自然环境的基本义务，包括河流、湖泊、河流、湖泊、森林、森林、森林和森林。森林和野生动物以及对生物的同情在2010年CPCB污染控制法系列中给出。³⁷尽管环境法在1974年就已经在印度开始了，作为一项水(预防和控制污染)法案，在1972年斯德哥尔摩人类环境会议之后。它已经成为全国范围内的统一法律，以应对更广泛的环境问题，这些问题一直威胁着我们人民的健康和安全，也威胁着我们的动植物。继《水法》之后，《空气(污染预防和控制)法》于1981年颁布，执行这项立法的任务再次分配给根据《水法》(1974)制定的相同管理机构。因此，1974年的《水(预防和控制污染)法案》被誉为印度所有环境法之母。

一些Nmhc化合物的一般规定

鉴于上述讨论,中央污染控制委员会(CPCB)是印度政府的监管机构监管NMHC的化合物如苯和其他化合物苯并(a)芘包括2009年国家环境空气质量标准http://cpcb.nic.in/upload/Publications/Publication_514_airquality状态pdf。³⁸然而，苯和苯并的标准值（a）芘是为5微克/米^3.和1µg / m^3.工业住宅，农村和生态敏感区。由于除苯和苯并缺乏对众生NMHCs和挥发性有机化合物的化合物的流行病学和毒理学证据（a）芘未列入国家标准之下。为减少空气污染，从车辆和机动车排放标准已经在1991年成立的巴拉特阶段（BS），尤其是发出一些其他的决定已经实行由印度政府和联合碳氢化合物的排放值和NOx是0.35和0.18克/公里用于BS III和IV分别汽车乘客，而值1.5和1.0克/千米为两个和三个两轮车。在另一方面1.1，1.6和0.96克/千米分别为BS II，III和IV中，向柴油车辆。目前BS VI已经提出了整个国家。柴油机发电机组发出更多的碳氢化合物和氮氧化物以及它们对城市空气质量的影响比农村的空气质量等等。因此，NMHC及NO x的用于柴油发动机大于800KW的排放限制已经被设置为150毫克/ N-立方米;1100个ppmv的，100毫克/ N-立方米;970 ppmv的和100mg / N-立方米; 710 ppmv的在2003年六月; July 2003 to June 2006 and July 2005, respectively.

Nmhc的监测和测量

由于其在大气中的浓度非常低，NMHCs被认为是微量气体物种，通常在ppb中测量，除非在污染的大气中，它们的浓度甚至可以在ppm中检测到。⁷因此，为了捕获这些化合物，研究人员需要使用高度复杂的仪器，即气相色谱仪(GC)，它与火焰离子化检测器(FID)和分析协议相结合，这取决于研究人员选择的碳氢化合物类型。一般来说，NMHCs化合物的取样采用各种方法。这些方法可以是主动的，被动的和整个空气取样，根据世界各地接受的取样设备。一般情况下，主动采样需要在采样周期内使用空气流量控制泵送采样器，在该采样周期内空气通过吸附剂用于监测现场的吸附管。被动采样是通过污染物的扩散过程完成的，空气被自动吸附到吸附剂管中。虽然整个空气采样是通过Tedlar袋和Summa筒(抛光不锈钢筒)完成的，这是世界各地的研究人员最常用的。总的来说，研究文章引用了活性炭用于高NMHCs和芳香族NMHCs，而Tedlar袋和Summa Canister用于低NMHCs，因为其挥发性保持在其自然环境中，即标准温度压力(STP)。然而，所选的芳香族NMHCs采用USEPA推荐的TO-14或TO-17方法进行分析，而较低的NMHCs则没有USEPA推荐的任何具体指南，进一步分析使用GC-MS或GC-FID。

Nmhc在印度建立的研究

在印度，关于nmhc的监测和来源识别的研究相对较少，始于1990年中期。在印度区域，关于臭氧及其前体如NMHCs的测量的研究报告也很少。著名的研究报告了印度周围空气中NMHCs的存在。

为例子。，Pandit and Rao³⁹报道了C₂- c₅碳氢化合物(hc)是在孟买迪昂纳尔的汽车尾气中排放的石油。他们还评估了C的排放₂- c₅从汽车尾气中提取的hc对孟买的城市大气有贡献，发现10%的C₂- c₅碳氢化合物是汽车尾气的主要来源，而异丁烷只占1.2%。

Rao et al。³⁹在印度孟买的工业场所测量了NMHCs，他们报告了C的浓度₆- c₁₀nmhc高于C₂- c₅位于孟买塔纳地区的两个工业基地。尽管如此,NMHCs C₂- c₅在孟买马胡尔附近的炼油厂地区发现了更高的汞。

地面臭氧和他们对印度的城市地区前体的季节性变化进行了研究Lal等。⁴⁰

Sahu和拉尔⁴¹研究了C₂- c₅NMHCs，并在印度艾哈迈达巴德的一个热带城市网站的其他微量气体。他们发现，在这些NMHCs物质的浓度水平的季节和昼夜变化有更多的冬季相比，夏季为。这是由于在运输模式，边界层的高度和OH基浓度的变化。天然气排放和液体石油气体泄漏也进行到乙烷和丙烷的水平升高作出了贡献。他们建议，汽车废气中的CO，乙烯，丙烯和乙炔的观察分布中发挥了重要作用，同时，未发现生物燃料和生物质燃烧的贡献是显著。

非甲烷烃类C₂- c₄由Sahu等人完成。⁴¹位于印度的海拔高度他们估算了乙烷(1.22±0.58)、乙烯(0.34±0.24)、丙烷(0.46±0.20)、丙烯(0.17±0.14)、i-丁烷(0.21±0.18)、乙炔(0.41±0.43)和n-(0.41±0.43)ppbv等NMHCs物种的年平均混合比。

Pukarait et al。⁴²在印度东北海岸的两个地点重复了nmhc对地表臭氧形成的作用。他们观察到，NMHCs化合物的主要来源是工业、炼油厂、火力发电厂和重型汽车排放。

潘伟迪et al。¹⁴利用主成分分析(PCA)对印度孟买的大气NMHCs进行源解析。他们确定了17个轻nmhc，它们的浓度在冬季较高，在夏季较低。在对nmhc排放进行因子分析后，他们确定了5种可能的来源，即汽车尾气、炼油厂、石化行业、油漆溶剂和聚合物制造行业，分别占总变异量的33%、21%、15%、11%和8%。

萨胡等人。⁴³研究了孟加拉湾(BOB) NMHCs纬向分布的季节变化，发现冬季风期间主要NMHCs的混合比例明显高于夏季风。两季NMHCs在BOB上的分布均呈现明显的南北递减梯度。在夏季，NMHCs混合比例的上升是由于污染物从印度半岛向BOB北部地区输送造成的，而在冬季，则是由于污染物的稀释和光化学损失造成的。

Lal et al。⁴³测量的光NMHCs（C₂- c₅)在印度恒河平原的两个地点(希萨尔和坎普尔)。他们计算了NMHCs在臭氧(O_3.)光化学。基于不同物种间的相关性，他们认为NMHCs的排放主要来自生物质、生物燃料燃烧和化石燃料燃烧。他们还比较了在艾哈迈达巴德估计的结果，发现这些nmhc的总量在艾哈迈达巴德很高，至少在希萨尔省是这样，而总丙烯当量在希萨尔省最高，在艾哈迈达巴德省最低。此外，他们报告说，丙烯和乙烯是在希萨尔和坎努尔测得的NMHCs的主要成分(72-77%)，而在艾哈迈达巴德测得的NMHCs中，丙烯和乙烯的贡献仅为47%。

Nishanth et al。⁴⁴测量了印度坎努尔农村沿海地区的TNMHCs和痕量计浓度。他们估算了TNMHCs的最大、最小和平均浓度(25.45±6.56)、(13.84±4.31)和(19.23±5.56)ppbv观察点。

Pandey等人。⁴⁵利用1997 - 2009年全球生物质排放数据库期间，研究了印度生物质燃烧及其臭氧形成潜力(OFP)产生的VOCs和NMHCs排放。他们估计年排放量为NMHCs (100-470 Gg年)^-1)和其他OVOCs (46-211 Gg yr^-1）.他们发现，在几种生物质燃烧源中，农业残渣燃烧是主要来源，异戊二烯占nmhc总量的80%。

Sarangi et al。⁴⁶对轻质非甲烷碳氢化合物(C₂- c₅）在高海拔现场奈尼塔尔中部喜马拉雅山。他们观察到，而较低的夏季季风期间NMHCs的浓度在冬季和深秋更高。他们还计算乙烷的年度混合比（1.8±1.0），乙烯（0.7±0.9），丙烷（0.6±0.8），丙烯（0.6±0.7），异丁烷（0.6±0.7），正丁烷（0.5±0.6），乙炔（1.0±0.8），和异戊烷（0.5±0.6）ppbv的在奈尼塔尔，印度。

Kumar et al。¹⁵利用主成分分析(PCA)研究了德里地铁城市NMHCs的源剖面。他们发现，德里城市环境中的大多数NMHC是由汽车尾气(23%)、聚合物制造业(19%)、炼油厂/加油站(14%)、火炬排放(13%)、天然气排放(10%)、包括油漆在内的二次工业过程排放的，身体皂和金属制造和加工(8%)，其余13%来源不明。

结论和未来范围

这篇综述的重点是NMHCs的测量、监测、源剖面分析及其在对流层臭氧形成中的作用。由于人类活动、车辆排放、炼油厂运营、液化石油气泄漏和生物质燃烧等原因，城市环境中碳、氮的浓度已达到警戒水平。虽然在全球范围内，NMHCs的自然来源高于人为来源。在大气中存在大量NO和OH自由基的情况下，NMHCs是对流层臭氧形成的关键前驱体。因此，nmhc浓度越高，对流层臭氧的产生也就越多。这种情况出现在印度的整个地区。通过这种方式，国家在工业化和城市化方面的增长可以实现适当的预防措施，车辆的排放，车辆的类型/年龄和使用燃料的相关后果。有关部门必须采取严格的措施，不时地修改现有的政策，并在公共领域实施，如将汽油或柴油的燃料改为压缩天然气，特别是在地铁城市，使用四冲程发动机将排放低污染。他们还应该提供更好的公共交通设施。此外，汽车合用，地铁列车的使用，特别是地铁城市，适当的培训和宣传计划，适当的监测所有这些活动都将改变大气中nmhc的水平。

确认

这篇论文的作者是新德里尼赫鲁大学环境科学学院，因为他们进行了这项综述工作。此外，作者还感谢新德里的科学和工业研究理事会(CSIR)的财政援助。

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