高溫釋氧釋水劑的成分

【專家解說】：">102004/12林業(yè)研究專訊?第十一卷第六期112004/12前言隨著經(jīng)濟(jì)成長，人們對於生活品質(zhì)之要求也日益提高，臺灣社會型態(tài)由農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)為工業(yè)社會，雖然豐厚了人們的物質(zhì)生活，卻也因?yàn)楦黝惞S的設(shè)立、車輛數(shù)快速成長等因素，產(chǎn)生日益復(fù)雜之空氣污染問題。環(huán)保署於1982年起即陸續(xù)設(shè)置空氣品質(zhì)監(jiān)測站，并於1992年空污法修正公告后，逐年推行污染防治措施。此外，環(huán)保署引進(jìn)美國環(huán)保署用以評估空氣品質(zhì)優(yōu)劣之空氣污染指標(biāo)（Pollutant Standard Index, PSI）。當(dāng)PSI值大於100時，表示空氣品質(zhì)不良，對呼吸系統(tǒng)不好且較敏感之人會使其癥狀惡化。同時空氣污染亦會對植物造成傷害，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量降低。歷年P(guān)SI值大於100之指標(biāo)污染物皆以懸浮微粒及臭氧為主，近幾年懸浮微粒改善趨勢明顯，而臭氧污染情形則尚未有所改善。因此，空氣品質(zhì)不良指標(biāo)污染物之結(jié)構(gòu)亦隨之改變，懸浮微粒所占的比例逐年下降，臭氧所占比例則相對上升，近年來懸浮微粒已有明顯改善，而臭氧污染情形至今尚未有所改善（行政院環(huán)保署，2000）。如同其他先進(jìn)國家一般，二氧化硫等傳統(tǒng)空氣污染物已有效改善，但卻面臨臭氧等二次污染物問題。臭氧的前驅(qū)物包含氮氧化物（NOX）及揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic compounds,VOCs）。參考美國喬治亞州的亞特蘭大都會區(qū)防制臭氧問題之經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單只降低氮氧化物及人為排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物（anthropogenic volatileorganic compounds, AVOCs），無法有效降低臭森林釋出異戊二烯對大氣品質(zhì)之影響⊙國立中興大學(xué)森林學(xué)系?吳金村氧濃度。植物所釋出之生物源揮發(fā)性有機(jī)化合物（Biogenic volatile organic compounds, BVOCs）對於都會區(qū)中之光化學(xué)煙霧有潛在的重要性，如果忽略生物源揮發(fā)性有機(jī)化合物對臭氧形成的影響，將使得降低臭氧濃度的計劃受到阻礙。而BVOCs中以異戊二烯之釋出量較多而活性亦較大，故探討植物釋出異戊二烯之路徑及原因有其必要性。光化學(xué)煙霧（photochemical smog）光化學(xué)煙霧通常是指在陽光下，空氣中的各種成分交互作用后生成的空氣污染物，此煙霧具有高度氧化力，它會刺激眼睛及喉嚨，傷害植物，促使橡膠制品破裂，具臭味且會降低能見度。此現(xiàn)象由美國Haggen-Smit（1952）首先提出，他認(rèn)為光化學(xué)煙霧是汽車所排放出之氮氧化物與碳?xì)浠衔?，在有?qiáng)烈之太陽輻射下，作用產(chǎn)生一系列之光化學(xué)反應(yīng)而形成的，主要的成分包括了臭氧、醛類與過氧硝酸乙醯（peroxyacetylnitrate, PAN）。光化學(xué)煙霧屬於空氣污染里的二次污染現(xiàn)象。二次污染是指空氣污染物并非由污染源直接排放出來的物種，而是上述物種經(jīng)過大氣中化學(xué)反應(yīng)而形成的有害物種，稱為二次污染物。防制二次空氣污染現(xiàn)象與一次空氣污染現(xiàn)象最大的差別，在於無法直接監(jiān)測，也就是說二次污染現(xiàn)象牽涉到化學(xué)反應(yīng)所形成，物質(zhì)濃度的大小與污染源排放量大小沒有直接的線性比例關(guān)系，因此造成擬定防治策略的復(fù)雜性與困難度。從各種排放源排放出之物種經(jīng)過不同途徑最后生成二次污染物，這些物種稱之為空氣污染前驅(qū)物（precursors）。眾多的前驅(qū)物中，可
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林業(yè)研究專訊?第十一卷第六期102004/12林業(yè)研究專訊?第十一卷第六期112004/12分為人為及生物源產(chǎn)生兩種，對於人為產(chǎn)生的物種排放量可以有效的控制，然而對於生物源所釋出之物種無法調(diào)整或控制，只能將這些釋出量作為背景值，在擬定防治策略時予以考慮。（一）前驅(qū)物1.氮氧化物之來源氮氧化物主要來源來自人為排放，如工業(yè)鍋爐、加熱爐、焚化爐、柴油車和汽機(jī)車的引擎、水泥工業(yè)及鋼鐵業(yè)的窯爐等，上述機(jī)具所排放的氮氧化物大多是一氧化氮，少量為二氧化氮。其中以交通工具的排放量最多，約占總排放量之65％。2.揮發(fā)性有機(jī)化合物之來源VOCs的來源非常復(fù)雜，主要來源可分為AVOCs及BVOCs兩種。石油化學(xué)工業(yè)、工業(yè)制造及建筑過程室內(nèi)外過程中的涂裝程序、燃料油品或石化原料原料之運(yùn)輸貯存裝卸作業(yè)及印刷業(yè)都是AVOCs排放源，此外汽機(jī)車、柴油車也是重要的排放源之一，包括燃燒不完全尾管排氣中的油氣成分及柏油路經(jīng)熱蒸散之排出成分，此外洗潔劑、殺蟲劑及膠合劑內(nèi)亦含有AVOCs的成分。BVOCs之主要成分包括甲烷、異戊二烯及單萜類，另外還有倍半萜類、醋酸鹽類、醛類、酮類、醚類、酯類、烯類、芳香族、正烷烴類、醇類等十二類。歷年來學(xué)者發(fā)現(xiàn)BVOCs之反應(yīng)性較AVOCs強(qiáng)，此特性對大氣化學(xué)極具重要性，其中又以異戊二烯及萜類（terpenes）在大氣中之活性極強(qiáng)，因此視為重要的光化學(xué)煙霧之前驅(qū)物。（二）光化學(xué)反應(yīng)（photochemical reaction）大氣中之光化學(xué)反應(yīng)基本上是氧化反應(yīng)，有人將這種反應(yīng)比喻為低溫觸媒氧化反應(yīng)，人為排放之NO、SO2、CO、VOCs及生物源VOCs，最終都將氧化成H2O、CO2、H2SO4及HNO3，并透過與堿性物質(zhì)如NH3的中和，再經(jīng)過物理的相變及大氣的移除沈降作用，完成這些物質(zhì)在大氣中之循環(huán)。但在大氣中光化學(xué)反應(yīng)機(jī)制中，NO2經(jīng)過光解作用產(chǎn)生NO及氧原子，氧原子再與O2反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，此為目前大家所知道唯一在對流層中生成臭氧之路徑。而光解作用所產(chǎn)生之NO會再和O3反應(yīng)產(chǎn)生NO2。此循環(huán)在充分日照條件下，這些物種間的反應(yīng)速率極快，約需數(shù)分鐘，NO、NO2、O3的濃度即可達(dá)到平衡狀態(tài)，臭氧濃度與NO2濃度成正比，與NO濃度成反比。前述人為排放之NOx中90％以上為NO，所以如果大氣中之NO2僅由人為產(chǎn)生，則不可能生成數(shù)百ppb的臭氧，故大氣中會產(chǎn)生大量之NO2是由NO經(jīng)氧化途徑生成。一般認(rèn)為大氣背景中之臭氧會與水汽作用生成羥自由基（hydroxyl radical），雖然濃度很低仍能氧化VOC生成過氧化物（RO2），而此過氧化物則能提供能量氧化NO使其變成NO2，而NO2再經(jīng)由上述之路徑產(chǎn)生臭氧。此循環(huán)中之VOC與羥自由基的反應(yīng)通常會生成中間物種以及新的羥自由基，所以羥自由基在光化反應(yīng)中不但沒有減少，反而會生成更多的羥自由基，進(jìn)而導(dǎo)致更多之臭氧產(chǎn)生。異戊二烯（isoprene）全球的植物一年所釋出之異戊二烯約有3×1011公斤，這和植物釋出甲烷的量相近，和甲烷不同的是異戊二烯的活性大，會迅速的和羥自由基產(chǎn)
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林業(yè)研究專訊?第十一卷第六期122004/12林業(yè)研究專訊?第十一卷第六期132004/12生氧化反應(yīng)，又會和氮氧化物發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，所以其在大氣化學(xué)中扮演著重要的角色。異戊二烯的分子式為C5H8，化學(xué)式為CH2=C（CH3）CH=CH3，常溫下為無色揮發(fā)性液體，活性高。異戊二烯於植物細(xì)胞中，經(jīng)二羥甲基戊酸（mevalonic acid）生合成路徑生成，乙醯輔酶A（acetyl coenzyme A）轉(zhuǎn)換成isopentenylpyrophosphate（IPP）及其異構(gòu)物dimethylallypyrophosphate（DMAPP），而DMAPP之焦磷酸根（pyrophosphate）酸解后即為異戊二烯。異戊二烯為二次代謝產(chǎn)物，故其生合成速率和光合作用有關(guān)，是以會對光合作用產(chǎn)生影響的因子，也會影響異戊二烯的釋出量，如溫度、光照強(qiáng)度及二氧化碳濃度。以白樺和櫟木為例，30℃時光合作用所固定的碳約有2%用於生成異戊二烯，二氧化碳濃度過高或過低皆會抑制異戊二烯之產(chǎn)生，此外亦與植物種類、生長環(huán)境等因素有關(guān)。溫度與光度為影響異戊二烯釋出量的兩個最重要的因素之一，異戊二烯的釋出對於溫度非常的敏感，葉面溫度升高10℃后，短時間內(nèi)異戊二烯的釋出量也會增加為原來的數(shù)倍，增加的量會隨著樹種而有所不同，有些樹種可能增加至原來的十倍。另一個重要因素為光度，異戊二烯釋出量會隨著光度增加而增加。根據(jù)研究結(jié)果顯示，植物的光合作用速率對於溫度的變化有靈敏的反應(yīng)，當(dāng)溫度上升達(dá)約44℃之后，光合作用的速率會迅速的下降，這個時候葉片已經(jīng)遭到重大且不可還原的破壞，植物在高溫的情況下會釋出較多量的異戊二烯，來幫助植物抵抗高溫，使它在一定的范圍內(nèi)保護(hù)光合作用免於受高溫的危害。當(dāng)葉片暴露在光照強(qiáng)度1000μmolm-2s-1（此約為陽光強(qiáng)度的一半）和純氮的環(huán)境（可抑制植物釋出異戊二烯）中，在葉片沒有釋出異戊二烯的情況下，當(dāng)溫度達(dá)到37.5℃時，葉綠素的螢光放射量會增加（此現(xiàn)象代表葉片已經(jīng)遭到重大的破壞），而在有加入17.5ppm異戊二烯之情況下，葉綠素的螢光放射量在45℃時才增加。結(jié)語污染的空氣會為害森林，但有些樹種會釋出多量的異戊二烯，與大氣中之氮氧化物反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，來污染空氣。因此在含有高濃度氮氧化物之環(huán)境，如工業(yè)區(qū)及都市，其周遭之公園及行道樹之樹種選擇極為重要，除考慮其生長所需條件及遮蔽效果外，更應(yīng)選擇無或低異戊二烯釋出量之樹種，以減少臭氧之產(chǎn)生，期能降低臭氧對人體及動植物的危害。（參考文獻(xiàn)請逕洽作者）