羥基自由基
編輯凈水
編輯羥基自由基使用一系列統稱為高級氧化過程(AOP)的方法在有機污染物的氧化破壞中發揮關鍵作用。AOPs中污染物的破壞是基于羥基自由基對有機化合物的非選擇性反應。對農藥、藥物化合物、染料等一系列污染物具有高效的殺滅作用。
空氣凈化
編輯羥基自由基通常被稱為對流層的清潔劑,因為它與許多污染物發生反應,分解它們,通常是去除它們的xxx步。它還在消除一些溫室氣體如甲烷和臭氧,以及滅活致病病毒和細菌以及中和致敏花粉和霉菌孢子方面也具有重要作用。與羥基自由基的反應速率通常決定了許多污染物在大氣中持續多久,如果它們不進行光解或被下雨。例如,與羥基自由基反應相對緩慢的甲烷的平均壽命超過5年,許多CFC的壽命為50年或更長。其他污染物(例如較大的碳氫化合物)的平均壽命可能非常短,不到幾個小時。
與許多揮發性有機化合物(VOC)的xxx個反應是去除氫原子,形成水和烷基自由基(R?)。
OH+RH→H2O+R
烷基自由基通常會與氧快速反應形成過氧自由基。
R?+O2→RO?2
這種自由基在對流層中的命運取決于諸如陽光量、大氣污染以及形成它的烷基自由基的性質等因素。
導致羥基自由基產生的大氣化學通常在室內不存在。然而,由NASA開創的新技術(參見下一代混合光催化氧化(PCO)用于痕量污染物控制(H-PCO))現在可以在室內重現羥基自由基的室外效應,從而實現連續失活病毒和細菌,去除有毒氣體(如氨、一氧化碳和甲醛)和氣味,以及中和整個內部空間的過敏原。在類似的發展中,工程水納米結構(EWNS)是使用平行的兩個過程合成的,即電噴霧和水的電離。加壓水離開皮下注射針進入電場(3–5kV)以產生大量活性氧(ROS),主要是羥基(OH?)和超氧化物(O?-2)自由基。據報道滅活病原體的效果很好。
在地球大氣層
編輯羥基自由基是通過兩個主要的化學反應在大氣中產生的:
羥基?OH自由基是控制全球地球大氣氧化能力的主要化學物質之一。這種氧化活性物質對地球大氣中溫室氣體和污染物的濃度和分布有重大影響。它是對流層中分布最廣的氧化劑,也是大氣層的最低部分。了解?OH變異性對于評估人類對大氣和氣候的影響很重要。?OH物種在地球大氣中的壽命不到一秒。了解?OH在大氣中甲烷(CH4)氧化過程中的作用,首先是一氧化碳(CO),然后是二氧化碳(CO2),這對于評估這種溫室氣體的停留時間、總碳預算很重要對流層的變化及其對全球變暖過程的影響。?OH自由基在地球大氣中的壽命很短,因此空氣中的?OH濃度非常低,需要非常靈敏的技術對其進行直接檢測。通過分析空氣中存在的甲基氯仿(CH3CCl3)間接測量了全球平均羥基自由基濃度。Montzka等人獲得的結果。(2011)表明,根據CH3CCl3測量估計的?OH的年際變化很小,這表明全球?OH通常可以很好地緩沖擾動。這種微小的變化與甲烷和其他主要被?OH氧化的微量氣體的測量結果以及全球光化學模型計算結果一致。
2014年,研究人員報告稱,他們在熱帶西太平洋大片區域的對流層整個深度發現了一個空洞或沒有羥基。他們認為,這個洞允許大量臭氧降解化學物質到達平流層,這可能會顯著加劇極地地區的臭氧消耗,并對地球氣候產生潛在影響。
天文學
編輯xxx次星際探測
Weinreb等人獲得了仙后座A的無線電吸收光譜中羥基(?OH)基團存在18cm吸收線的xxx個實驗證據。基于1963年10月15日至29日期間的觀察。
重要的后續檢測
能級
?OH是一種雙原子分子。沿分子軸的電子角動量為+1或-1,電子自旋角動量S=1?2。由于軌道-自旋耦合,自旋角動量可以與軌道角動量平行或反平行,從而分裂成Π1?2和Π3?2狀態。?OH的2Π3?2基態被λ倍增相互作用(原子核旋轉和圍繞其軌道的未成對電子運動之間的相互作用)分裂。與質子不成對自旋的超精細相互作用進一步分裂了能級。
化學
為了研究氣相星際化學,區分兩種類型的星際云很方便:T=30-100K和n=10-1000cm-3的擴散云和T=10-30的稠密云K和密度n=104–103cm?3。(Hartquist,分子天體物理學,1990)。
生產途徑
?OH自由基與分子云中H2O的產生有關。TaurusMolecularCloud-1(TMC-1)中?OH分布的研究表明,在稠密氣體中,?OH主要由H3O+的解離復合形成。解離重組是分子離子與電子重組并解離成中性片段的反應。?OH的重要形成機制是:
(解離重組:1a)
(解離重組:1b)
(解離重組:2a)
(中性-中性:3a)
(離子-分子離子中和:4a)
破壞途徑
星際云中的小中性分子可能由?H和?OH反應形成。O2的形成是通過O和?OH之間的中性交換反應在氣相中形成的,這也是?OH在密集區域的主要匯。
原子氧同時參與了?OH的產生和破壞,所以?OH的豐度主要取決于H3+的豐度。然后,從?OH自由基引出的重要化學途徑是:
(中性-中性:1A)
(離子中性2A)
(中性-中性:3A)
(中性-中性:4A)
(中性-中性:5A)
重要形成和破壞機制的速率常數和相對速率
速率常數可以從網站上發布的數據集導出。速率常數具有以下形式:
k(T)=α(T/300)β×exp(?γ/T)cm3s?1
下表列出了為稠密云中的典型溫度T=10K計算的速率常數。
可以使用速率常數k(T)和反應物種類C和D的豐度來獲得形成速率rix:
rix=k(T)ix
其中表示物種Y的豐度。在這種方法中,豐度取自UMIST天體化學數據庫2006,這些值與H2密度相關。下表顯示了rix/r1a的比率,以便了解最重要的反應。
結果表明,1a反應是稠密云中最突出的反應。這與Harju等人的一致。2000年。
下表顯示了對破壞反應執行相同程序的結果:
結果表明,反應1A是稠密云中?OH的主要匯。
星際觀測
大量分子的微波光譜的發現證明了星際云中存在相當復雜的分子,并為研究被它們所含塵埃遮擋的稠密云提供了可能性。自1963年以來,通過其18cm躍遷在星際介質中觀察到?OH分子。在隨后的幾年中,?OH主要在獵戶座地區通過遠紅外波長的旋轉躍遷被觀察到。由于?OH的每個旋轉能級都被λ倍增分裂,天文學家可以從基態觀察到各種各樣的能量狀態。
沖擊條件示蹤劑
?OH的旋轉躍遷熱化需要非常高的密度,因此很難從靜止的分子云中檢測遠紅外發射線。即使在H2密度為106cm-3的情況下,塵埃在紅外波長處也必須具有光學厚度。但是沖擊波穿過分子云的過程正是使分子氣體與塵埃失去平衡的過程,從而使遠紅外發射線的觀測成為可能。中等速度的沖擊可能會導致?OH豐度相對于氫的瞬時升高。因此,?OH的遠紅外發射線可能是對沖擊條件的良好診斷。
在彌漫的云中
漫射云具有天文意義,因為它們在ISM的演化和熱力學中發揮著主要作用。對21cm中豐富的原子氫的觀察表明,發射和吸收都具有良好的信噪比。然而,當HI觀測針對氫核的低質量區域(作為擴散云的中心部分)時,它們存在一個根本性的困難:氫線的熱寬度與感興趣結構的內部速度具有相同的數量級,因此各種溫度和中心速度的云分量在光譜中是無法區分的。分子線觀測原則上不會遇到這個問題。與HI不同,分子通常具有激發溫度Tex?Tkin,因此即使來自豐富的物種,發射也非常微弱。CO和?OH是最容易研究的候選分子。CO在沒有強背景連續譜源的光譜區域(波長<3mm)具有躍遷,但?OH的發射線為18cm,便于吸收觀測。觀察研究提供了檢測具有亞熱激發的分子的最靈敏的方法,并且可以給出譜線的不透明度,這是模擬分子區域的核心問題。
對來自擴散云的?OH和HI吸收線的運動學比較研究有助于確定它們的物理條件,特別是因為較重的元素提供更高的速度分辨率。
馬瑟
?OH脈澤,一種天體物理脈澤,是最早在太空中發現的脈澤,并且在比任何其他類型的脈澤中更多的環境中被觀察到。
在銀河系中,?OH脈澤存在于恒星脈澤(演化的恒星)、星際脈澤(大質量恒星形成區域)或超新星遺跡與分子物質之間的界面中。星際?OH脈澤經常從超致密HII區域周圍的分子材料中觀察到(UCHII)。但是有一些與尚未創建UCHII區域的非常年輕的恒星相關的微波激射器。這類?OH脈澤似乎是在非常致密的物質的邊緣附近形成的,那里是H2O脈澤形成的地方,總密度迅速下降的地方,年輕恒星形成的紫外線輻射可以解離H2O分子。因此,在這些區域對?OH脈澤的觀測,可以成為以高空間分辨率探測星際激波中重要的H2O分子分布的重要方法。
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