高温释氧释水剂的成分

102004/12林业研究专讯‧第十一卷第六期112004/12前言随著经济成长，人们对於生活品质之要求也日益提高，台湾社会型态由农业转为工业社会，虽然丰厚了人们的物质生活，却也因为各类工厂的设立、车辆数快速成长等因素，产生日益复杂之空气污染问题。环保署於1982年起即陆续设置空气品质监测站，并於1992年空污法修正公告后，逐年推行污染防治措施。此外，环保署引进美国环保署用以评估空气品质优劣之空气污染指标（Pollutant Standard Index, PSI）。当PSI值大於100时，表示空气品质不良，对呼吸系统不好且较敏感之人会使其症状恶化。同时空气污染亦会对植物造成伤害，严重时甚至导致农作物产量降低。历年PSI值大於100之指标污染物皆以悬浮微粒及臭氧为主，近几年悬浮微粒改善趋势明显，而臭氧污染情形则尚未PPMHTV 甲醛有所改善。因此，空气品质不良指标污染物之结构亦随之改变，悬浮微粒所占的比例逐年下降，臭氧所占比例则相对上升，近年来悬浮微粒已有明显改善，而臭氧污染情形至今尚未有所改善（行政院环保署，2000）。如同其他先进国家一般，二氧化硫等传统空气污染物已有效改善，但却面临臭氧等二次污染物问题。臭氧的前驱物包含氮氧化物（NOX）及挥发性有机化合物（volatile organic compounds,vocs）。参考美国乔治亚州的亚特兰大都会区防制臭氧问题之经验发现，单只降低氮氧化物及人为排放的挥发性有机化合物（anthropogenic volatileorganic compounds, AVOCs），无法有效降低臭森林释出异戊二烯对大气品质之影响⊙国立中兴大学森林学系‧吴金村氧浓度。植物所释出之生物源挥发性有机化合物（Biogenic volatile organic compounds, BVOCs）对於都会区中之光化学烟雾有潜在的重要性，如果忽略生物源挥发性有机化合物对臭氧形成的影响，将使得降低臭氧浓度的计划受到阻碍。而BVOCs中以异戊二烯之释出量较多而活性亦较大，故探讨植物释出异戊二烯之路径及原因有其必要性。光化学烟雾（photochemical smog）光化学烟雾通常是指在阳光下，空气中的各种成分交互作用后生成的空气污染物，此烟雾具有高度氧化力，它会刺激眼睛及喉咙，伤害植物，促使橡胶制品破裂，具臭味且会降低能见度。此现象由美国Haggen-Smit（1952）首先提出，他认为光化学烟雾是汽车所排放出之氮氧化物与碳氢化合物，在有强烈之太阳辐射下，作用产生一系列之光化学反应而形成的，主要的成分包括了臭氧、醛类与过氧硝酸乙醯（peroxyacetylnitrate, PAN）。光化学烟雾属於空气污染里的二次污染现象。二次污染是指空气污染物并非由污染源直接排放出来的物种，而是上述物种经过大气中化学反应而形成的有害物种，称为二次污染物。防制二次空气污染现象与一次空气污染现象最大的差别，在於无法直接监测，也就是说二次污染现象牵涉到化学反应所形成，物质浓度的大小与污染源排放量大小没有直接的线性比例关系，因此造成拟定防治策略的复杂性与困难度。从各种排放源排放出之物种经过不同途径最后生成二次污染物，这些物种称之为空气污染前驱物（prECursors）。众多的前驱物中，可
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林业研究专讯‧第十一卷第六期102004/12林业研究专讯‧第十一卷第六期112004/12分为人为及生物源产生两种，对於人为产生的物种排放量可以有效的控制，然而对於生物源所释出之物种无法调整或控制，只能将这些释出量作为背景值，在拟定防治策略时予以考虑。（一）前驱物1.氮氧化物之来源氮氧化物主要来源来自人为排放，如工业锅炉、加热炉、焚化炉、柴油车和汽机车的引擎、水泥工业及钢铁业的窑炉等，上述机具所排放的氮氧化物大多是一氧化氮，少量为二氧化氮。其中以交通工具的排放量最多，约占总排放量之65％。2.挥发性有机化合物之来源VOCs的来源非常复杂，主要来源可分为AVOCs及BVOCs两种。石油化学工业、工业制造及建筑过程室内外过程中的涂装程序、燃料油品或石化原料原料之运输贮存装卸作业及印刷业都是AVOCs排放源，此外汽机车、柴油车也是重要的排放源之一，包括燃烧不完全尾管排气中的油气成分及柏油路经热蒸散之排出成分，此外洗洁剂、杀虫剂及胶合剂内亦含有AVOCs的成分。BVOCs之主要成分包括甲烷、异戊二烯及单萜类，另外还有倍半萜类、醋酸盐类、醛类、酮类、醚类、酯类、烯类、芳香族、正烷烃类、醇类等十二类。历年来学者发现BVOCs之反应性较AVOCs强，此特性对大气化学极具重要性，其中又以异戊二烯及萜类（terpenes）在大气中之活性极强，因此视为重要的光化学烟雾之前驱物。（二）光化学反应（photochemical reaction）大气中之光化学反应基本上是氧化反应，有人将这种反应比喻为低温触媒氧化反应，人为排放之NO、SO2、CO、VOCs及生物源VOCs，最终都将氧化成H2O、CO2、H2SO4及HNO3，并透过与碱性物质如NH3的中和，再经过物理的相变及大气的移除沈降作用，完成这些物质在大气中之循环。但在大气中光化学反应机制中，NO2经过光解作用产生NO及氧原子，氧原子再与O2反应产生臭氧，此为目前大家所知道唯一在对流层中生成臭氧之路径。而光解作用所产生之NO会再和O3反应产生NO2。此循环在充分日照条件下，这些物种间的反应速率极快，约需数分钟，NO、NO2、O3的浓度即可达到平衡状态，臭氧浓度与NO2浓度成正比，与NO浓度成反比。前述人为排放之NOx中90％以上为NO，所以如果大气中之NO2仅由人为产生，则不可能生成数百ppb的臭氧，故大气中会产生大量之NO2是由NO经氧化途径生成。一般认为大气背景中之臭氧会与水汽作用生成羟自由基（hydroxyl radical），虽然浓度很低仍能氧化VOC生成过氧化物（RO2），而此过氧化物则能提供能量氧化NO使其变成NO2，而NO2再经由上述之路径产生臭氧。此循环中之VOC与羟自由基的反应通常会生成中间物种以及新的羟自由基，所以羟自由基在光化反应中不但没有减少，反而会生成更多的羟自由基，进而导致更多之臭氧产生。异戊二烯（isoprene）全球的植物一年所释出之异戊二烯约有3×1011公斤，这和植物释出甲烷的量相近，和甲烷不同的是异戊二烯的活性大，会迅速的和羟自由基产
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林业研究专讯‧第十一卷第六期122004/12林业研究专讯‧第十一卷第六期132004/12生氧化反应，又会和氮氧化物发生复杂的反应产生臭氧，所以其在大气化学中扮演著重要的角色。异戊二烯的分子式为C5H8，化学式为CH2=C（CH3）CH=CH3，常温下为无色挥发性液体，活性高。异戊二烯於植物细胞中，经二羟甲基戊酸（mevalonic acid）生合成路径生成，乙醯辅酶A（acetyl coenzyme A）转换成isopentenylpyrophosphate（IPP）及其异构物dimethylallypyrophosphate（DMAPP），而DMAPP之焦磷酸根（pyrophosphate）酸解后即为异戊二烯。异戊二烯为二次代谢产物，故其生合成速率和光合作用有关，是以会对光合作用产生影响的因子，也会影响异戊二烯的释出量，如温度、光照强度及二氧化碳浓度。以白桦和栎木为例，30℃时光合作用所固定的碳约有2%用於生成异戊二烯，二氧化碳浓度过高或过低皆会抑制异戊二烯之产生，此外亦与植物种类、生长环境等因素有关。温度与光度为影响异戊二烯释出量的两个最重要的因素之一，VOCS排放异戊二烯的释出对於温度非常的敏感，叶面温度升高10℃后，短时间内异戊二烯的释出量也会增加为原来的数倍，增加的量会随著树种而有所不同，有些树种可能增加至原来的十倍。另一个重要因素为光度，异戊二烯释出量会随著光度增加而增加。根据研究结果显示，植物的光合作用速率对於温度的变化有灵敏的反应，当温度上升达约44℃之后，光合作用的速率会迅速的下降，这个时候叶片已经遭到重大且不可还原的破坏，植物在高温的情况下会释出较多量的异戊二烯，来帮助植物抵抗高温，使它在一定的范围内保护光合作用免於受高温的危害。当叶片暴露在光照强度1000μmolm-2s-1（此约为阳光强度的一半）和纯氮的环境（可抑制植物释出异戊二烯）中，在叶片没有释出异戊二烯的情况下，当温度达到37.5℃时，叶绿素的萤光放射量会增加（此现象代表叶片已经遭到重大的破坏），而在有加入17.5ppm异戊二烯之情况下，叶绿素的萤光放射量在45℃时才增加。结语污染的空气会为害森林，但有些树种会释出多量的异戊二烯，与大气中之氮氧化物反应产生臭氧，来污染空气。因此在含有高浓度氮氧化物之环境，如工业区及都市，其周遭之公园及行道树之树种选择极为重要，除考虑其生长所需条件及遮蔽效果外，更应选择无或低异戊二烯释出量之树种，以减少臭氧之产生，期能降低臭氧对人体及动植物的危害。（参考文献请迳洽作者）