[논문]대기내 발생하는 복잡한 광화학반응에 대한 수치실험

원경미; 김유근; 이화운; 김희정

doi:10.5322/jes.2006.15.3.203

대기내 발생하는 복잡한 광화학반응에 대한 수치실험
Numerical Simulation of Complicated Photochemical Reactions Occurring in the Atmosphere 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.15 no.3, 2006년, pp.203 - 209

원경미 (부산대학교 대기과학과) , 김유근 (부산대학교 대기과학과) , 이화운 (부산대학교 대기과학과) , 김희정 (부산대학교 대기과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In predicting oxidants concentration, the most important fact is to select a suitable photochemical reaction mechanism. Sensitivity analysis of $O_3$ and other important photochemical oxidants concentrations was conducted by using CBM-IV model. The predicted oxidants concentration was considerably related with the initial concentration of formaldehyde, $[NO_2]/[NO],\;NO_x$, RH and RCHO. As the initial concentration of formaldehyde increased, concentration of $NO_2$ increased. $O_3$ concentration was proportional to the $[NO_2]/[NO]$ ratio. When the initial concentrations of RH and RCHO were high, photochemical reaction was more reactive, including more rapid conversion of NO to $NO_2$ and increased oxidants. Also, the sensitivities of ozone formation to rate constants, $K_l,\;K_2\;and\;K_3$ in the $NO_2$ photolysis were studied.

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문제 정의

본 연구는 오존과 같은 광화학스모그 물질의 농도를 예즉하고자 하는 대기질 모델에 사용되어지는광화학반응 메카니즘 중 CBM-IV에 대한 여러 경우의 수치실험을 통하여 대기에서 발생하는 복잡한광화학 반응의 과정들을 연구하고자 한다. Morris 등明)의 연구를 참고하여, vOCs 및 기타 오염물질의초기 농도를 설정하고, 수치실험을 통해 각 2차 오염물질의 시간에 따른 농도변화와 광분해 속도상수 K1 의 변화를 나타내었다.
본 연구에서는 광화학 반응모델인 CBMTV를 대기 질 예측 모델에 적용하기에 앞서 CBM-IV의 특징을 분석해 보았고, 수차실험를 통해 oxidants의 , 형성과정에 있어서 중요한 화학반응들과 여러 오염물질의 초기 농도 변화가 oxidants 형성에 미치는 영향에 관해 연구해 보았다.

제안 방법

Morris 등明)의 연구를 참고하여, vOCs 및 기타 오염물질의초기 농도를 설정하고, 수치실험을 통해 각 2차 오염물질의 시간에 따른 농도변화와 광분해 속도상수 K1 의 변화를 나타내었다. 또한 반응속도상수가。3 농도변화에 미치는 영향을 알아보기 위해 주요 반응속도상수들의 시간에 따른 변화를 나타내었으며, 몇몇 물질의 초기 농도 함수로서의 oxidants 농도변화를 수치실험하여 초기 농도가 오염물질 농도에미치는 영향을 살펴보았다.
3농도를 비교해보기 위해 CBM-IV의중 각 반응의 반응속도 상수만을 0.5배씩 증배시켰다.
대해。力 NO % NO* 산화물 등 2차 오염물질의농도 변화를 계산하였다(Fig. 1). VOCs는 일사가 존재할 때 광분해 라디칼 (photodissociation radicals) 과의 반응이 시작되면서 OH radical과 RO₂ radical 은 N。와 NO?를 산화시켜。3, HNC)3, PAN 등을 생성한다.
반응성 탄화수소(RH)와 알데히드류(RCH0) 의 초기 농도에 따른 oxidants 농도변화를 수치실험해 보았다.
반응들을 포함한다. 본 연구에서는 시간에따른 각 2차 오염물질의 농도변화와 반응속도상수및 초기농도에 따른 오염물질의 농도변화를 수치실험 하였으며, 수치실험의 수행시간은 하루 동안으로하였다.
NO.와 FOR肱의 초기 농도의 함수로서 오염물질의 농도변화를 수치실험하였다. NO?의 초기농도를 O.

대상 데이터

Alkenese보통 대기 중에서 빠르게 반응하지만, ETHe 다른 alkenes에 비해 반응속도가 느리나 대기 중 탄화수소의 상당한 부분을 차지하고, 쉽게 포름알데히드를형성하므로 중요한 반응종으로 다루어진다. 방향족탄화수소로는 TOL과 XYL, 알데히드 종으로 FORM과 ALD2, biogenic 탄화수소로 주로 시골 지역에서 방출되는 ISOP를 고려하였다.
따라서 메카니즘에 포함되는 반응의수와 반응종의 수를 제한하기 위해 일반적으로 lumping 기법이 사용되며, 그 중 CBM-IV는 탄소결합 구조가 비슷한 반응들을 하나의 종으로 분류한구조적 lumping 기법을 이용한 것이다. 사용된 화학반응식은 81개 이고, 화학반응종은 34개로서 이 중주요 유기화학종은 파라핀(PAR), 에틸렌(ETH), 올레핀(OLE), 톨루엔(TOL), 크실렌(XYL), 포름알데히드(FORM), 알데히드(ALD2), 이소프렌(ISOP), 비반응성 물질(NR) 등 9개, 유기 생성물 4개, 유기 라디칼 6개이다(Table 1).

성능/효과

증가할수록 강산화제인。3과 ・反川。3, PAN 의 농도가 증가되고, 특히 광화학 반응이 진행되는낮 동안 OH radical 또는 RO₂ radical과 반응하여생성된 NO*의 산화물들은 oxidants 생성에 크게기여하였다.
VOCs는 일사가 존재할 때 광분해 라디칼 (photodissociation radicals) 과의 반응이 시작되면서 OH radical과 RO₂ radical 은 N。와 NO?를 산화시켜。3, HNC)3, PAN 등을 생성한다. 또한 일조시간(irradiation time)이 증가할수록 강산화제인 。3과 HN03, PAN의 농도는 증가되는데, 이는 태양에너지 강도에 의한 광분해 속도상수 Ki의 변화와 각 오염물질간의 반응이 서로 연관되어 큰 영향을 주고 있음을 볼 수 있다. HNO₃와 PAN의 변화경향은 일출직후 증가하기 시작하여 태양복사량이 최대인 정오 시간(360min)에 최대치를 나타내는 府의 변화와 유사한 패턴이며, 03 역시 태양일사가 가장 강한 정오 무렵에 최대치에 도달하지만 정오시간 그 이후에도 농도 변화는 크지 않다.
그리고 여러 화학물질의 초기 농도는 oxidants 형성에 큰 영향을 줄 수 있음을 알 수 있었다. 포름알데히드의 초기 농도를 증가시켰을;.

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