Đang tải... (xem toàn văn)
NO2 là một khí rất độc chỉ với hàm lượng nhỏ, vì vậy cần phải kiểm soát chúng trong các môi trường có liên quan, bài tiểu luận này trình bày 3 phương pháp phân tích khí NO2 trong môi trường không khí của chúng ta.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC TPHCM, tháng 12/2013 2 Table of Contents I. Tổng quan về NO 2 . 4 I.1. Tác hại của NO 2 4 I.2. Nguồn phát sinh 5 I.3. Hiệu ứng hóa sinh của NO 2 . 6 I.4. Hàm lượng cho phép của NO 2 theo qui chuẩn quốc gia. 7 II. Các phương pháp phân tích NO 2 trong môi trường. 8 II.1. Phương pháp đo quang với thuốc thử Griess. 8 II.1.1. Phạm vi áp dụng 8 II.1.2. Bản chất phương pháp 8 II.1.3. Thiết bị, dụng cụ và thuốc thử. 8 II.1.4. Cách tiến hành 10 II.1.5. Tính kết quả 10 II.2. Xác định nồng độ khối lượng của Nito dioxit (NO 2 ) phương pháp Griss – Saltzman cải biên. 11 II.2.1. Phạm vi 11 II.2.2. Áp dụng 11 II.2.3. Tiêu chuẩn trích dẫn 11 II.2.4. Nguyên tắc 11 II.2.5. Thuốc thử 12 II.2.6. Thiết bị, dụng cụ 13 II.2.7. Lấy mẫu 15 3 II.2.8. Cách tiến hành 16 II.2.9. Biểu thị kết quả 19 II.2.10. Báo cáo kết quả 22 II.3. Xác định nồng độ khối lượng của các Nito oxit (NO, NO 2 , N 2 O, …) phương pháp phát quang hóa học. 26 II.3.1. Phạm vi áp dụng 26 II.3.2. Tiêu chuẩn trích dẫn 26 II.3.3. Nguyên tắc 26 II.3.4. Phản ứng 27 II.3.5. Thiết bị 27 II.3.6. Cách tiến hành 29 II.3.7. Biểu thị kết quả 34 II.3.8. Báo cáo kết quả 34 II.3.9. Phụ lục của phương pháp. 38 III. Các phương pháp xử lý khí thải chứa NO 2 39 III.1. Phương pháp khô. 39 III.2. Phương pháp ướt 39 III.3. Phương pháp phòng tránh 40 IV. Kết luận. 41 4 I. Tổng quan về NO 2 . Nitrogen dioxide (NO 2 ), ở nhiệt độ thường, là khí có màu nâu đỏ, nặng hơn không khí, mùi khó chịu và độc. Ở trạng thái rắn và lỏng, tồn tại ở dạng đime N 2 O 4 , không màu, có tính nghịch từ; ở nhiệt độ 21 - 135 o C, tồn tại ở dạng hỗn hợp NO 2 và N 2 O 4 ; trên 135 o C, ở dạng monome; tác dụng với nước tạo thành axit nitrơ (HNO 2 ) và axit nitric (HNO 3 ), tác dụng với dung dịch kiềm tạo thành muối nitrit và muối nitrat. Khí NO 2 vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử. Là sản phẩm trung gian trong sản xuất axit nitric (HNO 3 ) từ amoniac (NH 3 ). I.1. Tác hại của NO 2 . Được tạo thành từ các nguồn thải do con người, NO 2 góp phần khá tích cực vào việc phá hủy tầng ozone, một tác hại rất nguy hiểm cho nhân loại. Các phương tiện giao thông đường bộ tạo ra khoảng 70% khí thải tại các vùng đô thị. Khí thải từ xe cộ có rất nhiều NO 2 một trong những loại khí gây nên bệnh hen suyễn ở trẻ em. Cả NO 2 và các hạt bụi siêu nhỏ do các phương tiện giao thông thải ra ngoài không khí (do quá trình đốt nhiên liệu trong các động cơ) có thể gây nên nhiều bệnh về đường hô hấp. Khí NO 2 với nồng độ 100 ppm có thể làm chết người và động vật sau vài phút, với nồng độ 5 ppm có thể gây tác hại cho bộ máy hô hấp sau vài phút tiếp xúc, với nồng độ 15 – 50 ppm gây nguy hiểm cho tim, phổi, gan sau vài giờ tiếp xúc, với nồng độ 0,06 ppm vẫn có thể gây bệnh phổi sau khi tiếp xúc lâu dài. NO 2 là loại khí rất độc đối với sức khoẻ con người, độc hơn cả NO. Ở nhiệt độ bình thường, NO 2 thường hay đi kèm với N 2 O 4 tạo nên một hỗn hợp khí mầu (nâu) đỏ, khó ngửi và cực độc. Cũng giống như CO và NO, NO 2 tạo liên kết với hemoglobin làm giảm hiệu suất vận chuyển O 2 của máu động vật. Đối với con người, theo thống kê thì hậu quả bị nhiễm độc khí NO 2 như sau: - Nồng độ NO 2 là 50 – 100 ppm dưới 1h gây viêm phổi trong 6 – 8 tuần. - Nồng độ NO 2 từ 150 – 200 ppm dưới 1h sẽ gây phá hủy dây khí quản, gây tử vong nếu thời gian nhiễm độc kéo dài 3 – 5 tuần. - Nồng độ NO 2 là 500 ppm hay lớn hơn trong 2 – 10 ngày thì sẽ gây tử vong. Việc hít phải NO 2 lẫn trong các hỗn hợp khí khi đốt xênluloz và phim nitro xênluloz dẫn tới tử vong. Đã xảy ra sự cố hai người bị chết và 5 người bị thương khi hít 5 phải NO 2 rò rỉ khi phóng tên lửa vượt đại dương Titan II ở Rock Kansas (Hoa Kỳ) vào ngày 24/8/1978. NO 2 lỏng được dùng trong tên lửa như là chất oxy hoá. Một số thực vật nhạy cảm với môi trường cũng bị tác hại khi nồng độ khoảng 1 ppm và thời gian tác dụng 1 ngày. Tuy nhiên người ta cũng phát hiện ra nếu nồng độ NO 2 thấp thì nó cũng có lợi và nó không phải là tác nhân gây ô nhiễm. Cơ chế hoá sinh cụ thể giải thích tính độc của NO 2 vẫn chưa được làm rõ. Người ta cho rằng có thể một số hệ enzim của tế bào bị phá huỷ bởi NO 2 . Các chất như SO 2 , NO, NO 2 , N 2 O 4 do con người thải ra là nguồn chủ yếu gây lắng đọng acid trong bầu khí quyển. Chúng có thể kết với khói hay bụi tạo thành bụi acid lưu lại trong khí quyển. Chúng có thể nhận nguyên tử oxygen trong khí quyển và sau đó hoà tan vào nước mưa tạo acid sulfuric H 2 SO 4 và acid nitric HNO 3 , rơi xuống dưới dạng các trận "mưa acid", tác động xấu đến sức khỏe con người nói riêng và đời sống sinh vật nói chung. I.2. Nguồn phát sinh. Có 4 nguồn gốc : - Tự nh iê n: Do các hiện tượng tự nhiên gây ra: núi lửa, cháy rừng. Tổng hợp các yếu tố gây ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên rất lớn nhưng phân bố tương đối đồng đều trên toàn thế giới, không tập trung trong một vùng. Trong quá trình phát triển, con người đã thích nghi với các nguồn này. - Công nghiệp: Đây là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất của con người, các quá trình gây ô nhiễm là quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch: than, dầu, khí đốt tạo ra: CO 2 , CO, SO 2 , NO x , các chất hữu cơ chưa cháy hết: muội than, bụi, quá trình thất thoát, rò rỉ trên dây truyền công nghệ, các quá trình vận chuyển các hóa chất bay hơi, bụi. Đặc điểm: nguồn công nghiệp có nồng độ chất độc hại cao, thường tập trung trong một không gian nhỏ. Tùy thuộc vào quy trình công nghệ, quy mô sản xuất và nhiên liệu sử dụng thì lượng chất độc hại và loại chất độc hại sẽ khác nhau. Các nguồn thải khá nhiều của NO 2 là động cơ đốt trong, trạm nhiệt điện và đến một mức độ thấp hơn là nhà máy bột giấy Butan nóng, gas và bếp lò cũng là nguồn… - Giao thông vận t ả i: 6 Đây là nguồn gây ô nhiễm lớn đối với không khí đặc biệt ở khu đô thị và khu đông dân cư. Các quá trình tạo ra các khí gây ô nhiễm là quá trình đốt nhiên liệu động cơ: CO, CO 2 , SO 2 , NO x , Pb, Các bụi đất đá cuốn theo trong quá trình di chuyển. Nếu xét trên từng phương tiện thì nồng độ ô nhiễm tương đối nhỏ nhưng nếu mật độ giao thông lớn và quy hoạch địa hình, đường xá không tốt thì sẽ gây ô nhiễm nặng cho hai bên đường. - Sinh h o ạ t: Là nguồn gây ô nhiễm tương đối nhỏ, chủ yếu là các hoạt động đun nấu sử dụng nhiên liệu nhưng đặc biệt gây ô nhiễm cục bộ trong một hộ gia đình hoặc vài hộ xung quanh. Tác nhân gây ô nhiễm chủ yếu: CO, bụi… I.3. Hiệu ứng hóa sinh của NO 2 . Cơ chế hóa sinh độc tính của NO 2 vẫn chưa rõ, có thể một số hệ enzim của tế bào bị phá hủy bởi NO 2 , bao gồm sự đehyđro hóa lactic và enzim xúc tác có thể dùng chất chống độc là chất chống oxi hóa như vitaminE. Các phản ứng quang hóa của oxit nito (NO2) trong khí quyển: NO và NO 2 giữ vai trò quan trọng về hóa học của sự ô nhiễm không khí. Nguồn phát sinh các quá trình đốt cháy. Bên cạnh lượng lớn NO, luôn luôn có lượng nhỏ NO 2 theo phản ứng sau: 2NO + O 2 → 2NO 2 NO 2 có trong khí quyển gây ảnh hưởng đến tầm nhìn vả sức khỏe của con người. Nếu trong không khí có SO 2 và NO 2 thì sự oxi hóa SO 2 thành sunfat rất dễ dàng, chỉ cần một lượng nhỏ NO 2 cũng đủ để khởi động chuỗi các phản ứng phức tạp sản sinh ra hỗn hợp “smog” quang hóa. Các phản ứng quang phân NO 2 trong không khí được trình bày trong bảng sau: Các phản ứng quang phân NO 2 thành N 2 và O 2 : I.4. Hàm lượng cho phép của NO 2 theo qui chuẩn quốc gia. Đơn vị: Microgam trên mét khối (µg/m 3 ) TT Thông số Trung bình 1 giờ Trung bình 3 giờ Trung bình 24 giờ Trung bình năm 1 SO 2 350 - 125 50 2 CO 30000 10000 5000 - 3 NO 2 200 - 100 40 4 O 3 180 120 80 - 5 Bụi lơ lửng (TSP) 300 - 200 140 6 Bụi ≤ 10 μm (PM10) - - 150 50 7 Pb - - 1,5 0,5 Ghi chú: Dấu (-) là không quy định Bảng: Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh STT PHẢN ỨNG HẰNG SỐ TỐC ĐỘ Ở 298K 1 NO2 → NO + O K phụ thuộc vào cường độ ánh sáng 2 O + O2+ M → O3 + M K = 2,33.10 ppm.min 3 O3 + NO → NO2 + O2 K =2,95.10 ppm.min 4 O + NO2 → NO + O2 K = 1,38.10 ppm.min 5 O + NO2 + M → NO3 + M K = 4,50.10 ppm.min 6 NO2 + NO → 2NO2 K = 1,48.10 ppm.min 7 O + NO + M → NO2 + M K = 2,34.10 ppm.min 8 2NO + O2 → 2NO2 K = 7,62.10 ppm.min 9 NO3 + NO2 → N2O5 K = 4,43.10 ppm.min 10 N2O5 → NO3 + NO2 K = 1,38.10 ppm.min 11 NO2 + O3 → NO3 + O2 K = 0,46.10 ppm.min 8 II. Các phương pháp phân tích NO 2 trong môi trường. II.1. Phương pháp đo quang với thuốc thử Griess. II.1.1. Phạm vi áp dụng. Tiêu chuẩn này trình bày phương pháp so mầu xác định hàm lượng đioxit nitơ ở khu vực sản xuất trong khoảng nồng độ từ 1 đến 10 mg/m 3 . II.1.2. Bản chất phương pháp. a) Nitơ đioxít tác dụng với Natri hiđrôxít tạo thành muối Natri nitrít. Ở pH từ 2,0 đến 2,5; ion nitrit tạo phức mầu hồng với Axít sunfanilic đã diazô hoá với α-Naphtylamin. Đo mầu ở bước sóng 530nm. Cuvét 10mm. b) Clo cản trở phép xác định cần được loại trừ. II.1.3. Thiết bị, dụng cụ và thuốc thử. a) Những thiết bị của phòng thí nghiệm thông thường là: - Bộ hút không khí có lưu lượng kế đo được 0,05 lít/phút. Nhiệt kế, áp kế, ẩm kế. - Bình hấp thụ dung tích 50ml; 30ml - Các ống nối bằng nhựa PVC mềm. - Máy so mầu quang điện có kính lọc ở bước sóng 530nm. Cuvét 10mm. - Bình định mức: 50ml; 100ml; ống hút và các dụng cụ thuỷ tinh khác. b) Hoá chất, thuốc thử. - Hoá chất và thuốc thử sử dụng loại tinh khiết hoá học (TKHH), hoặc tinh khiết phân tích (TKPT). - Nếu không chỉ dẫn riêng thì dung môi là nước cất theo TCVN 2117-77. - Natri hidroxit, dung dịch 0,5N và 0,1N. (Dung dịch 0,5N pha như sau: Cân 20g NaOH hoà tan, để nguội, chuyển vào bình định mức 1 lít, thêm nước đến vạch lắc kỹ). - Dung dịch 0,1N pha từ dung dịch 0,5N. - Axít Axêtic, dung dịch 5N (1:3) và dung dịch 10%. 9 - Thuốc thử Giess A. Cân 0,5g Axít sunfanilic, hoà tan trong 150ml Axít axêtic 10%, khu ấy đều, để yên, bảo quản trong chai mầu có nút mài. - Thuốc thử Griess B. Cân 0,1g α-Naphtylamin hoà tan trong 20ml nước cất, khuấy đều, đun sôi. Để lắng trong, gạn lấy phần dung dịch trong thêm 150ml Axit axêtic 10% lắc đều, bảo quản trong chai mầu có nút mài. - Dung dịch tiêu chuẩn Nitrit. Dung dịch gốc A có độ chuẩn 1mg NO 2 /ml: Cân chính xác 0,1478g Natri nitrít (NaNO 2 ), hoà tan, chuyển vào bình định mức dung tích 100ml, thêm nước đến vạch, lắc kỹ. Bảo quản trong chai mầu có nút mài. - Dung dịch làm việc B có độ chuẩn 0,01mg NO 2 /ml: Pha loãng dung dịch gốc A ra 100 lần bằng nước. Dung dịch làm việc B chỉ dùng trong 1 ngày. - Dựng đường chuẩn. Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn trong bình định mức dung tích 50ml theo bảng sau: Thuốc thử(ml) Số thứ tự bình 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Dung dịch B(NaNO 2 ) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Nước cất 48,0 47,5 47,0 46,5 46,0 45,5 45,0 44,5 44,0 Thuốc thử Griess A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Thuốc thử Griess B 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Lượng mg NO 2 tương ứng 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 10 Lắc bình sau mỗi lần cho thuốc thử. Sau 30 phút so mầu trên máy ở bước sóng 530 nm. Cuvét 10 mm. So sánh với dung dịch trong bình 1. Dung dịch mầu bền trong 2 giờ. Đường chuẩn được lập dựa trên các giá trị tương ứng giữa nồng độ nitrít và mật độ quang. II.1.4. Cách tiến hành. - Cho vào hai bình hấp thụ, mỗi bình 10ml dung dịch NaOH 0,1N. Bình thứ ba 5ml nước cất. Nối các bính theo sơ đồ sau: - Cho bơm hút không khí chạy với lưu lượng 0,5 lít/phút trong 20 phút. - Chuyển dung dịch ở 3 bình hấp thụ vào bình định mức dung tích 50ml, thêm nước đến vạch lắc kỹ (dung dịch 1). - Lấy chính xác 10ml (dung dịch 1) vào bình định mức 50ml thêm 2ml Axít axêtic 5N và nước đến khoảng 40ml. Lần lượt thêm 1ml thuốc thử Griess A; 1ml thuốc thử Griess B (Nếu có Clo loại trừ bằng cách cho thuốc thử ngược lại: 1ml thuốc thử Griess B và 1ml thuốc thử Griess A). Lắc bình sau mỗi lần cho thuốc thử. Thêm nước đến vạch mức lắc kỹ. Sau 30 phút đo mầu với thang mẫu màu đã lập khi dựng đường chuẩn với dung dịch so sánh là mẫu trắng chuẩn bị đồng thời như ở bình 1. II.1.5. Tính kết quả. Hàm lượng Nitơ đioxít qui ra NO 2 trong không khí tính bằng mg/m 3 theo công thức: C = [ a . v 2 ] 2 v 1 . V 0 Trong đó: a : lượng Nitơ đioxít qui ra NO 2 tìm được theo đường chuẩn; mg. [...]... 6144 Phân tích khí - Chuẩn bị hỗn hợp khí hiệu chuẩn - Phương pháp thể tích tĩnh ISO 6349 Phân tích khí - Chuẩn bị hỗn hợp khí hiệu chuẩn - Phương pháp thấm ISO 6711 Phân tích khí - Kiểm tra hỗn hợp khí hiệu chuẩn bằng phương pháp so sánh II.3.3 Nguyên tắc Cho mẫu đi qua một cái lọc (để tránh máy phân tích phát quang hóa học chạy sai) ở một tốc độ dòng ổn định vào trong buồng phản ứng của máy phân tích, ...v1 : thể tích dung dịch mẫu thử ; ml v2 : thể tích dung dịch mẫu thử lấy để phân tích; ml V0 : thể tích mẫu không khí đã được đưa về điều kiện tiêu chuẩn; m3 II.2 Xác định nồng độ khối lượng của Nito dioxit (NO2) phương pháp Griss – Saltzman cải biên II.2.1 Phạm vi Tiêu chuẩn này qui định phương pháp Griss – Saltzman cải biên để xác định nồng độ khối lượng của nitơ dioxit có trong không khí... (NO, NO2, N2O, …) phương pháp phát quang hóa học II.3.1 Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này quy định phương pháp phát quang hóa học để xác định nồng độ khối lượng của nitơ oxit, trong không khí xung quanh cho tới xấp xỉ 12,5 mg/m3 và của nitơ dioxit cho tới xấp xỉ 19 mg/m3 ở nhiệt độ 250C và áp suất 101,3 kPa II.3.2 Tiêu chuẩn trích dẫn ISO 6142 Phân tích khí - Chuẩn bị hỗn hợp khí hiệu chuẩn - Phương pháp. .. thấm Tùy theo trang bị sẵn có ở trong phòng thí nghiệm, trong những trường hợp cụ thể chẳng hạn như các phép kiểm tra hàng ngày, thì dùng các dung dịch natri nitrit là thuận tiện Tuy nhiên 11 phương pháp này chỉ có thể được dùng sau khi chuẩn hóa đúng bằng cách sử dụng thiết bị thấm II.2.5 Thuốc thử Trong quá trình phân tích, chỉ được dùng thuốc thử có độ tinh khiết phân tích và nước không có nitrit (II.2.5.1)... đặc tính được nêu ở II.2.9.2 Phương pháp này không phù hợp đối với việc lấy mẫu ở vùng thở của người II.2.3 Tiêu chuẩn trích dẫn - ISO 6349 Phân tích khí – Điều chế hỗn hợp khí hiệu chuẩn – Phương pháp thấm II.2.4 Nguyên tắc Sự hấp thụ của nitơ dioxit có mặt trong mẫu khí khi đi qua thuốc thử tạo thành phẩm màu azo trong khoảng thời gian xác định, kết quả tạo thành màu hồng trong vòng 15 phút Đo độ hấp... được trong thời gian xác định Hình 1a - Sơ đồ mô tả thiết bị phân tích phát quang hóa học dạng kép (Hai buồng phản ứng và ống nhân quang) Hình 1b - Sơ đồ mô tả thiết bị phân tích phát quang hóa học sử dụng 1 buồng phản ứng kép và một ống nhân quang 35 Hình 1C - Sơ đồ mô tả thiết bị phân tích phát quang hóa học dạng tuần hóa Hình 2 - Sơ đồ lắp ráp để kiểm tra hiệu quả lò chuyển hóa của máy phân tích. .. oxit) trong khí pha loãng Khi phân tích hỗn hợp của nitơ oxit và nitơ dioxit, kiểm tra lại xem kết quả của tổng các nitơ oxit có tương tự như tổng số của kết quả của nitơ oxit và nitơ dioxit không Chú thích a) Nồng độ khối lượng của nitơ dioxit, (NO2) , biểu thị bằng microgam trên mét khối được tính theo công thức: ( NO 2 ) q m x 10 3 x K x 1, 88 qv1 qv 2 … (4) b) Trong trường hợp máy phân tích. .. phân tích (xem II.3.6.1) II.3.5.11.1 Nguồn nitơ oxit Bình khí nén chứa nitơ oxit trong nitơ, ở nồng độ cỡ 1 ppm (v/v) Nồng độ nitơ oxit không quan trọng miễn là nó ổn định trong suốt quá trình phân tích II.3.5.11.2 Nguồn oxy Bình khí nén chứa oxy hoặc không khí II.3.5.11.3 Đèn cực tím Có khả năng thay đổi kích thước của cửa sổ đèn để điều chế những lượng ozon khác nhau từ oxy II.3.5.11.4 Máy phân tích. .. '(NO) … (3) trong đó L là khoảng giới hạn giải đo; '(NO) là nồng độ của nitơ oxit trong dòng không khí dùng để pha loãng, tính bằng phần triệu theo thể tích Tạo thêm một vài nồng độ (ít nhất năm khoảng bằng nhau) bằng cách điều chỉnh thích hợp (qv1 + qv2) Đối với mỗi lần đặt, tính toán chính xác nồng độ nitơ oxit và ghi kết quả trên 32 máy phân tích Vẽ đồ thị những kết quả của máy phân tích so với... dioxit hoặc của tổng các nitơ oxit được tính như trong phương trình (1) hoặc (3) (NO) được thay bằng (NO2) hoặc (NOx), và '(NO) bằng ' (NO2) hoặc '(NOx) Ghi những nồng độ nitơ dioxit và tổng các nitơ oxit và những kết quả tương ứng của máy phân tích Điều chỉnh qv2 để thu được ít nhất năm nồng độ khác nhau của nitơ dioxit (hoặc các nitơ oxit) được phân đều nhau trên dãy Ghi kết quả tương ứng và . ppm.min 4 O + NO2 → NO + O2 K = 1,38.10 ppm.min 5 O + NO2 + M → NO3 + M K = 4,50.10 ppm.min 6 NO2 + NO → 2NO2 K = 1,48.10 ppm.min 7 O + NO + M → NO2 + M K = 2,34.10 ppm.min 8 2NO + O2 → 2NO2 K = 7,62.10. ứng sau: 2NO + O 2 → 2NO 2 NO 2 có trong khí quyển gây ảnh hưởng đến tầm nhìn vả sức khỏe của con người. Nếu trong không khí có SO 2 và NO 2 thì sự oxi hóa SO 2 thành sunfat rất dễ dàng, chỉ. 7,62.10 ppm.min 9 NO3 + NO2 → N2O5 K = 4,43.10 ppm.min 10 N2O5 → NO3 + NO2 K = 1,38.10 ppm.min 11 NO2 + O3 → NO3 + O2 K = 0,46.10 ppm.min 8 II. Các phương pháp phân tích NO 2 trong môi trường. II.1.