Giáo trình Hóa học trong kỹ thuật và khoa học môi trường - Chương 4: Các chất ô nhiễm không khí vô cớ

Nội dung text: Giáo trình Hóa học trong kỹ thuật và khoa học môi trường - Chương 4: Các chất ô nhiễm không khí vô cớ

1. Nội dung 2 Chương 4: Các chất ô nhiễm không khí vô cơ 4.1. Các khí ô nhiễm vô cơ 4.2. Quá trình phát sinh và kiểm soát CO 4.3. Quá trình phát sinh SO2 và các phản ứng với SO2 trong khí quyển 4.4. NOx trong khí quyển 4.5. Một số chất khí vô cơ khác
2. 4.2. Quá trình phát sinh và kiểm soát CO 4 Quá trình phát sinh và kiểm soát CO . Nguồn phát sinh . Phản ứng của CO . Kiểm soát CO
3. 4.2. Quá trình phát sinh và kiểm soát CO 6 Nguồn phát sinh . Phần lớn lượng CO phát thải (khoảng 2/3) là sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa CH4 trong khí quyển bởi hydroxyl radical. . Phân hủy diệp lục (chlorophyll) vào mùa thu chiếm khoảng 20% lượng phát thải CO hàng năm. . Nguồn nhân tạo chiếm khoảng 6%. . Phần còn lại đến từ các nguồn không xác định khác: thực vật và sinh vật biển (siphonophores). . CO cũng được ra bởi quá trình phân hủy thực vật khác (không phải clorophyll).
4. 4.2. Quá trình phát sinh và kiểm soát CO 8 Phản ứng của CO . CO bị loại ra khỏi khí quyển thông qua các phản ứng CO + HO• → CO2 + H O2 + H + M → HOO• + M HOO• + NO → HO• + NO2 HOO• + HOO• → H2O2 + O2 H2O2 + hν → 2HO• . Vi sinh vật trong đất cũng tiêu thụ CO
5. 4.2. Quá trình phát sinh và kiểm soát CO 10 Kiểm soát CO . Các phương tiện giao thông hiện đại sử dụng xúc tác để giảm phát thải CO . Không khí được thêm vào dòng khí thải . Hỗn hợp được dẫn qua bộ phản ứng xúc tác để chuyển hóa CO thành CO2.
6. 4.3. Quá trình phát sinh và các phản ứng của SO2 12 Nguồn phát sinh . Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong khí quyển có nguồn gốc phần lớn là từ hoạt động của con người. . Khoảng 100 triệu tấn lưu huỳnh/năm, . Chủ yếu là SO2 từ quá trình đốt than đá và dầu FO . Nguồn tự nhiên . Núi lửa: SO2 và H2S . Phân hủy sinh học và khử sulfate: (CH3)2S and H2S . (CH3)2S từ đại dương là nguồn đơn tự nhiên lớn nhất
7. 4.3. Quá trình phát sinh và các phản ứng của SO2 14 Phản ứng của SO2 . Các điều kiện khí quyển ảnh hưởng đến phản ứng của SO2 trong khí quyển: nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng, chuyển động khí quyển, tính chất bề mặt của bụi. . Lưu huỳnh trong không khí phản ứng tạo ra bụi (NH4)2SO4 và NH4HSO4, gây tình trạng khói mù ở các khu vực thành phố. . Bụi được loại bỏ khỏi khí quyển nhờ các quá trình sa lắng khô và ướt.
8. 4.3. Quá trình phát sinh và các phản ứng của SO2 16 Phản ứng quang hóa . Liên quan đến quá trình oxy hóa SO2, . Ánh sáng có bước sóng lớn hơn 218 nm không đủ năng lượng cho quá trình phân ly quang học SO2 . Phản ứng quang hóa trực tiếp có vai trò hạn chế . Quá trình oxy hóa SO2 ở nồng độ ppm trong khí quyển không bị ô nhiễm là 1 quá trình diễn ra chậm . Do đó, phải có các chất ô nhiễm khác tham gia vào quá trình phản ứng của SO2.
9. 4.3. Quá trình phát sinh và các phản ứng của SO2 18 Quá trình hóa học trong các giọt nước . Khi có mặt của các hạt nước, SO2 bị oxy hóa bởi các phản ứng diễn ra trong nước . Phản ứng phức tạp bao gồm các bước sau . SO2 và các chất oxy hóa đi từ pha khí vào pha lỏng, . Khuếch tán các chất này trong giọt lỏng, . Thủy phân và ion hóa SO2, . Oxy hóa SO2 bởi các chất oxy hóa như H2O2, HO•, hoặc O3.
10. 4.3. Quá trình phát sinh và các phản ứng của SO2 20 Phản ứng trên bề mặt bụi trong khí quyển . Phản ứng dị thể trên bề mặt bụi rắn có vai trò trong việc loại bỏ SO2 khỏi khí quyển. . Vai trò của hạt bụi trong phản ứng quang hóa: . Là các trung tâm cho quá trình tạo mầm (nucleation) . Là xúc tác cho các phản ứng . Tăng kích thước bằng cách tích tụ các sản phẩm của phản ứng. . Kết quả là các hạt bụi mới có thành phần hóa học khác với hạt bụi gốc.
11. 4.3. Quá trình phát sinh và các phản ứng của SO2 22 Phản ứng trên bề mặt bụi trong khí quyển . Oxit của nhôm, canxi, crom, sắt, chì và Vanadi cũng là những chất xúc tác cho quá trình oxy hóa SO2 . Những chất này cũng là chất hấp phụ SO2 . Tuy nhiên, do diện tích bề mặt của những chất này thấp, nên % SO2 oxy hóa theo đường này khá thấp.
12. 4.4. NOx trong khí quyển 24 NOx . NOx bao gồm NO và NO2. . Có nguồn gốc tự nhiên từ: sét đánh và các quá trình sinh học . Nhưng nguồn chủ yếu là do nhân tạo . Trên thực tế, tất cả NOx nhân tạo trong khí quyển là từ quá trình đốt nhiên liệu. . Nguồn cố định . Giao thông . Khoảng 100 triệu tấn/năm.
13. 4.4. NOx trong khí quyển 26 NOx nhiệt - thermal NOx . Phản ứng của N2 và O2 ở nhiệt độ cao. . Phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian phản ứng và nồng độ O2.
14. 4.4. NOx trong khí quyển 28 NOx tức thời - prompt NOx . Phản ứng giữa hydrocarbon nhiên liệu và N2 tạo ra HCN và N, sau đó bị oxy hóa thành NOx. . Chủ yếu hình thành do . Nhiệt độ thấp, . Giàu nhiên liệu (thiếu không khí), . Thời gian lưu ngắn (trong ngọn lửa).
15. 4.4. NOx trong khí quyển 30 Phản ứng của NOx trong khí quyển . NOx là chất dễ phản ứng
16. 4.5. Một số chất khí vô cơ khác 32 Ammonia - NH3 . Nguồn tự nhiên và nhân tạo từ các quá trình sinh hóa và hóa học . Vi sinh vật và phân hủy chất thải động vật, . Nhà máy xử lý nước thải, . Sản xuất than cốc, NH3, rò rỉ từ các hệ thống lạnh. . Không khí có nồng độ cao NH3 chứng tỏ là có NH3 rò rỉ.
17. 4.5. Một số chất khí vô cơ khác 34 Hợp chất chứa F . F2, HF và các hợp chất F dễ bay hơi được tạo ra trong quá trình sản xuất nhôm. . HF là sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa đá phosphate (fluorapatite) thành phân superphosphate và các sản phẩm phosphate khác: Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 10H2O → 5CaSO4•2H2O + HF + 3H3PO4 . SiF4, được tạo ra trong các lò nấu thép và kim loại sử dụng CaF2 (fluorspar): 2CaF2 + 3SiO2 → 2CaSiO3 + SiF4
18. 4.5. Một số chất khí vô cơ khác 36 Hợp chất chứa Cl . Khí Clo (Cl2) là một chất khí rất độc thường gây ô nhiễm cục bộ do rò rỉ hoặc tai nạn trong quá trình sử dụng: . Trong công nghiệp hóa chất, nhựa, . Trong xử lý nước cấp và nước thải . Cl2 có tính chất hóa học và tính oxy hóa rất mạnh + - H2O + Cl2 → H + Cl + HOCl
19. 4.5. Một số chất khí vô cơ khác 38 Hợp chất chứa sulfur . H2S được tạo ra bởi các quá trình vi sinh vật: . Phân hủy hợp chất chứa lưu huỳnh . Vi khuẩn khử sulfate . H2S cũng được tạo ra bởi hơi nước địa nhiệt và công nghiệp giấy. . H2S phản ứng trong khí quyển tạo thành SO2 • • H2S + HO → HS + H2O • • HS + O2 → HO + SO SO + O2 → SO2 + O