Tiểu luận các hợp chất NOx trong khí quyển

Tiểu luận:
Các hợp chất NOx
trong khí quyển
Giáo viên : Ths Phạm Hoàng Giang
Nhóm 1:
Nguyễn Thị Thùy (8/8/1994)
Đỗ Thị Trang
Trần Thị Thúy
Tăng Thị Thinh
Ma Ngọc Anh


M ục l ục
Lời mở đầu………………………………………………………………….…4.
I.
1.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
II.

GIỚI THIỆU CHUNG…………………………………………………..5.
Nitơ………………………………………………………………………5.
Các hợp chất của Nitơ…………………………………………………...7.
NO……………………………………………………………............8.
NO2……………………………………………………………………8.
N2O……………………………………………………………………8.
CÁC HỢP CHẤT NOX TRONG KHÍ QUYỂN……………………….9.

1. Nguồn gốc phát sinh NOx………………………………............................9.

1.1.

Nguồn gốc tự nhiên………………………………………....………..9.

1.2.

Nguồn gốc sinh học………………………………………………....…9.

1.3.

Nguồn gốc nhân tạo: Các nguồn công nghiệp………………………9.

2.
2.1.

Ảnh hưởng của NOx đến sức khỏe con người……………………….12.

2.2.

Ảnh hưởng đến quang hợp…………………………………………14.

2.3.

Gây mưa axit……………………………………………………….15.

2.4.

Gây hiệu ứng nhà kính………………………………………………15.

2.5.

Gây thủng tầng ozon………………………………………………….16.

2.6.

Gây khói mù quang hóa…………………………………………….16.

III.
1.
2.
IV.

Ảnh hưởng và tác hại của NOx…………………………………………12.

Các chuyển hóa hóa học của NOx trong tần bình lưu và đối lưu…… 19.
Các quá trình trong tầng đối lưu………………………………………19.
Các quá trình trong tầng bình lưu………………………………………20.
Hiện trạng ô nhiễm NOx………………………………………………..21.


V.

Tổng quan các phương pháp xử lý NOx………………………………23.
1. Phương pháp hấp phụ…………………………………………………23.
2. Phương pháp hấp thụ……………………………………………………24.
2.1.
Hấp thụ bằng nước………………………………………………...24.
2.2.

Hấp thụ bằng kiềm…………………………………………………24.

2.3.

Hấp thụ chọn lọc…………………………………………………. 24.

2.4.

Phương pháp hấp thụ đồng thời SO2 và NOx…………………….25.

3. Xử lý NOX bằng phương pháp xúc tác và nhiệt………………………25.
3.1.

Khử oxit nitơ có xúc tác và nhiệt độ cao…………………………25.

3.2.

Khử NOx với xúc tác chọn lọc…………………………………….26.

3.3.

Phân hủy NOx bằng chất khử dị thể………………………………26.

3.4.

Phân hủy NOx bằng chất khử đồng thể……………………………26.

4. Một số biện pháp giảm thiểu ô nhiễm NOx.........................................27.
4.1.

Sử dụng quá trình “đốt 2 giai đoạn” ……………………………..27.

NOx trong khí thải nhà máy ………………………………………28.
Kết luận và kiến nghị………………………………………………….28.
Tài liệu tham khảo…………………………………………………….30.

4.2.
4.3.
VI.
VII.

Sử dụng chất xúc tác để chuyển hóa NOx …………………………27.


Lời mở đầu
Trong những năm gần đây, vấn đề ô nhiễm môi trường đang là vấn đề
được xã hội quan tâm. Đi cùng với sự phát triển của công nghệ kĩ thuật là là sự
suy thoái môi trường trầm trọng. Bầu khí quyển trên Trái Đất cũng không thoát
khỏi sự ô nhiễm nặng nề.
Như chúng ta đã biết, Nitơ chiếm đến gần 80% thành phần của không khí
và các hợp chất của nó có tác động không nhỏ đến chất lượng của bầu khí quyển.
Vậy các hợp chất của Nitơ có đặc điểm như thế nào và ảnh hưởng của nó đến khí
quyển ra sao? Bài tiểu luận sẽ phần nào giải đáp câu hỏi trên cũng như đề ra một
số biện pháp để khắc phục tác hại của chúng.
Hóa học môi trường là một môn khoa học nghiên cứu những vấn đề cơ
bản của hóa học trong mối quan hệ với môi trường. những hoạt động của con
người trong những thập kỉ vừa qua đã làm thay đổi nhiều chu kỳ hóa sinh vật
chất và làm nảy sinh hàng loạt vấn đề về môi trường. Môn học nhằm trang bị cho
sinh viên những kiến thức cơ sở về mối quan hệ giữa Hóa học và Môi trường để
có thể vân dụng giải quyết các vấn đề về môi trường có liên quan đến hóa học.
Theo yêu cầu của môn học, bài tiểu luận của chúng em đã được thực hiện và
hoàn thành được một số mục tiêu đưa ra. Trong quá trình thực hiện bài tiểu luận,

chúng em nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Ths Phạm Hoàng
Giang, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy. Dù đã cố gắng nhưng bài tiểu luận
không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong được thầy chỉ bảo thêm
để bài tiểu luận được hoàn chỉnh và chúng em có thêm vốn kiến thức về môn
học.
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn!


I.
1.

GIỚI THIỆU CHUNG
Nitơ

Nitơ ở dạng khí trơ có nhiều trong khí quyển, chiếm 78.084% thành phần
của không khí tại tầng bình lưu. Ngoài ra Nitơ còn tồn tại trong đất, nước và sinh
vật. Nitơ tạo thành hàng loạt các hợp chất vô cơ và hữu cơ quan trọng trong khí
quyển,thủy quyển, địa quyển và sinh quyển qua các phản ứng hóa học. Nguyên
tử nitơ có khả năng tham gia phản ứng ôxy hóa với các hóa trị từ -3 đến +5, vì
vậy hóa học môi trường của nitơ trước hết là phản ứng chuyển điện tử (khử) rất
có ý nghĩa trong cơ chế hóa học và sinh học và trạng thái tồn tại của nó trong tự
nhiên khác phong phú.

Hình 1.1. Một số hình thái của Nitơ

Nitơ có vai trò rất quan trọng trong thực tế cả đối với sinh vật và con
người.Thực vật, động vật và vi khuẩn, tất cả đều sử dụng Nitơ (trong các amino
acid, thành phần cấu tạo nên protein – chất đạm). Protein không chỉ cho phép
chúng ta phát triển và hoạt động mà chúng còn hình thành cơ sở của hầu hết mọi
phản ứng hoá học trong cơ thể con người. Chu trình Nitơ được coi là một trong

các quá trình năng động và quan trọng nhất của tự nhiên.


Hình 1.2. vòng tuần hoàn của nitơ trong môi trường


Tuy nhiên ngày nay các cuộc cách mạng công nghiệp đã làm ảnh hưởng
lớn đến sự cân bằng Nitơ trong tự nhiên. Nitơ ở dạng khí trơ không ảnh hưởng
cũng như không gây hại cho môt trường,nhưng khi chuyển sang dạng hợp chất,
các hợp chất của Nitơ lại có ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường. Sự mất cân
bằng này làm ảnh hưởng tới sức khỏe con người và cuộc sống trên hành tinh.
Mặc dù trong những khía cạnh khác của khoa học thì Nitơ vẫn có những tác
dụng rất to lớn như trong y học, công nghiệp, nông nghiệp,… nhưng xét khía
cạnh này thì Nitơ vẫn được coi là khí có khả năng gây nguy hiểm cho con người
khi ở tình trạng thừa.
2.

Các hợp chất của Nitơ
Các hợp chất của Nitơ rất phong phú nhưng trong phạm vi bài tiểu luận

chỉ xét đến các Nitơ oxit có công thức chung là NOx. Bao gồm (theo hóa trị):
Nitơ II Oxit – NO, Nitơ IV Oxit – NO 2, Nitrô Oxit – N2O, ĐiNitơ TriOxit –
N2O3, ĐiNitơ TetraOxit – N2O4, ĐiNitơ PentaOxit – N2O5.

Nitơ IV Oxit – NO2

Nitơ II Oxit – NO

Nitrô Oxit – N2O

ĐiNitơ TriOxit – N2O3

ĐiNitơ TetraOxit – N2O4

ĐiNitơPentaOxit–N2O5

Trong các Nitơ oxit, ĐiNitơ TriOxit – N2O3 là chất lỏng, ĐiNitơ PentaOxit
– N2O5 là chất rắn. Trong phạm vi bài tiểu luận chỉ xét đến các hợp chất NO x
trong khí quyển nên chỉ xét các hợp chất ở dạng khí. Riêng ĐiNitơ TetraOxit –
N2O4 là chất khí nhưng ở trạng thái trơ,không gây ảnh hưởng đến môi trường
nên trong bài tiểu luận không đề cập.
Nitơ II Oxit – NO, Nitơ IV Oxit – NO 2, Nitrô Oxit – N2O được xem là
các chất ô nhiễm sơ cấp đáng lưu ý trong khí quyển.
2.1.
NO
• Nitơ mono oxit (NO) là
• Khối lượng phân tử:

một chất khí không màu.
30,01g/mol. Hóa lỏng ở -151,8 oC. Hóa rắn ở

-163,7oC.
• Tan trong ethanol, carbon disulfide, ít tan trong nước và axit sulfuric, nước
hòa tan 4,7% (20 ℃).
• Bản chất của sự bất ổn định trong không khí dễ dàng bị oxy hóa thành nitơ
đioxit (2NO + O2 → 2NO2).
2.2.
NO2
• Nitơ đioxit (NO2) ở nhiệt độ 21,1 ℃ là khí nâu đỏ có mùi đặc trưng khó

•
•

2.3.

ngửi.
Khối lượng phân tử: 46,0055 g/mol. Điểm nóng chảy: -11.2 ℃. Nhiệt độ
sôi: 21,2 ℃.
Hòa tan trong kiềm, carbon disulfide và chloroform, ít tan trong nước. nitơ
đioxit hòa tan trong nước để tạo thành axit nitric và oxit nitric.

N2O


•
•

N2O là chất khí không màu, ít hoạt động hóa học.
Hóa lỏng ở -89oC. Hóa rắn ở -91oC.

•

N2O bốc lên tầng bình lưu, tại đây tia mặt trời phân tích chúng thành
những phân tử ni tơ và oxy vô hại.Tuy nhiên một số N 2O vẫn tồn tại và có
thể tồn tại hàng trăm năm. Hợp chất này phản ứng với nguyên tử oxy năng
lượng cao để tạo thành hợp chất nitơ oxit (NO).

II.

CÁC HỢP CHẤT NOX TRONG KHÍ QUYỂN.

1. Nguồn gốc phát sinh NOx

NOx có thể phát sinh do các quá trình tự nhiên hay do hoạt động công
nghiệp.Nox trong khí quyển do các quá trình tự nhiên gây ra ước chừng
50.107 tấn. Nó phân bố đều trên mặt địa cầu với nồng độ khoảng 2 ÷ 10 µg/m3,
gọi là nồng độ nền. NOx do hoạt động của con người tạo ra, tập trung chính ở
vùng thành thị và các khu công nghiệp, chiếm khoảng 1/10 lượng NO x trong tự
nhiên hiện nay.
1.1.

Nguồn gốc tự nhiên

Là quá trình cháy của sinh khối (cháy rừng), sấm chớp, oxy hóa NH 3, hoặc
do các quá trình kỵ khí xảy ra dưới đất.
Oxit nitric được tạo ra trong cơn giông khi có sét:
N2 + O2 → 2NO (tia lửa điện)
2NO + O2 → 2NO2


3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
1.2.

Nguồn gốc sinh học

Khí thải tự nhiên của NOx, chủ yếu là từ đất và phân hủy các chất hữu cơ
trong đại dương, là chu kỳ nitơ trong tự nhiên.
1.3.

Nguồn gốc nhân tạo: Các nguồn công nghiệp

Phát thải NOx, chủ yếu từ quá trình đốt sinh khối và nhiên liệu hóa thạch,
như ô tô, máy bay, động cơ và quá trình đốt lò công nghiệp, cũng xuất phát từ
việc sản xuất và sử dụng của các quá trình axit nitric, chẳng hạn như nhà máy
phân đạm, nhà máy trung gian hữu cơ, màu và đen nhà máy luyện kim loại và
như vậy. Trên toàn thế giới mỗi năm do các hoạt động của con người, NO x thải
ra ngoài không khí khoảng 53 triệu tấn.
Lượng NOx tạo ra từ nguồn thiên nhiên và nguồn nhân tạo hàng năm gần
tương đương. Hiện nay, trên quy mô toàn cầu, lượng phát thải NOx đang gia
tăng. NOx thường được tạo thành trong quá trình cháy ở nhiệt độ cao. Lúc đó có
sự kết hợp trực tiếp nitơ và oxy của không khí:
N2 + O2 → 2NO
Ngoài ra, NO còn được tạo thành do quá trình oxy hóa các hợp chất có
chứa nitơ trong nhiên liệu. Sau đó, NO có thể bị oxy hóa tạo thành NO 2. Thông
thường hầu như trong các nguồn phát thải NOx, NO đều chiếm hơn 90% lượng
NOx. NOx cũng được tìm thấy trong tầng bình lưu, có thể do quá trình oxy hóa
nitơ oxit hoặc do khói thải của các máy bay. Trong tầng đối lưu, NO x tham gia
nhiều phản ứng hóa học với các tác nhân khác nhau, như O3, ánh sáng, gốc
hydroxyl (OH), hydroperoxyl (H2O2), các phân tử hữu cơ (bao gồm cả các gốc
peroxyl hữu cơ, RO2), độ ẩm, các hạt lơ lửng (Hình 2.8). Ngoài các phản ứng
hóa học, các quá trình vật lý như ngưng tụ khô và ướt cũng là các quá trình loại
NO và NO2 trong khí quyển. Trong đó, các quá trình hóa học được xem là cơ chế


sink chủ yếu của NOx , còn các quá trình vật lý là sink của PAN (peroxyacyl
nitrate), HNO3 và N2O5.

 NOx nhiên liệu (fuel-NOx)

HCN + O.→ H. + NCO.

HCN + O.→OH.+ CN.
HCN + O.→NH. +CO
Gốc CN. tạo ra NCO. bằng phản ứng:
CN. +O2→NCO. +O.
CN. +OH.→NCO.+H.
Trong môi trường oxi hóa NCO tạo ra NO và CO:
NCO. +OH.→NO+CO+H.
NCO.+O. →NO+CO
 NOx nhiệt (thermal-NOx)

Được hình thành do sự đốt cháy của hỗn hợp oxi và nitơ ở khoảng 1600oC.
Cơ chế hình thành NOx nhiệt với các phản ứng xảy ra như sau:
N2 +O.→ NO + N (1)
NO + N.→ N2 + O. (2)
NO + O. → N. +O2 (3)


N. + O2→ NO + O. (4)
N. + OH→ NO + H. (5)
NO+H.→ N. +OH (6)
 NOx sớm (prompt- NOx)

NOx-sớm được tạo thành do phản ứng giữa nito không khí với các gốc
hydrocacbon,CHi (i=0-2) được sinh ra từ nhiên liệu trong môi trường ít oxi:
N2+CH.→HCN +N.
Trong môi trường ox.i hóa HCN tiếp tục phản ứng như trong cơ chế tạo
thành NOx nhiên liệu
Cơ chế của quá trình tạo thành NO x sớm cũng xảy ra ở nhiệt độ thấp vì thế
để hạn chế sự tạo thành NO x sớm người ta sẽ tăng tốc độ nạp của hỗn hợp nhiên
liệu –không khí.

2. Ảnh hưởng và tác hại của NOx
II.1.

Ảnh hưởng của NOx đến sức khỏe con người

NOx có thể đi sâu vào phổi con người do ít hòa tan trong nước. Khi vào
được trong phổi, 80% lượng NOx bị giữ lại (đối với SO2, cơ quan này chỉ giữ lại
khoảng 5%). Trong các chất của NOx, độc tính của NO2 cao hơn rất nhiều lần so
với NO. NOx chủ yếu do quá trình cháy gây ra.
NO gây kích ứng và là một chất khí cực độc. Khi hít phải, nó gây ra viêm
phổi, mà sau một khoảng thời gian có thể phát triển thành chứng bị phù ( sưng
mô, xem chương 8). Tiếp xúc với nồng độ 100ppm gây ra nguy hiểm và ở
200ppm có thể dẫn đến chết người. NO khi xâm nhập vào cơ thể nó có thể tác
dụng với hồng cầu trong máu,làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu dẫn


đến khả năng thiếu máu. NO kết hợp với hemoglobin vẫn có thể gây ra
methemoglobinemia.
NO2 xâm nhập vào cơ thể nó có thể tạo thành axit qua đường hô hấp hoặc
tan vào nước bọt vào đường tiêu hóa sau đó vào máu,gây nguy hiểm cho cơ thể.
Ở nồng độ thấp, như 5ppm, NO2 có thể làm tăng tính mẫn cảm đối với các tác
nhân gây co thắt phế quản đối với người bình thường, và ở nồng độ thấp hơn như
0.1ppm (189μg/m3) đối với người bị hen suyễn. Nồng độ 0.1ppm hoặc cao hơn
có thể xuất hiện trong không khí bị ô nhiễm đô thị. Hơn nữa, dữ liệu từ thử
nghiệm động vật cho thấy sự tiếp xúc với NO2 làm tăng sự nhiễm trùng đường
hô hấp do các vi khuẩn gây viêm phổi và các vi rút gây cúm.
N2O được biết đến là một khí gây cười hay gây tê.
Ngộ độc cấp tính: khi hít phải khí khi có thể không có triệu chứng rõ ràng hoặc
kích thích mắt và đường hô hấp trên, chẳng hạn như bị ngứa cổ họng, ho khan và
như vậy. Thông thường đối với 6-7 giờ sau khi ủ bệnh phù phổi bị trì hoãn, hội

chứng suy hô hấp người lớn. Có thể phức tạp của tràn khí màng phổi và tràn khí
trung thất. Phù phổi giảm xuống sau khoảng 2 tuần muộn viêm tiểu phế quản
cắm âm đạo xảy ra ho, tức ngực tiến bộ, suy hô hấp và tím tái. Trong số ít bệnh
nhân sau khi hít phải khí không có triệu chứng rõ ràng ngộ độc xảy ra trong hơn
hai tuần sau khi tổn thương. Phân tích khí máu động mạch cho thấy oxy giảm
căng thẳng. Chụp X-quang cho thấy phù phổi hoặc phổi bao phủ bởi bong tối
miliary.
Xử lý khi bị nhiễm độc
Ngộ độc cấp tính nên nhanh chóng từ hiện trường để không khí trong lành.
Oxy ngay lập tức. Gần địa chỉ liên lạc quan sát thấy từ 24 đến 72 giờ. Quan sát
X-quang ngực của những thay đổi một cách kịp thời và phân tích khí máu. Triệu
chứng và điều trị hỗ trợ. Chủ động phòng ngừa phù phổi, cho thở oxy hợp lý,
duy trì đường thở làm tắt, các ứng dụng của các tác nhân chống co thắt phế quản,
phù phổi xảy ra, chẳng hạn như chống tạo bọt để đi lưới xốp, nếu cần thiết, khí
quản, thở máy, đầu, trung bình, các ứng dụng tầm ngắn glucocorticoid, chẳng


hạn như mức độ nghiêm trọng bệnh theo dexamethasone 10 ~ 60 mg / ngày chia
làm nhiều lần, cho đến khi tình trạng được cải thiện sau khi giảm, một liều lượng
lớn không nhiều hơn 3-5 ngày, cản trở nghiêm trọng để ngăn chặn viêm tiểu phế
quản, một lượng nhỏ các quyết định kéo dài thời gian áp dụng, hạn lượng nước
uống hạn ngắn. Sử dụng hợp lý thuốc kháng sinh. Đại lý khử nước và morphine
nên được sử dụng một cách thận trọng. Nên giảm các ứng dụng tim.
Methemoglobinemia xảy ra khi một xanh methylene 5 ~ 10ml tiêm tĩnh mạch
chậm 1%. Điều trị triệu chứng.
Ngoài các quá trình cháy công nghiệp và gia dụng, trong sinh hoạt, con
người còn chịu đựng ảnh hưởng trực tiếp của NOx do khói thuốc lá gây ra. Tùy
theo loại thuốc lá, khi hút một điếu thuốc người hút đã đưa vào phổi từ 100 đến
600µg NOx, trong đó hơn 5% là NO2. Với thuốc lá nâu thông thường, trung bình
mỗi điếu sinh ra 350µg NOx . Nếu người hút thuốc hít 8 lần, mỗi lần 2s với dung

tích 35ml và khoảng thời gian giữa hai lần hít là 60s, chúng ta tính được nồng độ
NOx trung bình là 933ppm theo thể tích trong toàn bộ khói thuốc. Nhưng mỗi lần
hít vào, khói thuốc lá hòa tan vào phổi có thể tích 3500ml, nghĩa là đã làm loãng
đi 100 lần, nồng độ NOx trung bình trong phổi khoảng 9,3ppm đối với người chủ
động hút thuốc lá. Đối với người thụ động chịu ảnh hưởng của thuốc lá (người
hít không khí trong không gian bị ô nhiễm bởi khói thuốc lá) ảnh hưởng này nhỏ
nhưng cũng đáng kể. Tính trung bình theo số liệu trên đây thì trong một phòng
kín có thể tích 50m3, khi người ta hút một gói 20 điếu thuốc, thì nồng độ NOx
trong phòng đạt khoảng 0,1ppm do người hút thải ra. Nếu tính luôn phần khói
thuốc thoát ra giữa hai lần hít, người ta ước chừng nồng độ NOx trong phòng
gấp 2÷5 lần so với nồng độ trên đây, nghĩa là 0,2 ÷ 0,5ppm.
II.2.

Ảnh hưởng của NOx đến thực vật

NOx chỉ ảnh hưởng đến thực vật khi nồng độ của nó đủ lớn. Người ta thấy
ở vùng đô thị hóa cao, nồng độ NOx đạt khoảng 3,93ppm, sự quang hợp của thực
vật chỉ giảm đi 25%.


Thí nghiệm đặt cây dưa leo trong không khí có nồng độ NO x 0,75ppm
trong hai tháng cho thấy không bị ảnh hưởng gì. Những thí nghiệm khác được
thực hiện trên cà chua và đậu Hà Lan đặt trong môi trường không khí nhân tạo
với nồng độ NOx cao hơn 10 lần so với nồng độ của chúng trong không khí khi
bị ô nhiễm nặng nhất cho thấy các loại cây này không bị hư hại gì nhưng nồng
độ nitơ tổng cộng trong môi trường gia tăng. Các thí nghiệm trên cây cam trồng
trong không gian nhà kính với 4 điều kiện môi trường không khí như sau:
a. Không khí nguyên thủy nơi làm thí nghiệm
b. Không khí được lọc
c. Không khí lọc + NO2 với nồng độ môi trường

d. Không khí lọc + 2 lần nồng độ NO2 trong môi trường.
Thí nghiệm được tiến hành bằng cách cân lá rụng và trái cây thu hoạch
được trong thời gian cho trước trên một số cành xác định. Người ta thấy rằng lá
cây trong điều kiện c có khuynh hướng rụng nhiều hơn cây trong điều kiện b;
Lượng lá rụng nhiều nhất trong môi trường không khí d nhưng lượng trái cây thu
hoạch được tối ưu nhất trong môi trường c. Những thí nghiệm khác được tiến
hành bằng cách đặt cam trong môi trường không khí ô nhiễm nặng hơn, có nồng
độ NO2 từ 0,5 đến 1ppm, kéo dài trong 35 ngày cho thấy lá cây bị vàng và rụng
nghiêm trọng. Vì vậy thực vật chỉ bị tác hại khi nồng độ NO x đủ lớn và thời gian
đủ dài (2÷10ppm; 4÷20µg/m3 trong nhiều ngày). Oxyde nitơ không gây tác hại
đến thực vật với nồng độ của chúng hiện nay trong khí quyển. Chỉ có sự tham dự
của NOx vào các phản ứng hóa quang mới được xem là nguy hiểm vì NO x tác
dụng với một số chất khác có mặt trong không khí trong những điều kiện nhất
định tạo ra những chất nguy hiểm đối với thực vật. Chẳng hạn dưới tác dụng của
tia cực tím trong môi trường có chứa hydrocarbure, NO x có thể tạo ra những hợp
chất nguy hiểm đối với thực vật gấp ngàn lần hơn so với chính bản thân NOx.


II.3.

Ảnh hưởng đến quang hợp

Khi nồng độ NOx lớn hơn 0,5 ÷ 0,7ppm chúng sẽ làm giảm sự quang hợp.
NO và NO2 làm giảm sự quang hợp với nhiều mức độ khác nhau đối với cùng
thời gian tác động. Sự giảm quang hợp đạt đến trạng thái cân bằng đối với NO
nhanh hơn đối với NO2 và sau khi môi trường hết ô nhiễm, sự quay trở lại trạng
thái ban đầu đối với NO nhanh hơn đối với NO 2. Trong những vùng đô thị hóa
cao (nồng độ NOx đạt khoảng 3,93ppm), sự quang hợp có thể bị giảm đi 25%.
II.4.

Gây mưa axit
÷

Nước mưa của khí quyển sạch có giá trị pH khoảng 5 5,6.
Nếu trong thành phần không khí có NOx, nó sẽ tác dụng với hơi nước
trong khí quyển ,tạo thành axit HNO 3 hoặc HNO2 làm các giọt nước mang tính
axit (pH giảm còn khoảng 4,2). Mưa chứa các axit này gọi là mưa axit. Trong
khí quyển, các hợp chất NOx chiếm 12% các oxit có khả năng gây mưa axit .
Mưa axit là tăng độ axit của đất, hủy diệt rừng, thiệt hại mùa màng,nhiễm
độc cây trồng, gây nguy hại cho các sinh vật và con người.
Do mưa axit mà đất bị axit hóa, làm tăng khả năng hòa tan của một số kim
loại nặng trong nước, gây ô nhiễm hóa học, các kim loại nặng được cây hấp thụ
đi vào nguồn thực phẩm, gây nhiễm độc cho người và gia súc.
Mưa axit có thể gâynguy hiểm đối với hệ thần kinhvì sản phẩm của axit là
các hỗn hợp rất đôc hại hòa tan trong nước uống,thâm nhập vào cơ thể sống.
Mưa axit làm giảm tuổi thọ các sản phẩm vải,nilong,tơ nhân tạo,đồ dùng
bằng da ,giấy,ảnh hưởng đến chất lượng các công trình xây dựng..
II.5.

Gây hiệu ứng nhà kính


Các hợp chất NOx góp phần gây nên hiệu ứng nhà kính do chúng có khả
năng hấp thụ các tia sáng phản xạ từ Mặt trời xuống Trái Đât có bước sóng dài.
Chính điều này đã giúp “sưởi ấm” Trái Đất.
N2O là một trong những thủ phạm gây gia tăng hiệu ứng nhà kính. N2O
chiếm 5% trong tổng số các chất có khả năng gây hiệu ứng nhà kính. Hiệu ứng
tăng nhiệt độ của nó khoảng 0,8oK. Khả năng làm nóng của N2O gấp 206 lần khí
cacbonic. Mặc dù nồng độ của N2O thấp hơn 1000 lần so với CO2 nhưng N2O
tiến vào môi trường với tốc độ lớn hơn.

II.6.

Gây thủng tầng ozon

 Nếu trong khí quyển tồn tại NO2 sẽ xảy ra phản ứng:
o

ClO + NO2

→

Cl-O-N

O (Clorinitrat)

O
Clorinitrat là hợp chất tương đối bền, nó có ý nghĩa đối với việc làm giảm
chu trình phân hủy ozon do giảm việc tạo thành Clo qua phản ứng với NO2.


NO làm tăng quá trình phá hủy tầng ozon theo các phản ứng sau:
O3 + hv -> O* + O2
O* + NO2 -> NO + O2
NO + O3 -> NO2 + O

 N2O được biết đến là một chất tuy không làm thủng tầng ozon nhưng lại
làm mỏng tầng ozon.


II.7.

Gây khói mù quang hóa

Chuỗi phản ứng quang hóa
Nito là thành phần chính trong khí quyển ,phân tử nito có năng lượng liên
kết khá lớn ,là 942kj/mol nên quá trình quang hóa của phân tử nito đòi hỏi các
phooton có bước sóng nhỏ hơn 169nm,phản ứng quang hóa của nito có thể xảy
ra như sau:
→

N2+ hv
N2+ +O2

NO+ + e
NO+ O

N2+ + e

→

NO+ + NO

→

→

NO

NO2

NO, NO2 giữ vai trò quan trọng về hóa học của sự ô nhiễm môi trường
không khí. NO2 rất bền với phản ứng quang hóa,chỉ với photon có bước sóng
nhỏ hơn 430nm mới tạo thành NO2* kích hoạt.Ở bước sóng nhỏ hơn 398nm,
NO2 bị phân ly quang hóa tạo ra NO và O.
Các chuỗi phản ứng quang hóa được thực hiện ở tầng đối lưu và sự hình
thành khói cần có cả NO2 và VOCs (Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi). NO 2 bị
phân hủy bởi ánh sáng mặt trời thành NO và một nguyên tử oxy tự do.
→

NO2 + hv

NO + O

Trong đó h là hằng số Planck và v là tần số dao động ánh sáng. Gốc oxy tự
do nhanh chóng phản ứng với phân tử oxy để hình thành ozon:
O + O2

→

O3

Tuy nhiên, ozone lại phản ứng với NO để tạo thành cả oxy và NO2:
O3 + NO

→

O2 + NO2


NO2 lại bị phân hủy bởi ánh sáng mặt trời và quá trình này cứ lặp đi lặp

lại. Do có một trạng ổn định giữa NO 2 và NO, mà ta gọi đó là trạng thái quang
tĩnh, từ đó xác định được nồng độ của ozon. Người ta ước tính rằng, sự có mặt
của các VOCs, tỉ lệ của NO2/NO bằng 1 vào giữa trưa ở các vĩ độ của Bắc Mỹ.
Kết quả là nồng độ của ozon khoảng 20ppb thấp hơn nhiều so với Viện tiêu
chuẩn đo lường khí tượng quốc gia (NAAQS) đo được 120ppb ( trung bình lúc
1h hàng ngày).
Bởi vì một loạt các phản ứng quang hóa bao gồm các nhóm hydroxyl
(OH-), VOCs trong không khí được chuyển thành các nhóm peroxy có thể oxy
hóa NO thành NO2
ROO + NO = RO + NO2
Sự cạn kiệt NO làm thay đổi trạng thái ổn định của NO 2/NO mà có lợi cho
sự hình thành ozon. Một trong những hợp chất có nồng độ cao xuất hiện trong
không khí bị ô nhiễm đó là gốc peroxyacetyl. Gốc này ngoài việc oxy hóa NO
thành NO2, còn phản ứng với nitrogen dioxide tạo thành tác nhân gây chảy nước
mắt, peroxyacetyl nitrat [CH3C(O)O2NO2] (PAN). Hỗn hợp ozone, PAN và các
sản phẩm khác như các aldehyl và keton tạo thành một lớp khói được gọi là khói
quang hóa
Khói quang hóa
Ozone gây dộc đối với đường hô hấp. Bởi vì nó tan ít trong nước, chúng
xâm nhập sâu vào trong phế quản và phế nang. Tiếp xúc cấp tính với ozon, chủ
yếu là nguy cơ nghề nghiệp, gây tổn thương mô đường hô hấp và chứng bị phù
có thể gây tử vong. Tiếp xúc mãn tính làm tăng tính mẫn cảm đối với các tác
nhân gây co thắt phế quản và nhiễm trùng. Tiếp xúc mãn tính với ozon có thể
dẫn đến bệnh viêm phế quản và khí thủng. Hơn nữa, khói quang hóa ( nghĩa là
ozone, PAN và các sản phẩm khác) gây kích ứng lên lớp niêm mạc, mắt và da.
Khí thủng là một tình cảnh được đặc trưng bởi sự bung ra của phế nang.
Khu vực bề mặt trao đổi khí giảm, do đó gây khó khăn cho việc hít thở.


Mức độ nghiêm trọng của khí quang hóa phụ thuộc vào một mức độ lớn

các điều kiện khí hậu và địa hình. Ỡ những nơi có áp suất cao kéo dài dẫn đến sự
hình thành sương mù trầm trọng bởi vì chúng được đặc trưng bởi ánh sáng có
cường độ lớn và sự giảm dần độ ổn định không khí do các chất ô nhiễm gần mặt
đất. Ở những nơi quanh các ngọn núi, sự phân tán của giỏ bị giảm bớt. Áp suất
khí quyển bị đảo ngược cũng là các yếu tố duy trì khói quang hóa gần mặt đất.
Sự đảo ngược xảy ra khi không khí ấm ở trên co phủ lên không khí lạnh ở gần
mặt đất; do đó chất khí ô nhiễm bị ngăn chặn đảo ngược lên trên.
Cả ozon và PAN đều là chất độc đối với thực vật. Trong khi PAN ảnh
hưởng chủ yếu với các cây lương thảo thì ozon gây tổn thương các mô của tất cả
các thực vật và ức chế quá trình quang hợp. Hơn nữa, nó làm tăng tính nhạy cảm
của thực vật với sự hạn hán và dịch bệnh. Đối với thực vật, O 3, NO2 và SO2 có
hoạt động góp phần gây hư hại.
Sự oxi hóa và hình thành khói quang hóa được biết đến như là mối nguy
hiểm môi trường và sức khỏe chính của sự phát thải khí NO x. Tuy nhiên, mối lo
ngại về sự ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của khí NOx vẫn đang nghiên cứu.
Nó có mặt một lượng đáng kể ở các khu vực ô nhiễm đô thị, nitơ oxit chịu trách
nhiệm về sự xuất hiện với tần suất cao các bệnh về đường hô hấp, như viêm phế
quản, viêm phổi và nhiễm trùng do virus. Sự liên quan của chúng đến sự lắng
đọng axit; một trong ba axit bị phân hủy đó là axit nitric cũng là một mối nguy
hại đối với môi trường và sức khỏe con người.
III.
1.

Các chuyển hóa hóa học của NOx trong tần bình lưu và đối lưu
Các quá trình trong tầng đối lưu

NOx có vai trò rất quan trọng trong quá trình oxy hóa CH 4 và CO. Các
phản ứng của NO và NO2 là rất khác nhau và chúng đóng vai trò như các chất
xúc tác quan trọng trong nhiều phản ứng quang hóa. Ở tầng đối lưu,NO x làm
tăng cường qúa trình hình thành O3, trong khi các tầng bình lưu thì ngược lại.

Theo Bouwman (1990) các phản ứng biến đổi các hợp chất nitơ trong khí quyển
xảy ra như sau:


Vào ban ngày HNO3 được hình thành theo các phản ứng sau:
NO2 + OH* + M -> HNO3
Vào ban đêm sẽ có phản ứng:
NO2 + O3 -> NO3* + O2
NO3* + NO2  N2O5
N2O5 + H2O -> 2HNO3
Trong các phản ứng quang hóa nhiều hợp chất hydrocacbon ( không phải
CH4) có khả năng hình thành các chất hữu cơ chứa nitơ (N). Trong đó
peroxyacetylnitrat [CH3C(O)O2NO2] là nguồn quan trọng giải phóng ra NOx ở
các vùng đô thị. Chúng tập trung nhiểu ở tầng giữa và cao trong tầng đối lưu
(Levine et al. 1984):
CH3C(O)O2NO2 ->CH3(O)O2* + NO2

Ozon trong tầng đối lưu có thể oxy hóa NO thành NO2:
NO + O3 → O2 + NO2
Đây là phản ứng nhanh, nhưng không xảy ra hoàn toàn. NO được tái tạo
một phần đáng kể do NO2 tham gia phản ứng quang hóa sau:
NO2 + hν (λ < 430 nm) → NO + O
Nguyên tử oxy tạo thành có thể phản ứng với phân tử oxy để tái tạo ozon:
O + O2 + M → O 3 + M
Trong đó, M là cấu tử thứ 3 (có thể là một phân tử hoặc bề mặt rắn) cần thiết để
hấp thụ năng lượng giải phóng ra khi tạo liên kết mới, làm bền hóa sản phẩm
phản ứng. Mặc dầu bản thân NO x đã là các chất gây ô nhiễm, nhưng các ảnh
hưởng chính thường gây ra do các chất gây ô nhiễm thứ cấp được tạo ra từ NO x.

Trong tầng đối lưu NOx bị oxy hóa thành axit nitric, tạo ra mưa axit. NO x là điều
kiện cần để tạo ra sương khói quang hóa (photochemical smog).
2.

Các quá trình trong tầng bình lưu

Trong tầng bình lưu, NOx tham gia vào các quá trình hóa học làm ảnh
hưởng đến nồng độ ozon trong vùng này.
Nguồn cung cấp NOx cho tầng bình lưu có thể là sự phân hóa các chất N2O.
O3 + Hv -> O* + O2
O*N2O -> 2NO
NO làm tăng quá trình phá hủy tầng ozon theo các phản ứng sau:
O3 + hv -> O* + O2
O* + NO2 -> NO + O2
NO + O3 -> NO2 + O
Cộng từng vế của 3 phương trình trên ta có:
3O2 -> 2O3
Ở độ cao dưới 40 km, O3 được hình thành nhờ quá trình liên kết phân tử
O2 và O nguyên tử.
O2 + Hv -> 2 O*
2[O* + O2 + M -> O3]
⇒

3O2 -> 2O3

Lượng O3 trong khí quyển tập trung chủ yếu ở độ cao 10-40 km. Dưới 25
km, NOx có tác dụng tăng cường quá trình hình thành O 3 nhờ tác dụng của ánh
sáng mặt trời.
Thông thường ở độ cao trên 25 km thì NO x làm giảm nồng độ O3,còn ở độ
cao dưới 25 km, NOx có tác dụng bảo vệ tầng ozon khỏi bị phá hủy.

IV.

Hiện trạng ô nhiễm NOx

Nồng độ của NO2 dao động trong khoảng từ 1 ppb đến 0,5 ppm trong
khoảng thời gian ô nhiễm cao điểm ở vùng đô thị. Phụ thuộc vào ánh nắng Mặt
trời và mật độ giao thông, nồng độ NOx trong khu vực đô thị thường thay đổi
theo kiểu như sau :
− Trước khi có ánh sáng Mặt trời, nồng độ NO và NO 2 tương đối ổn định và hơi
cao hơn nồng độ cực tiểu hàng ngày một ít.
− Vào khoảng 6 đến 8 giờ sáng, mật độ xe cộ tham gia giao thông tăng dần lên,
nồng độ NO tăng lên và đạt cực đại.
− Vào khoảng giữa buổi sáng (9−10 giờ), nồng độ NO 2 tăng cùng với sự gia tăng
lượng bức xạ UV, do NO bị chuyển thành NO2.
− Khi nồng độ NO giảm xuống dưới 0,1 ppm thì bắt đầu có sự tích tụ O3.
− Vào chiều tối (17−20 giờ), nồng độ NO tiếp tục tăng trở lại do lượng giao
thông tăng trở lại vào thời gian này.
− Ozon tích lũy ban ngày sẽ phản ứng với NO vào ban đêm, làm nồng độ NO 2
tăng nhẹ, trong lúc đó nồng độ ozon giảm. Ở các thành phố lớn có mật độ giao
thông cao, nồng độ cực đại của NO và NO2 trong không khí tương ứng là 1−2 và
0,5 ppm.
Trên toàn thế giới mỗi năm do các hoạt động của con người NO x thải ra
ngoài không khí khoảng 53 triệu tấn.Mỗi năm có khoảng 10 triệu tấn N2O bị thải
ra môi trường, hàm lượng hằng năm tăng dần từ 0,2-0,3%.1/3 tổng lượng N 2O
thải vào khí quyển là từ những hoạt động của con người như đốt cháy nguyên
liệu hóa thạch, sử dụng phân bón gốc ni tơ, vận hành các nhà máy xử lí nước thải
hay các quy trình công nghiệp khác liên quan đến ni tơ.Don Wuebbes đến từ Đại
học linois tại Urbana – Champaign, người phát minh ra phương pháp định lượng

hóa chất tiềm tàng phá hủy ozone cho biết, N 2O là một loại khí bị lãng quên. Con
người luôn xem nó như một thứ thông thường trong tự nhiên và họ quên rằng nó
đang tăng lên.


Nơi có nồng độ khí NOx cao nhất là các thành phố châu Âu và Bắc Mỹ,
cũng như phần lớn vùng đông bắc Trung Quốc. Đây là những nơi có nền công
nghiệp phát triển, tập trung nhiều nhà máy nhất thế giới.
Theo sau là Đông Nam châu Á và châu Phi, với nồng độ khí NO 2 khá cao
do việc
Theo một con số thống kê khác, khí N 2O, cũng theo bản báo cáo của Liên
Hiệp Quốc, là do kỹ nghệ chăn nuôi gây ra. Nuôi bò, nuôi lợn, nuôi gà, chế biến
thực phẩm từ sữa và trứng chịu trách nhiệm chế tác ra khoảng 65% tổng số khối
lượng chất khí N2O trên toàn thế giới. Mặc dù lượng N2O thải ra trên thế giới
hiện nay không lớn bằng lượng CO 2 nhưng tác động của N2O lại đáng kể hơn rất
nhiều so với CO2.
Ở Việt Nam, mức NO2 và N2O bình quân vẫn chưa vượt quá mức cho
phép, nhưng tại một điểm nút giao thông quan trọng ở Hà Nội cũng như thành
phố Hồ Chí Minh thì hàm lượng này tăng cao đột biến. Cao hơn 60
microgam/m3. Các thành phố khác như thành phố Hồ Chí Minh cũng nằm trong
tình trạng tương tụ. Lượng khí này chủ yếu thoát ra từ các phương tiện giao
thông đi lại trên đường...
Trên đây chỉ là một vài nét về hiện trạng ô nhiễm môi trường của Nitơ và
hợp chất khí của nó đối với sự nóng lên của Trái Đất. Còn rất nhiều điểm nóng
cũng như khu vực khác nữa mà chưa có con số thống kê cụ thể. Nhưng có thể
khẳng định một điều là hiện trạng ô nhiễm môi trường của Nitơ và hợp chất khí
của nó đối với sự nóng lên của Trái Đất vẫn đang hết sức cấp bách.
V.
1.

Tổng quan các phương pháp xử lý NOx
Phương pháp hấp phụ

 Vật liệu làm chất hấp phụ: là vật liệu xốp với bề mặt bên trong lớn, được

tạo thành do tổng hợp nhân tạo hay tự nhiên.
 Chất hấp phụ


-Than hoạt tính

→

-Silicagen
-Nhôm hoạt tính
 Hiệu quả hấp phụ
-

NOx được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính.Tuy nhiên khi tiếp xúc với các
oxit nitơ than có thể cháy và nổ.Ngoài ra, than có độ bền cơ học thấp và
khi phục hồi có thể chuyển NOx thành NO.

-

Khả năng hấp phụ NOx của silicagel thấp hơn than hoạt tính nhưng nó bền
cơ học, không cháy, cũng giống như than hoạt tính khi tái sinh có thể
chuyển NOx thành NO.

-

Nhôm hoạt tính hấp phụ NOx với hiệu suất không cao và độ bền cơ học
kém.

2.
2.1.

Phương pháp hấp thụ
Hấp thụ bằng nước
Khi hấp thụ NO2 bằng nước một phần axit nitric được sinh ra ở pha khí:
3NO2 + H2O

→

2HNO3 + NO + Q

Để xử lý các oxit nitơ có thể sử dụng dung dịch oxi già loãng.
NO + H2O2
NO2 + H2O

→

NO2 + H2O

→

N2O3 + H2O2

2HNO3 +NO

→

N2O4 + H2O