NITROGEN DIOXIDE (NO2) Môn học QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG
LỚP 10CMT

Chủ đề báo cáo:

NITROGEN DIOXIDE (NO2)
Môn học

QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : Ts. Tô Thị Hiền
Nhóm thực hiện: 12
1. Nguyễn Hoàng Tiến
2. Nguyễn Tấn Thành
3. Phạm Lê Hải Sơn
4. Nguyễn Thị Mỹ Chi
5. Bùi Thị Tuyết Minh

1022302
1022267
1022248
1022035
1022175


2

Quan Trắc Môi Trường

NỘI DUNG BÀI THUYẾT TRÌNH

Phân A: Nội Dung
I – Giới thiệu
I – Nguyên tắc
III – Hóa chất
IV – Tiến hành quan trắc

Phần B: Câu Hỏi

PHẦN A: NỘI DUNG
I.

Giới thiệu
Mặc dù nồng độ SO2 trong không khí đang có chiều hướng giảm ở các nước

công nghiệp Châu Âu hay Bắc Mĩ trong suốt 30 năm qua do những chính sách
giảm thiểu phát thải SO2 như sử dụng nhiên liệu với hàm lượng lưu huỳnh thấp,
công nghệ khử lưu huỳnh trong khí thải và việc tăng sử dụng các khí thiên nhiên,
thế nhưng lượng phát thải NOx vẫn tiếp tục tăng, vì thế ô nhiễm NOx đang là vấn
đề môi trường chính ở nhiều quốc gia.
Nitrogen oxide (NOx) bao gồm nitric oxide (NO) và nitrogen dioxide (NO2).
Nguồn ô nhiễm Nox chủ yếu là việc đốt nhiên liệu hóa thạch trong các nhà máy
nhiệt điện, các lò hơi công nghiệp và động cơ phương tiện giao thông. Trong suốt
quá trình đốt cháy, Nitơ trong không khí và trong nhiên liệu bị oxi hóa để tạo
thành NO. Gần một nửa lương phát thải NOx sinh ra tại các thành phố là do những
nguồn di động, phần còn lại là do các nhà máy nhiệt điện và các lò hơi công
nghiệp. Các lò đốt và các nhà máy hóa chất là nguồn phát thải NOx thứ cấp.
Nguồn phát thải NOx tự nhiên bao gồm núi lửa, hoạt động của vi khuẩn, cháy
rừng và sấm sét. Trong không khí, NO bị oxi hóa nhanh tạo thành NO2 bởi ozone
và các gốc tự do H2O:

3

Quan Trắc Môi Trường

NO+O3→NO2+O2
NO+H2O→NO2+OH
NO2 được biết đến với độc tính cao hơn NO và hầu hết những mối nguy hại về
sức khỏe đều dính dáng tới NO2. NO2 có thể làm thay đổi chức năng của phổi và
làm tăng sự tổn thương của hệ hô hấp. Những bệnh nhân hen suyễn hoặc những
bệnh hô hấp mãn tính rất nhạy cảm với nồng độ ô nhiễm NOx trong không khí.
Hơn nữa, NOx còn là nguyên nhân cơ bản trong việc hình thành Ozone ở tầng đối
lưu, tác nhân chính gây ra hiện tượng sương mù quang hóa gây ảnh hưởng đến
những vùng thành thị trên khắp thế giới. Những vệt khói đỏ nâu hoàn toàn có thể
quan sát được tại những thành phố công nghiệp, đó là NO2. NOx có thể phá hủy
mùa màng và vật liệu. NO2 góp phần vào nguyên nhân gây ra mưa acid khi nó
chuyển thành dạng HNO3 trong khí quyển. Lượng NOx tham gia hình thành mưa
acid gần như bằng lượng mưa acid sinh ra bởi SO2, thậm chí ở vài nơi như Tây Mĩ,
NOx là nguyên nhân chủ yếu gây mưa acid. Chính vì vậy, nhiều quy định nhằm
mục đích kiểm soát phát thải NOx đã được thông qua và giới hạn phát thải đã trở
nên nghiêm ngặt hơn.
Nồng độ NO2 trong không khí xung quanh thường được đo bằng những trạm
quan trắc đặt trong có khu thành thị, trong khi đó, trạm quan trắc nguồn phát thải
thì thường được đặt ở những nhà máy nhiệt điện và các nhà máy sản xuất acid
nitric. Phương pháp xác định NO2 là dựa trên phản ứng phát quang giữa NO và O3,
tạo thành phân tử NO2. Những phân tử phát ra ánh sáng và được xác định. NO2
đầu tiên được chuyển về dạng NO, sau đó cho phản ứng với O3. Phương pháp cổ
điển là thổi khí vào trong dung dịch, sau đó phân tích màu. Phương pháp này vẫn
đang còn được áp dụng tại Mỹ và Nhật.
II.

Nguyên tắc
NO2 được hấp thu vào dung dịch Natri Asenite 0,1%, để chuyển thành dạng
ion nitrite. Ion nitrite phản ứng với hỗn hợp sulfanilic và acid acetic để tạo phức
diazo. Chất này phản ứng với 1-naphthylamine-7-sulfonic acid (Cleve’s acid) để
tạo chất có màu hồng tím. Xác định độ hấp thu quang tại bước sóng 525 nm.
Phương pháp này dùng để xác định NO2- theo Bristish Standard method.
III.
Hóa chất


4

Quan Trắc Môi Trường
a. Thu mẫu bằng dung dịch hấp thu

Màng lọc 0,45 micro mét, đường kính 47 mm
Fritted impimger, 30mL
Bơm
Lưu lượng kế
b. Tiến hành phân tích
Máy đo phổ hấp thu phân tử (Spectrophotometer)
Dung dịch hấp thu. Hoàn tan 4g NaOH và 1.0g Natri arsenite và nước cất và
định mức trong bình 1L.
Sulfanilic acid: hoàn tan 0,5g sulfanilic acid vào hỗn hợp 120mL nước cất và
30 mL acid acetic.
Dung dịch chuẩn gốc NO2- ,1000 mg/L: hòa tan 1,5g NaNO2 vào nước cất và
định mức lên 1L.
Dung dịch chuẩn làm việc NO2-, 10mg/L, dùng pipet hút chính xác 10mL dd
chuẩn gốc NO2- 1000mg/L và định nước lên 1L.
Hydrogen peroxide, 30%.

IV.
Tiến hành quan trắc
a. Lấy mẫu
Cho 10mL dung dịch hấp thu vào impinger và tiến hành lắp ráp như sau. Lắp
màn lọc phía trước impinger, dụng cụ hút ẩm, bao gồm ống chữ U chứa silica gel,
đặt sau impinger. Tiếp theo là lắp ráp lưu lượng kế và bơm cuối hệ thống. Tốc độ
dòng khí là 0,2 mL/min trong 24h. Đo đạc lưu lượng đầu và cuối để từ đó tính ra
kết quả trung bình. Đánh dấu mực của dung dịch hấp thu trong impinger trước và
sau khi lấy mẫu để tính toán lượng nước bù vào do bay hơi.
b. Phân tích

Chuyển dung dịch hấp thu từ impinger sang bình định mức 25mL. Cho thêm
0,2 mL H2O2; 2mL acid sulfanilic, khuấy kĩ và để yên trong 20 phút. Cho thêm 5
mL dung dịch Cleve acid và định mức bằng nước cất. Để yên trong 20 phút và tiến
hành đo quang tại bước sóng 525nm trong cuvet 1cm. Chuẩn bị mẫu trắng như
sau: lấy 10mL dung dịch hấp thu, thêm acid sulfanic và acid Cleve như đối với
mẫu thật. Chuẩn bị đường chuẩn: pha loãng dung dịch chuẩn làm việc với các
nồng độ tương ứng: 0,25; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0 và 5,0 micro gam/mL NO2-.
NO2 ( µ gm −3 ) = 0,82 xCxV1 / V
Tính toán nồng độ NO2- theo công thức:


5

Quan Trắc Môi Trường

Trong đó: C là nồng độ trong dung dịch hấp thu (

µg

NO2- mL-1 ), V1 là thể

tích dung dịch hấp thu (mL), V là thể tích không khí (m3) và 0,82 là hệ số lấy mẫu.
PHẦN B: CÂU HỎI
1. Kể tên một số nguồn phát thải NOx nhân tạo và tự nhiên
a. Nguồn tự nhiên

-Hoạt động của núi lửa
-Hoạt động của Vi Sinh Vật
-Cháy rừng
-Sấm sét
b. Nguồn nhân tạo
-Hoạt động giao thông, đặc biệt giao thông đường bộ
-Hoạt dộng công nghiệp từ các nhà máy nhiệt điện
-Hoạt động từ các nhà máy hóa chất
-Sự phân hủy từ những bãi rác, bãi chôn lấp tập trung
2. Tác động của NOx
- Tác hại: Oxit nitơ có nhiều dạng, do nitơ có 5 hoá trị từ 1 đến 5. Do ôxy
hoá không hoàn toàn nên nhiều dạng oxit nitơ có hoá trị khác nhau hay đi
cùng nhau, được gọi chung là NOx. Có độc tính cao nhất là NO2 , khi chỉ
tiếp xúc trong vài phút với nồng độ NO2 trong không khí 5 phần triệu đã có
thể gây ảnh hưởng xấu đến phổi, tiếp xúc vài giờ với không khí có nồng độ
NO2 khoảng 15-20 phần triệu có thể gây nguy hiểm cho phổi, tim, gan; nồng
độ NO2 trong không khí 1% có thể gây tử vong trong vài phút.

NOx bị ôxy hoá dưới ánh sáng mặt trời có thể tạo khí Ozone gây chảy nước


6

Quan Trắc Môi Trường

mắt và mẩn ngứa da, NOx cũng góp phần gây bệnh hen, thậm chí ung thư
phổi, làm hỏng khí quản.

- Nguồn phát sinh: Khí NOx xuất hiện trong quá trình đốt cháy nguyên liệu
trong các động cơ đốt trong (khí xả của phương tiện giao thông...), trong
công nghiệp sản xuất axít HNO3 , quá trình hàn điện và quá trình phân huỷ
nhựa celluloid.

- Phòng tránh: Các tuyến giao thông đông xe cộ là nguồn ô nhiễm quan
trọng nhất của NOx và kể cả nhiều loại khí độc hại đã kể trên. Kiểm soát khí
xả động cơ và không cư trú dọc theo các tuyến giao thông chính nhiều xe cơ
giới là giải pháp tốt nhất để tránh tác hại của NOx; đồng thời cũng cần tránh
xa vùng xả khói của nhà máy hoá chất. Cả ba điểm này rất khó thực hiện
trong hoàn cảnh nước ta hiện nay.
3. Tính % khí NO chuyển thành NO2 trong 1 giây bởi những chất OXH sau đây và
cho biết cơ chế nào chuyển NO thành NO2 hiệu quả nhất?

Phản ứng

Hằng số k
(cm molecule-1s-1)
8,1x10-12
6,2x10-13
1,6x10-14
3

NO+HO2
NO+CH3O2

NO+O3

•

NO+HO2 → NO2+OH
k=

[ NO2 ][OH ]
[ NO2 ]2
=
[ NO ][ HO2 ] [ NO ][ HO2 ]

Nồng độ chất OXH
(molecules cm-3)
6x109
109
5x1012


7

Quan Trắc Môi Trường

k .[ NO ].[ HO2 ]

Giả sử nồng độ NO ban đầu =1, thì nồng độ NO2 sinh ra là =
[ NO2 ]
.100% = 22%
[ NO ]

Vậy % NO chuyển thành NO2 là
NO+CH3O2 → NO2+CH3O
Tương tự ta có % NO chuyển thành NO2 là 2,5%
NO+O3 → NO2+O2
Tương tự ta có % NO chuyển thành NO2 là 28,3%
Như vậy cơ chế oxh NO thành NO2 bằng Ozone là hiệu quả nhất