大氣中氮氧化物的日變化曲線實驗報告

《環(huán)境化學(xué)》實驗報告實驗工程：空氣中氮氧化物的日變化曲線實驗考核標準及得分內(nèi)容分數(shù)得分平時成績出勤、紀律、預(yù)習(xí)、課堂答復(fù)、態(tài)度等20考核成績實驗前期準備、儀器標準使用、藥品正確使用、實驗操作、實驗記錄、動手能力、創(chuàng)新精神、嚴謹程度、環(huán)保意識等。50數(shù)據(jù)計算，數(shù)據(jù)分析及結(jié)論表述，思考題答復(fù)，個人心得體會與總結(jié)，報告格式等。30成績總分值為100分100分任課教師劉敬勇學(xué)號姓名班級合作者一、實驗?zāi)康呐c要求1、了解氮氧化物的具體種類及其來源。2、掌握氮氧化物測定的根本原理以及實驗方法。二、實驗方案1、實驗儀器：大氣采樣器：流量范圍0.2L/min、分光光度計〔波長540nm〕、多孔吸收玻管、比色管〔兩個〕2、實驗藥品：氮氧化物吸收原液、蒸餾水、亞硝酸鈉標準溶液。3、實驗原理：在測定氮氧化物時，先用三氧化鉻將一氧化氮等低價氮氧化物氧化成二氧化氮，二氧化氮被吸收在溶液中形成亞硝酸，與對氨苯磺酸發(fā)生重氮化反響，再與鹽酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰紅色偶氮染料，用比色法測定。方法的檢出限為0.01mg/L〔按與吸光度0.01相應(yīng)的亞硝酸鹽含量計〕。限行范圍為0.03-1.6mg/L。當采樣體積為6L時，氮氧化物〔一二氧化氮計〕的最低檢出濃度為0.01ug/m3。鹽酸萘乙二胺鹽比色法的有關(guān)反響式如下：4、實驗步驟：〔1〕氮氧化物的采集：向一支多孔吸收玻管中參加4mL氮氧化物吸收原液和1mL蒸餾水，接上大氣采樣器，置于椅子上，以每分鐘0.2L流量抽取空氣30min。記錄采樣時間和地點，根據(jù)采樣時間和流量，算出采樣體積。把一天分成幾個時間段進行采樣7次，分別為10:00～10:30、11:00～11:30、12:00～12:30、13:00～13:30、14:00～14:30、15:00～15:30、16:00～16:3〔2〕氮氧化物的測定：標準曲線的繪制：吸取100mg/L的亞硝酸鈉標準溶液5mL定容至100mL，再取7支比色管，按下表配制標準系列。將各管搖勻，防止陽光直射，放置15min，以蒸餾水為參比，用1cm比色皿，在540nm波長處測定吸光度。樣品的測定：采樣后放置15min，將吸收液直接倒入1cm比色皿中，在540nm處測定吸光度。三、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理根據(jù)吸光度與濃度的對應(yīng)關(guān)系，用最小二乘法計算標準曲線的回歸方程式：y=bx+a式中：y——〔A-A0〕，標準溶液吸光度〔A〕與試劑空白吸光度〔A0〕之差；x——NO2-含量，μg；a、b——回歸方程式的截距和斜率。ρNOx=式中：ρNOx——氮氧化物濃度，mg/m3；A——樣品溶液吸光度；A0、a、b表示的意義同上；V——標準狀態(tài)下〔25℃0.76——NO2〔氣〕轉(zhuǎn)換成NO2-〔液〕的轉(zhuǎn)換系數(shù)。根據(jù)實驗測定的數(shù)據(jù)，稀釋后亞硝酸鈉標準溶液吸光度如下表所示：根據(jù)上表，繪制稀釋后亞硝酸鈉標準曲線如下列圖所示：根據(jù)上式y(tǒng)=0.0355x+0.0111可知，a=0.0343，b=0.0161。計算例如：在10：00-10:30時，對于采樣流速為0.2L/min的溶液，A=0.073〔扣除皿差〕，A空白=-0.015，V=0.2L/min*30min=6L，根據(jù)公式ρNOx=那么氮氧化物的濃度C=〔0.073+0.015-0.0343〕/〔0.0161*0.76*6〕=根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)以及計算得到，空氣中氮氧化物的吸光度及其濃度如下表所示：根據(jù)上表繪制氮氧化物日變化曲線如下列圖所示：四、結(jié)論A、數(shù)據(jù)評價：由于實驗設(shè)備出問題，我們小組的采樣器只有一個流量能用，因此只做了流量為0.2L/min的日變化曲線。因為只做了一個流量，所以有一個U形管閑置，被我們提前裝好了吸收液，而且在空氣中暴露了很長時間，導(dǎo)致測得的數(shù)據(jù)遠遠超過實際值。到最后一組實驗時，我們小組終于意識到了這個問題，用了現(xiàn)配現(xiàn)用的方式測了最后一組數(shù)據(jù)。B、判定污染程度：查閱《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》〔GB3095-1996〕知氮氧化物在空氣中的濃度限值：此次實驗測得的氮氧化物日變化濃度，氮氧化物最大濃度Cmax=1.385mg/m3>0.15mg/m3,即空氣中氮氧化物不符合環(huán)境空氣質(zhì)量的三級標準，故實驗當天的空氣質(zhì)量是有污染，應(yīng)對其進行控制防范。C、處理方案：在大氣中的氮氧化物污染物主要來源于燃料燃燒。因此氮氧化物污染物的防治技術(shù)是根據(jù)燃燒過程的特點來設(shè)計的，目前正在使用的減少氮氧化物排放量的措施有三種，即燃燒前的處理、燃燒技術(shù)的改良和燃燒后的治理。〔1〕燃燒前的處理：通過脫氮，減少燃料中的含氮量，從而減少燃燒過程氮氧化物的生成量?！?〕燃燒技術(shù)的改良形式：一是低氧燃燒，二是排氣循環(huán)燃燒，三是注入蒸汽或水，四是二級燃燒，五是分段燃燒，六是降低空氣比，七是濃差燃燒。其中效果最好的是二級燃燒和差燃燒。另外，人們在二級燃燒的根底上又開展了三級燃燒法，即擴大復(fù)原燃燒法和采用碳氫化合物在爐內(nèi)進行脫硝反響的燃料再注入法。具體做法是在一次燃燒后參加燃料，制造一個缺乏空氣的復(fù)原領(lǐng)域，把一次燃燒成的氮氧化物復(fù)原，最后參加空氣完全燃燒。〔3〕燃燒后處理：燃燒后處理也就是對燃燒后產(chǎn)生的煙氣進行脫氮處理，有時也稱為煙氣脫硝。煙氣脫硝是當前治理氮氧化物中最重要的方法。目前廢氣脫硝技術(shù)有干法和濕法兩大類。干法包括催化復(fù)原法、吸附法和電子束照射法，而催化復(fù)原法又分為選擇性催化復(fù)原法和選擇性非催化復(fù)原法；濕法那么包括直接吸收法、絡(luò)合吸收法、氧化吸收法、液相復(fù)原和微生物凈化法等。其中，濕法煙氣脫硝是利用液體吸收劑將NOx溶解的原理來凈化燃煤煙氣其最大的障礙是NO很難溶于水往往要求將NO首先氧化為NO2。為此一般先將NO通過與氧化劑O3、ClO2或KMnO4反響氧化生成NO2然后NO2被水或堿性溶液吸收實現(xiàn)煙氣脫硝。五、問題與討論1、查資料簡要說明光化學(xué)煙霧形成的機理，危害和控制對策。答：光化學(xué)煙霧的形成條件是大氣中有氮氧化物和碳氫化物存在，大氣溫度較低，而且有強烈的陽光照射，這樣在大氣中就會一系列復(fù)雜的反響，生成出一些二次污染物，如O3、醛、PAN、H2O2等。光化學(xué)煙霧是一個鏈式反響，其中關(guān)鍵性的反響可以簡單地分成3組：〔1〕NO2的光解導(dǎo)致O3的生成：鏈引發(fā)反響主要是NO2的光解，反響如下：NO2+hv→NO+OO+O2+M→O3+MNO+O3→NO2+O2(2)(HC)氧化生成了具有活性的自由基，如HO、HO2、RO2等。在光化學(xué)反響中，自由基反響占很重要的地位，自由基的引發(fā)反響主要是由NO2和醛光解引起的：NO2+hv→NO+ORCHO+hv→RCO+碳氫化合物的存在是自由基轉(zhuǎn)化和增殖的根本原因：RH+O→R+HORH+HO→R+H2OH+O2→HO2R+O2→RO2RCO+O2→[RC〔O〕O2]其中：R—烷基；RO2—過氧烷基；RCO—酰基；[RC〔O〕O2]—過氧?；??！?〕通過以上途徑生成的HO2、RO2、[RC〔O〕O2]均可將NO氧化成NO2。NO+HO2→NO2+HONO+RO2→NO2+RORO+O2→HO2+RCHONO+RC〔O〕O2→NO2+RC〔O〕ORC〔O〕O→R+CO2其中：RO—烷氧基；RCHO—醛。光化學(xué)煙霧的危害：光化學(xué)煙霧成分復(fù)雜，但是，對動物、植物和材料有害的主要是O3、PAN、醛、酮等二次污染物。人和動物受到的主要傷害是眼睛和黏膜受到刺激、頭痛、呼吸障礙、慢性呼吸道疾病惡化、兒童肺功能異常等。植物受到臭氧的損害，開始時表皮褪色，呈蠟質(zhì)狀，經(jīng)過一段時間之后色素發(fā)生變化，葉片上出現(xiàn)紅褐色斑點。PAN使葉子反面呈銀灰色或古銅色，影響植物的生長，降低植物對病蟲害的抵抗力。O3、PAN等還能造成橡膠制品老化，脆裂，使染料褪色，并損害油漆涂料、紡織纖維和塑料制品等。光化學(xué)煙霧的控制對策：工業(yè)上，較好的措施是對煤進行加工，改良燃燒技術(shù)，同時改良生產(chǎn)工藝，對污染物進行后處理及合理排放。使用前對煤進行脫硫加工，并盡可能除去灰分;使用過程中，通過對鍋爐進行適當改良，同時加人固硫劑，可減少煙塵利二氧化硫的發(fā)生量;最后，對廢氣進行綜合利用后，對不能利用的進行無害處理后再進行排放。對于生活燃煤，除了對煤跡行加工外，比擬好的措施是改良用能和供能方式，采用集中供熱、城市燃氣化。集中供熱和城市燃氣化，是城市節(jié)能和綜合整治的重要內(nèi)容，能有效地改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量，減少室內(nèi)空氣污染。此外，重點研究改革燃料和改良汽車設(shè)備結(jié)構(gòu)，試制無公害汽車和開展高效交通系統(tǒng)。具體舉措為:(1)改革燃料。(2)改良汽車設(shè)備結(jié)構(gòu)。(3)研究無公害汽車和開展高效交通系統(tǒng)。2、假設(shè)調(diào)查大學(xué)城中環(huán)西路汽車尾氣的排放情況，該如何布點，請簡要畫圖并說明理由？答：對大學(xué)城中環(huán)西路監(jiān)測點的布設(shè)根據(jù)以及理由如下：A、監(jiān)測點周圍附近無強大的電磁干擾，周圍有穩(wěn)定可靠的電力供給，通信線路容易安裝和檢修。B、對于道路交通的污染監(jiān)測點，其采樣口離地面高度應(yīng)為2-5米。C、根據(jù)點式監(jiān)測儀器采樣口與道路邊緣之間最小間隔距離表知，在道路日平均機動車流量小于3000輛的中環(huán)西路上，采樣點與道路邊緣之間最小間隔距離為10米，但是最大距離間隔不得超過20米，故在距公路邊緣13米處設(shè)置采樣點。D、根據(jù)我國空氣污染例行監(jiān)測的采樣點設(shè)置數(shù)目，在廣州這個人口大于400萬人的城市，最少要設(shè)置7個采樣點，又根據(jù)中環(huán)西路長約5000米，故每500米設(shè)一個采樣點，總共設(shè)10個采樣點。E、由于大學(xué)城沒有較嚴重的污染源且污染程度小、分布較為均勻，故采用網(wǎng)格布點法。F、查閱氣象資料知，12月份大學(xué)城的主要風(fēng)向是北風(fēng)，故采樣點總數(shù)的60%應(yīng)設(shè)在下風(fēng)向處，即對于總共10個采樣點，應(yīng)有六個采樣點設(shè)置在下風(fēng)向區(qū)，其余四個采樣點設(shè)在上風(fēng)區(qū)。布點圖略3.空氣中氮氧化物日變化曲線說明什么？說明大氣中的氮氧化物不是一成不變的，會隨著時間變化而變化。當然，引起這些變化的原因不是時間，而是不同時間段里人為〔車流量、工廠廢氣排放〕或自然〔溫度、風(fēng)向〕因素的變化而引起的。4.通過實驗測定結(jié)果，你認為交通干線空氣中氮氧化