Bài giảng Hóa học môi trường không khí (TS. Nguyễn Nhật Huy)

Nội dung 2Chương 1: Khí quyển và hóa học khí quyển Chương 2: Nguồn gốc và tác hại của ô nhiễm khôngkhí Chương 3: Bụi trong khí quyển Chương 4: Các chất ô nhiễm không khí vô cơ Chương 5:

Trang 1

PHẦN 1

TS Nguyễn Nhật Huy

nnhuy@hcmut.edu.vn

Trang 2

Nội dung 2

Chương 1: Khí quyển và hóa học khí quyển

Chương 2: Nguồn gốc và tác hại của ô nhiễm khôngkhí

Chương 3: Bụi trong khí quyển

Chương 4: Các chất ô nhiễm không khí vô cơ

Chương 5: Các chất ô nhiễm không khí hữu cơ

Chương 6: Khói quang hóa

Trang 3

Sách 3

[1] Trần Ngọc Chấn, Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải,

Tập 1, Ô nhiễm không khí và tính toán khuếch tán chất ô nhiễm, NXB KHKT, 2000.

[2] J.H Seinfeld and S.N Pandis, Atmospheric Chemistry

and Physics: From Air Pollution to Climate Change, 2nd

Edition, John Wiley & Sons, 2006.

[3] S.E Manahan, Environmental chemistry, 7th Edition,

Lewis, 2000.

[4] C.N Hewitt and A.V Jackson, Atmospheric Science for

Environmental Scientists, Willey - Blackwell, 2010.

Trang 4

Hóa học môi trường không khí 4

Chương 1: Khí quyển và hóa học khí quyển

1.1 Giới thiệu về khí quyển và hóa học khí quyển

1.2 Tầm quan trọng của khí quyển

1.3 Tính chất vật lý của khí quyển

1.4 Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí

1.5 Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu

1.6 Phản ứng trong khí quyển

Trang 5

Chương 2: Nguồn gốc và tác hại của ô nhiễm không khí

2.1 Nguồn gốc ô nhiễm không khí

2.2 Tác hại ô nhiễm không khí

Trang 6

Chương 3: Bụi trong khí quyển

3.1 Bụi trong khí quyển

3.2 Trạng thái vật lý của bụi trong khí quyển

3.3 Các quá trình vật lý của sự hình thành bụi

3.4 Các quá trình hóa học của sự hình thành bụi

3.5 Cấu tạo của bụi vô cơ và các bụi hữu cơ

Trang 7

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 quyển4.4 NOx trong khí quyển

4.5 Sự chuyển hóa và hiện tượng biến đổi các chất

khí vô cơ trong khí quyển

Trang 8

Chương 5: Các chất ô nhiễm không khí hữu cơ

5.1 Các hợp chất hữu cơ trong khí quyển

5.2 Các hợp chất hữu cơ từ nguồn gốc tự nhiên

5.3 Các hợp chất chứa oxi

5.4 Các hợp chất hữu cơ chứa halogen, lưu huỳnh,

Nito

Trang 9

Chương 6: Khói quang hóa

6.1 Giới thiệu tổng quan về sự hình thành khói

quang hóa6.2 Sự phát thải khói xe hình thành khói quang hóa6.3 Các phản ứng hình thành khói quang hóa của các

hợp chất hữu cơ trong khí quyển6.4 Các sản phẩm vô cơ từ khói quang hóa

6.5 Ảnh hưởng của khói quang hóa

Trang 10

Đánh giá

 Điểm phần hóa khí: 30%

 Bài tập (trên lớp + về nhà): 40%

• Làm 6 bài ( lấy 5 bài điểm cao nhất)

 Bài thi cuối kỳ: 60%

Trang 11

Chương 1

Trang 12

Nội dung 2

Chương 1: Khí quyển và hóa học khí quyển

1.1 Giới thiệu về khí quyển và hóa học khí quyển

1.2 Tầm quan trọng của khí quyển

1.3 Tính chất vật lý của khí quyển

1.4 Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí

1.5 Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu

1.6 Phản ứng trong khí quyển

Trang 13

1.1 Giới thiệu 3

Khí quyển

Trang 14

Khí quyển

Trang 15

Khí quyển

Trang 16

Khí quyển

Trang 17

Khí quyển

photographed by the crew of the International Space Station while space

shuttle Atlantis on the STS-129 mission was docked with the station

Trang 19

Cấu trúc khí quyển

Trang 20

Tầng đối lưu:

 7-17 km (ở 2 vùng cực là 7–10 km)

 Nhiệt độ giảm theo độ cao đến -50 °C

 Không khí chuyển động theo chiều thẳng

đứng và nằm ngang rất mạnh

 Các hiện tượng thời tiết diễn ra ở tầng đối

lưu

Trang 23

Tầng nhiệt (tầng điện li):

 T ừ 85 km đến khoảng 640

km,

 N hiệt độ tăng theo độ cao

lên đến 2.000 °C hoặc hơn.

Trang 24

Tầng ngoài (tầng thoát ly):

 T ừ 500–1.000 km đến 10.000 km,

 N hiệt độ tăng theo độ cao lên đến 2.500 °C.

 Không khí loãng, nhiệt độ cao.

 Các phân tử và nguyên tử chuyển động với

tốc độ cao và thoát khỏi sức hút Trái Đất đi

vào vũ trụ.

Trang 25

1.2 Tầm quan trọng của khí quyển 15

Vai trò của khí quyển

 Cung cấp không khí

 Bảo vệ Trái Đất

 Điều hòa nhiệt độ

 Là nơi diễn ra thời tiết và khí hậu

Trang 26

Trang 27

Trang 28

Cung cấp không khí

 Người ta có thể:

 Đun sôi nước

 Nấu chín thức ăn

 Nhưng phải thở không khí xung quanh

 Không khí có vai trò quan trọng đối với con người

Nhu cầu không khí

Trạng thái lít/phút m 3 /ngày kg/ngày

Trang 29

Bảo vệ Trái Đất

 Ngăn chặn bức xạ có hại

 Tia X

 Tia UV

 Ngăn chặn thiên thạch (sao băng)

 Ngăn chặn các hạt mang điện tích từ bão mặt trời

 Là nơi chứa và phân hủy các chất ô nhiễm

Trang 30

Ngăn chặn bức xạ

Trang 31

Điều hòa nhiệt độ

Trang 32

Là nơi diễn ra thời tiết và khí hậu

Trang 33

Là nơi diễn ra thời tiết và khí hậu

Trang 36

• ppm (part per million - phần triệu)

• ppb (part per billion)

• ppt (part per trillion)

 Theo khối lượng hoặc mole

• g/m 3 , mg/m 3 , µg/m 3

• mole/m 3

Trang 38

1.3 Tính chất vật lý của khí quyển 28

Thành phần không khí sạch

Trang 39

 Khối lượng khí quyển 5.14 ×1018 kg

 So với khối lượng Trái Đất (5.97× 10 24 )

Trang 40

 P0: áp suất khí quyển tại mực nước biển (1 atm)

 M: khối lượng mol không khí (0.02897 kg/mol)

 g: gia tốc trọng trường (9.81 m/s 2 )

 R: h ằng số khí (8.314 J/(mol.K))

Trang 41

Nhiệt độ không khí

 Thay đổi theo các tầng của khí quyển

 Việc phân chia các tầng của khí quyển cũng dựatrên sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao

Trang 42

Áp suất và nhiệt độ không khí

Trang 43

Nhiệt độ không khí ở tầng đối lưu

 Độ giảm nhiệt độ theo độ cao

𝑑𝑇

𝑑ℎ = −9.8 𝑜𝐶/𝑘𝑚

 Nhiệt độ độ không khí tại mực nước biển lấy to =

25 oC (288.15 oK)

Trang 44

1.4 Nghịch đảo nhiệt và ô nhiễm không khí 34

Khí quyển bình thường

 Nhiệt độ không khí giảm theo chiều cao

 Không khí nóng chuyển động thẳng đứng lên trên

Trang 45

Khí quyển bình thường

Trang 46

Nghịch đảo nhiệt

 Khi bị nghịch nhiệt:

 Nhiệt độ không khí lớp trên cao hơn lớp dưới

 Khối không khí lạnh bên dưới “không” chuyển động lên trên được

 Chuyển động theo phương thẳng đứng và cả phương ngang bị giới hạn

 Chất ô nhiễm tích tụ và khuếch tán chậm theo phương ngang

Trang 47

Nghịch đảo nhiệt – Temperature inversion

Trang 48

Các nguyên nhân gây nghịch đảo nhiệt

 Làm lạnh lớp không khí từ bên dưới

 Làm nóng lớp không khí từ bên trên

 Chuyển động của dòng không khí nóng bên trênhoặc dòng không khí lạnh bên dưới

Trang 49

Làm lạnh lớp không khí từ bên dưới

 Nghịch nhiệt bức xạ - Radiation inversion

 Từ nửa đêm đến sáng sớm

 Kéo dài đến vài ngày ở vùng có khí hậu lạnh

Trang 50

Nghịch nhiệt bức xạ - Radiation inversion

Trang 51

Làm nóng lớp không khí từ bên trên

 Nghịch nhiệt lắng chìm – Subsidence inversion

 Những vùng có áp suất cao

 Mây che phủ bầu trời và hấp thụ ánh sáng Mặt Trời

 Khối không khí nặng chìm xuống và tăng nhiệt độ

Trang 52

Nghịch nhiệt lắng chìm – Subsidence inversion

Trang 53

Chuyển động của dòng không khí nóng bên trên hoặc dòng không khí lạnh bên dưới

 Nghịch nhiệt biên – Frontal inversion

 Chuyển động của dòng không khí lạnh bên dưới lớp không khí ấm

 Chuyển động của dòng không khí ấm bên trên lớp không khí lạnh

Trang 54

Nghịch nhiệt biên – Frontal inversion

Trang 55

Chuyển động của dòng không khí lạnh bên dưới lớp không khí ấm

 Nghịch nhiệt thung lũng – Valley temperatureinversion

 Nghịch nhiệt đại dương – Ocean/marine inversion

 Không khí lạnh từ vùng cao tràn xuống thung lũng

 Tạo thành lớp không khí lạnh nằm dưới lớp khôngkhí ấm

 Nếu có ngưng tụ (sương giá) xảy ra thì nghịch nhiệtcàng trở nên nghiêm trọng

Trang 56

Nghịch nhiệt thung lũng – Valley temperature inversion

Trang 57

Nghịch nhiệt đại dương – Ocean/marine inversion

Trang 58

Trang 59

không khí lạnh

Trang 60

không khí lạnh

Trang 61

1.5 Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu 51

Khí hậu toàn cầu và vi khí hậu

 Thời tiết

 Khí hậu

 Vi khí hậu

Trang 62

Thời tiết - Weather

 Là sự biến thiên của trạng thái khí quyển trongngắn hạn

 Mưa – type and quatity of precipitation

 Áp suất khí quyển – atmospheric pressure

Trang 63

Thời tiết - Weather

Trang 64

Khí hậu - Climate

 Là xu hướng và biến thiên dài hạn của thời tiết trênmột khu vực địa lý

 Tùy thuộc vào khu vực

 Thay đổi theo mùa

 Gió mùa có ảnh hưởng rất lớn đến khí hậu

 Gió ấm và ẩm từ đại dương mang theo nhiều hơi nước → mùa mưa

 Gió lạnh và khô → mùa khô

Trang 65

Khí hậu toàn cầu

Trang 66

Trang 67

Trang 68

Trang 69

Trang 70

 Một số nguyên nhân tạo ra vi khí hậu:

 Hấp thu nhiệt và sức gió

 Rừng cây rậm rạp

 Hướng dốc

 Đô thị

Trang 71

Hấp thu nhiệt và sức gió

 Sáng hôm sau sương bay hơi và giữ cho nhiệt độ gần

bề mặt không tăng cao

Trang 72

Hấp thu nhiệt và sức gió

Trang 73

Rừng cây rậm rạp

 Vận tốc gió gần bằng không

 Đối lưu và khuếch tán rất hạn chế

 Tầng trên của cây hấp thu gần như hoàn toàn bức

Trang 74

Rừng cây rậm rạp

Trang 75

Hướng dốc ở bắc bán cầu

 Đất có sườn dốc hướng về phía nam

 Nhận nhiều năng lượng mặt trời hơn

 Cây cối phát triển tốt hơn và nhanh hơn

 Mùa trồng trọt có thể dài hơn, năng suất tốt hơn

 Đất có sườn dốc hướng về phía Bắc

 Nếu vùng đất có mùa trồng trọt kéo dài, thì điều kiện nông nghiệp tốt hơn do

• Ít bị thời tiết khắc nghiệt

• Ít bị mất nước do bay hơi và thoát hơi qua lá cây

Trang 76

Hướng dốc

Trang 77

Hướng dốc

Trang 78

Đô thị

 Đá, bê tông, và nhựa đường ở đô thị hấp thu nănglượng mặt trời rất mạnh và bức xạ trở lại khí quyển

 Nước mưa không được chứa trên mặt đất và trong

ao hồ, mà được thoát đi nhanh nhất và hiệu quảnhất có thể

 Hoạt động con người thải ra nhiệt và các khí nhàkính

 Tạo thành một “vòm nhiệt” (heat dome) và biến

đô thị ở thành một “đảo nhiệt” (heat island)

Trang 79

Đô thị

 Dòng không khí nóng ở đô thị chuyển động lên cao

 Tạo ra luồng gió nhẹ từ các khu vực xung quanh đến

 Tạo ra hiệu ứng nhà kính cục bộ

So với vùng xung quanh, vi khí hậu đô thị:

 Nhiều sương mù hơn,

 Nhiều thời gian bị mây che phủ hơn

 Nhiều mưa hơn dù ít ẩm hơn

Trang 80

Vi khí hậu đô thị

Trang 81

Vi khí hậu đô thị

Trang 82

1.6 Phản ứng trong khí quyển 72

Phản ứng trong khí quyển

 Các quá trình hóa học chính

 Các quá trình quang hóa

 Ion trong khí quyển

Trang 83

Các quá trình hóa học chính của khí quyển

Trang 84

Các quá trình quang hóa

 Quá trình quang hóa bắt đầu khi phân/nguyên tửkhí nhận năng lượng bức xạ và chuyển sang trạngthái kích thích và bắt đầu thực hiện các quá trìnhkhác:

M + hν → M*

Ground state

Singlet state

Triplet state

Trang 85

 Các quá trình diễn ra sau đó:

 Physical quenching – làm nguội vật lý

O2* + M → O2 + M (higher translational energy)

Trang 86

 Các quá trình diễn ra sau đó (tt):

 Intramolecular energy transfer - trao đổi năng lượng nội phân tử

XY* → XY†

 Spontaneous isomerization – đồng phân hóa

 Photoionization – ion quang hóa

N2* → N2+ + e

Trang 87

-1.6 Phản ứng trong khí quyển 77

Ion trong khí quyển

 Vành đai bức xạ Van Allen

protons electrons

Axis of magnetic field

Earth Inner belt

Outer belt

Trang 89

Phản ứng acid-base

 Khí quyển tự nhiên có tính acid nhẹ

 Do CO2 trong khí quyển

 Khí quyển ô nhiễm có thể có tính acid cao

 Do SO2 và NO2 trong khí quyển tạo thành acid mạnh

H2SO4 và HNO3

 Quá trình trung hòa nhờ Ca(OH)2 dạng bụi rắn và

NH3 dạng khí trong khí quyển

Ca(OH)2(s) + H2SO4(aq) → CaSO4(s) + 2H2O

NH3(aq) + HNO3(aq) → NH4NO3(aq)

NH3(aq) + H2SO4(aq) → NH4HSO4(aq)

Trang 90

Phản ứng của oxy

Trang 91

Phản ứng của nitơ (unit: teragrams)

Trang 92

Phản ứng của nitơ tạo thành khói quang hóa

Trang 93

Phản ứng của CO 2

Trang 94

Nước trong khí quyển

Trang 95

Chương 2

Trang 96

Chương 5: Nguồn gốc và tác hại 2

nhiễm không khí

2.1 Nguồn gốc các chất ô nhiễm không khí

2.2 Tác hại của các chất ô nhiễm không khí

Trang 97

2.1 Nguồn gốc các chất ô nhiễm không khí 3

Nguồn gốc

2.1.1 Nguồn tự nhiên

2.1.2 Nguồn nhân tạo

Trang 100

2.1.1 Nguồn tự nhiên 6

Cháy rừng

 Khói, tro, bụi, hydrocacbon, SO2, CO và NOx

Trang 101

Bão cát

 Đất khô, hoang mạc, sa mạc

 Ô nhiễm bụi

Trang 102

Đại dương

 Muối (NaCl), MgCl2, CaCl2, KBr

Trang 104

Chất phóng xạ

 Radon

 Bụi chứa phóng xạ

Trang 105

Từ vũ trụ

 Bụi vũ trụ, thiên thạch, bụi Mặt Trời

Trang 106

2.1.2 Nguồn nhân tạo 12

Nguồn nhân tạo của các chất ô nhiễm không khí

Trang 107

Đốt nhiên liệu

 Nhà máy nhiệt điện

 Phương tiện giao thông

 Lò hơi

 Đun nấu

 Đốt rác

Trang 108

Đốt nhiên liệu

 Muội than, CO,

 Hydrocarbon hoặc hydrocarbon bị oxy hóa 1 phần

Trang 109

Chế biến gỗ

 Bụi gỗ từ quá trình cưa, khoan, chà nhám,…

 VOCs, mùi từ quá trình dán, sơn

Trang 110

Trang 111

Luyện kim màu

 Luyện đồng và kẽm

 Thải SO2 và bụi

Trang 112

Xi măng

 Ô nhiễm bụi từ:

 Vận chuyển nguyên liệu

 Sấy và nung (thải SO2)

 Nghiền và trữ

Trang 113

Lọc dầu

 Hydrocarbon rò rỉ từ các

khe hở

 Khí thải từ lò nung, vòi

đốt của quá trình chưng

Trang 114

Hóa chất

 Sản xuất axit sunfuric

 Sản xuất axit nitric

 Sản xuất lưu huỳnh

 Sản xuất phân bón

 Sản xuất giấy

 Sản xuất đồ nhựa

Trang 115

Sản xuất axit sunfuric

 Ô nhiễm SO2

Trang 116

Sản xuất axit nitric

 Ô nhiễm NO2

Trang 117

Sản xuất lưu huỳnh

 Điện phân muối Na, K, Li: ô nhiễm Cl và HCl

 Oxy hóa xúc tác H2S: H2S và SO2

Trang 118

Sản xuất phân bón

 Phân đạm: NH3 và NO2

 Phân supephotphat: HF và SiF4

Trang 119

Sản xuất giấy

 SO2, H2S

 Mùi hôi thối từ CH3HS, (CH3)2S, (CH3)2S2

Trang 120

Sản xuất đồ nhựa

 VOCs, bụi

Trang 121

2.2 Tác hại của các chất ô nhiễm không khí 27

Trang 122

2.2.1 Đối với con người 28

Tác hại của các chất ô nhiễm không khí đối với con người

Trang 123

2.2.1 Đối với con người 29

Carbon monoxide – CO

 Là một loại khí độc do có phản ứng mạnh vớiHemoglobin trong máu tạo ra COHb

 Làm cho máu không vận chuyển được oxy do áilực của CO với hồng cầu gấp 200 lần so với O2

Tiêu đề	Hóa Học Môi Trường Không Khí
Tác giả	TS. Nguyễn Nhật Huy
Trường học	Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Hóa Học Môi Trường
Thể loại	Sách
Năm xuất bản	2000
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	320
Dung lượng	7,03 MB