Xử lý khí thải: NOx

Xử lý NOX – Nhóm 5 Nitơ II Oxit NO Là khí không màu hóa nâu trong không khí, không tan và phản ứng với nước, không phản ứng với kiềm và dễ dàng hóa hợp với oxi ở nhiệt độ thường, phản ứ

Xử lý NOX – Nhóm 5

 Nitơ II Oxit (NO)

Là khí không màu hóa nâu trong không khí, không tan và phản ứng với nước, không phản ứng với kiềm và dễ dàng hóa hợp với oxi ở nhiệt độ thường, phản ứng với Oxi hóa màu nâu đỏ

 Nitơ ĐiOxit (NO2)

NO2 có màu nâu nặng hơn không khí, có mùi khó chịu và độc.

Oxit nitric đươc tạo ra trong cơn giông khi có sét:

N2 + O2  2NO (tia lửa điện)

2NO + O2 2NO2

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

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

A Nguồn gốc

1 NOx nhiệt (thermal-NOx)

Được hình thành do sự đốt cháy của hỗn hợp nitơ và oxi trong nhiệt

độ ở khoảng 1600oC Cơ chế tạo thành NOx nhiệt xảy ra theo các phản ứng 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)

Phát thải NOx chủ yếu từ quá trình đốt sinh khối và nhiên liệu hóa thạch như: ô tô, máy bay, động cơ,quá trình đốt lò công nghiệp

Sản xuất và sử dụng của các quá trình axit nitric như: nhà máy phân đạm, nhà máy trung gian hữu cơ, màu và đen nhà máy luyện kim loại

2 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

3.NOX-sớm

NOX-sớm được hình thành do phản ứng giữa nitơ không khí với các gốc hydrocacbon,CHi (với i bằng 1 hoặc 2) được sinh ra từ nhiên liệu trong môi trường thiếu oxi

N2+CH.→HCN +N

Trong môi trường oxi hóa, HCN tiếp tục phản ứng như trong phản ứng tạo thành NOX nhiên liệu

Cơ chế của sự hình thành NOX sớm cũng xảy ra khi ở nhiệt độ thấp vì thế để hạn chế sự tạo thành NOX sớm người ta thường tăng tốc độ nạp của hỗn hợp nhiên liệu và không khí

B Ảnh Hưởng

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 Trong các chất của NOx, độc tính của NO2 cao hơn rất nhiều lần so với NO

NO gây kích ứng và là một khí cực độc NO khi xâm nhập vào cơ thể

nó có thể tác dụng với hồng cầu trong máu làm giảm khả nặng vận chuyển oxy của máu dẫn đến khả năng thiếu máu

Các quá trình trong công nghiệp và gia dụng trong sinh hoạt con người còn chịu đựng ảnh hưởng trực tiếp bởi NOx do khói thuốc lá gây ra Tùy theo loại thuốc lá

NOx ảnh hưởng rất lớn đến môi trường không khí Gây mưa axit: làm đất bị axit hóa làm tăng khả năng hòa tan của 1 số kim loại nặng trong nước gây ô nhiễm hóa học các kim loại nặng được cây hấp phụ đi vào nguồn thực phẩm gây nhiễm độc cho người và gia súc mưa axit có thể gây nguy hiểm đối với hệ thần kinh vì sản phẩm của axit là các hỗn hợp các chất rất độc hòa tan trong nước uống thâm nhập cơ thể sống mưa axit làm giảm tuổi thọ các sản phẩm vải ni lông, tơ nhân tạo , đồ dùng bằng da……

Gây hiệu ứng nhà kính : các hợp chất NOx góp phần gây nên hiệu ứng nên hiệu ứng nhà kính do chúng có khả năng hấp thụ các tia sáng phản xạ

tự mặt trời xuống trái đất có bước sóng dìa chính điều này đã giúp sưởi ấm trái đất N2O là một trong những thủ phạm gây ra tăng hiệu ứng nhà kính N2O chiếm 5% tổng số các chất có khả năng gây hiệu ứng nhà kính

Gây thủng tầng ozon Gây ra hiệu ứng khói mù quang hóa Ảnh hưởng đến quang hợp khi nồng độ NOx lớn hơn 0,5ppm: 0,7 ppm 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 thì sự giảm quang hợp đạt đến trạng thái cân bằng đối với NO nhanh hơn đối với NO2

và sau khi môi trường ổn định, sự quang hợp quay trở lại với trạng thái ban đầu đối với NO nhanh hơn đối với NO2

C Phương Pháp Xử Lý

1 Hấp thụ:

1.1 Hấp thụ bằng nước

Khi hấp thụ NO2 bằng H2O, một phần axit nitrit được tạo thành 3NO2 + H2O  3HNO3 + NO

Để xử lí oxit nito có thể sử dụng oxi già loãng Trong công nghiệp, các loại khí thải có chứa oxit nito ở nồng độ thấp thường được xử lí bằng dung dịch

hấp thụ nước với các thiết bị hấp thụ khác nhau như scurbber, thiết bị sục khí sủi bọt, venturi Hiệu quả xử lí Nox bằng pp này thường không cao, tối

đa chỉ đạt 50%

Các phản ứng hoá học xảy ra:

2NO2 (hoặc N2O4) + 4H2O  2HNO3 + HNO2 (1)

HNO2  NO + NO2 (hoặc 1/2 N2O4) + H2O (2)

NO + 1/2 O2  NO2 (3)

2NO2  N2O4 (4)

Ư

u điểm :

 Tiết kiệm chi phí

 Dung dịch sau hấp thụ dễ xử lí

 Dễ vẫn hành

 Trong quá trình xử lí NOx thì bụi

và 1 số chất độc khác bị nước hấp thụ

cũng được xử lí 1 phần

N

hược điểm

 Hiệu suất thấp, cao nhất chỉ đạt 50%

 Tiêu tốn lượng dung môi lớn

1.2 Hấp thụ bằng dung dịch kiềm

Người ta sử dụng nhiều dung dịch kiềm và muối khác nhau

Đây là phương pháp vừa rẻ tiền và vừa mang lại hiệu quả xử lý rất cao Hấp thụ hóa học NOx bằng dung dịch Soda được diễn ra theo phương trình phản ứng sau:

2NO2 + Na2CO3 → NaNO3 +CO2 + NO2

Hoạt động các dụng dịch kiềm còn phụ thuộc vào pH ban đầu của dung dịch (pH càng cao, hoạt động càng cao)

1.3 Hấp thụ bằng các phương pháp chọn lọc

Để hấp thụ riêng NO khi không có O2 trong pha khí, ta sẽ sử dụng các dung dịch FeSO4, FeCl2, Na2S2O2 và NaHCO3

Phương trình phản ứng tạo thành các phức, diễn ra như sau:

FeSO4 +NO ↔ Fe(NO)SO4

FeCl2 + NO ↔ Fe(NO)Cl2

2Na2S2O3 + 6NO → 3N2 + 2Na2So4 + 2SO2

2NaHSO3 + 2NO → N2 + 2NaHSO4

2(NH2)2CO + 6NO → 5N2 + 4H2O + 2CO2

Ngoài ra, NO còn tác dụng với các dung dịch ZnCl2, CH2O, C2H2O4

Ở t > 200 o C, NO tác dụng theo các phương pháp:

4NH3 + 6NO  5N2 + 6H2O

H2SO4 cũng dùng để hấp thụ theo cơ chế sau:

H2SO4 + 2 NO2  HNSO5 + HNO3

2H2SO4 + N2O3  2HNSO4 + H20

2 Hấp phụ

Khí thải có chứa 1 – 1,5% NOX có thể xử lý bằng pp 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

Khi trong chất hấp phụ có chứa NO2 thì nó trở thành chất xúc tác để oxy hóa các N2O thành NO2 NO2 được hấp phụ vào các chất trên và có thể được tách ra bằng cách nung nóng

 Hiệu quả HP:

NOX được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính, tuy nhiên khi tiếp xúc với oxit nito than có thể bị 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 với hiệu quả không cao và độ bền cơ học kém hơn