氮氧化物日變化曲線

1、 環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)及得分內(nèi)容及比例比例此項(xiàng)得分平時(shí)成績(jī)出勤、紀(jì)律、預(yù)習(xí)、課堂回答、態(tài)度等20%考核成績(jī)實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備、采樣、儀器規(guī)范使用、藥品正確使用、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)記錄、動(dòng)手能力、創(chuàng)新精神、嚴(yán)謹(jǐn)程度、環(huán)保意識(shí)等。40%數(shù)據(jù)計(jì)算，數(shù)據(jù)分析及結(jié)論表述，思考題回答，個(gè)人心得體會(huì)與總結(jié)，報(bào) 告 格 式等。40%成績(jī)滿分為100分100題目空氣中氮氧化物的日變化曲線教師 劉敬勇學(xué)號(hào)3114007429班級(jí)14環(huán)科1班姓名采樣地點(diǎn)工三一樓靠近圖書(shū)館草地合作者空氣中氮氧化物的日變化曲線一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1、了解氮氧化物的具體種類及其來(lái)源。2、掌握氮氧化物測(cè)定的基本原理以及實(shí)驗(yàn)方法。3.繪制城市交

2、通干線空氣中氮氧化物的日變化曲線。二、實(shí)驗(yàn)方案1、實(shí)驗(yàn)儀器：大氣采樣器：流量范圍0.2L/min、分光光度計(jì)（波長(zhǎng)540nm）、多孔吸收玻管、比色管（兩個(gè)）、移液管、洗耳球、比色皿、燒杯。裝置連接圖見(jiàn)圖1圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖2、實(shí)驗(yàn)藥品：氮氧化物吸收原液、蒸餾水、亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液。3、實(shí)驗(yàn)原理：在測(cè)定氮氧化物時(shí)，先用三氧化鉻將一氧化氮等低價(jià)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(duì)氨苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)，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(cè)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(jì)）。限行范圍為0.03-1.6mg/L。當(dāng)采樣體

3、積為6L時(shí)，氮氧化物（一二氧化氮計(jì)）的最低檢出濃度為0.01ug/m。鹽酸萘乙二胺鹽比色法的有關(guān)反應(yīng)式如下：4、實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)圖：（1）氮氧化物的采集：向一支多孔吸收玻管中加入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(shí)間和地點(diǎn)，根據(jù)采樣時(shí)間和流量，算出采樣體積。把一天分成幾個(gè)時(shí)間段進(jìn)行采樣7次，分別為10:0010:30、11:0011:30、12:0012:30、13:0013:30、14:0014:30、15:0015:30、16:0016:30。（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：吸取100mg/L的亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液5mL

4、定容至100mL，再取7支比色管，按下表配制標(biāo)準(zhǔn)系列。表1將各管搖勻，避免陽(yáng)光直射，放置15 min，以蒸餾水為參比，用1cm比色皿，在540nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。 （3）樣品的測(cè)定：采樣后放置15min，將吸收液直接倒入1cm比色皿中，在540nm處測(cè)定吸光度。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)處理根據(jù)吸光度與濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用最小二乘法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程式： y = bx+a式中：y（A-A0），標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度（A）與試劑空白吸光度（A0）之差； xNO2-含量，g； a、b回歸方程式的截距和斜率。 NOx = 式中：NOx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；

5、V標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（25，760mmHg）的采樣體積，L； 0.76NO2（氣）轉(zhuǎn)換成NO2-（液）的轉(zhuǎn)換系數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)，稀釋后亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度如下表所示： 表2 根據(jù)上表，繪制稀釋后亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)曲線如下圖所示：圖2 亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)曲線圖根據(jù)上式y(tǒng)=0.0408x+0.0179可知，a=0.0179，b=0.0408。計(jì)算示例：在11：00-11:30時(shí)，對(duì)于采樣流速為0.2L/min的溶液，A=0.047（扣除皿差），A空白=0.006，V=0.2L/min*30min=6L，根據(jù)公式NOx = 則氮氧化物的濃度C=（0.047-0.006-0.0179）/（0.0408*0.76*

6、6）=0.124mg/m。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)以及計(jì)算得到，空氣中氮氧化物的吸光度及其濃度如下表所示：表3 數(shù)據(jù)記錄表根據(jù)上表繪制氮氧化物日變化曲線如下圖所示：圖3 氮氧化物日變化曲線圖四、結(jié)論1.數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)：1.1標(biāo)準(zhǔn)曲線評(píng)價(jià)： 一般而言，相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值在0.3以下是無(wú)直線相關(guān),0.3以上是直線相關(guān),0.3-0.5是低度相關(guān),0.5-0.8是顯著相關(guān)（中等程度相關(guān)）,0.8以上是高度相關(guān)。本次實(shí)驗(yàn)所做的標(biāo)準(zhǔn)曲線的R2=0.99780.995，具有很明顯的線性相關(guān)，數(shù)據(jù)可靠，準(zhǔn)確度較高。1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)：由圖3氮氧化物日變化曲線圖 可以分析得出10:0012:30期間，氮氧化物濃度逐漸增加，在

7、12:0012:30期間出現(xiàn)峰值，12:3015:30氮氧化物濃度波動(dòng)下降，15:0015:30降至最低點(diǎn)；15：30后逐漸增加至穩(wěn)定。14:0014:30氮氧化物濃度上升，可能的原因是該時(shí)段風(fēng)向或風(fēng)速有較大的改變。實(shí)驗(yàn)中存在系統(tǒng)誤差，同一時(shí)間不同流量測(cè)得的NOx濃度趨勢(shì)一致，但是具體數(shù)值存在偏差，真實(shí)值應(yīng)介于二者之間。系統(tǒng)誤差有儀器誤差（采樣器采樣流量不穩(wěn)定），試劑誤差（洗手液沒(méi)有置于冰箱里面且沒(méi)有現(xiàn)配現(xiàn)用）?；仡檶?shí)驗(yàn)過(guò)程，造成數(shù)據(jù)誤差的操作是流量為0.5L/min的調(diào)節(jié)過(guò)程中，由于調(diào)節(jié)流量的同學(xué)不熟悉氣體流量調(diào)節(jié)，造成氣體流量計(jì)的鋼珠中間對(duì)準(zhǔn)刻度，結(jié)果偏大。B、判定污染程度：查閱環(huán)境空氣質(zhì)

8、量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-1996）知氮氧化物在空氣中的濃度限值：此次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的氮氧化物日變化濃度，氮氧化物最大濃度Cmax=0.2 mg/m30.15 mg/m3,即空氣中氮氧化物不符合環(huán)境空氣質(zhì)量的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率為 （0.2-0.15）/0.15*100%=33%，故實(shí)驗(yàn)當(dāng)天的空氣質(zhì)量是有污染，應(yīng)對(duì)其進(jìn)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(lái)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(guò)程的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)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)的改進(jìn)和燃燒后的治理。（1）燃燒前的處理：通過(guò)脫氮，減少燃料中的含氮量，從而減少燃燒過(guò)程氮氧化物

9、的生成量。（2）燃燒技術(shù)的改進(jìn)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(jí)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(jí)燃燒和差燃燒。另外，人們?cè)诙?jí)燃燒的基礎(chǔ)上又發(fā)展了三級(jí)燃燒法，即擴(kuò)大還原燃燒法和采用碳?xì)浠衔镌跔t內(nèi)進(jìn)行脫硝反應(yīng)的燃料再注入法。具體做法是在一次燃燒后加入燃料，制造一個(gè)缺乏空氣的還原領(lǐng)域，把一次燃燒成的氮氧化物還原，最后加入空氣完全燃燒。（3） 燃燒后處理：燃燒后處理也就是對(duì)燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行脫氮處理，有時(shí)也稱為煙氣脫硝。煙氣脫硝是當(dāng)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。干法包括催化還原法、吸附法和電子

10、束照射法，而催化還原法又分為選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法；濕法則包括直接吸收法、絡(luò)合吸收法、氧化吸收法、液相還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(lái)凈化燃煤煙氣，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(guò)與氧化劑O3 、ClO2 或KMnO4反應(yīng)，氧化生成NO2 ，后NO2 被水或堿性溶液吸收，實(shí)現(xiàn)煙氣脫硝。五、問(wèn)題與討論1、查資料簡(jiǎn)要說(shuō)明光化學(xué)煙霧形成的機(jī)理，危害和控制對(duì)策。答：光化學(xué)煙霧的形成條件是大氣中有氮氧化物和碳?xì)浠锎嬖?，大氣溫度較低，而且有強(qiáng)烈的陽(yáng)光照射，這樣在大氣中就會(huì)一系列復(fù)雜的反應(yīng)，生成出一

11、些二次污染物，如O3、醛、PAN、H2O2等。 光化學(xué)煙霧是一個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其中關(guān)鍵性的反應(yīng)可以簡(jiǎn)單地分成3組：（1） NO2的光解導(dǎo)致O3的生成： 鏈引發(fā)反應(yīng)主要是NO2的光解，反應(yīng)如下： NO2 +hvNO +O；O +O2 +MO3 +M；NO +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)反應(yīng)中，自由基反應(yīng)占很重要的地位，自由基的引發(fā)反應(yīng)主要是由NO2和醛光解引起的： NO2 +hvNO +O；RCHO +hvRCO +0碳?xì)浠衔锏拇嬖谑亲杂苫D(zhuǎn)化和增殖的根本原因： RH +O R +HO；RH + HO R +H2O；H + O2

12、 HO2；R + O2RO2； RCO+ O2RC（O）O2；其中：R烷基；RO2過(guò)氧烷基； RCO酰基； RC（O）O2過(guò)氧酰基。 （3）通過(guò)以上途徑生成的HO2、RO2、RC（O）O2均可將NO氧化成NO2。 NO +HO2 NO2 +HO NO +RO2NO2 +RO RO +O2 HO2 +RCHO NO + RC（O）O2NO2 + RC（O）O RC（O）OR +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(duì)動(dòng)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(dòng)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

13、惡化、兒童肺功能異常等。植物受到臭氧的損害，開(kāi)始時(shí)表皮褪色，呈蠟質(zhì)狀，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后色素發(fā)生變化，葉片上出現(xiàn)紅褐色斑點(diǎn)。PAN使葉子背面呈銀灰色或古銅色，影響植物的生長(zhǎng)，降低植物對(duì)病蟲(chóng)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(duì)策：工業(yè)上，較好的措施是對(duì)煤進(jìn)行加工，改進(jìn)燃燒技術(shù)，同時(shí)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，對(duì)污染物進(jìn)行后處理及合理排放。使用前對(duì)煤進(jìn)行脫硫加工，并盡可能除去灰分;使用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)鍋爐進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，同時(shí)加人固硫劑，可減少煙塵利二氧化硫的發(fā)生量;最后，對(duì)廢氣進(jìn)行綜合利用后，對(duì)不能利用的進(jìn)行無(wú)害處理后再進(jìn)行排放。對(duì)

14、于生活燃煤，除了對(duì)煤跡行加工外，比較好的措施是改進(jìn)用能和供能方式，采用集中供熱、城市燃?xì)饣＜泄岷统鞘腥細(xì)饣?，是城市?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(diǎn)研究改革燃料和改進(jìn)汽車(chē)設(shè)備結(jié)構(gòu)， 試制無(wú)公害汽車(chē)和發(fā)展高效交通系統(tǒng)。具體舉措為: (1 )改革燃料。(2 )改進(jìn)汽車(chē)設(shè)備結(jié)構(gòu)。(3 )研究無(wú)公害汽車(chē)和發(fā)展高效交通系統(tǒng)。2、假如調(diào)查大學(xué)城中環(huán)西路汽車(chē)尾氣的排放情況，該如何布點(diǎn)，請(qǐng)簡(jiǎn)要畫(huà)圖并說(shuō)明理由？答：對(duì)大學(xué)城中環(huán)西路監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)根據(jù)以及理由如下：A、監(jiān)測(cè)點(diǎn)周?chē)浇鼰o(wú)強(qiáng)大的電磁干擾，周?chē)蟹€(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，通信線路容易安裝和檢修。B、對(duì)于道

15、路交通的污染監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其采樣口離地面高度應(yīng)為2-5米。C、根據(jù)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)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(jī)動(dòng)車(chē)流量小于3000輛的中環(huán)西路上，采樣點(diǎn)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(guò)20米，故在距公路邊緣13米處設(shè)置采樣點(diǎn)。D、根據(jù)我國(guó)空氣污染例行監(jiān)測(cè)的采樣點(diǎn)設(shè)置數(shù)目，在廣州這個(gè)人口大于400萬(wàn)人的城市，最少要設(shè)置7個(gè)采樣點(diǎn)，又根據(jù)中環(huán)西路長(zhǎng)約5000米，故每500米設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)，總共設(shè)10個(gè)采樣點(diǎn)。E、由于大學(xué)城沒(méi)有較嚴(yán)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(diǎn)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(diǎn)總數(shù)的60%應(yīng)設(shè)在下風(fēng)向處，即對(duì)于總共10個(gè)采樣點(diǎn)，應(yīng)有六個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置在下風(fēng)向區(qū)，其余四個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)在上風(fēng)區(qū)。3.空氣中氮氧化物日變化曲線說(shuō)明什么？說(shuō)明大氣中的氮氧化物不是一成不變的，會(huì)隨著時(shí)間變化而變化。當(dāng)然，引起這些變化的原因不是時(shí)間，而是不同時(shí)間段里人為（車(chē)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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果，你認(rèn)為交通干