氮氧化物

氮氧化物

氮氧化物 (nitrogen oxides)包括多種化合物,如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮 (N0)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮 (N203)、四氧化二氮(N204)和五氧化二氮(N205)等。除二氧化氮以外,其他氮氧化物均極不穩定,遇光、濕或熱變成二氧化氮及一氧化氮,一氧化氮又變為二氧化氮。因此,職業環境中接觸的是幾種氣體混合物常稱為硝煙(氣),主要為一氧化氮和二氧化氮,並以二氧化氮為主。氮氧化物都具有不同程度的毒性。

基本信息

簡介

氮氧化物氮氧化物

氮氧化物指的是只由兩種元素組成的化合物。作為空氣污染物的氮氧化物是NO和NO2的總稱,用NOx表示。NOx是主要的大氣污染物之一,直接或間接與大氣環境問題相關,如光化學煙霧酸沉降平流層臭氧損耗和全球氣候變化。此外,氮沉降量的增加會導致地表水的富營養化和陸地、濕地、地下水系的酸化和毒化,從而對陸地和水生態系統造成破壞,最終對人體健康和生態環境安全產生不利影響。

種類

氮氧化物資料圖

常見的氮氧化物:

一氧化氮(NO)
二氧化氮(NO2)
一氧化二氮(N2O)
疊氮化亞硝醯(N4O)
三氧化氮自由基(NO3)
三氧化二氮(N2O3)
四氧化二氮(N2O4)
五氧化二氮(N2O5)
三硝基胺(N(NO2)3)

理化性質

除五氧化二氮為固體外,其餘均為氣體。其中四氧化二氮是二氧化氮二聚體,常與二氧化氮混合存在構成一種平衡態混合物。一氧化氮和二氧化氮的混合物,又稱硝氣(硝煙)。

相對密度:一氧化氮接近空氣,一氧化二氮、二氧化氮比空氣略重。

熔點:五氧化二氮為30℃,其餘均為零下。均微溶於水, 水溶液呈不同程度酸性。一氧化氮、二氧化氮水中分解生成硝酸和氧化氮。一氧化二氮300℃以上才有強氧化作用,其餘有不同程度氧化性,特別是五氧化二氮,在-10℃以上分解放出氧氣和硝氣。

氮氧化物系非可燃性物質,但均能助燃,如一氧化二氮(N2O)、二氧化氮和五氧化二氮遇高溫或可燃性物質能引起爆炸。

毒理學

氮氧化物中氧化亞氮(笑氣)作為吸入麻醉劑,不以工業毒物論;余者除二氧化氮外,遇光、濕或熱可產生二氧化氮,主要為二氧化氮的毒作用,主要損害深部呼吸道。一氧化氮尚可與血紅蛋白結合引起高鐵血紅蛋白血症。人吸入二氧化氮1分鐘的MLC為200ppm。

來源

火力發電:空氣中的氮氧化物,最大的來源是火力發電。據統計,2005年,我國氮氧化物排放總量超過1900萬噸,其中火力發電是最大來源,燃煤電廠排放700萬噸,其次是工業和交通運輸部門,分別貢獻了23%和20%。

機動車尾氣:氮氧化物更重要的來源是機動車排放的尾氣。也就是說,當汽車行駛時,內燃機燃燒過程的1600℃高溫和富氧條件生成了氮氧化物。據統計,2008年,我國機動車保有量達到1.699億輛。在北京、上海、廣州等機動車保有量位於前40名的城市中,約50%的氮氧化物污染來自於機動車尾氣的排放;深圳市機動車排放的氮氧化物占到了全市排放量的56.4%。而在民用車輛里,其中大型客車和重型貨車排放的氮氧化物約占機動車排放氮氧化物總量的70%。

採暖燃燒的鍋爐採暖燃燒的鍋爐也是氮氧化物的一大來源。 據統計,在冬季採暖季節,北京大氣中的氮氧化物濃度是夏天的10倍,當然,冬季排放的氮氧化物並沒有比夏天多10倍,但由於夏天大氣氧化性能好,能將氮氧化物快速轉化掉。因此,冬季大氣的氮氧化物污染問題顯得更嚴重。

危害

呼吸系統疾病

氮氧化物作為一次污染物,本身會對人體健康產生危害,它可刺激人的眼、鼻、喉和肺部,容易造成呼吸系統疾病,例如引起導致支氣管炎肺炎流行性感冒,誘發肺細胞癌變;對兒童來說,氮氧化物可能會造成肺部發育受損。

氮氧化物還會產生多種二次污染。它是生成臭氧的重要物質之一,與臭氧濃度和光化學污染緊密相關。臭氧將刺激人的眼睛和呼吸道,導致農業減產、損壞文物等。由於臭氧及形成臭氧的物質容易在大氣中輸送、擴散,使得光化學煙霧往往成為一個區域性問題,其覆蓋範圍可達幾十甚至數百公里以上,而且郊區和農村地區的臭氧濃度往往比城區還高。

土壤酸化

酸雨主要成因是排入大氣中的二氧化硫和氮氧化物。氮氧化物還通過雨水落在江河湖泊、海洋中,進入地下水,造成水體的富營養化。據悉,在北歐,由於氮氧化物的沉降,使得水體中氮成分大大增加,引起了海水的赤潮等問題。富營養化問題還能引起土壤化學成分的改變,即土壤的酸化以及生態系統的失衡。

生命周期長

氮氧化物的生命周期比二氧化硫長,可以進行跨國界的“長距離輸送”。國外研究認為中國氮氧化物排放量的增加是全球臭氧濃度升高的重要原因。日本學者也聲稱其光化學煙霧污染的主要原因極可能是中國的大氣污染物“隨風飄到了日本”。

侵入途徑

主要經呼吸道吸入。
毒理學簡介
氮氧化物中氧化亞氮(笑氣)作為吸入麻醉劑,不以工業毒物論;余者除二氧化氮外,遇光、濕或熱可產生二氧化氮,主要為二氧化氮的毒作用,主要損害深部呼吸道。一氧化氮尚可與血紅蛋白結合引起高鐵血紅蛋白血症。人吸入二氧化氮1分鐘的MLC為200ppm。

臨床表現

急性中毒:吸入氣體當時可無明顯症狀或有眼及上呼吸道刺激症狀,如咽部不適、乾咳等。常經6~7小時潛伏期後出現遲發性肺水腫、成人呼吸窘迫綜合徵。可並發氣胸及縱膈氣腫。肺水腫消退後2周左右出現遲發性陰塞性細支氣管炎而發生咳嗽、進行性胸悶、呼吸窘迫及紫紺。少數患者在吸入氣體後無明顯中毒症狀而在2周后發生以上病變。血氣分析示動脈血氧分壓降低。胸部X線片呈肺水腫的表現或兩肺滿布粟粒狀陰影。硝氣中如一氧化氮濃度高可致高鐵血紅蛋白症。
處理
急性中毒後應迅速脫離現場至空氣新鮮處。立即吸氧。對密切接觸者觀察24~72小時。及時觀察胸部
X線變化及血氣分析。對症、支持治療。積極防治肺水腫,給予合理氧療;保持呼吸道通暢,套用支氣管解痙劑,肺水腫發生時給去泡沫劑如消泡淨,
必要時作氣管切開、機械通氣等;早期、適量、短程套用糖皮質激素,如可按病情輕重程度,給地塞米松10~60mg/日,分次給藥,
待病情好轉後即減量,大劑量套用一般不超過3~5日,重症者為預防阻塞性細支氣管炎,可酌情延長小劑量套用的時間;短期內限制液體入量。合理套用抗生素。脫水劑及嗎啡應慎用。強心劑應減量套用。出現高鐵血紅蛋白血症時可用1%亞甲藍5~10ml緩慢靜注。對症處理。

分類

一氧化氮(NO)為無色氣體,分子量30.01,熔點-163.6℃,沸點-151.5℃,蒸氣壓101.3lkPa(-151.7℃)。溶於乙醇、二硫化碳,微溶於水和硫酸,水中溶解度4.7%(20℃)。性質不穩定,在空氣中易氧化成二氧化氮(2NO+O2→2NO2)。一氧化氮結合血紅蛋白的能力比一氧化碳還強,更容易造成人體缺氧。不過,人們也發現了它在生物學方面的獨特作用。一氧化氮分子作為一種傳遞神經信息的信使分子,在使血管擴張,免疫,增強記憶力等方面有著及其重要的作用。
二氧化氮(NO2)在21.1℃溫度時為紅棕色刺鼻氣體;在21.1℃以下時呈暗褐色液體。在-ll℃以下溫度時為無色固體,加壓液體為四氧化二氮。分子量46.01,熔點-11.2℃,沸點21.2℃,蒸氣壓101.3lkPa(2l℃),溶於鹼、二硫化碳和氯仿,微溶於水。性質較穩定。二氧化氮溶於水時生成硝酸和一氧化氮。工業上利用這一原理製取硝酸。二氧化氮能使多種織物褪色,損壞多種織物和尼龍製品,對金屬和非金屬材料也有腐蝕作用。
氮氧化物(NOX)種類很多,造成大氣污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),因此環境學中的氮氧化物一般就指這二者的總稱。
就全球來看,空氣中的氮氧化物主要來源於天然源,但城市大氣中的氮氧化物大多來自於燃料燃燒,即人為源,如汽車等流動源,工業窯爐等固定源。
據計算,各種燃料燃燒產生的氮氧化物量為:
1噸天然氣,6.35公斤
1噸石油,9.1-12.3公斤
1噸煤,8-9公斤
而以汽油、柴油為燃料的汽車,尾氣中氮氧化物的濃度相當高。在非採暖期,北京市一半以上的氮氧化物來自機動車排放。
氮氧化物與空氣中的水結合最終會轉化成硝酸和硝酸鹽,隨著降水和降塵從空氣中去除。硝酸是酸雨的原因之一;它與其它污染物在一定條件下能產生光化學煙霧污染。
北京市從防止機動車尾氣污染入手,防治措施有強制安裝機外淨化器;嚴格控制新車污染;推廣使用清潔燃料等等。
室內空氣中的氮氧化物污染主要來自室外空氣污染。
在國家“十二五環保規劃”中,氮氧化物將成為繼二氧化硫之後的實行總量控制的污染物。對於總量控制消減主要來源於電廠的煙氣脫硝、燃煤鍋爐的煙氣脫硝、機動車尾氣治理等方面。對於氮氧化物的嚴格控制標誌著中國已經從單純控制酸雨的二氧化硫向全面控制酸性氣體排放的方向走出了新的一步。

處理方法

工業中主要使用還原劑(氨氣、尿素、烷烴等)與氮氧化物發生化學反應中和掉氮氧化物,工藝主要有選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)等,氨氣與氮氧化物反應後生成氮氣與水,從而達到無污染排放。主要套用到取暖,供電等等行業。但在輪船等行業中,氮氧化物控制實施難度更大一些(主要是氨氣製造比較困難而攜帶氨氣罐又比較危險),但目前也有一些套用業績。

化石燃料污染物

大氣中主要的五種污染物是:氮氧化物(如NO與NO2)、二氧化硫(SO2)、各種懸浮顆粒物、一氧化碳(CO) 大氣污染的主要源頭

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