空气中氮氧化物的日变化曲线实验报告

环境化学实验报告实验项目：空气中氮氧化物的日变化曲线实验考核标准及得分内容 分数 得分平时成绩 出勤、纪律、预习、课堂回答、态度等 20实验前期准备、仪器规范使用、药品正确使用、实验操作、实验记录、动手能力、创新精神、严谨程度、环保意识等。50考核成绩数据计算，数据分析及结论表述，思考题回答，个人心得体会与总结，报 告 格 式等。30成绩满分为 100 分 100 分任课教师刘敬勇学号姓名班级合作者一、实验目的与要求1、了解氮氧化物的具体种类及其来源。2、掌握氮氧化物测定的基本原理以及实验方法。二、实验方案1、实验仪器：大气采样器：流量范围 0.2L/min、分光光度计（波长540nm） 、多孔吸收玻管、比色管（两个） 、移液管、洗耳球、比色皿、烧杯。2、实验药品：氮氧化物吸收原液、蒸馏水、亚硝酸钠标准溶液。3、实验原理：在测定氮氧化物时，先用三氧化铬将一氧化氮等低价氮氧化物氧化成二氧化氮，二氧化氮被吸收在溶液中形成亚硝酸，与对氨苯磺酸发生重氮化反应，再与盐酸萘乙二胺偶合，生成玫瑰红色偶氮染料，用比色法测定。方法的检出限为 0.01mg/L（按与吸光度 0.01 相应的亚硝酸盐含量计） 。限行范围为 0.03-1.6mg/L。当采样体积为 6L 时，氮氧化物（一二氧化氮计）的最低检出浓度为 0.01ug/m。盐酸萘乙二胺盐比色法的有关反应式如下：4、实验步骤：（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 蒸馏水，接上大气采样器，置于椅子上，以每分钟 0.2L 流量抽取空气30min。记录采样时间和地点，根据采样时间和流量，算出采样体积。把一天分成几个时间段进行采样 7 次，分别为10:0010:30、11:0011:30、12:0012:30、13:0013:30、14:0014:30、15:0015:30、16:0016:30。（2）氮氧化物的测定：标准曲线的绘制：吸取 100mg/L 的亚硝酸钠标准溶液 5mL 定容至 100mL，再取 7 支比色管，按下表配制标准系列。编 号 0 1 2 3 4 5 6NO2-标 准 溶 液 /mL 0.00 0.50 0.10 1.50 2.00 2.50 3.00稀 释 后 吸 收 原 液 /mL 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00水 /mL 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00NO2-含 量 / g 0.00 2.50 5.00 7.50 10.00 12.50 15.00标 准 溶 液 系 列将各管摇匀，避免阳光直射，放置 15 min，以蒸馏水为参比，用 1cm 比色皿，在 540nm 波长处测定吸光度。 样品的测定：采样后放置 15min，将吸收液直接倒入 1cm 比色皿中，在540nm 处测定吸光度。三、实验结果与数据处理根据吸光度与浓度的对应关系，用最小二乘法计算标准曲线的回归方程式：y = bx+a式中：y（A-A 0） ，标准溶液吸光度（A）与试剂空白吸光度（A 0）之差；xNO2-含量，g；a、b回归方程式的截距和斜率。NO x = 76.0)(Vba式中：NO x氮氧化物浓度，mg/m 3；A样品溶液吸光度；A0、a、b 表示的意义同上；V标准状态下（25，760mmHg）的采样体积，L；0.76NO2（气）转换成 NO2-（液）的转换系数。根据实验测定的数据，稀释后亚硝酸钠标准溶液吸光度如下表所示：标 准 溶 液 浓 度 ( g) 0(空 白 ) 2.5 5 7.5 10 12.5 15原 吸 光 度 A -0.015 0.098 0.175 0.279 0.354 0.436 0.84皿 差 a 0.000 0.006 0.000 0.006 0.000 0.006 0A-a -0.015 0.092 0.175 0.273 0.354 0.430 0.552abs=A-a-A空 白 0.000 0.107 0.190 0.288 0.369 0.445 0.516根据上表，绘制稀释后亚硝酸钠标准曲线如下图所示：根据上式 y=0.0355x+0.0111 可知，a=0.0343，b=0.0161。计算示例：在 10：00-10:30 时，对于采样流速为 0.2L/min 的溶液，A=0.073（扣除皿差） ，A 空白=-0.015，V=0.2L/min*30min=6L，根据公式 NO x = 则氮氧化物的浓度 C=（0.073+0.015-0.0343）76.0)(Vba/（0.0161*0.76*6）=0.731mg/m。根据实验测得的数据以及计算得到，空气中氮氧化物的吸光度及其浓度如下表所示：时 间 序 列 1 2 3 4 5 6 7采 样 时 间 10:00-10:3011:00-11:3012:00-12:3013:00-13:3014:00-14:3015:00-15:3016:00-16:30地 点空 白 A0 -0.015 -0.015 -0.015 -0.015 -0.015 -0.015 -0.0150.2L/min溶 液 A1 0.073 0.097 0.116 0.121 0.111 0.072 0.031皿 差 a1A1-a1 0.073 0.097 0.116 0.121 0.111 0.072 0.031C*10-3 0.731 1.058 1.317 1.385 1.249 0.718 0.1590工 学 三 号 楼 5楼 走 廊根据上表绘制氮氧化物日变化曲线如下图所示：四、结论A、数据评价：由于实验设备出问题，我们小组的采样器只有一个流量能用，因此只做了流量为 0.2L/min 的日变化曲线。因为只做了一个流量，所以有一个 U 形管闲置，被我们提前装好了吸收液，而且在空气中暴露了很长时间，导致测得的数据远远超过实际值。到最后一组实验时，我们小组终于意识到了这个问题，用了现配现用的方式测了最后一组数据。B、判定污染程度：查阅环境空气质量标准 （GB3095-1996）知氮氧化物在空气中的浓度限值：污 染 物 名称 取 值 时 间一 级 标 准 二 级 标 准 三 级 标 准 浓 度 单 位氮 氧 化 物 年 平 均 0.05 0.05 0.1 mg/m3NOx 日 平 均 0.1 0.1 0.15 (标 准 状 态 )1小 时 平 均 0.15 0.15 0.3浓 度 限 值此次实验测得的氮氧化物日变化浓度，氮氧化物最大浓度 Cmax=1.385 mg/m30.15 mg/m3,即空气中氮氧化物不符合环境空气质量的三级标准，故实验当天的空气质量是有污染，应对其进行控制防范。C、处理方案：在大气中的氮氧化物污染物主要来源于燃料燃烧。因此氮氧化物污染物的防治技术是根据燃烧过程的特点来设计的，目前正在使用的减少氮氧化物排放量的措施有三种，即燃烧前的处理、燃烧技术的改进和燃烧后的治理。（1）燃烧前的处理：通过脱氮，减少燃料中的含氮量，从而减少燃烧过程氮氧化物的生成量。（2）燃烧技术的改进形式：一是低氧燃烧，二是排气循环燃烧，三是注入蒸汽或水，四是二级燃烧，五是分段燃烧，六是降低空气比，七是浓差燃烧。其中效果最好的是二级燃烧和差燃烧。另外，人们在二级燃烧的基础上又发展了三级燃烧法，即扩大还原燃烧法和采用碳氢化合物在炉内进行脱硝反应的燃料再注入法。具体做法是在一次燃烧后加入燃料，制造一个缺乏空气的还原领域，把一次燃烧成的氮氧化物还原，最后加入空气完全燃烧。（3） 燃烧后处理：燃烧后处理也就是对燃烧后产生的烟气进行脱氮处理，有时也称为烟气脱硝。烟气脱硝是当前治理氮氧化物中最重要的方法。目前废气脱硝技术有干法和湿法两大类。干法包括催化还原法、吸附法和电子束照射法，而催化还原法又分为选择性催化还原法和选择性非催化还原法；湿法则包括直接吸收法、络合吸收法、氧化吸收法、液相还原和微生物净化法等。其中，湿法烟气脱硝是利用液体吸收剂将 NOx 溶解的原理来净化燃煤烟气其最大的障碍是 NO 很难溶于水往往要求将 NO 首先氧化为 NO2 。为此一般先将 NO 通过与氧化剂 O3 、ClO2 或 KMnO4 反应氧化生成 NO2 然后 NO2 被水或碱性溶液吸收实现烟气脱硝。五、问题与讨论1、查资料简要说明光化学烟雾形成的机理，危害和控制对策。答：光化学烟雾的形成条件是大气中有氮氧化物和碳氢化物存在，大气温度较低，而且有强烈的阳光照射，这样在大气中就会一系列复杂的反应，生成出一些二次污染物，如 O3、醛、PAN、H 2O2等。 光化学烟雾是一个链式反应，其中关键性的反应可以简单地分成 3 组：（1）NO2 的光解导致 O3 的生成： 链引发反应主要是 NO2 的光解，反应如下： NO2 +hvNO +O O +O2 +MO 3 +M NO +O3 NO2 +O2(2)(HC)氧化生成了具有活性的自由基，如 HO、HO 2、RO 2等。 在光化学反应中，自由基反应占很重要的地位，自由基的引发反应主要是由 NO2 和醛光解引起的： NO 2 +hvNO +O RCHO +hvRCO +碳氢化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因： RH +O R +HO RH + HO R +H2O H + O2 HO 2 R + O2RO 2 RCO+ O2RC（O）O2 其中：R烷基；RO 2过氧烷基； RCO酰基； RC（O）O2过氧酰基。（3）通过以上途径生成的 HO2、RO2、RC（O）O2均可将 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。光化学烟雾的危害：光化学烟雾成分复杂，但是，对动物、植物和材料有害的主要是 O3、PAN、醛、酮等二次污染物。人和动物受到的主要伤害是眼睛和黏膜受到刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。植物受到臭氧的损害，开始时表皮褪色，呈蜡质状，经过一段时间之后色素发生变化，叶片上出现红褐色斑点。PAN 使叶子背面呈银灰色或古铜色，影响植物的生长，降低植物对病虫害的抵抗力。O3、PAN 等还能造成橡胶制品老化，脆裂，使染料褪色，并损害油漆涂料、纺织纤维和塑料制品等。光化学烟雾的控制对策：工业上，较好的措施是对煤进行加工，改进燃烧技术，同时改进生产工艺，对污染物进行后处理及合理排放。使用前对煤进行脱硫加工，并尽可能除去灰分;使用过程中，通过对锅炉进行适当改进，同时加人固硫剂，可减少烟尘利二氧化硫的发生量;最后，对废气进行综合利用后，对不能利用的进行无害处理后再进行排放。对于生活燃煤，除了对煤迹行加工外，比较好的措施是改进用能和供能方式，采用集中供热、城市燃气化。集中供热和城市燃气化，是城市节能和综合整治的重要内容，能有效地改善城市大气环境质量，减少室内空气污染。 此外，重点研究改革燃料和改进汽车设备结构， 试制无公害汽车和发展高效交通系统。具体举措为: (1 )改革燃料。(2 )改进汽车设备结构。(3 )研究无公害汽车和发展高效交通系统。2、假如调查大学城中环西路汽车尾气的排放情况，该如何布点，请简要画图并说明理由？答：对大学城中环西路监测点的布设根据以及理由如下：A、监测点周围附近无强大的电磁干扰，周围有稳定可靠的电力供应，通信线路容易安装和检修。B、对于道路交通的污染监测点，其采样口离地面高度应为 2-5 米。C、根据点式监测仪器采样口与道路边缘之间最小间隔距离表知，在道路日平均机动车流量小于 3000 辆的中环西路上，采样点与道路边缘之间最小间隔距离为 10 米，但是最大距离间隔不得超过 20 米，故在距公路边缘 13 米处设置采样点。D、根据我国空气污染例行监测的采样点设置数目，在广州这个人口大于400 万人的城市，最少要设置 7 个采样点，又根据中环西路长约 5000 米，故每500 米设一个采样点，总共设 10 个采样点。E、由于大学城没有较严重的污染源且污染程度小、分布较为均匀，故采用网格布点法。F、查阅气象资料知，12 月份大学城的主要风向是北风，故采样点总数的60%应设在下风向处，即对于总共 10 个采样点，应有六个采样点设置在下风向区，其余四个采样点设在上风区。布点图略3.空气中氮氧化物日变化曲线说明什么？说明大气中的氮氧化物不是一成不变的，会随着时间变化而变化。当然，引起这些变化的原因不是时间，而是不同时间段里人为（车流量、工厂废气