Bai giang Hoa hoc moi truong khong khi.pdf

1
PHẦN 1
TS. Nguyễn Nhật Huy
nnhuy@hcmut.edu.vn

Nội dung 2
Chương 1: Khí quyển và hóa học khí quyển
Chương 2: Nguồn gốc và tác hại của ô nhiễm không
khí
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

Sách 3
 Sách giáo trình
[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.
 Sách tham khảo
[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.

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

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

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

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 quyển
4.4. NOx trong khí quyển
4.5. Sự chuyển hóa và hiện tượng biến đổi các chất
khí vô cơ trong khí quyển

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

Chương 6: Khói quang hóa
6.1. Giới thiệu tổng quan về sự hình thành khói
quang hóa
6.2. Sự phát thải khói xe hình thành khói quang hóa
6.3. Các phản ứng hình thành khói quang hóa của các
hợp chất hữu cơ trong khí quyển
6.4. Các sản phẩm vô cơ từ khói quang hóa
6.5. Ảnh hưởng của khói quang hóa

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%
• Đề mở
Ghi chú:
 Sinh viên đi học mang theo để làm bài tập
 Máy tính bỏ túi
 Giấy trắng

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

1.1. Giới thiệu 3
Khí quyển

Khí quyển

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

Cấu trúc khí quyển
Tầng nhiệt
Tầng giữa
Tầng bình lưu
Tầng đối lưu
Tầng ngoài
EXOPHERE

Cấu trúc khí quyển

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.

 Tầng bình lưu:
 Từ tầng đối lưu đến
khoảng 50 km
 Nhiệt độ tăng theo độ cao
đến 0 °C.
 Không khí chuyển động
theo chiều ngang là
chính, rất ổn định.
 Tầng này chứa ozone
(ozone là một phần rất
nhỏ tính theo thể tích).

Tầng giữa (tầng trung lưu):
 Từ khoảng 50 km đến 85 km,
 Nhiệt độ giảm theo độ cao đạt đến -75 °C.

Tầng nhiệt (tầng điện li):
 Từ 85 km đến khoảng 640
km,
 Nhiệt độ tăng theo độ cao
lên đến 2.000 °C hoặc hơn.
 Phản xạ sóng vô tuyến.
 Tại đây, ôxy, nitơ, hơi
nước, CO2, … bị phân tách
thành các nguyên tử và ion
như NO+, O+, O2
+, NO3
-,
NO2
-.

Tầng ngoài (tầng thoát ly):
 Từ 500–1.000 km đến 10.000 km,
 Nhiệt 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.

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

Cung cấp không khí
 Oxy
 Con người
 Động vật
 Các quá trình oxy hóa
 CO2
 Quang hợp cây xanh
 Nitơ oxit
 Thực vật
 Hơi nước

 Không khí có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với con
người
 Trong 1 ngày con người cần khoảng:
 1.4 kg thức ăn
 1.8 – 2.5 lít nước uống
 14 kg (tương đương 12 m3 không khí)
 Con người có thể:
 Nhịn ăn đến 2 tuần
 Nhịn uống 2 đến 4 ngày
 Nhưng không thể nhịn thở vài phút

 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 m3/ngày kg/ngày
Nghỉ ngơi 7.4 10.6 12
Lao động nhẹ 28 40.4 45
Lao động nặng 43 62.0 69

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

Ngăn chặn bức xạ

Điều hòa nhiệt độ

Là nơi diễn ra thời tiết và khí hậu

1.3. Tính chất vật lý của khí quyển 24
Thành phần không khí
 Không khí được cấu tạo từ nhiều
khí khác nhau
 Nitơ: 78.1% thể tích
 Oxy: 20,9%
 Argon: 0,9%
 CO2: dao động, khoảng 0,035%
 Hơi nước: không cố định
 Và một số chất khí khác.

 Nồng độ các khí trong khí quyển thay đổi liên tục
theo
 Thời gian,
 Không gian,
 Vị trí địa lý
 Do các nguyên nhân:
 Điều kiện phát thải,
 Phát tán
 Quá trình sa lắng
 Biến đổi hóa học

 Biểu diễn nồng độ:
 Theo phần thể tích hoặc mole
• % thể tích
• ppm (part per million - phần triệu)
• ppb (part per billion)
• ppt (part per trillion)
 Theo khối lượng hoặc mole
• g/m3, mg/m3, µg/m3
• mole/m3

 Chuyển đổi giữa mg/m3 và ppm
𝐶(𝑝𝑝𝑚) =
𝐶 𝑚𝑔 𝑚3
× 22.4
𝑀
×
𝑡 + 273.15
273.15
 Trong đó:
• t: nhiệt độ (oC)
• M: khối lượng phân tử (kg/kmole)

Thành phần không khí sạch

Áp suất khí quyển
 Càng lên cao thì không khí càng loãng (áp suất
càng giảm)
 Hơn 99% khối lượng toàn bộ khí quyển tập trung ở
độ cao dưới 30 km
 So với bán kính Trái Đất (6400 km)
 Khối lượng khí quyển 5.14 ×1018 kg
 So với khối lượng Trái Đất (5.97× 1024)

Áp suất khí quyển
 Áp suất tại độ cao h (m) và nhiệt độ T (oK)
𝑃ℎ = 𝑃0𝑒−
𝑀𝑔ℎ
𝑅𝑇
 Trong đó:
 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/s2)
 R: hằng số khí (8.314 J/(mol.K))

Nhiệt độ không khí
 Thay đổi theo các tầng của khí quyển
 Việc phân chia các tầng của khí quyển cũng dựa
trên sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao

Áp suất và nhiệt độ không khí

Nhiệt độ không khí ở tầng đối lưu
 Độ giảm nhiệt độ theo độ cao
𝑑𝑇
𝑑ℎ
= −9.8 𝑜
𝐶/𝑘𝑚
 Nhiệt độ độ không khí tại mực nước biển lấy to =
25 oC (288.15 oK)

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
và tạo ra vùng áp suất thấp
 Không khí lạnh chuyển động xuống và chuyển
động ngang vào vùng áp suất thấp
 Không khí xáo trộn theo cả phương ngang và
phương đứng
 Tạo điều kiện cho các chất ô nhiễm khuếch tán

Khí quyển bình thường

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

Nghịch đảo nhiệt – Temperature inversion

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 trên
hoặc dòng không khí lạnh bên dưới

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

Nghịch nhiệt bức xạ - Radiation inversion

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

Nghịch nhiệt lắng chìm – Subsidence inversion

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

Nghịch nhiệt biên – Frontal inversion

Chuyển động của dòng không khí lạnh bên dưới lớp
không khí ấm
 Nghịch nhiệt thung lũng – Valley temperature
inversion
 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 không
khí ấm
 Nếu có ngưng tụ (sương giá) xảy ra thì nghịch nhiệt
càng trở nên nghiêm trọng

Nghịch nhiệt thung lũng – Valley temperature inversion

Nghịch nhiệt đại dương – Ocean/marine inversion

Chuyển động của dòng không khí ấm bên trên lớp
không khí lạnh
 Dòng không khí phía khuất gió của sườn núi thổi
xuống chân núi
 Dòng không khí ấm lên và len vào lớp không khí
lạnh trên mặt đất
 Nghịch nhiệt có thể kéo dài

không khí lạnh

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

Thời tiết - Weather
 Là sự biến thiên của trạng thái khí quyển trong
ngắn hạn
 Bao gồm 7 yếu tố chính:
 Nhiệt độ - temperature
 Mây - clouds
 Gió - winds
 Độ ẩm - humidity
 Tầm nhìn xa – horizontal visibility
 Mưa – type and quatity of precipitation
 Áp suất khí quyển – atmospheric pressure

Thời tiết - Weather

Khí hậu - Climate
 Là xu hướng và biến thiên dài hạn của thời tiết trên
một 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

Khí hậu toàn cầu

Vi khí hậu
 Là một vùng khí quyển địa phương có khí hậu khác
biệt với xung quanh.
 Khu vực có thể nhỏ từ vài mét vuông hay các khu
vực rộng lớn hơn
 Một số nguyên nhân tạo ra vi khí hậu:
 Hấp thu nhiệt và sức gió
 Rừng cây rậm rạp
 Hướng dốc
 Đô thị

Hấp thu nhiệt và sức gió
 Rất gần mặt đất, vận tốc gió rất thấp
 Ban ngày
 Mặt đất nhận năng lượng mặt trời và làm ấm lớp
không khí bề mặt (vài cm) và lớp đất rất mỏng bề mặt
 Ban đêm
 Mất nhiệt từ mặt đất và cây cối làm nhiệt độ bề mặt
lạnh hơn so với lớp không khí trên cao 2 m
 Dẫn đến đọng sương trên đất và lá cây, tạo môi
trường ẩm
 Sáng hôm sau sương bay hơi và giữ cho nhiệt độ gần
bề mặt không tăng cao

Hấp thu nhiệt và sức gió

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
xạ mặt trời
 Mặt đất và tầng dưới có nhiệt độ rất ổn định
 Thoát hơi nước không phải từ bay hơi bề mặt mà từ
thoát hơi nước của lá cây
 Tất cả yếu tố này tạo thành một môi trường có
nhiệt độ và độ ẩm rất phù hợp cho nhiều sinh vật.

Rừng cây rậm rạp

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

Hướng dốc

Đô thị
 Đá, bê tông, và nhựa đường ở đô thị hấp thu năng
lượng 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 quả
nhất có thể
 Hoạt động con người thải ra nhiệt và các khí nhà
kính
 Tạo thành một “vòm nhiệt” (heat dome) và biến
đô thị ở thành một “đảo nhiệt” (heat island)

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:
 Nóng hơn,
 Nhiều sương mù hơn,
 Nhiều thời gian bị mây che phủ hơn
 Nhiều mưa hơn dù ít ẩm hơn

Vi khí hậu đô thị

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
 Hydroxyl radical
 Phản ứng acid-base
 Phản ứng của oxy
 Phản ứng của nitơ
 Phản ứng của CO2
 Nước trong khí quyển

Các quá trình hóa học chính của khí quyển

Các quá trình quang hóa
 Quá trình quang hóa bắt đầu khi phân/nguyên tử
khí nhận năng lượng bức xạ và chuyển sang trạng
thái kích thích và bắt đầu thực hiện các quá trình
khác:
M + hν → M*
Ground
state
Singlet
state
Triplet
state

 Các quá trình diễn ra sau đó:
 Physical quenching – làm nguội vật lý
O2* + M → O2 + M (higher translational energy)
 Dissociation – phân ly
O2* → O + O
 Direct reaction with another species – phản ứng trực tiếp
với các phần tử khác
O2* + O3 → 2O2 + O
 Luminescence – phát quang
NO2* → NO2 + hν
 Intermolecular energy transfer – trao đổi năng lượng giữa
các phân tử
O2* + Na → O2 + Na*

 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-

Ion trong khí quyển
 Vành đai bức xạ Van Allen
protons
electrons
Axis of
magnetic field
Earth
Inner belt
Outer belt

Hydroxyl radical
 Là phần tử trung
gian phản ứng
quan trọng nhất

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)

Phản ứng của oxy

Phản ứng của nitơ (unit: teragrams)

Phản ứng của nitơ tạo thành khói quang hóa

Phản ứng của CO2

Nước trong khí quyển

Chương 5: Nguồn gốc và tác hại 2
Nguồn gốc, tác hại và ảnh hưởng của các chất ô
nhiễm không khí
2.1. Nguồn gốc các chất ô nhiễm không khí
2.2. Tác hại của các chất ô nhiễm không khí

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

2.1.1. Nguồn tự nhiên 4
Nguồn tự nhiên của các chất ô nhiễm không khí
 Núi lửa
 Cháy rừng
 Bão cát
 Đại dương
 Thực vật
 Vi sinh vật
 Chất phóng xạ
 Từ vũ trụ

Núi lửa
 Tro bụi, SO2, H2S, CH4
 Tác động môi trường nặng nề và lâu dài

Cháy rừng
 Khói, tro, bụi, hydrocacbon, SO2, CO và NOx

Bão cát
 Đất khô, hoang mạc, sa mạc
 Ô nhiễm bụi

Đại dương
 Muối (NaCl), MgCl2, CaCl2, KBr

Thực vật và vi sinh vật
 Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi – hydrocacbon
 Bào tử thực vật, nấm
 Phấn hoa
 Vi khuẩn và bào tử

Chất phóng xạ
 Radon
 Bụi chứa phóng xạ

Từ vũ trụ
 Bụi vũ trụ, thiên thạch, bụi Mặt Trời

2.1.2. Nguồn nhân tạo 12
Nguồn nhân tạo của các chất ô nhiễm không khí
 Đốt nhiên liệu
 Chế biến gỗ
 Gang thép
 Luyện kim màu
 Xi măng
 Hóa chất
 Lọc dầu

Đốt nhiên liệu
 Nhà máy nhiệt điện
 Phương tiện giao thông
 Lò hơi
 Đun nấu
 Đốt rác

Đốt nhiên liệu
 Muội than, CO,
 Hydrocarbon hoặc hydrocarbon bị oxy hóa 1 phần

Chế biến gỗ
 Bụi gỗ từ quá trình cưa, khoan, chà nhám,…
 VOCs, mùi từ quá trình dán, sơn

 Gang thép
 Phát sinh:
 Vận chuyển, sàng chọn,
nghiền quặng
 Thiêu kết
 Lò cao
 Chất ô nhiễm:
 Bụi với cỡ hạt từ 10 – 100 µm
 Khói nâu từ hạt oxit sắt rất
mịn
 SO2, CO, F

Luyện kim màu
 Luyện đồng và kẽm
 Thải SO2 và bụi

Xi măng
 Ô nhiễm bụi từ:
 Vận chuyển nguyên liệu
 Sấy và nung (thải SO2)
 Nghiền và trữ

Lọc dầu
 Hydrocarbon rò rỉ từ các
khe hở
 Khí thải từ lò nung, vòi
đốt của quá trình chưng
cất: chứa SO2
 Khí H2S và SO2 từ tháp
chưng cất
 Bụi từ quá trình hoàn
nguyên xúc tác

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

Sản xuất axit sunfuric
 Ô nhiễm SO2

Sản xuất axit nitric
 Ô nhiễm NO2

Sản xuất lưu huỳnh
 Điện phân muối Na, K, Li: ô nhiễm Cl và HCl
 Oxy hóa xúc tác H2S: H2S và SO2

Sản xuất phân bón
 Phân đạm: NH3 và NO2
 Phân supephotphat: HF và SiF4

Sản xuất giấy
 SO2, H2S
 Mùi hôi thối từ CH3HS, (CH3)2S, (CH3)2S2

Sản xuất đồ nhựa
 VOCs, bụi

2.2. Tác hại của các chất ô nhiễm không khí 27
Tác hại và ảnh hưởng
2.2.1. Đối với con người
2.2.2. Đối với động vật
2.2.3. Đối với thực vật
2.2.4. Đối với vật liệu

2.2.1. Đối với con người 28
Tác hại của các chất ô nhiễm không khí đối với con
người
 Carbon monoxide - CO
 Nitrogen oxides - NOx
 Sulfur dioxide – SO2
 Hydrogen sulfur - H2S
 Chlorine - Cl2
 Ammonia – NH3
 Ozone – O3
 Bụi

Carbon monoxide – CO
 Là một loại khí độc do có phản ứng mạnh với
Hemoglobin trong máu tạo ra COHb
 Làm cho máu không vận chuyển được oxy do ái
lực của CO với hồng cầu gấp 200 lần so với O2

Nitrogen oxides - NOx
 Có 7 oxit nitơ trong không khí, trong đó NO2 là
đáng chú ý nhất
 Các oxit khác có tác động giống NO2
 NO2 là chất chính trong phản ứng quang hóa
 NO2 là sản phẩm cuối của quá trình đốt nhiên liệu
 NO2 tác động đến mắt, mũi, cổ họng, phổi

Nitrogen oxides - NOx
Nồng độ (ppm) Thời gian tiếp xúc Tác động
≥ 500 48 h Chết người
300 - 400 2 – 10 ngày Viêm phổi và chết
150 – 200 3 – 5 tuần Viêm xơ cuống phổi
50 - 100 6 – 8 tuần Viêm cuống phổi và màng phổi
< 3 3 – 5 năm Bệnh hô hấp mãn tính
0.1 – 0.2 1 h Thay đổi sức cản đường hô hấp

Sulfur dioxide – SO2
 Dễ hòa tan trong nước
 Hấp thụ hoàn toàn ở phần trên của hệ hô hấp
 Ảnh hưởng:
 0.56 ppm: bắt đầu nhận biết được mùi
 1 ppm: bắt đầu xuất hiện các bệnh lý của cơ thể
 1 – 5 ppm: co thắt tạm thời cơ mềm khí quản
 > 5 ppm: tiết nước nhầy, viêm tấy thành khí quản,
tăng sức cản, gây khó thở
 10 ppm: đường hô hấp bị co thắt nghiêm trọng

Hydrogen sulfur - H2S
 Khí không màu, dễ cháy, có mùi trứng ung
 0.0005 – 0.13 ppm: ngưỡng nhận biết
 10 – 20 ppm: chảy nước mắt, viêm mắt, tiết nước
nhầy, viêm toàn bộ tuyến hô hấp
 ≥ 150 ppm: tê liệu cơ quan khứu giác

Chlorine - Cl2
 Có màu vàng xanh, mùi hăng cay
 Gây tác hại đối với mắt, da, và đường hô hấp
Nồng độ (ppm) Tác hại
0.5 Có mùi nhẹ - không tác hại
1 – 3 Mùi khó chịu, gây chảy nước mắt – nước mũi, viêm
mắt, viêm mũi
6 Viêm cổ họng
30 Ho, đau cổ họng
40 – 60 Tiếp xúc từ 30 – 60 phút gây tổn thương phổi nghiêm
trọng
100 Có thể gây chết người
1000 Gây chết người sau vài nhịp thở

Ammonia – NH3
 Tồn tại ở dạng lỏng hoặc khí
 Khí không màu có mùi khai
 Gây viêm da và đường hô hấp
Nồng độ (ppm) Tác hại
5 - 10 Nhận biết được
150 – 200 Gây khó chịu và cay mắt
400 – 700 Viêm mắt, mũi, tai, họng nghiêm trọng
≥ 2000 Da cháy bỏng, ngạt thở và tử vong trong vài phút

Ozone – O3
 Là loại khí gây viêm đường hô hấp
 Có khả năng xâm nhập trong phổi nhanh hơn SO2
 Bệnh lý do ozone
 Viêm mắt,
 Chảy nước nhầy đường hô hấp,
 Khô cổ họng,
 Đau đầu
 Rối loạn nhịp thở

Ảnh hưởng của bụi
 Mắt và da
 Hệ tiêu hóa
 Hệ hô hấp
 d > 10 µm : giữ lại do lông mũi
 2 µm < d ≤ 10 µm : giữ lại do lớp màng nhầy
 1 µm < d ≤ 2 µm : giữ lại trong phổi
 d < 0.5 µm : thoát ra ngoài

2.2.2. Đối với động vật 38
Tác hại đối với động vật
 Tác hại của các chất ô nhiễm không khí đối với
động vật được nghiên cứu vì 2 lý do:
 Vấn đề kinh tế với ngành chăn nuôi
 Vấn đề sức khỏe con người khi sử dụng thực phẩm
 Tác hại đối với động vật
 Qua đường tiêu hóa do ăn cỏ, lá cây bị nhiễm độc
 Qua đường hô hấp do hít thở: SO2, CO, HF, và bụi

2.2.2. Đối với động vật 39
SO2
 Gây tổn thương lớp mô trên cùng của bộ máy hô
hấp,
 Gây bệnh phổi, khí thũng, và suy tim
CO: giống như đối với người
 Suy giảm khả năng vận chuyển trao đổi oxy của
máu
HF
 Gây viêm khí quản, viêm phổi
 Gây chết

2.2.3. Đối với thực vật 40
Tác hại đối với thực vật
 Thực vật có độ nhạy cảm với ô nhiễm không khí
cao hơn so với con người và động vật.
 Ảnh hưởng đối với thực vật phụ thuộc vào từng
loài
 Thực vật tồn tại và phát triển là nhờ các quá trình
sinh hóa: quang hợp, hô hấp, thoát hơi nước

Quang hợp

Quang hợp
 Phụ thuộc vào:
 Cường độ bức xạ mặt trời
 Nồng độ CO2 trong không khí
 Nhiệt độ
 Độ ẩm
 Nước

Hô hấp

Thoát hơi nước

Tác hại đối với thực vật
 Do ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, hô hấp,
thoát hơi nước, bao gồm các triệu chứng:
 Chậm tăng trưởng: quang hợp và hô hấp hạn chế,
 Lá vàng úa hoặc bạc màu: không đủ diệp lục,
 Chết từng bộ phận hoặc chết toàn bộ cây

 Tác hại đến thực vật của các chất ô nhiễm
 SO2
 Bụi
 Flo
 Ozone
 NO2
 H2S
 NH3 và HCl
 Hydrocacbon
 CO
 Clo

SO2
 SO2 tan trong nước tạo ra H2SO3:
 Làm tổn thương màng tế bào
 Gây ra các đốm nâu vàng trên lá
 Suy giảm khả năng quang hợp
 Cây chậm lớn, vàng úa, rồi chết

SO2
 Chất gây hại đã từng xảy ra nhiều nhất trên thế giới
 Ban ngày gây hại gấp 4 lần ban đêm (xâm nhập
thông qua khoang trao đổi khí)
 Ion sulfite độc hơn ion sulfate 30 lần
 Gây hại cục bộ:
 Chỗ tổn thường không thể hồi phục
 Những chỗ khác hoạt động bình thường
 Không gây hại mãn tính

Bụi
 Quang hợp
 Giảm ánh sáng mặt trời
 Bám trên lá
 Trao đổi khí và thoát hơi nước
 Bụi có chứa các chất độc hại khác

Hợp chất chứa flo
 Là chất gây độc hại mãn tính
 Tích tụ ở lá cây với nồng độ tăng dần
 Ở mép lá có nồng độ lên đến 50 – 200 ppm
 Tác hại ở nồng độ rất thấp: 0.1 ppb
 Dấu hiệu: đầu và mép lá bị vàng úa

Ozone
 Có thể thâm nhập vào lá cây cả ban ngày và ban
đêm (khi khoang trao đổi khí đóng kín)
 Bắt đầu gây tác hại ở nồng độ 0.02 ppm
 Dấu hiệu: mặt trên của lá xuất hiện những nốt sần
sùi lấm tấm màu vàng nâu hoặc trắng đục, do các tế
bào hình trụ ở dưới lớp biểu bì của lá bị dính kết lại
với nhau.

Ozone

NO2
 Tương tự như SO2
 Ở 0.5 ppm: làm cho cây chậm phát triển
 Ở 1 ppm: gây độc cấp tính

H2S
 Gây hại đối với sự phát triển của mầm, chồi cây
 Với loại cây chống chịu tốt, có thể chịu được nồng
độ H2S 400 ppm lên đến 5h mới gây tác hại rõ nét
 H2S gây hại cho thực vật ít hơn cho người và động
vật

NH3 và HCl
 Tương tự như SO2
 Tác hại cấp tính
 Không tích lũy mãn tính
 Làm ngưng trệ quá trình quang hợp và gây ra bệnh
bạc, cháy lá
 Ở nồng độ 2.5 ppm, HCl làm giảm rõ rệt quá trình
hô hấp của cây.

Hydrocacbon và CO
 Các chất hydrocarbon thường gặp: etylen, axetylen,
propylene
 Etylen ở nồng độ trên 5 ppm gây cháy mầm lá với
các loài phong lan và hoa
 CO gây tác hại giống như etylen nhưng ở nồng độ
lớn hơn 500 ppm

Clo
 Tương tự như SO2 và O3, nhưng mức độ độc hại
của Cl2 cao hơn gấp 3 lần so với SO2.
 Clo gây bạc trắng lá cây do chất diệp lục bị phá hủy
 Làm giảm mạnh quá trình quang hợp
 Ở 0.1 ppm, Clo gây tác hại đối với thực vật sau 2h
tác động

2.2.4. Đối với vật liệu 58
Tác hại của các chất ô nhiễm không khí đối với vật liệu
 Vật liệu kim loại
 Vật liệu xây dựng
 Vật liệu sơn
 Vật liệu dệt
 Vật liệu điện, điện tử
 Giấy, da thuộc, cao su

Vật liệu kim loại
Han gỉ
 SO2 là chất gây han gỉ rất mạnh đối với kim loại
 Bụi cũng là chất gây han gỉ
• Bụi than, bụi xi măng chứa SO2 và vôi
• Bụi tinh thể muối ở biển
Mài mòn
 Bụi mài mòn cơ học

Vật liệu xây dựng
 Tác động hóa học đối với vật liệu xây dựng có
nguồn gốc từ đá vôi
 CO2, SO2
 Tác động cơ học đối với đá, gạch, kính, sơn
 Bụi

Vật liệu sơn
 Mài mòn
 Bụi
 Phản ứng hóa học
 Phân hủy sơn
 H2S làm hư màu sơn có chứa Pb

Vật liệu dệt
 Các vật liệu dệt như bông, len, sợi tổng hợp là
những vật liệu nhạy cảm với chất acid trong sản
phẩm cháy
 SO2:
 Làm giảm độ bền dẻo của sợi, vải
 Phản ứng với thuốc nhuộm làm hư hỏng màu sắc
 Bụi: làm quần áo bị đen, bẩn, mài mòn

Vật liệu điện, điện tử
 Bụi:
 Bám trên công tắc tiếp xúc, tăng điện trở
 Có thể chứa chất ăn mòn kim loại
 Bụi cùng với nước làm giảm độ cách điện: gây ra
phóng điện trên đường dây cao thế

Giấy, da thuộc, cao su
 SO2
 Gây tác hại mạnh tới da thuộc
 Làm giảm độ bền, độ dai
 Ozone
 Làm cho cao su cứng giòn, giảm sức bền và nức nẻ

Nội dung 2
Chương 3: Bụi trong khí quyển
3.1. 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

3.1. Bụi trong khí quyển 3
Bụi trong khí quyển
 Định nghĩa
 Phân loại
 Nguồn gốc
 Tác hại
 Tiêu chuẩn

 Định nghĩa
 Định nghĩa của EPA:
 “Bụi là hỗn hợp của các hạt rắn và giọt lỏng có kích
thước rất nhỏ. Bụi bao gồm nhiều thành phần khác nhau
như acids (nitrates, sulfates), chất hữu cơ, kim loại, đất
và các hạt cát”.
 Là phần dễ nhìn thấy và rõ ràng nhất trong các dạng ô
nhiễm không khí cũng như chiếm tỉ trọng khá lớn trong
kiểm soát ô nhiễm không khí.
 Thông thường bụi có kích thước < 100 µm, trong đó
kích thước từ 0.001 đến 10 µm thường tồn tại trong
không khí đô thị, nhà máy, đường cao tốc, và nhà máy
nhiệt điện

Định nghĩa
Khái niệm Định nghĩa
Aerosol (bụi - sol khí) Những hạt với kích thước hạt keo trong khí quyển
Condensation aerosol
(bụi ngưng tụ)
Hình thành do quá trình ngưng tụ hoặc phản ứng của các
chất khí
Dispersion aerosol
(bụi phân tán)
Hình thành do quá trình nghiền, phun sương, hoặc phát tán
bụi
Fog (sương mù) Giọt nước với mật độ cao (làm giảm tầm nhìn)
Haze (mù) Chỉ trạng thái giảm tầm nhìn do bụi trong không khí
Mists (sương) Giọt chất lỏng trong không khí
Smoke (khói) Bụi do quá trình đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn
Grit (bụi thô) Chất rắn có kích thước d > 75 µm
Dust (bụi) Chất rắn nhỏ hơn bụi thô, do quá trình nghiền, tán, dập
Fume (khói mịn) Gồm những hạt chất rắn rất mịn d < 1 µm

1.1. Giới thiệu về bụi 6
Phân loại
 Theo nguồn gốc:
 Bụi sơ cấp
• Phát sinh trực tiếp tại nguồn
• Từ công trình xây dựng, đường giao thông, cánh đồng,
ống khói hoặc quá trình đốt
 Bụi thứ cấp
• Phát sinh từ các phản ứng hóa học của SOx và NOx
(nhà máy phát điện, công nghiệp và giao thông)

1.1. Giới thiệu về bụi 7
Phân loại
 Theo kích thước:
 Bụi mịn: carbon black (bụi than), silver iodine (AgI),
combustion nuclei (nhân quá trình đốt), sea-salt
nuclei (nhân muối từ biển)
 Bụi thô: cement dust (xi măng), wind-blown soil dust
(bụi đất do gió), foundry dust (bụi từ lò đúc),
pulverized coal (than nghiền, than cám).

 Nguồn gốc
 Nguồn tự nhiên
 Núi lửa, cháy rừng, bão cát, đại dương
 Thực vật
 Vũ trụ
 Nguồn nhân tạo
 Quá trình đốt
 Giao thông,
 Công nghiệp,
 Nông nghiệp
 Sinh hoạt

Ảnh hưởng của bụi
 Sức khỏe con người và động vật
 Hệ hô hấp
 Mắt và da
 Hệ tiêu hóa
 Thực vật
 Quang hợp
• Giảm ánh sáng mặt trời
• Bám trên lá
 Trao đổi khí và thoát hơi nước

Ảnh hưởng của bụi (tt)
 Sức khỏe con người
 d > 10 µm : giữ lại do lông mũi
 2 µm < d ≤ 10 µm : giữ lại do lớp màng nhầy
 1 µm < d ≤ 2 µm : giữ lại trong phổi
 d < 0.5 µm : thoát ra ngoài

 Vật liệu
 Kim loại: ăn mòn
 Vật liệu xây dựng (đá, gạch, kính, sơn, …):
• Mài mòn vật lý
• Ăn mòn hóa học nếu chứa các chất ô nhiễm khác
 Vật liệu dệt, vải: đen, bẩn, bị mài mòn
 Vật liệu điện, điện tử
• Bám trên các điểm tiếp xúc, làm tăng điện trở
• Ăn mòn kim loại hoặc
• Làm giảm độ cách điện khi kết hợp với nước

 Giảm tầm nhìn
 Cảnh quan
 Không khí
 Cảnh quan tự nhiên
 Kiến trúc công trình

Tiêu chuẩn
 Các tiêu chuẩn EPA (USA)
 Các tiêu chuẩn Việt Nam

Các tiêu chuẩn EPA (USA) – không khí xung quanh
 1971
 TSP (tổng bụi lơ lửng)
 1987
 PM10 (bụi có kích thước ≤ 10 µm)
 1997
 PM2.5 ((bụi có kích thước ≤ 2.5 µm)
 2006, 2012
 Hiệu chỉnh tiêu chuẩn PM2.5 và PM10

Các tiêu chuẩn Việt Nam
 Khí thải
 Không khí xung quanh
 Thu mẫu và phân tích

Tiêu chuẩn Việt Nam - khí thải

Tiêu chuẩn Việt Nam - không khí xung quanh
 Đơn vị: µg/m3

Tiêu chuẩn Việt Nam - thu mẫu và phân tích
 TCVN 5977-2009
 TCVN 5067-1995
 TCVN 9469-2012
Ghi chú:
 Sinh viên tự download và đọc 3 tiêu chuẩn này

3.2. Trạng thái vật lý của bụi trong khí quyển 20
Tính chất vật lý
 Quá trình biến đổi của bụi
 Hình dạng
 Kích thước
 Phân bố kích thước hạt
 Đường kính khí động
 Đường kính khối lượng trung bình
 Tính lắng của hạt bụi

Quá trình biến đổi của bụi trong khí quyển
Khuếch tán
Kết tụ
Phản ứng
Tiêu thụ
Ngưng tụ
Lắng

Quá trình biến đổi của bụi trong khí quyển
 Diffusion – khuếch tán: các hạt bụi nhỏ chuyển
động Brown,
 Coagulation – kết tụ: các hạt bụi nhỏ kết tụ với
nhau thành hạt bụi lớn hơn
 Sedimentation or dry deposition – lắng: các hạt bụi
lắng xuống đất hoặc trên bề mặt vật liệu, lá cây …
 Scavenging – bắt dính bởi mưa, sương hoặc tuyết
 Reaction – phản ứng với các chất trong khí quyển

Hình dạng
Solid Sphere Solid Irregular
Hollow
Sphere
Condensation Floc
Fiber Aggregate
Flake
Dạng tảng
Dạng sợi Dạng xốp ngưng tụ Dạng kết khối

 Fume: khói
 Dust: bụi
 Mist: sương mù
 Spray: sương phun
 Smog: sương khói
 Cloud: mây
 Fog: sương giá
 Drizzle: mưa bụi
 Rain: mưa
 Kích thước

 Kích thước

Phân bố kích thước hạt

Phân bố kích thước hạt
Particle Diameter, m
30
25
20
15
10
5
0
Median
1 4 5 6 7 8 9 12 14 18 22
2 3

Đường kính khí động (aerodynamic diameter)
Là đường kính của
hạt bụi hình cầu tỉ
trọng bằng 1 (1000
kg/m3) có vận tốc
lắng trong không khí
tĩnh bằng vận tốc lắng
của hạt bụi đang xét.
Cascade Impactors

Đường kính khí động (aerodynamic diameter)
𝑑𝑎 = 𝑑𝑝
𝜌𝑝
𝜌𝑤
 Trong đó:
 da : đường kính khí động (m)
 dp : đường kính Stokes (m)
• Xác định theo định luật Stokes
 p: khối lượng riêng hạt bụi (kg/m3)
 w: khối lượng riêng nước(kg/m3)

31
Tương quan đường kính khí động
và khối lượng riêng của bụi
ρp =1.0 g/cm3
dp =2.0 mm da = 2.0 mm
ρp =2.0 g/cm3
dp =2.0 mm da = 2.8 mm
ρp =3.0 g/cm3
dp =2.0 mm da = 3.5 mm
Đường kính khí động

32
Tương quan đường kính khí động
và khối lượng riêng của bụi
Solid Sphere
(Dạng hình cầu)
ρr = 2.0 g/cm3
dp = 1.4 mm
da = 2.0 mm
Hollow Sphere
(Dạng rỗng)
ρr = 0.50 g/cm3
dp= 2.80 mm
Irregular
Shape
(Dạng không đều)
ρr = 2.3 g/cm3
dp= 1.3 mm
Đường kính khí động

Đường kính khối lượng trung bình
 Mass median diameter (MMD)
 Là đường kính khí động tương đương của hạt bụi
hình cầu:
 Có khối lượng riêng 1000 kg/m3
 Với 50% hiệu suất thu mẫu
 Xác định bằng đồ thị

Đường kính khối lượng trung bình
X (MMD = 2.0 µm) và Y (MMD = 0.5 µm)

Tính lắng của hạt bụi
 Vận tốc lắng vt (m/s)
 Hệ số Cunningham
 Hệ số Knudsen
Kn = 2λ/dp
C
18
)d
-
(
g
v
=
v
2
p
g
p
p
t


















n
n
K
999
.
0
-
exp
558
.
0
+
142
.
1
K
+
1
=
C

 Quãng đường dịch chuyển tự do (mean free path)
của khí
𝜆 = 𝜆𝑜
𝑇
𝑇𝑜
2
𝑃𝑜
𝑃
𝑇𝑜 + 110.4
𝑇 + 110.4
 Trong đó:
 λo = 0.0664 μm ứng với nhiệt độ To = 293.15 K và áp
suất Po = 1.01×105 Pa
 λ (μm) ứng với nhiệt độ T (oK) và áp suất P (Pa)

 Độ nhớt của không khí µ (Pa.s) ở nhiệt độ T(oK)
 Trong đó
 µo = 1.81 x 10-5 Pa.s là độ nhớt không khí ở nhiệt độ
To = 293 K
110
110
2
3











T
T
T
T o
o
o



Đơn vị
 ρp: khối lượng riêng của hạt bụi (kg/m3)
 ρg: khối lượng riêng của không khí (kg/m3)
 dp: đường kính hạt bụi (m)
 vt: vận tốc lắng cuối (giới hạn) (m/s)
 µ: độ nhớt của không khí (Pa.s)
 g: gia tốc trọng trường (g= 9.806 m/s2)

3.3. Các quá trình vật lý của sự hình thành bụi 39
Bụi phân tán (dispersion aerosol – dust)
 Bụi phân tán hình thành do quá trình phân rã từ các
hạt lớn hơn thường có kích thước lớn hơn 1 µm.
 Các loại bụi tiêu biểu bao gồm:
 Bụi từ quá trình nghiền than đá,
 Hạt nước từ quá trình phun trong tháp giải nhiệt
 Bụi bặm do gió cuốn từ đất khô

Quá trình tự nhiên:
 Đại dương,
 Gió thổi
 Núi lửa.

Do con người
 Làm vụn, vỡ vật liệu
 Phát tán vào không khí.
 Bao gồm:
 Xe vượt địa hình xới tung đất sa mạc và phủ lên lớp
thực vật mỏng manh này một lớp bụi phân tán.
 Các mỏ đá và khu vực nghiền đá thải ra một đám bụi
đá nghiền
 Việc canh tác trên đất làm cho nó dễ bị xói mòn do
gió mang bụi.

Kích thước của bụi phân tán
 Việc dập vỡ các vật liệu thành các hạt nhỏ tốn
nhiều năng lượng
 So với tổng hợp vật liệu từ các quá trình hóa học
 So với sự kết tụ các hạt nhỏ
 Hầu hết bụi phân tán là bụi thô có kích thước lớn
 Ít gây ảnh hưởng tới sức khỏe
 Dễ được loại bỏ khỏi dòng khí

 Phun trào núi lửa
 Có thể gây ra ô nhiễm bụi với mức độ cao.
 Phát tán lý hàng km3 bụi trong không khí
 Cao đến tầng bình lưu
 Thông qua quá trình hóa học của SO2 và H2S
 Các trường hợp điển hình:
 Năm 1982, phun trào núi lửa ở El Chichon (Mexico):
thủy tinh, NaCl, và sulfate từ núi lửa phủ trên tuyết ở
Greenland.
 Năm 1991, núi lửa Mount Pinatubo (Philippines) bị nghi
ngờ là đã làm nhiễu loạn sự truyền ánh sáng và hồng
ngoại của cả Trái Đất.

3.4. Các quá trình hóa học của sự hình thành bụi 44
Hình thành bụi do các quá trình hóa học
 Giới thiệu
 Bụi vô cơ
 Bụi hữu cơ
 PAH

Giới thiệu
 Chuyển đổi một lượng lớn khí trong khí quyển
thành bụi,
 Là nguồn gốc của phần lớn bụi trong không khí
xung quanh,
 Chủ yếu là phản ứng quang hóa VOCs và Nox tạo
ra ozone và khói quang hóa

Giới thiệu
 Hầu hết các quá trình hóa học tạo ra bụi là từ các
quá trình đốt:
 Nhà máy nhiệt điện
 Lò đốt công nghiệp và dân dụng
 Lò nung xi măng, động cơ đốt trong
 Lò sưởi và bếp
 Đốt rừng, cây bụi và cỏ khô
 Núi lửa

Giới thiệu
 Bụi từ quá trình cháy rất
nguy hiểm
 Có kích thước nhỏ (~1 µm)
 Đi vào và giữ lại trong phổi
 Chứa nhiều chất độc hại
(kim loại nặng hoặc Arsen)
 Bụi này có thể dùng cho
phân tích để xác định
nguồn gốc của hạt bụi

Bụi vô cơ
 Bụi từ quá trình đốt
 3FeS2 + 8O2 → Fe3O4 + 6SO2
 V-hữu cơ → V2O5
 CaCO3 + heat → CaO + CO2
 Từ các phản ứng khác
 2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4
 H2SO4(d) + 2NH3(g) → (NH4)2SO4(d)
 H2SO4(d) + CaO(s) → CaSO4(d) + H2O

Bụi hữu cơ
 Phần lớn là từ quá trình cháy (pyrosynthesis and
nitrogenous)
 Thường gồm các chất chứa nitơ và polymer của
hydrocarbon bị oxy hóa.
 Dầu nhớt và phụ gia cũng đóng góp tạo thành bụi:
pentacyclic triterpene và steranes
 Bụi từ động cơ diesel có thành phần gồm: n-
alkanes, n-alkanoic acids, benzaldehydes, benzoic
acids, azanaphthalenes, polycyclic aromatic
hydrocarbons, oxygenated PAHs

PAHs
 Là loại bụi hữu cơ đáng quan tâm nhất
 Hình thành ở nhiệt độ lớn hơn 500oC
 Xu hướng hình thành PAHs
 aromatic > cycloolefin > olefin > paraffin
C C
H
H
H
H
H H
C
C
C
C
H
H
C
H
C
H
H
H
H
H
H H
Polycyclic aromatic
hydrocarbons
- H
heat
H
-
heat

3.5. Cấu tạo của bụi vô cơ và các bụi hữu cơ 51
Cấu tạo hạt bụi
 Bụi vô cơ
 Bụi hữu cơ

Cấu tạo hạt bụi vô cơ
 Bụi vô cơ có thành
phần phụ thuộc vào
nguồn gốc
 Một số loại
 Tro bay: Al, Ca, Fe,
Si, Mg, S, Ti, P, K,
Na, C
 Asbestos:
Mg3P(Si2O5)(OH)4

Nguồn gốc của một số nguyên tố tạo nên bụi vô cơ
 Al, Fe, Ca, Si: xói mòn đất, bụi đá, đốt than đá
 C: cháy không hoàn toàn nhiên liệu chứa carbon
 Na, Cl: từ đại dương, từ đốt rác chứa Clo
 Sb, Se: là những chất rất dễ bay hơi từ quá trình đốt
dầu, than đá hoặc cặn
 V: đốt dầu thải (hoặc dầu thô Venezuela)
 Zn: thường ở dạng bụi nhỏ, từ quá trình đốt
 Pb: đốt nhiên liệu hoặc chất thải chứa chì

Bụi hữu cơ
Bụi hữu cơ
Acid
Acid béo
mạch dài
Phenol
không bay
hơi
Trung tính
Nhóm chất
không vòng
Nhóm
vòng thơm
Nhóm bị
oxy hóa
Base
Hydrocarbo
n nhiều vòng
chứa N
(acridine)

Bụi hữu cơ
 Nhóm chất không vòng (aliphatic):
 Thường chứa mạch hydrocarbon dài
 Gồm 16 – 28 nguyên tử C.
 Ít phản ứng mạnh
 không được xem là chất ô nhiễm độc hại trong
không khí.

Bụi hữu cơ
 Nhóm vòng thơm (aromatic):
 Chứa các hydrocarbon đa vòng thơm
 Là những chất gây ung thư

Bụi hữu cơ
 Nhóm chất bị oxy hóa (oxygenated):
 Chứa các aldehydes, ketones, epoxides, peroxides,
esters, quinones, and lactones
 Vài chất trong số này là những chất gây đột biến và
gây ung thư.

Một số bụi chứa PAHs
Benzo(j)fluoranthene
Chrysene
Benzo(a)pyrene

Một số bụi chứa PAHs
Ring cleavage }
O
{
O
OH
C
O
H
C
}
O
{
O
O
O
OH
Quinone
Epoxide
Aldehyde
Carboxylic
acid
Phenolic OH

1
Chương 4
Nguyễn Nhật Huy

Nội dung 2
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 quyển
4.4. NOx trong khí quyển
4.5. Một số chất khí vô cơ khác

4.1. Các khí ô nhiễm vô cơ 3
 Giới thiệu
 Các chất khí ô nhiễm vô cơ chủ yếu do hoạt động của
con người thải vào không khí.
 Chất khí có thải lượng lớn nhất: CO2
 Những chất khí có thải lượng lớn: CO, SO2, NO, và
NO2.
 Những chất khí có thải lượng nhỏ hơn bao gồm: NH3,
N2O, N2O5, H2S, Cl2, HCl, và HF.
 Các chất khí này liên tục thải vào không khí mỗi năm
do hoạt động của con người
 Trên phạm vi toàn thế giới, phát thải CO, SO2, NOx
vào khoảng hàng trăm triệu tấn mỗi năm.

4.2. Quá trình phát sinh và kiểm soát CO 4
Quá trình phát sinh và kiểm soát CO
 Nguồn phát sinh
 Phản ứng của CO
 Kiểm soát CO

CO
 CO gây ra ô nhiễm cục bộ do có tính độc cao.
 Nồng độ CO trong khí quyển vào khoảng 0.1 ppm,
tương đương với 500 triệu tấn CO với thời gian lưu
trung bình từ 36 đến 110 ngày.

Nguồn phát sinh
 Phần lớn lượng CO phát thải (khoảng 2/3) là sản
phẩm trung gian của quá trình oxy hóa CH4 trong
khí quyển bởi hydroxyl radical.
 Phân hủy diệp lục (chlorophyll) vào mùa thu chiếm
khoảng 20% lượng phát thải CO hàng năm.
 Nguồn nhân tạo chiếm khoảng 6%.
 Phần còn lại đến từ các nguồn không xác định
khác: thực vật và sinh vật biển (siphonophores).
 CO cũng được ra bởi quá trình phân hủy thực vật
khác (không phải clorophyll).

 CO phát thải từ động cơ đốt trong
 Mức độ cao ở đô thị vào thời điểm kẹt xe.
 Nồng độ có thể lên tới 50-100 ppm.
 Nồng độ CO trong không khí đô thị tỉ lệ thuận với
mật độ xe và tỉ lệ nghịch với vận tốc gió.
 Nồng độ trung bình ở mức vài ppm
 Cao hơn nhiều so với khu vực vùng xa

Phản ứng của CO
 CO bị loại ra khỏi khí quyển thông qua các phản ứng
CO + HO• → CO2 + H
O2 + H + M → HOO• + M
HOO• + NO → HO• + NO2
HOO• + HOO• → H2O2 + O2
H2O2 + hν → 2HO•
 Vi sinh vật trong đất cũng tiêu thụ CO

Kiểm soát CO
 Nguồn phát thải CO lớn nhất là từ động cơ đốt
trong
 Kiểm soát CO chủ yếu tập trung cho phương tiện
giao thông
 Giảm CO bằng cách đốt nghèo nhiên liệu (dư không
khí)
 Nếu lệ khí/nhiên liệu khi đốt là 16:1, động cơ đốt
trong thải rất ít CO

Kiểm soát CO
 Các phương tiện giao thông hiện đại sử dụng xúc
tác để giảm phát thải CO
 Không khí được thêm vào dòng khí thải
 Hỗn hợp được dẫn qua bộ phản ứng xúc tác để
chuyển hóa CO thành CO2.

4.3. Quá trình phát sinh và các phản ứng của SO2 11
Quá trình phát sinh và các phản ứng của SO2
 Nguồn phát sinh
 Chu trình lưu huỳnh
 Phản ứng của SO2
 Tác hại của SO2

 Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong khí quyển có
nguồn gốc phần lớn là từ hoạt động của con người.
 Khoảng 100 triệu tấn lưu huỳnh/năm,
 Chủ yếu là SO2 từ quá trình đốt than đá và dầu FO
 Nguồn tự nhiên
 Núi lửa: SO2 và H2S
 Phân hủy sinh học và khử sulfate: (CH3)2S and H2S
 (CH3)2S từ đại dương là nguồn đơn tự nhiên lớn nhất

Chu trình
lưu huỳnh
 Đơn vị
 triệu tấn

Phản ứng của SO2
 Các điều kiện khí quyển ảnh hưởng đến phản ứng
của SO2 trong khí quyển: nhiệt độ, độ ẩm, cường
độ ánh sáng, chuyển động khí quyển, tính chất bề
mặt của bụi.
 Lưu huỳnh trong không khí phản ứng tạo ra bụi
(NH4)2SO4 và NH4HSO4, gây tình trạng khói mù ở
các khu vực thành phố.
 Bụi được loại bỏ khỏi khí quyển nhờ các quá trình
sa lắng khô và ướt.

Phản ứng của SO2 bao gồm:
 Phản ứng quang hóa,
 Phản ứng hóa học và quang hóa có sự tham gia của
NOx và hydrocarbon (đặc biệt là alkene),
 Quá trình hóa học trong các giọt nước (đặc biệt khi
chứa muối kim loại và ammonia),
 Phản ứng trên bề mặt bụi trong khí quyển

Phản ứng quang hóa
 Liên quan đến quá trình oxy hóa SO2,
 Ánh sáng có bước sóng lớn hơn 218 nm không đủ
năng lượng cho quá trình phân ly quang học SO2
 Phản ứng quang hóa trực tiếp có vai trò hạn chế
 Quá trình oxy hóa SO2 ở nồng độ ppm trong khí
quyển không bị ô nhiễm là 1 quá trình diễn ra chậm
 Do đó, phải có các chất ô nhiễm khác tham gia vào
quá trình phản ứng của SO2.

Phản ứng có sự tham gia của NOx và hydrocarbon
 Sự có mặt của hydrocarbon và NOx trong khí
quyển làm tăng tốc độ oxy hóa SO2.
 Môi trường khói quang hóa có tính oxy hóa rất cao,
do đó dễ dàng chuyển hóa SO2 với tốc độ cao (đến
5-10%/h ở Los Angeles)
 Các chất oxy hóa chính là HO•, HOO•, O, O3, NO3,
N2O5, ROO•, and RO•.
 Trong đó, O3 có vai trò hạn chế do tốc độ phản ứng
chậm.

Quá trình hóa học trong các giọt nước
 Khi có mặt của các hạt nước, SO2 bị oxy hóa bởi
các phản ứng diễn ra trong nước
 Phản ứng phức tạp bao gồm các bước sau
 SO2 và các chất oxy hóa đi từ pha khí vào pha lỏng,
 Khuếch tán các chất này trong giọt lỏng,
 Thủy phân và ion hóa SO2,
 Oxy hóa SO2 bởi các chất oxy hóa như H2O2, HO•,
hoặc O3.

 Quá trình hóa học trong các giọt nước
 Khi không có xúc tác, phản ứng rất chậm:
1/2O2(aq) + SO2(aq) + H2O → H2SO4(aq)
 H2O2 là một chất oxy hóa quan trọng:
SO2(aq) + H2O2(aq) → H2SO4(aq)
 Ozone, O3, oxy hóa SO2 trong giọt lỏng:
SO3
2-(aq) + O3(aq) → SO4
2-(aq) + O2
 NH3 làm phản ứng oxy hóa SO2 diễn ra nhanh hơn::
NH3 + SO2 + H2O → NH4
+ + HSO3
-
 Một số chất tan trong nước làm xúc tác cho phản ứng oxy hóa SO2,
ví dụ như Fe(III) và Mn(II), phản ứng nhanh hơn ở pH cao hơn.
 Các hợp chất nito hòa tan như NO2 and HNO2, cũng oxy hóa SO2
thông qua HO
. tạo ra từ phản ứng quang hóa.

Phản ứng trên bề mặt bụi trong khí quyển
 Phản ứng dị thể trên bề mặt bụi rắn có vai trò trong
việc loại bỏ SO2 khỏi khí quyển.
 Vai trò của hạt bụi trong phản ứng quang hóa:
 Là các trung tâm cho quá trình tạo mầm (nucleation)
 Là xúc tác cho các phản ứng
 Tăng kích thước bằng cách tích tụ các sản phẩm của
phản ứng.
 Kết quả là các hạt bụi mới có thành phần hóa học
khác với hạt bụi gốc.

 Muội than (soot - bồ hóng)
 Do quá trình cháy không hoàn toàn
 Phổ biến trong khí quyển ô nhiễm
 Chứa carbon nguyên tử và hydrocarbon đa vòng
thơm
 Xúc tác cho quá trình oxy hóa SO2

 Oxit của nhôm, canxi, crom, sắt, chì và Vanadi
cũng là những chất xúc tác cho quá trình oxy hóa
SO2
 Những chất này cũng là chất hấp phụ SO2
 Tuy nhiên, do diện tích bề mặt của những chất này
thấp, nên % SO2 oxy hóa theo đường này khá thấp.

4.4. NOx trong khí quyển 23
N2O
 Có 3 loại oxyt nitơ thường gặp trong khí quyển:
N2O, NO, và NO2.
 N2O là loại khí gây cười do vi sinh vật tạo ra và có
nồng độ khoảng 0.3 ppm trong không khí.
 Phản ứng của N2O trong khí quyển
 N2O + hν → N2 + O
 N2O + O → N2 + O2
 N2O + O → 2NO
 Các phản ứng này phá hủy tầng ozone

NOx
 NOx bao gồm NO và NO2.
 Có nguồn gốc tự nhiên từ: sét đánh và các quá trình
sinh học
 Nhưng nguồn chủ yếu là do nhân tạo
 Trên thực tế, tất cả NOx nhân tạo trong khí quyển
là từ quá trình đốt nhiên liệu.
 Nguồn cố định
 Giao thông
 Khoảng 100 triệu tấn/năm.

NOx
 Có 3 nguồn NOx tạo ra trong quá trình cháy:
 NOx nhiệt - thermal NOx
 NOx nhiên liệu - fuel NOx
 NOx tức thời - prompt NOx

NOx nhiệt - thermal NOx
 Phản ứng của N2 và O2 ở nhiệt độ cao.
 Phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian phản ứng và nồng
độ O2.

NOx nhiên liệu - fuel NOx
 Phản ứng của N hữu cơ trong nhiên liệu tạo ra
HCN, sau đó bị oxy hóa thành NO
 Phụ thuộc vào tỉ lệ khí/nhiên liệu, xáo trộn giữa
nhiên liệu và O2, và hàm lượng N trong nhiên liệu.

NOx tức thời - prompt NOx
 Phản ứng giữa hydrocarbon nhiên liệu và N2 tạo ra
HCN và N, sau đó bị oxy hóa thành NOx.
 Chủ yếu hình thành do
 Nhiệt độ thấp,
 Giàu nhiên liệu (thiếu không khí),
 Thời gian lưu ngắn (trong ngọn lửa).

NOx

Phản ứng của NOx trong khí quyển
 NOx là chất dễ phản ứng

4.5. Một số chất khí vô cơ khác 31
Một số khí vô cơ khác
 Ammonia - NH3
 Hợp chất chứa F
 Hợp chất chứa Cl
 Hợp chất chứa sulfur

Ammonia - NH3
 Nguồn tự nhiên và nhân tạo từ các quá trình sinh
hóa và hóa học
 Vi sinh vật và phân hủy chất thải động vật,
 Nhà máy xử lý nước thải,
 Sản xuất than cốc, NH3, rò rỉ từ các hệ thống lạnh.
 Không khí có nồng độ cao NH3 chứng tỏ là có NH3
rò rỉ.

Ammonia - NH3
 Là chất khí chính có tính kiềm trong không khí
 Được loại bỏ khỏi không khí nhờ vào tính tan và
tính kiềm của nó.
 Đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và
trung hòa bụi nitrate và sulfate trong khí quyển
NH3 + HNO3 → NH4NO3
NH3 + H2SO4 → NH4HSO4
 Muối NH4
+ có tính ăn mòn cao.

Hợp chất chứa F
 F2, HF và các hợp chất F dễ bay hơi được tạo ra
trong quá trình sản xuất nhôm.
 HF là sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa đá
phosphate (fluorapatite) thành phân superphosphate
và các sản phẩm phosphate khác:
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 10H2O →
5CaSO4•2H2O + HF + 3H3PO4
 SiF4, được tạo ra trong các lò nấu thép và kim loại
sử dụng CaF2 (fluorspar):
2CaF2 + 3SiO2 → 2CaSiO3 + SiF4

Hợp chất chứa F
 SF6 là một chất rất trơ
 Thời gian lưu là 3200 năm
 có nồng độ khoảng 0.3 ppt trong khí quyển (0.04 ppt
vào năm 1953).
 Được sử dụng nhiều trong cách khí trong thiết bị
điện tử và trong quá trình nấu nhôm và magiê
 Là khí gây nhà kính mạnh nhất: gấp 23900 lần so
với CO2.

Hợp chất chứa Cl
 Khí Clo (Cl2) là một chất khí rất độc thường gây ô
nhiễm cục bộ do rò rỉ hoặc tai nạn trong quá trình
sử dụng:
 Trong công nghiệp hóa chất, nhựa,…
 Trong xử lý nước cấp và nước thải
 Cl2 có tính chất hóa học và tính oxy hóa rất mạnh
H2O + Cl2 → H+ + Cl- + HOCl

Hợp chất chứa Cl
 HCl là một chất ô nhiễm gây tổn thương và chết
người xuất phát từ quá trình đốt nhựa chứa Cl
(PVC) hoặc thủy phân SiCl4 và muối clorua
SiCl4 + 2H2O → SiO2 + 4HCl
AlCl3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3HCl

Hợp chất chứa sulfur
 H2S được tạo ra bởi các quá trình vi sinh vật:
 Phân hủy hợp chất chứa lưu huỳnh
 Vi khuẩn khử sulfate
 H2S cũng được tạo ra bởi hơi nước địa nhiệt và
công nghiệp giấy.
 H2S phản ứng trong khí quyển tạo thành SO2
H2S + HO• → HS• + H2O
HS• + O2 → HO• + SO
SO + O2 → SO2 + O

Hợp chất chứa sulfur
 Các hợp chất mercaptan như (CH3)2S và CH3HS
 Phân hủy sinh học và khử sulfate
 (CH3)2S từ đại dương là nguồn đơn tự nhiên lớn nhất
 COS
 Là nguồn sulfur quan trọng của khí quyển
 Nồng độ 500 ppt, tương đương 2.4 triệu tấn
 COS và CS2 bị oxy hóa tạo ra SO2 trong khí quyển
 HO• + COS → CO2 + HS•
 HO• + CS2 → COS + HS•

Nội dung 2
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 hydrocarbon
5.4. Các hợp chất chứa oxi
5.5. Các hợp chất hữu cơ chứa halogen, lưu huỳnh,
Nito

5.1. Các hợp chất hữu cơ trong khí quyển 3
Các hợp chất hữu cơ trong khí quyển
 Giới thiệu
 Quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong khí
quyển
 Quá trình chưng cất và phân đoạn các hợp chất hữu
cơ trên toàn cầu

Giới thiệu
 Các chất ô nhiễm hữu cơ có thể gây ảnh hưởng rất
lớn đến chất lượng khí quyển.
 Các ảnh hưởng có thể chia làm 2 loại:
 Trực tiếp:
• Ở phạm vi cục bộ: trong phân xưởng làm việc
• VD: ung thư do tiếp xúc với vinyl chloride
 Gián tiếp:
• Do các chất ô nhiễm thứ cấp (khói quang hóa)
• VD: hydrocarbon trong khí quyển

Quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong khí quyển
 Các hợp chất hữu cơ được loại bỏ khỏi không khí
qua nhiều con đường khác nhau:
 Sa lắng khô và ướt
 Phản ứng quang hóa
 Hình thành và tích hợp vào các hạt bụi
 Hấp thu bởi cây xanh

 Cây xanh có vai trò quan trọng trong việc lọc các
chất ô nhiễm hữu cơ khỏi không khí.
 Do diện tích bề mặt lớn
 Thông qua lớp cuticle (lớp màng polymer sinh học
của lá cây)
 Lớp cuticle này là lipophilic, có ái lực đặc biệt với
các chất hữu cơ

 Các hợp chất hữu cơ (lindane, triadimenol,
bitertanol, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, và
pentachlorophenol) bị hấp thu qua 2 giai đoạn:
 Hấp thụ lên bề mặt lá
 Xâm nhập vào lá thông qua lớp cuticle
 Khả năng hấp thụ phụ thuộc vào diện tích bề mặt
và tính lipophilicity của lá cây

Quá trình chưng cất và phân đoạn các hợp chất hữu cơ
trên toàn cầu
 Trên phạm vi toàn cầu, các hợp chất hữu cơ bền
tham gia vào chu kỳ chưng cất và phân đoạn:
 Bay hơi vào khí quyển ở các cùng ấm hơn của Trái
Đất
 Ngưng tụ và tích lũy ở các vùng lạnh hơn
 Phụ thuộc vào
 Tính chất hóa lý của chất ô nhiễm
 Nhiệt độ môi trường.

Quá trình chưng cất và phân đoạn các hợp chất hữu cơ
trên toàn cầu
 Phân đoạn các hợp chất hữu cơ bền dựa trên tính
bay hơi:
 Ít bay hơi: lắng gần nguồn thải
 Dễ bay hơi: lắng ở vùng cực
 Bay hơi trung bình: lắng ở vùng giữa
 Điều này dẫn đến sự tích tụ các chất ô nhiễm hữu
cơ bền ở các vùng cực vốn dễ bị tổn thương môi
trường từ các nguồn thải công nghiệp ở rất xa.

5.2. Các hợp chất hữu cơ từ nguồn gốc tự nhiên 10
Các hợp chất hữu cơ từ nguồn gốc tự nhiên
 Các hợp chất hữu cơ trong khí quyển
 Chủ yếu là có nguồn gốc từ tự nhiên
 Nguồn nhân tạo chỉ chiếm 1/7
 Môt số chất quan trọng
 Methane
 Hydrocarbon sinh học
 Terpene
 Ester (nhiều loại nhưng ít lượng)

Methane
 Chiếm phần lớn các chất hữu cơ trong khí quyển
 Nồng độ tự nhiên trong không khí: 1.4 ppm
 Là nguồn sinh ra CO và O3 trong tầng đối lưu và
hơi nước trong tầng bình lưu
 Nguồn gốc:
 Từ quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong
nước, bùn, hoặc đất của vi sinh vật
2{CH2O} (bacterial action) → CO2(g) + CH4(g)
 Ợ hơi và hoạt động của vi khuẩn trong hệ tiêu hóa ở
động vật

Hydrocarbon sinh học
 Do các sinh vật tạo ra
 Cây cối:
 Là nguồn đóng góp hydrocarbon lớn nhất (trừ CH4)
 Khoảng 367 hợp chất khác nhau
 Các nguồn khác bao gồm từ vi sinh vật, cháy rừng,
chất thải động vật, núi lửa.

Hydrocarbon sinh học
 Hydrocarbon đơn giản nhất do cây cối sinh ra là
ethylene - C2H4:
 Được sinh ra bởi nhiều loại cây
 Là thông điệp điều chỉnh sinh trưởng của cây.
 Do có liên kết đôi, C2H4 dễ phản ứng với HO• và
các chất oxy hóa khác trong khí quyển
 Ethylene từ cây cối được coi là một chất có hoạt
tính cao tham gia vào các quá trình hóa học trong
khí quyển.

Terpene
 Hầu hết hydrocarbon sinh ra do cây cối là terpene
 Thành phần chính của tinh dầu
 Tinh dầu được chiết xuất từ cây cối nhờ quá trình
chưng cất bằng hơi nước.
 Một số loài cây sinh ra terpene gồm có
 Cây lá kim (cây xanh lá quanh năm và cây bụi như
thông và bách)
 Cây họ sim,
 Cây và cây bụi họ cam quýt.

Terpene

Terpene
 Terpene là chất có hoạt tính cao trong khí quyển
 Phản ứng của terpene và HO• diển ra rất nhanh
 Terpene cũng phản ứng với các chất oxy hóa khác
trong khí quyển, đặc biệt là O3.
 Một số terpene phản ứng với oxy trong khí quyển
tạo ra bụi và mù màu xanh ở phía trên các cánh
rừng rậm rạp.

5.3. Các hợp chất ô nhiễm hydrocarbon 17
Giới thiệu
 Do việc sử dụng nhiên liệu rộng rãi, hydrocarbon là
thành phần chính trong các chất ô nhiễm không khí
hữu cơ
 Các hợp chất thường gặp là
 Alkane (paraffin) – liên kết đơn
 Alkene (olefin) – 1 liên kết đôi
 Alkyne– 1 liên kết ba
 Aryl (aromatic) – vòng benzene

 Trực tiếp: do rò rỉ, bay hơi,…
 Gián tiếp: là sản phẩm phụ của quá trình cháy
không hoàn toàn các hydrocarbon khác
Đặc tính
 Alkane là hợp chất tương đối ổn định trong không
khí (ít tham gia phản ứng hóa học).
 Alkene là chất có hoạt tính cao, đặc biệt trong điều
kiện có ánh sáng và NOx.

Đặc tính
 Hydrocarbon bình thường chứa 15% hydrocarbon
hoạt tính
 Hydrocarbon từ quá trình đốt chứa 45%
hydrocarbon hoạt tính
 1/3 là alkane có tính ổn định,
 phần còn lại là alkene (1/3) và aryl (1/3) có hoạt tính
cao hơn.

5.3. Các hợp chất chứa oxi 20
Carbonyl
 Các hợp chất chứa oxy bao gồm aldehyde và
ketone là những chất được hình thành đầu tiên
trong quá trình oxy hóa quang hóa các hydrocarbon
trong không khí
 Cấu tạo của các hợp chất carbonyl

5.3. Các hợp chất chứa oxi 21
Một số hợp chất khác
 Các hợp chất khác gồm có alcohol (rượu), phenol,
ête (ether) và carboxylic acid
 R và R’: gốc hydrocarbon
 Ar: gốc aryl (vòng benzene)

5.4. Các hợp chất hữu cơ chứa halogen, S, N 22
Các hợp chất hữu cơ chứa halogen, lưu huỳnh, nitơ
 Hợp chất chứa halogen
 Hợp chất chứa lưu huỳnh
 Hợp chất chứa nitơ

Hợp chất chứa halogen
 Các hợp chất chứa halogen bao gồm các
hydrocarbon có nguyên tử H được thay thế bằng
nguyên tử halogen (F, Cl, Br, hoặc I).
 Gốc hydrocarbon có thể là mạch carbon no (alkyl),
không no (alkenyl) hoặc vòng thơm (aryl).
 Các hợp chất này gây ra nhiều vấn đề về môi
trường và độc học do các tính chất hóa học và vật
lý của nó.
 Nguồn gốc các chất này chủ yếu là nhân tạo, nhưng
cũng phát sinh tự nhiên do các sinh vật biển.

 Một số hợp chất chứa halogen
 Chloromethane: sản xuất silicone,
 Dichloromethane: dung môi hữu cơ không phân cực
dùng trong tách cafein, rửa sơn, trong sản xuất nhựa
PU, giảm áp suất hơn trong quá trình tạo aerosol
 Dichlorodifluoromethane: từng là tác nhân lạnh
 1,1,1-trichloroethane: phổ biến trong dung môi clo hóa
công nghiệp.

Một số hợp chất chứa halogen
 Các hợp chất vòng thơm chứa halogen là những
chất rất độc.
PCBs

 Polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs)
 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD)
 Là nhóm độc nhất
 Thường gọi là Dioxin.

 Chlorofluorocarbons (CFCs):
 Chứa 3 nguyên tố C, F, và Cl.
 Bao gồm: CCl3F (CFC-11, bp 24˚C), CCl2F2 (CFC-
12, bp - 28˚C), C2Cl3F3 (CFC-113), C2Cl2F4 (CFC-
114), và C2ClF5 (CFC-115).
 Sử dụng làm bọt dẻo và bọt cứng (foam), tác nhân
lạnh
 Bền vững và không độc hại
 Gây phá hủy tầng ozone

CFCs
 Các phản ứng phá hủy tầng ozone
Cl2CF2 + hν → Cl + ClCF2
Cl + O3 → ClO + O2
O3 + hν → O2 + O
ClO + O → Cl + O2
O3 + O → 2O2

Hợp chất chứa halogen
 Trên phạm vi toàn cầu, có 3 hợp chất chứa halogen
phổ biến nhất là methyl chloride, methyl
chloroform, và carbon tetrachloride
 Nồng đồ khoảng từ 10 đến vài chục ppb
 Methyl chloroform khá bền vững trong không khí,
tồn tại đến vài năm, và có khả năng gây hại cho
tầng ozone.

Hợp chất chứa lưu huỳnh
 Là hợp chất thay gốc alkyl hoặc aryl cho nguyên tử
H trong H2S.
 Thường gọi là các hợp chất mercaptans (R–SH)
thioethers (R–S–R).
 Hợp chất quan trọng nhất là dimethylsulfide, tạo ra
bởi sinh vật biển và thải vào không khí một lượng
lưu huỳnh tương đương với nguồn nhân tạo.
 Lượng SO2 ở khí quyển đại dương chủ yếu là do
chất này bị oxy hóa tạo ra.

Một số hợp chất chứa lưu huỳnh

Hợp chất chứa lưu huỳnh
 Là những chất gây ô nhiễm cục bộ (mùi khó chịu).
 Nguồn phát sinh chủ yếu:
 Phân hủy do vi sinh vật,
 Sản xuất bột giấy,
 Cây cối,
 Chất thải động vật, chất thải nhà máy đóng gói và xử
lý chất thải giết mổ,
 Sản xuất tinh bột,
 Xử lý nước thải,
 Lọc dầu.

Hợp chất chúa nitơ
 Những hợp chất hữu cơ chứa ni tơ trong không khí
ô nhiễm gồm có: amine, amide, nitrile, các hợp
chất nitro, hoặc các hợp chất đa vòng chứa nitơ.

Hợp chất chứa nitơ
 Amine có mùi cá thối
 Aniline: là dạng đơn giản và quan trọng nhất của aryl
amine, sử dụng trong thuốc nhuộm, amides, hóa chất
ngành ảnh, và thuốc uống
 Amine làm dung môi cũng được dùng phổ biến trong
công nghiệp
 Các nguồn phát sinh khác bao gồm phân hủy chất
hữu cơ chứa protein: nhà máy xử lý chất thải giết mổ,
đóng gói, và hệ thống xử lý nước thải.

Hợp chất chứa nitơ
 Một số aryl amine có khả năng gây ung thư đường
niệu đạo

1
Chương 6
Nguyễn Nhật Huy

Nội dung 2
Khói quang hóa
6.1. Giới thiệu tổng quan về sự hình thành khói
quang hóa
6.2. Sự phát thải khói xe hình thành khói quang hóa
6.3. Các phản ứng hình thành khói quang hóa của các
hợp chất hữu cơ trong khí quyển
6.4. Các sản phẩm vô cơ từ khói quang hóa
6.5. Ảnh hưởng của khói quang hóa

6.1. Tổng quan về sự hình thành khói quang hóa 3
Giới thiệu tổng quan
 Khói quang hóa (photochemical smog )
 Smog = smoke + fog (sương khói)
 Lần đầu tiên xuất hiện ở Luân Đôn do đốt than chứa
nhiều lưu huỳnh
 Là vấn đề ô nhiễm không khí chính ở nhiều khu
vực trên thế giới, làm:
 Giảm tầm nhìn (< 3 dặm ở độ ẩm 60%))
 Cay mắt (vừa đến nghiêm trọng)
 Hư hỏng cao su
 Phá hủy vật liệu

Khói quang hóa (photochemical smog )

 Sự hình thành khói quang hóa
 Sự hình thành ozone trong không khí (tầng đối lưu) là
chỉ thị của khói quang hóa.
 Khói quang hóa hình thành ở mức độ nghiêm trọng khi
các chất oxy hóa trong không khí đạt đến nồng độ 0.15
ppm hơn 1 h.
 Các thành phần tạo nên khói quang hóa:
 Hydrocarbon
 NOx
 UV
 Tiêu chuẩn ozone trong không khí xung quanh của EPA
đã giảm từ 0.12 ppm xuống 0.08 ppm trong 8 h

6.2. Sự phát thải khói xe hình thành khói quang hóa 6
Phát thải từ xe cộ
 Động cơ đốt trong của xe cộ sinh ra nhiều
hydrocarbon và NOx, 2 thành phần chính tạo ra
khói quang hóa.
 Nguồn phát sinh hydrocarbon từ ôtô:
Carburetor
(15 % of hydrocarbons
from evaporation)
Crankcase (20% of
hydrocarbons produced)
Fuel tank
Exhaust (65% of
hydrocarbons produced)

 Động cơ 4 thì/kỳ
 Nạp: nhiên liệu được phun trực tiếp hoặc cùng không khí
 Nén (tỉ số 7:1): tỉ số nén càng cao thì NOx càng nhiều
 Nổ (2500oC, 40 atm, làm nguội nhanh): sinh ra NO
 Xả: thải ra N2, CO2, CO, NO, hydrocarbon, O2
Air
in
Exhaustgases out
Spark plug

Phát thải hydrocarbon
 Buồng đốt của động cơ đốt trong do được làm mát
nên sát thành buồng (vài chục µm) có nhiệt độ thấp
 Hydrocarbon cháy không hoàn toàn
 Nếu không điều chỉnh đúng cách → tăng phát thải.
 Động cơ turbine không bị vấn đề này vì luôn nóng

Phát thải từ động cơ đốt trong
HC

6.3. Phản ứng hình thành từ các hợp chất hữu cơ 10
Nồng độ các chất trong không khí trong ngày
M 4 A.M 8 A.M. N 4 P.M. 8 P.M. M

Nồng độ các chất trong không khí trong ngày

Phản ứng quang hóa của methane
NO2 + hν → NO + O
CH4 + O → H3C• + HO•
H3C• + O2 + M (N2 hoặc O2) → H3COO• + M
CH4 + HO• → H3C• + H2O
H3COO• + NO → H3CO• + NO2
H3CO• + O3 → nhiều sản phẩm khác nhau
H3CO• + O2 → CH2O + HOO•
H3COO• + NO2 + M → CH3OONO2 + M
H2CO + hν → các sản phẩm quang phân ly

Solar
energy
input
Absorption of solar energy
by NO2 produces NO
and atomic oxygen, O.
Atomic oxygen, HO
.
and O3
react with hydrocarbons
to produce highly reactive
hydrocarbon free radicals.
Ο Ο
2
O reacts with
O2, yielding
ozone, O3
Ο
O3
O3
Hydrocarbon free radicals
Hydrocarbon free radicals
react further with species
such as NO2 to produce
PAN, aldehydes, and other
smog components.
NO
ΝΟ
2
NO
NO2
hν
to produce NO
2
.
O
3
or RO
2
.
NO reacts with

Các phản ứng quang hóa
1. Phản ứng quang hóa cơ bản
2. Phản ứng với oxy
3. Sự tạo thành các gốc hữu cơ tự do từ hydrocarbon
4. Phản ứng dây chuyền, phân nhánh và kết thúc

1. Phản ứng quang hóa cơ bản
NO2 + hν (λ < 420 nm) → NO + O
2. Phản ứng với oxy
O2 + O + M → O3 + M
O3 + NO → NO2 + O2
 Phản ứng thứ hai diễn ra nhanh hơn, nên nồng độ
O3 thường được giữ ở mức thấp cho đến khi nồng
độ NO đạt giá trị thấp.
 Nồng độ O3 dọc theo xa lộ thường thấp do xe cộ thải
ra NO

3. Sự tạo thành các gốc hữu cơ tự do từ hydrocarbon
O + RH → R• + các sản phẩm khác
O3 + RH → R• + các sản phẩm khác
4. Phản ứng dây chuyền, phân nhánh và kết thúc
NO + ROO• → NO2 + các sản phẩm khác
NO2 + R• → sản phẩm (PAN,…)
 Phản ứng sau thường là phản ứng kết thúc vì NO2
đã được cố định trong PAN

Các phản ứng tạo thành khói quang hóa

Các chất oxy hóa trong khói quang hóa
 Được tính bằng khả năng oxy hóa iodide (I-) thành
iodine (I2)
 Chất oxy hóa hình thành từ phản ứng hydrocarbon
và NOx dưới ánh sáng UV chủ yếu là ozone, ngoài
ra còn có H2O2, organic peroxide (ROOR'), organic
hydroperoxide (ROOH), peroxyacetyl nitrate
(PAN) và peroxybenzoyl nitrate (PBN)
PAN PBN

Nồng độ ozone phụ thuộc nồng độ ban đầu VOCs và NOx 19

Độ phản ứng của các chất hữu cơ và CO với gốc OH•

6.4. Các sản phẩm vô cơ từ khói quang hóa 21
Hai sản phẩm vô cơ quan trọng từ khói quang hóa là
sulfate và nitrate
 Các chất oxy hóa có trong khói quang hóa bao gồm
O3, NO3, N2O5 và các gốc HO•, HOO•, O, RO•, and
ROO•.
 SO2 + O (từ O, RO•, ROO•) → SO3 → H2SO4, sulfates
 HO• + SO2 → HOSOO•
 N2O5 + H2O → 2HNO3
 HO• + NO2 → HNO3
 NH3 + HNO3 → NH4NO3

6.5. Ảnh hưởng của khói quang hóa 22
Ảnh hưởng đến sức khỏe và sự thoải mái của con
người
 Ozone ở 0.15 ppm gây ho, khò khè, co thắt phế
quản, và kích ứng hệ hô hấp ở người khỏe mạnh
 Các hợp chất peroxyacyl nitrate có tính oxy hóa và
aldehyde trong khói quang hóa gây kích ứng mắt

Ảnh hưởng đến sức khỏe và sự thoải mái của con
người

Gây hư hại vật liệu
 Cao su có ái lực cao với ozone nên bị nứt và hư
hỏng

Ảnh hưởng đến khí quyển
 Sinh ra bụi khói hữu cơ với thành phần chính là
rượu, andehit, ketone, acid hữu cơ, este, và nitrat
hữu cơ
 Hydrocarbon do cây xanh tạo ra là thành phần
chính tạo nên bụi hữu cơ trong khói quang hóa

Ảnh hưởng đến khí quyển

Bai giang Hoa hoc moi truong khong khi.pdf

Bai giang Hoa hoc moi truong khong khi.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Bai giang Hoa hoc moi truong khong khi.pdf

Similar to Bai giang Hoa hoc moi truong khong khi.pdf (20)

More from Nguyen Thanh Tu Collection

More from Nguyen Thanh Tu Collection (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (15)

Bai giang Hoa hoc moi truong khong khi.pdf