[科普中國]-氮氧化物

簡介

氮氧化物指1的是只由氮、氧兩種元素組成的化合物。常見的氮氧化物有一氧化氮（NO，無色）、二氧化氮（NO2，紅棕色）、一氧化二氮（N2O）、五氧化二氮（N2O5）1等，其中除五氧化二氮常態(tài)下呈固體外，其他氮氧化物常態(tài)下都呈氣態(tài)。作為空氣污染物的氮氧化物（NOx）常指NO和NO2。1

氮氧化物(NOx)種類很多，常見的包括一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮 (NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)， 另外還有一氧化氮二聚體（N?O?）、疊氮化亞硝酰（N?O）、三氧化氮（NO?），但主要是NO和NO2，它們是常見的大氣污染物。另外三硝基胺（N(NO2)3）也是僅由氮、氧元素組成的化合物，但不是嚴(yán)格意義上的氧化物。

N2O3和N2O5都是酸性氧化物，N2O3的對應(yīng)酸是亞硝酸（HNO2），N2O3是亞硝酸的酸酐；N2O5的對應(yīng)酸是硝酸，N2O5是硝酸的酸酐。NO、N2O、N2O4和NO2都不是酸性氧化物。

天然排放的NOx,主要來自土壤和海洋中有機(jī)物的分解，屬于自然界的氮循環(huán)過程。 人為活動排放的NO，大部分來自化石燃料的燃燒過程，如汽車、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)及工業(yè)窯爐的燃燒過程；也來自生產(chǎn)、使用硝酸的過程，如氮肥廠、有機(jī)中間體廠、有色及黑色金屬冶煉廠等。據(jù)80年2代初估計，全世界每年由于人類活動向大氣排放的NOx約5300萬噸。NOx對環(huán)境的損害作用極大，它既是形成酸雨的主要物質(zhì)之一，也是形成大氣中光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)和消耗O3的一個重要因子。

在高溫燃燒條件下，NOx主要以NO的形式存在，最初排放的NOx中NO約占95%。 但是，NO在大氣中極易與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，生成NO2，故大氣中NOx普遍以NO2的形式存在?？諝庵械腘O和NO2通過光化學(xué)反應(yīng)，相互轉(zhuǎn)化而達(dá)到平衡。在溫度較大或有云霧存在時，NO2進(jìn)一步與水分子作用形成酸雨中的第二重要酸分——硝酸(HNO3）。在有催化劑存在時，如加上合適的氣象條件，N02轉(zhuǎn)變成硝酸的速度加快。特別是當(dāng)NO2與SO2同時存在時，可以相互催化，形成硝酸的速度更快。

此外，NOx還可以因飛行器在平流層中排放廢氣，逐漸積累，而使其濃度增大。NOx再與平流層內(nèi)的O3發(fā)生反應(yīng)生成NO與O2，NO與O3進(jìn)一步反應(yīng)生成NO2和O2，從而打破O3平衡，使O3濃度降低，導(dǎo)致O3層的耗損。

理化性質(zhì)除五氧化二氮為固體外, 其余均為氣體。分子式NOx。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(gòu)成一種平衡態(tài)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(diǎn): 五氧化二氮為30℃，其余均為零下。均微溶于水, 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(qiáng)氧化作用, 其余有不同程度氧化性,特別是五氧化二氮，在-10℃以上分解放出氧氣和笑氣。氮氧化物系非可燃性物質(zhì),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(zhì)能引起爆炸。

侵入途徑主要經(jīng)呼吸道吸入。

毒理學(xué)簡介

氮氧化物中氧化亞氮(笑氣)作為吸入麻醉劑,不以工業(yè)毒物論;余者除二氧化氮外, 遇光、濕或熱可產(chǎn)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(jié)合引起高鐵血紅蛋白血癥。人吸入二氧化氮1分鐘的MLC為200ppm。

臨床表現(xiàn)急性中毒 : 吸入氣體當(dāng)時可無明顯癥狀或有眼及上呼吸道刺激癥狀,如咽部不適、干咳等。常經(jīng)6～7小時潛伏期后出現(xiàn)遲發(fā)性肺水腫、成人呼吸窘迫綜合征?？刹l(fā)氣胸及縱膈氣腫。肺水腫消退后2 周左右出現(xiàn)遲發(fā)性陰塞性細(xì)支 氣管炎 而發(fā)生咳嗽、進(jìn)行性胸悶、呼吸窘迫及紫紺。少數(shù)患者在吸入氣體后無明顯中毒癥狀而在 2周后發(fā)生以上病變。 血?dú)夥治鍪緞用}血氧分壓降低。胸部X 線片呈肺水腫的表現(xiàn)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癥。

處理

急性中毒后應(yīng)迅速脫離現(xiàn)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?dú)夥治?。對癥、支持治療。積極防治肺水腫, 給予合理氧療; 保持呼吸道通暢,應(yīng)用支氣管解痙劑, 肺水腫發(fā)生時給去泡沫劑如消泡凈, 必要時作氣管切開、機(jī)械通氣等; 早期、適量、短程應(yīng)用糖皮質(zhì)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(zhuǎn)后即減量, 大劑量應(yīng)用一般不超過3～5日,重癥者為預(yù)防阻塞性細(xì)支氣管炎，可酌情延長小劑量應(yīng)用的時間;短期內(nèi)限制液體入量。合理應(yīng)用抗生素。脫水劑及嗎啡應(yīng)慎用。強(qiáng)心劑應(yīng)減量應(yīng)用。出現(xiàn)高鐵血紅蛋白血癥時可用1%亞甲藍(lán)5～10ml緩慢靜注。對癥處理。

分類一氧化氮 (NO)為無色氣體，分子量30.01，熔點(diǎn)-163.6℃，沸點(diǎn)-151.5℃，蒸氣壓101.3lkPa(-151.7℃)。溶于乙醇、二硫化碳，微溶于水和硫酸，水中溶解度4.7% (20℃)。性質(zhì)不穩(wěn)定，在空氣中易氧化成二氧化氮 (2NO+O2→2NO2)。一氧化氮結(jié)合血紅蛋白的能力比一氧化碳還強(qiáng)，更容易造成人體缺氧。不過，人們也發(fā)現(xiàn)了它在生物學(xué)方面的獨(dú)特作用。一氧化氮分子作為一種傳遞神經(jīng)信息的 信使分子 ，在使血管擴(kuò)張，免疫，增強(qiáng)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(diǎn)-11.2℃，沸點(diǎn) 21.2℃，蒸氣壓101.3lkPa(2l℃)，溶于堿、二硫化碳和氯仿，微溶于水。性質(zhì)較穩(wěn)定。二氧化氮溶于水時生成硝酸和一氧化氮。工業(yè)上利用這一原理制取硝酸。二氧化氮能使多種織物褪色，損壞多種織物和尼龍制品，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(huán)境學(xué)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于天然源，但城市大氣中的氮氧化物大多來自于燃料燃燒，即人為源，如汽車等流動源，工業(yè)窯爐等固定源。

據(jù)計算，各種燃料燃燒產(chǎn)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(dāng)高。在非采暖期，北京市一半以上的氮氧化物來自機(jī)動車排放。

氮氧化物與空氣中的水結(jié)合最終會轉(zhuǎn)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(chǎn)生光化學(xué)煙霧污染。

北京市從防止機(jī)動車尾氣污染入手，防治措施有強(qiáng)制安裝機(jī)外凈化器；嚴(yán)格控制新車污染；推廣使用清潔燃料等等。

室內(nèi)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(huán)保規(guī)劃”中，氮氧化物將成為繼二氧化硫之后的實行總量控制的污染物。對于總量控制消減主要來源于電廠的煙氣脫硝、燃煤鍋爐的煙氣脫硝、機(jī)動車尾氣治理等方面。對于氮氧化物的嚴(yán)格控制標(biāo)志著中國已經(jīng)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。

計算方法1 對于抽取采樣法（含稀釋法和完全抽取法），如果分析儀中已經(jīng)內(nèi)置了NO2轉(zhuǎn)換器，此時，NOx濃度值即為煙氣中NO和NO2濃度的之和，NOx(mg/m3)=NOx（ppm）*2.054。

2 如果分析儀中沒有內(nèi)置NO2轉(zhuǎn)換器，則NOx濃度輸出即為煙氣中NO濃度，此時，需要用換算系數(shù)將NO濃度值修正為NOx（設(shè)定換算系數(shù)的依據(jù)是NO2含量一般不超過NO含量5%）：

(1)采取脫硫措施的燃煤、燃油鍋爐排放氮氧化物含量計算:

NOx=NO(mg/m3)*1.53

(2)采取干法除塵的其他燃煤、燃油鍋爐或燃?xì)忮仩t排放氮氧化物計算

NOx=NO(mg/m3)*1.53/0.95

性質(zhì)主要包括一氧化氮、二氧化氮和硝酸霧，以二氧化氮為主。一氧化氮是無色、無刺激氣味的不活潑氣體，可被氧化成二氧化氮。二氧化氮是棕紅色有刺激性臭味的氣體。

五氧化二氮為硝酸的酸酐，與水化合形成硝酸。

三氧化氮不穩(wěn)定，是五氧化二氮?dú)庀喾纸獾闹虚g產(chǎn)物，存在時間很短。

危害氮氧化物可刺激肺部，使人較難抵抗感冒之類的呼吸系統(tǒng)疾病，呼吸系統(tǒng)有問題的人士如哮喘病患者，會較易受二氧化氮影響。對兒童來說，氮氧化物可能會造成肺部發(fā)育受損。研究指出長期吸入氮氧化物可能會導(dǎo)致肺部構(gòu)造改變，但仍未可確定導(dǎo)致這種后果的氮氧化物含量及吸入氣體時間。

以一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的一個重要原因.汽車尾氣中的氮氧化物與碳?xì)浠衔锝?jīng)紫外線照射發(fā)生反應(yīng)形成的有毒煙霧,稱為光化學(xué)煙霧.光化學(xué)煙霧具有特殊氣味,刺激眼睛,傷害植物,并能使大氣能見度降低.另外,氮氧化物與空氣中的水反應(yīng)生成的硝酸和亞硝酸是酸雨的成分.大氣中的氮氧化物主要源于化石燃料的燃燒和植物體的焚燒,以及農(nóng)田土壤和動物排泄物中含氮化合物的轉(zhuǎn)化.

處理方法工業(yè)中主要使用還原劑（氨氣、尿素、烷烴等）與氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(yīng)后生成氮?dú)馀c水，從而達(dá)到無污染排放。主要應(yīng)用到取暖，供電等等行業(yè)。但在輪船等行業(yè)中，氮氧化物控制實施難度更大一些（主要是氨氣制造比較困難而攜帶氨氣罐又比較危險），但目前也有一些應(yīng)用業(yè)績。3

我國的排放現(xiàn)狀1、近年來，我國能源相關(guān)部門的氮氧化物排放量快速上升，2000年全國氮氧化物排放量為12.1X106t，到2005年增加到19.1X106t，年均增長10%。

2、如果不采取進(jìn)一步的減排措施，隨著國美經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口增長和城市化進(jìn)程的加快，未來我國的氮氧化物排放量將繼續(xù)增長，按照目前的發(fā)展趨勢，到2030年排放量將達(dá)到35.4X106t，勢必造成嚴(yán)重的環(huán)境影響，因此，必須切實加強(qiáng)氮氧化物排放控制。

3、由于氮氧化物排放來源廣泛，只有同時實行節(jié)能政策和排放控制，一方面實施清潔能源政策，另一方面加強(qiáng)電廠、工業(yè)和交通等重點(diǎn)領(lǐng)域的氮氧化物排放端控制，才能有效降低2030年全國氮氧化物排放水平。

4、我國氮氧化物排放量大，來源復(fù)雜，已經(jīng)引起了酸沉降、細(xì)粒子、臭氧等環(huán)境問題，必須進(jìn)一步加強(qiáng)氮氧化物與污染狀況分析、法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)制定等方面的研究。4