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氮氧化物

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氮氧化物指的是隻由氮、氧兩種元素組成的化合物,包括多種化合物,如一氧化二氮(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)等。除一氧化二氮 [1]  及二氧化氮以外,其他氮氧化物均不穩定,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。
中文名
氮氧化物
外文名
nitrogen oxides
水溶性
除一氧化氮外均可溶於水
外    觀
常温下五氧化二氮為白色固體,三氧化二氮、二氧化氮為紅棕色氣體,低温下三氧化二氮為藍色液體或固體,其餘為無色
危險性描述
有不同程度的毒性

氮氧化物主要種類

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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)等,其中除五氧化二氮常態下呈固體外,其他氮氧化物常態下都呈氣態。作為空氣污染物的氮氧化物(NOx)常指NO和NO2
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(N₂O₂)、疊氮化亞硝酰(N4O)、三氧化氮(NO₃),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,但不是嚴格意義上的氧化物。
N2O3和N2O5都是酸性氧化物,N2O3的對應酸是亞硝酸(HNO2),N2O3是亞硝酸的酸酐;N2O5的對應酸是硝酸,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物的分解,屬於自然界的氮循環過程。 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、內燃機及工業窯爐的燃燒過程;也來自生產、使用硝酸的過程,如氮肥廠、有機中間體廠、有色及黑色金屬冶煉廠等。據80年代初估計,全世界每年由於人類活動向大氣排放的NOx約5300萬噸。NOx對環境的損害作用極大,它既是形成酸雨的主要物質之一,也是形成大氣中光化學煙霧的重要物質和消耗O3的一個重要因子。
在高温燃燒條件下,NOx主要以NO的形式存在,最初排放的NOx中NO約佔95%。 但是,NO在大氣中極易與空氣中的氧發生反應,生成NO2,故大氣中NOx普遍以NO2的形式存在。空氣中的NO和NO2通過光化學反應,相互轉化而達到平衡。在温度較大或有云霧存在時,NO2進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轉變成硝酸的速度加快。特別是當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再與平流層內的O3發生反應生成NO與O2,NO與O3進一步反應生成NO2和O2,從而打破O3平衡,使O3濃度降低,導致O3層的耗損。

氮氧化物理化性質

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五氧化二氮 五氧化二氮
除五氧化二氮為固體外, 其餘均為氣體。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)。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笑氣。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温或可燃性物質能引起爆炸。

氮氧化物侵入途徑

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主要經呼吸道吸入。

氮氧化物毒理學

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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。餘者除二氧化氮外,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癥。人吸入二氧化氮1分鐘的MLC為200ppm。

氮氧化物臨牀表現

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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。可併發氣胸及縱膈氣腫。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周後發生以上病變。 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:急性中毒後應迅速脱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,應用支氣管解痙劑,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、短程應用糖皮質激素,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,大劑量應用一般不超過3~5日,重症者為預防阻塞性細支氣管炎,可酌情延長小劑量應用的時間;短期內限制液體入量。合理應用抗生素。脱水劑及嗎啡應慎用。強心劑應減量應用。出現高鐵血紅蛋白血癥時可用1%亞甲藍5~10mL緩慢靜注。對症處理。

氮氧化物大氣污染問題

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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,隨着降水和降塵從空氣中去除。硝酸是酸雨的原因之一;它與其他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脱硝、燃煤鍋爐的煙氣脱硝、機動車尾氣治理等方面。對於氮氧化物的嚴格控制標誌着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。

氮氧化物性質

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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。
三氧化氮不穩定,是五氧化二氮氣相分解的中間產物,存在時間很短。

氮氧化物危害

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氮氧化物可刺激肺部,使人較難抵抗感冒之類的呼吸系統疾病,呼吸系統有問題的人士如哮喘病患者,會較易受二氧化氮影響。對兒童來説,氮氧化物可能會造成肺部發育受損。研究指出長期吸入氮氧化物可能會導致肺部構造改變,但仍未可確定導致這種後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煙霧和酸雨的一個重要原因。汽車尾氣中的氮氧化物與碳氫化合物經紫外線照射發生反應形成的有毒煙霧,稱為光化學煙霧。光化學煙霧具有特殊氣味,刺激眼睛,傷害植物,並能使大氣能見度降低。另外,氮氧化物與空氣中的水反應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於化石燃料的燃燒和植物體的焚燒,以及農田土壤和動物排泄物中含氮化合物的轉化。

氮氧化物處理方法

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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。主要應用到取暖,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),但目前也有一些應用業績。 [2] 
參考資料
  • 1.    馬世昌. 化學物質辭典[M]. 1999
  • 2.    火電廠煙氣脱硝工程技術規範選擇性催化還原法__HJ_562-2010