NOx

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Мапа світу із відображенням розповсюдження оксиду NO2 в атмосфері (2011)

NOx (укр. ен-о-ікс, англ. nox) — загальне позначення для оксидів азоту NO та NO2 в контексті їхньої ролі як забруднювачів атмосфери.

Основним компонентом NOx є оксид NO, який згодом окиснюється до NO2. У великих концентрація суміш газів має жовтувато-коричневий колір (це добре спостерігається у містах, що потерпають від смогу), оскільки поглинає видиме випромінювання в діапазоні поблизу 400 нм.

Фотохімічні перетворення оксидів NOx в атмосфері призводять до появи фотохімічного смогу.

Утворення[ред.ред. код]

Оксиди NOx утворюються за трьома основними шляхами при високотемпературному спалювання палива на повітрі.

Термальний механізм[ред.ред. код]

NO є продуктом спалювання атмосферного азоту у полум'ї при високих температурах (термальний NO):

Сумарна взаємодія:

Що вищою є температура полум'я, то більше оксиду утворюється.

Швидкий механізм[ред.ред. код]

Згідно «швидкого» механізму утворення, паливо внаслідок піролізу утворює вуглеводневі радикали (наприклад, CH), котрі взаємодіють із азотом і окиснюються у полум'ї до NOx та інших часток:

Частина утвореного «швидкого» NO згодом окиснюється до NO2 під дією пероксидного радикалу:

Аналогічно можуть протікати і реакції руйнування NO2:

Також відомі наукові роботи, в яких описується інакший механізм взаємодії вуглеводневого радикалу з азотом:[1]

Паливний механізм[ред.ред. код]

Деяка частина NO утворюється при окисненні нітрогеновмісних компонентів палива (так званий паливний NO). У природному газі та багатьох промислових паливах вміст нітрогену малий, тому і викиди NOx у них не є значними. А от більш поширені рідкі вуглеводневі палива містять близько 0,01—0,5% нітрогену і при спалюванні можуть вносити від 20 до 80% від загальних обсягів NOx після згоряння.

Реакції в атмосфері[ред.ред. код]

При надходженні до атмосфери, NO градієнтно окиснюється до NO2 (від кількох хвилин до годин, в залежності від концентрації присутніх забруднювачів). Окиснення відбувається при взаємодії з озоном або пероксидним радикалом:

Проте NO2 є нестійким до ультрафіолетового випромінювання (A-типу) — під його дією відбувається зворотня реакція розкладання:

Саме через це концентрація NO2 сягає свого максимуму вранці і поступово зменшується протягом сонячного дня.

Оксиди NOx беруть участь в утворенні компонентів фотохімічного смогу — озону та нітратної кислоти:

  • суміш оксиду NO і летких органічних сполук (ЛОС) фотохімічно окиснюється киснем до суміші O3, HNO3 та інших органічних речовин;
  • атомарний оксиген, отриманий розкладанням NO2 під дією світла, сполучається з киснем:
  • нітратна кислота утворюється внаслідок взаємодії оксиду NO2 із гідроксидним радикалом:

Зменшення викидів[ред.ред. код]

Обсяги викидів NOx країнами Євросоюзу за сферою діяльності (2011)[2]
Сфера Обсяг викидів, кт Внесок, %
Сільське господарство 184 871 1,80
Комерція і побут 1 309 461 12,80
Виробництво і передача енергії 2 298 969 22,50
Використання енергії у промисловості 1 289 151 12,60
Промислові процеси 242 783 2,40
Дорожній транспорт 4 142 743 40,50
Інший транспорт 751 399 7,30
Відходи 12 404 0,10

У процесах, де проводиться спалювання різних видів палива, чи на азотних виробництвах застосовують очисні системи, котрі дозволяють знизити обсяги викидів NOx.

Селективне каталітичне відновлення[ред.ред. код]

Селективне каталітичне відновлення (англ. selective catalytic reduction, SCR) засноване на реакції відновлення оксидів NOx амоніаком до азоту і води:

Реакції проходять на поверхні каталізатору за температури вище 232 °C і в надлишку кисню. До найбільш поширених каталізаторів відносяться оксид V2O5, нанесений на поверхню TiO2 (ефективна температура 300—450 °C), молекулярні цеоліти (300—600 °C), а також дорогоцінні метали (200—300 °C), які однак застосовуються досить рідко через велику ймовірність їхнього отруєння.

Неселективне каталітичне відновлення[ред.ред. код]

Неселективне каталітичне відновлення (англ. non-selective catalytic reduction, NSCR) проводиться за участі водню, вуглеводнів, монооксиду вуглецю в умовах недостатньої кількості кисню. У присутності каталізатора оксиди NOx відновлюються CO до азоту і CO2. Як каталізатор найчастіше застосовують суміш родію і платини, також використовуються матеріали на основі паладію. Температурний режим відновлення — 350—800 °C, із найбільш ефективним проміжком 426—650 °C.

Зазвичай ступінь перетворення NOx складає близько 80—95%. До основних проблем цього методу відносять отруєння каталізаторів домішками нафтопродуктами, як-от цинку та фосфору, і слабкорегульовану систему контролю процесу.

Системи такого типу, так звані каталітичні конвертери, встановлюються автовиробниками у випускні системи транспортних засобів попереду глушника. Використовуючи поверхню, модифіковану паладієм та родієм, конвертер розкладає утворені оксиди азоту до простих речовин із використанням залишків неповного згоряння палива (CO, H2).

Примітки[ред.ред. код]

  1. Moskaleva L. V. The spin-conserved reaction CH+N2→H+NCN: A major pathway to prompt no studied by quantum/statistical theory calculations and kinetic modeling of rate constant / Lin, M. C. // Proceedings of the Combustion Institute. — 2000. — Т. 28, № 2. — С. 2393—2401. — DOI:doi:10.1016/S0082-0784(00)80652-9. (англ.)
  2. How do different sectors and processes contribute to emissions of NOx?. eea.europa.eu. European Environment Agency. 29 січня 2014 (оновлено 24 лютого 2015). Процитовано 28 червня 2015.  (англ.)

Джерела[ред.ред. код]