Tải bản đầy đủ

Tìm hiểu về lưu huỳnh dioxit SO2

I.

Giới thiệu:
Sulfur dioxide là sản phẩm chính của quá trình đốt cháy lưu huỳnh, là một mối lo về môi
trường đáng đáng kể. Đây cũng là một trong những chất gây ô nhiễm đầu tiên gây ra mối
quan tâm rộng rãi cho con người
II.
Sulfur dioxide
1. Nguồn gốc:
Nguồn chính của SO2 là than và các nhà máy điện đốt dầu, lò nung nhà máy sản xuất axit sulfuric và
động cơ diesel. Trong những năm gần đây, các phương tiện vận chuyển được coi như là 1 nguồn thải SO2.
Nội dung S nhiên liệu (theo trọng lượng) là: than 0,2-7%, dầu 0,3-4%, xăng dầu 0. l%. Khí tự nhiên có
hàm lượng S không đáng kể và có thể xử lý được. Khí thiên nhiên không được xử lý có thể có chứa 0 đến
90% hydrogen sulfide (H2S), và chỉ có khí đốt với HS <35% mới được khai thác. Hàm lượng lưu huỳnh
của gỗ cũng rất nhỏ. Trong bầu khí quyển, SO2 được oxy hoá thành H2SO4 bởi các phản ứng hóa học
khác nhau. Những phản ứng quan trọng bao gồm các phản ứng pha khí và quá trình oxy hóa của SO2 diễn
ra trong hạt mây
2. Tác hại của sulfur dioxide:
Sulfur dioxide là một trong những chất gây ô nhiễm không khí đầu tiên gây ra mối quan tâm rộng rãi cho
con người và là một trong những khí đầu tiên đo được. Trong quá khứ, SO2 trong không khí gây nên
nhiều thảm họa ô nhiễm không khí, bao gồm cả sương mù London nổi tiếng năm 1952. Mặc dù nồng độ

SO2 đã giảm trong 40 năm qua tại các trung tâm đô thị lớn ở các nước phát triển song ở các nước đang
phát triển SO2 vẫn còn là một chất gây ô nhiễm không khí lớn. Nó có thể tự gây ra vấn đề sức khỏe lên
con người, kết hợp với khói thuốc hoặc ở dạng hơi sulfate. Hơn nữa, SO2 là một tiền chất của axit
sunfuric, là một đóng góp lớn đến mưa axít, một vấn đề môi trường toàn cầu (xem Chương 2). Nó cũng
có thể ăn mòn đá, kim loại và các vật liệu xây dựng khác, cũng như có ảnh hưởng trực tiếp thực vật. Ảnh
hưởng của SO2 ở nồng độ khác nhau được tóm tắt trong bảng 3.10. Ngày nay, nồng độ SO ở châu Âu và
các thành phố Bắc Mỹ là tương đối thấp và giá trị thông thường từ 10 đến 20 ppbv. Trong quá khứ, nồng
độ vài trăm ppbv là khá phổ biến, tuy nhiên việc áp dụng các biện pháp kiểm soát trong cuối những năm
1950 và đầu những năm 1960 đã dẫn đến giảm đáng kể nồng độ SO2. Tuy nhiên, các trung tâm đô thị của
Đông Âu, Trung Quốc và nhiều nước đang phát triển vẫn còn có mức độ SO2 cao. Ví dụ, nồng độ tối đa
hàng ngày của SO2 ở Mexico City khoảng 100-200 ppbv.

Giám sát SO2 môi trường xung quanh được tiến hành bình thường do cơ quan chính phủ tại nhiều địa
điểm đô thị. Thường xuyên giám sát nguồn phát thải SO2 cũng được yêu cầu cho các nhà máy điện năng
lượng, nhà máy lọc dầu, nhà máy luyện (Pb, Cu, Zn), nhà máy sản xuất axit sulfuric và một số nguồn
khác. Hấp thụ SO2 vào một thuốc thử rồi sau đó phân tích hóa học là một phương pháp đo lường tiêu
chuẩn đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ. Hai trong số những phương pháp đã được triển khai rộng rãi.


Trong một trong số này, SO2 được hấp thụ vào một dung dịch pha loãng của nước oxy già, sau khi xuyên
qua một bộ lọc để loại bỏ các hạt bụi: SO2 + H2O2 -> H2SO4
Nồng độ axit được xác định bởi titrating với dung dịch kiềm tiêu chuẩn. Tuy nhiên, phương pháp này là
không cụ thể và tùy thuộc vào nhiều nguyên nhân. Bất cứ thành phần khí quyển hòa tan để cung cấp cho
một axit mạnh sẽ tạo ra một phản ứng tích cực. Ngoài ra, các chất kiềm như NH sẽ trung hòa tính axit và
đưa ra một phản ứng tiêu cực. Mặc dù thiếu sót của nó, phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi trong
nhiều cuộc điều tra trước đó gồm cả điều tra ô nhiễm không khí ở Vương Quốc Anh trong các năm 1960
và 1970. Một thay thế là SO2 sẽ được hấp thụ trong H2O2 như trên và sau đó phân tích sulfate bằng sắc
ký ion. Đây không phải là bị nhiễu sóng như chỉ SO2 góp phần vào việc sulfate. Phương pháp khác liên
quan đến sự hấp thu của SO2 thành một tetrachloromercurate kali (TCM) theo giải pháp phân tích quang
phổ (phương pháp West—Gaeke). Không phương pháp nào trong số những phương pháp này có thể cung
cấp thời gian thực, đo liên tục SO2, nhưng thay vì sản xuất trung bình dài hạn trong thời gian của một
ngày hoặc vài giờ. Ngày nay, các phương pháp cổ điển phần lớn đã được thay thế bằng các công cụ có
khả năng đưa ra nhạy cảm, và cụ thể, đọc trực tiếp của SO 2. Các công cụ phổ biến nhất được dựa trên tia
cực tím,huỳnh quang. Tuy nhiên, các phương pháp West-Gaeke liên quan đến thu thập
trong TCM vẫn còn, đến ngày này đó một phương pháp tham khảo tại Mỹ.

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của SO2
Nồng độ
20-40


ảnh hưởng
Có thể ảnh hưởng đến thực vật

100-150
200
200
300
200-400
1000

Suy giảm chức năng phổi của trẻ em
Ngưỡng cảm nhận được
viêm phế quản trầm trọng
Ngưỡng mùi công nhận
tỷ lệ tử vong cao
Triệu chứng lâm sàng ngay lập tức với
bệnh nhân hen
Co thắt phế quản có hồi phục ở những
người bị suy giảm
cổ họng khó chịu
kích ứng mắt
ngay lập tức ho

1600
8000
10000
20000

III.
Phương pháp xác định sulfur dioxide:
1. Lý thuyết:
Sunfur dioxide được hấp thu trong dung dịch tetrachlormercurate (TCM) và kế tiếp bằng phân tích quang
phổ được phát triển bởi West và Gaeke (1956). Không khí được sục qua dung dịch kali
tetrachloromercurate (TCM) để tạo thành phức sulphito-mercurate ổn định :


Formaldehyde và acid tẩy trắng pararosaniline được them vào để tạo thành phức màu tím đỏ
pararosaniline methyl sulfomic, độ hấp thụ của nó được đo sau 30 phút ở bước sóng 560 nm bằng máy
quang phổ. Phương pháp này thích hợp cho nồng độ SO2 trong khoảng 10 ppbv đến 5 ppmv. Hiệu quả lấy
mẫu của phương pháp này là ≥98% ở lưu lượng đạt 15L/phút.
2. Dụng cụ.
Cho quá trình hấp thu









Impinge, 30 mL
Bơm hút khí
Lưu lượng kế kiểu phao
ống polipropilen
ống hình chữ V
phễu (thủy tinh hay nhưa polypropylene)
silic dioxide đặc (tái tạo bằng cách làm khô trong lò cho đến khi màu xanh)
Bông thủy tinh.

Cho việc phân tích
Máy quang phổ
Dung dịch hấp thu (TCM): Potassium tetrachloromercurate K 2HgCl4 0,04M, chuẩn bị bằng cách
hòa tan 10,9g HgCl2, 5,96g KCl và pha loãng thành 1 lít.
 Dung dịch pararosaniline gốc, 1%. Lấy 1,00g pararosaniline hòa tan trong nước, định mức lên
100mL
 Thuốc thử Pararosaniline. Lấy 10mL dung dịch Pararosaniline 1% cho vào 15mL HCl đặc. Pha
loãng thành trong bình định mức 250mL.
 Dung dịch Formaldehyde, HCHO, 0.2%, chuẩn bị bằng cách pha loãng 5mL dung dịch
Formaldehyde 40% thành 1000mL với nước.
 Dung dịch sulfite gốc, chuẩn bị bằng cách hòa tan 2.0g Na2SO3 trong nước đến vạch bình định
mức 1L. Nước dung để làm dung dịch này đầu tiên nên được đun sôi và làm nguội. Dung dịch
này thì không ổn định nên chuẩn độ trước khi sử dụng và ngay lập tức tiêu chuẩn hóa. Dung dịch
này chứa 2mg mL-1 của Na2SO3 hoặc 1 mg mL-1 SO2. Nồng độ thực tế được xác định bằng cách
chuẩn hóa với natri thiosulfate (ở dưới)
 Dung dịch natri sulfite làm việc. Pha loãng 1mL dung dịch chuẩn thành 100mL với nước. Dung
dịch này chứa 10µg mL-1 SO2. Tính toán chính xác nồng độ dựa trên sự tiêu chuẩn hóa của dung
dịch Na2SO3 chuẩn.
 Các chất phân tích phụ.
 Dung dịch Iodine, 0,1N
 Dung dịch Natri thiosulphate, 0,1N
 Natri bicarbonate
 Chỉ thị tinh bột
3. Lấy mẫu




Lắp hệ thống hấp thụ như sau : phễu đã lật ngược , chai Drechsel, ống chữ U với silic đặc ( thấm bông
thủy tinh có chứa silic đặc ở cả 2 đầu của ống) , lưu lượng kế kiểu phao và cái bơm , sử dụng hệ thống
ống propilen để liên kết với các thành phần khác. Chuỗi hấp thụ nên giống như trong số 3.5 , tuy nhiên
không lấy bộ phận giữ đầu lọc và giấy lọc. Hạt sunfat không khí nhỏ không ảnh hưởng với phương pháp
của West và Gaeke, và số lượng của sunfit trong hạt không khí quá thấp nên gây ra lỗi quan trọng.
Đặt 100mL thuốc thử TCM vào lọ Drechsel và liên kết với các phần khác của các chuỗi lấy mẫu dùng
ống polipropilen. Điều chỉnh lưu lượng đến 1Lmin và có không khí bao quanh mẫu thử. Bạn có thể thử
trong 24 giờ hoặc thời kì ít hơn. Có thể thử trong khoảng thời gian dài hơn nếu bạn hi vọng sự tập trung
SO2 xung quanh thấp hơn. Bọc chai Drechsel với lá nhôm để chắn ánh sáng. Mẫu thu thập từ TCM sẽ ổn
định trong thời gian dài, tuy nhiên, việc phân tích nên thực hiện và diễn ra trong một ít ngày.
Trước khi lấy mẫu thử, đánh dấu vị trí đầu tiên của dung dịch TCM trong bộ lọc. Sau khi lấy mẫu thử,
thêm nước nguyên chất để đánh dấu để bù trừ cho bất kì sự bay hơi nào của dung dịch trong suốt quá
trình lấy mẫu thử. Đo tỉ lệ chảy vào lúc đầu và cuối phân đoạn lấy mẫu thử và tính toán tỉ lệ chảy trung
bình. Dùng số liệu này cho phần tính toán.
4. Phân tích
Lấy chai Drechsel ra khỏi hệ thống hấp thụ . Rút 20mL ra khỏi dung dịch và đặt vào bình đo thể tích
50mL. Thêm 5mL 0.2% formaldehyde và 5mL thuốc thử pararosaniline. Đánh dấu và để màu sắc tự lên
trong 30 phút. Đo độ hấp thụ ở 560 nm trong một ngăn 1 cm có nước nguyên chất trong ô quy chiếu.
Chuẩn bị cho việc kiểm tra cỡ trước khi chia độ bằng ước số ống hút của dung dịch Natri sulfite chứa từ
1 đến 30 pg S02 vào bình đo thể tích 50 mL chứa đựng 20 mL dung dịch tetrachloromercurate và cũng
chuẩn bị khoảng trống chứa 20 mL dung dịch tetrachloromercurate mà không thêm bất cứ Natri sulfite
nào. Thêm vào mỗi bình 5 mL formaldehyte và 5 mL pararosaniline thuốc thử và đánh dấu với nước.
Cho phép để trong 30 phút và đo khả năng hút tại 560 nm. Chuẩn bị thước cong để kiểm tra cỡ trước khi
chia độ chống lại pg của SO2 ( bạn sẽ cần biểu diễn số lượng của Na2SO3 trong hệ thống như SO2). Đọc


khả năng hút của mẫu và tính toạn sự cô của S02 trong không khí ở điều kiện pgm-3 và thể tích trộn lẫn
tỉ lệ ( ppmv hoặc ppbv).
SO2(µgm-3)
M là nơi tập trung đa số SO2 trong pg đọc từ biểu đồ đo nhiệt , V1 là thể tích của dung dịch hấp thụ được
dùng trong mẫu( 100 mL trong trường hợp trên ) , V2 là thể tích của dung dịch hấp thụ được phân tích (20
mL trong trường hợp trê) và V là thể tích của không khí đươc làm mẫu đo bằng lit :
V= thời gian đo mẫu ( phút) x lưu lượng (Lmin)

 Phương pháp tiêu chuẩn lưu trữ Sodium Sulfite
Cho 25 ml dung dịch natri tiêu chuẩn dung dịch thử và thêm vào 50 ml dung dịch iod 0,1 N trong một
bình erlen. Thêm khoảng 2g natri bicarbonate. I-ốt ôxi hóa sulfite để sulfate như sau:
Na2S03 + I2 + H20 - + Na2S04 + 2HI
Lắc bình và iốt vượt quá chuẩn độ bằng 0,1 N dung dịch natri thiosunfat. Phản ứng chuẩn độ là:
I2 + 2s20: - + 21 - + S40: Khi thay đổi màu nâu ban đầu cho một màu vàng nhạt, thêm một vài giọt dung dịch tinh bột để cung cấp
cho một màu xanh sâu. Tiếp tục chuẩn độ cho đến khi màu xanh biến mất và ghi lại lượng natri thiosunfat
tiêu thụ. Lặp lại chuẩn độ hai lần và có khối lượng trung bình. Trọng lượng khan Na 2SO3 hiện diện trong
25 ml, mẫu dung dịch được cho bởi:
Trọng lượng Na2SO3 = 126 (50 - v) / 20 000 g
trong đó Y là khối lượng (ml) của dung dịch 0,1 N Na2S203 cần thiết để chuẩn độ iốt dư thừa.
Ghi chú
1. Nếu mẫu được thu thập mới, không phân tích trong vòng 20p để ozone phân huỷ. SO2 hấp thụ trong
dung dịch TCM là ổn định cho đến 1 tháng nếu được lưu trữ trong tủ lạnh ở 4 "C. Vì vậy, bạn có thể tiến
hành một cuộc khảo sát lấy mẫu rộng rãi đầu tiên và phân tích các mẫu được lưu trữ trong một lần vào
một ngày sau đó.
2. Bạn có thể sử dụng lưu lượng mẫu lên đến 15 L/phút mà không mất mát đáng kể hiệu quả. Bạn có thể
phải thử nghiệm để xác định thời gian lấy mẫu tối ưu và tốc độ dòng chảy để có được dung dịch nước đó
nằm trong phạm vi của đường cong hiệu chuẩn.
3. Nồng độ NO2 vượt quá 2 ppmv có thể gây nhạt màu. Phương pháp không đạt hiểu quả cao trong môi
trường không khí xung quanh có nồng độ NO2 cao như vậy. Trong trường hợp lấy mẫ ở nơi có chứa hàm
lượng cao NO2 (như trong việc lấy mẫu của khí công nghiệp), bạn có thể thay đổi thuốc thử TCM. Cân
0,6 g axit Sulfamic và pha loãng 1 lít với thuốc thử TCM.
Sử dụng để thu thập mẫu, để chuẩn bị các tiêu chuẩn hiệu chuẩn và trắng tinh khiết. Mẫu nên được phân
tích trong vòng 48 giờ của bộ sưu tập.


4. Nếu mẫu của bạn nồng độ cao và đưa ra một phản ứng bên ngoài phạm vi của đường cong hiệu chuẩn,
bạn có thể phân tích ít hơn 20 ml dung dịch mẫu.
5. có thể sử dụng impinger nhỏ để lấy mẫu không khi với tốc độ dòng chảy là 1L/phút. Trong trường hợp
này, sử dụng 10 hoặc 20mL dung dịch TCM trong impinger. Đánh dấu phần nước thêm vào sau khi lấy
mẫu bù vào khoảng giảm của thuốc thử sau khi lấy mẫu. Sử dụng tất cả 20mL để phân tích cho SO2 hấp
thụ bằng cách làm theo các giai đoạn tương tự như ở trên. Trong trường hợp này các yếu tố Vl/V2 = 1
trong phương trình trên.
6. 1 phương pháp khác liên quan tới việc hấp thụ không khi xung quanh trong 1 thể tích H 2O2, chuẩn bị
bằng cách pha loãng 10 ml 100 vol H202 (30%) trong 1 lít nước, bên trong một chai Drechsel hoặc
impinger SO2 được chuyển thành SO $ - mà sau đó có thể được phân tích bằng sắc ký ion, sử dụng
phương pháp mô tả cho các anion trong nước mưa (mục 2.4.6). sử dụng một bộ lọc trước thượng nguồn
của bọt xà bông để loại bỏ SO: hiện đang bị cách ly với không khí. 1 bộ lọc Whatman 41(47mm) có thể
được sử dụng. Ngoài ra, bạn sẽ cần phải làm nóng đựng bộ lọc và lấy mẫu dòng thượng nguồn của chủ sở
hữu bộ lọc để ngăn chặn thiệt hại của SO2 bằng cách ngưng tụ trong đường dây, lắp ráp bộ lọc. Bạn có
thể làm điều này bằng cách hướng không khí nóng từ máy sấy tóc vào lắp ráp bộ lọc.
7. khối lượng của mẫu không khí nên được chuyển đổi sang điều kiện tiêu chuẩn trước khi tính toán nồng
độ khí. Đối với những áp lực, không khí tiêu chuẩn (tôi atm = 760 mmHg = 101,3 kPa) luôn được sử
dụng, giá trị 0,20 và 25 "C có được tất cả sử dụng. kết quả báo cáo ở ở 25 "C thường được sử dụng. Để
chuyển đổi khối lượng lấy mẫu đến 25 "C và 760mmHg, sử dụng phương trình sau đây:
298,15 x VX P
760 x T
v = nơi Vs là khối lượng không khí ở 25 ° C và 760mmHg, V là thể tích đo được, P là áp suất khí quyển
trung bình trong mmHg và T là nhiệt độ trung bình của không khí trong K.
Trả lời câu hỏi:
1. Sử dụng công thức:
SO2(µgm-3)
Trong đó: M là nơi tập trung đa số SO2 trong pg đọc từ biểu đồ đo nhiệt , V1 là thể tích
của dung dịch hấp thụ được dùng trong mẫu( 100 mL trong trường hợp trên ) , V2 là thể tích của
dung dịch hấp thụ được phân tích (20 mL trong trường hợp trê) và V là thể tích của không khí
đươc làm mẫu đo bằng lit
Hay g/m3 x 24,45 = ppb x MSO2  ppb =
2. So sánh kết quả đo
3. Nguồn chính gây ô nhiễm SO2 trong khu vực và làm thế nào để cắt giảm chúng


Nguồn: do hoạt động giao thông, hoạt động của các xí nghiệp trong địa bàn thành phố, các hoạt
động khác như nung nấu thạch cao….
Cách cắt giảm: xây dựng hệ thống xử lí khí thải khu công nghiệp, trồng cây xanh tại các khu vực
có mật độ giao thông cao, xử lí triệt để đối với các loại phương tiện giao thông cũ, không đạt tiêu
chuẫn xả thải….
4. Các hậu quả về môi trường của SO2
- Gây ra các thảm hoạ về ô nhiễm không khí như sương mù ở Luân Đôn 1952
- Là nguyên nhân gây ra các cơn mưa acid – một vấn đề toàn cầu
- Tiếp xúc lâu dài dẫn đến các bệnh về hô hấp và phổi
5. So sánh phương pháp West – Gaeke và phương pháp H2O2:
Giống: cả 2 phương pháp không cho giá trị của từng thời điểm mà cho giá trị SO 2 trung bình sau 1
thời gian hấp thụ
Khác:
Phương pháp West – Gaeke
Sử dụng phương pháp phân tích quang phổ đề
phân tích mẫu

Phương pháp H2O2
Sử dụng sắc kí ion với đầu dò dưới dạng ion
sulfate hoặc phương pháp chuẩn độ để phân
tích nồng độ mẫu

6. Một số phương pháp khác để phân tích mẫu trong phương pháp hấp thụ H 2O2:

Khí sau khi đi qua bình đựng dung dịch H 2O2, thêm isopropanol, điều chỉnh lại pH
bằng dd HCl loãng. Sau đó chuẩn độ bằng dung dịch Ba(ClO 4)2 0,01M và thuốc
thử Thorin.
Hấp thụ SO2 vào dung dịch H2O2 0,3N, chuẩn độ bằng dung dịch bromocresol
xanh và thuốc thử methyl cam.
7. Phương pháp H2O2 phải có bộ lọc filter teflon, sợi thuỷ tinh nhằm loại bỏ ion sulfate có trong bụi
8. 40ppbv SO2 khối lượng/ thể tích ở 1atm 300C
Ta có Cppbv = (Cµg/m3 x 24,47)/64
Suy ra : Cµg/m3 = ( 40 x 64)/24,47 = 104,62 (µg/m3)

9.

SO2 hòa tan trong các đám mây nước tạo ra các ion bisulfite (HSO 3-), tiếp tục
được oxy hóa thành bisulfate bởi oxy già (H2O2):
HSO3- + H2O2 HSO4- + H2O
Tính toán tốc độ của phản ứng này ra mol L-1 min-1, cho rằng tốc độ phản ứng bậc
2 không đổi K = 1,05.103 L mol-1s-1 . Giả sử rằng nồng độ của H2O2 trong pha khí
là 2ppbv, độ PH của các đám mây nước là 4,6 và nồng độ khí SO2 là 20ppbv. Định
luật Henry cho H2O2, KH =1,09.105 mol L-1 atm-1 và cho SO2: KH = 1,24 mol L-1
atm-1 và K1 = 1,74.10-2 mol L-1.




Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×