아니요x

NOx
이 기사는 연소 중에 생성되는 질소산화물에 대한 것입니다.질소산화물의 보다 광범위한 목록은 질소산화물을 참조하십시오."녹스"의 다른 뜻은 녹스를 참조하십시오.

대기 화학에서,.mw-parser-output .template-chem2-su{디스플레이:inline-block, font-size:80%;line-height:1;vertical-align:-0.35em}.mw-parser-output .template-chem2-su>, span{디스플레이:블록}.mw-parser-output sub.template-chem2-sub{:80%;vertical-align:-0.35em font-size}.mw-parser-output sup.template-chem2-sup{.Font-size:80%;vertical-align:가장 공기 오염을, 즉 일산화 질소(NO)와 이산화 질소(이산화 질소)과 관련된 질소 산화물 0.65em}질소 산화물 있다.[1][2]이러한 가스는 대류권 오존에 영향을 미칠 뿐만 아니라 스모그와 산성비의 형성에 기여합니다.

일반적으로x 공기 중에 탄화수소와 같은 연료가 연소되는 동안 질소와 산소 간의 반응에서 가스가 생성되지 않습니다. 특히 자동차 [1][2][3]엔진에서와 같은 고온에서는 더욱 그렇습니다.대도시와 같이 자동차 교통량이 많은 지역에서는 배출되는 질소산화물이 대기 오염의 중요한 원인이 될 수 있습니다.어떤x 가스도 번개에 의해 자연적으로 생성되지 않는다.

NO라는 용어는x 하나의 질소와 하나 이상의 산소 원자를 포함하는 분자의 화학 약어이다.아산화질소는 로켓과 자동차[5] 엔진의 산화제, 마취제, 에어로졸 스프레이와 휘핑크림의 추진제로 많이 사용되는 꽤 불활성 질소 산화물이지만 일반적으로 아산화질소([4]NO)[1]를2 포함한다.아산화질소는 오존층에 [6]큰 영향을 미칠 수 있지만 대기 오염에는 거의 아무런 역할을 하지 않으며 온실 가스이다.

NO는y 질산, 아질산(HONO), 오산화수소(NO25), 질산(PAN), 질산알킬(RONO2), 질산알킬(RONO2), 질산알킬(NO), 질산알칼(NO3), 질산알칼([7][8]: 30 NO) 및 질산(NO)을4 포함한 NO의x 산화에 의해z 생성되는 NO화합물의 합으로x 정의된다.

형성 및 반응

에너지 제한으로 인해 산소와 질소는 주변 온도에서 반응하지 않습니다.그러나 고온에서는 다양한 질소산화물을 생성하는 흡열반응을 일으킨다.이러한 온도는 내연기관 또는 발전소 보일러 내부에서 공기와 연료의 혼합물이 연소되는 동안 발생하며, 자연스럽게 번개 빛으로 발생합니다.

대기 화학에서 NO라는 용어는x 성층권과 대류권에서 [8]두 종 사이의 전환이 빠르기 때문에 NO와2 NO의 총 농도를 나타낸다.낮 시간 동안 이러한 농도와 오존의 농도는 정상 상태이며, 일명 광정지 상태(PSS)라고도 한다. NO 대 NO의2 비율은 햇빛의 강도(NO 대 NO로 변환2)와 오존 농도(NO와 반응하여 다시 NO를 형성함2)에 의해 결정된다.

즉, 대기 중의 오존 농도는 이들 두 종의 비율에 따라 결정된다.

[9]

(1)

(2)

(3)

(4)

이 NO와 오존의 관계는x 레이튼 관계라고도 한다.

NO와 오존 사이에서x 정상 상태에 도달하는 데 필요한 시간 δ는 반응 (3)에 의해 지배되며, 반응 (3)은 반응 (1)+(2)을 반전시킨다.

(5)

NO 혼합비 [NO] = 10ppb의 경우, 시간 상수는 40분이고 [NO] = 1ppb, 4분이다.[10]: 211

스모그 발생

NO와 휘발성 유기화합물(VOCs)이 햇빛에 반응할 때, 그것들은x 대기 오염의 중요한 형태인 광화학 스모그를 형성합니다.광화학 스모그의 존재는 입사한 태양 복사가 더 높은 여름 동안 증가한다.산업 활동 및 운송에서 배출된 탄화수소는 NO와 빠르게x 반응하며 오존 및 과산화물, 특히 과산화물(PAN)[11]의 농도를 증가시킨다.

어린이, 천식과 같은 폐질환이 있는 사람들, 그리고 밖에서 일하거나 운동하는 사람들은 특히 폐조직의 손상과 폐 [12]기능의 저하와 같은 스모그의 부작용에 취약하다.

질산 및 산성비의 생성

NO는2 낮 동안 OH와 반응하여 기체상에서 더욱 산화됩니다.

NO2 + OH (+M) → HNO3 (+M)

여기서 M은 부가 생성물을 안정시키는 데 필요한 세 번째 분자를 의미한다.질산(HNO3)은 에어로졸 입자 또는 구름 방울의 액체 물에 매우 잘 녹습니다.

NO는2 또한 오존과 반응하여 질산염 래디칼을 형성합니다.

NO2 + O3 → NO3 + O2.

낮에는 NO가3 빠르게 광분해되어 NO로2 돌아오지만, 밤에는 두 번째2 NO와 반응하여 오산화이질소를 형성할 수 있습니다.

NO2 + NO3 (+M) → NO25 (+M)

NO는25 액체 물(에어로졸 입자 또는 구름 방울)과 빠르게 반응하여 HNO를 형성합니다3.

NO252 + HO(liq) → 23 HNO(aq)

이것들은 대기 [10]: 224–225 중의 질산 형성을 위한 주요 경로로 생각된다.이 질산은 산성비의 원인이 되거나 토양에 침전될 수 있으며, 그곳에서 질산염이 생성되어 식물을 키우는 데 도움이 됩니다.수상 반응

2 NO2 + HO2 → HNO2 + HNO3

대기 [10]: 336 중에 중요하기엔 너무 느리다.

원천

천연원

일산화질소는 낙뢰로 인한 극심한 냉난방 때문에 뇌우 때 생성됩니다.이로 인해 N 및2 O와 같은2 안정적인 분자가 고온 연료 연소 [13]시 발생하는 과정과 유사한 양의 NO로 변환됩니다.번개에 의한 NO는 산화되어 질산(HNO3)을 생성할 수 있으며, 이는 산성비로 침전되거나 공기 중의 입자에 퇴적될 수 있습니다x.낙뢰로 인한 NO의 증가는x 계절과 지리적 위치에 따라 달라진다.번개의 발생은 [14]여름철에 열대간 수렴대(ITCZ)의 적도 부근에서 더 흔하다.이 지역은 환절기에 따라 조금씩 이동한다.위성x 관측을 통해 번개에 의한 어떠한 생성도 관찰할 수 없다.

과학자 Ott [15]등은 연구된 여러 중위도 및 아열대 뇌우에서 번개가 칠 때마다 평균적으로 7kg(15lb)의 질소가 화학 반응성x NO로 변했다고 추정했다.연간 14억 번의 번개 섬광을 통해 번개 1회당 7kg을 곱하면 연간 번개에 의해 생성되는 NO의 총량은x 860만 톤으로 추산된다.그러나x 화석 연료 연소로 인한 NO 배출량은 2,850만 [16]톤으로 추정된다.

최근의 발견은 우주선과 태양 플레어가 지구에서 일어나는 번개 횟수에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여주었다.그러므로, 우주 날씨는 번개 발생 대기x [3]NO의 주요 원동력이 될 수 있다.질소산화물 등의 대기성분은 대기 중에 수직으로 층화될 수 있다.Ott는 번개로 인한x NO가 일반적으로 5km 이상의 고도에서 발견되는 반면, 연소 및 생물성(토양) NO는x 일반적으로 (건강에 가장 큰 [15]영향을 미칠 수 있는) 표면 고도에서 선원 근처에서 발견된다.

생물 발생원

농업용 비료와 질소 고정식물의 사용도 미생물에 [17][18]의한 질소 고정화를 촉진함으로써 대기x 중 NO의 원인이 된다.질화 과정은 암모니아를 질산염으로 변화시킨다.탈질화는 기본적으로 질화의 역과정이다.탈질 중에 질산염은 아질산염으로 환원되고, 그 다음에 NO, 그리고 마지막으로2 질소로 환원됩니다.이러한 과정을 통해 NO는x [19]대기로 방출된다.

캘리포니아 데이비스 대학이 실시한 최근 연구는 캘리포니아의 토양에 질소 비료를 첨가하는 것이 주 전체의x NO 오염 [20]수준에 25퍼센트 혹은 그 이상을 기여하고 있다는 것을 발견했다.토양에 질소비료를 첨가하면 식물이 사용하지 않는 암모늄과 질산염이 토양 내 미생물에 의해 NO로 전환돼 공기 중으로 빠져나간다.NO는x 이미 캘리포니아 주에서 알려진 스모그 형성의 전조이다.스모그에 기여하는 것 외에도, 질소 비료가 토양에 첨가되고 초과분이 NO의 형태로 방출되거나 질산염으로 침출될 때, 이것은 농업에 비용이 많이 드는 과정이 될 수 있다.

인디애나 대학의 2018년 연구는 미국 동부의 숲이 NO의 증가를x 예상할 수 있고, 그 결과 우세한 나무들의 종류가 변화할 것이라고 결정했다.인간의 활동과 기후 변화로 인해 단풍나무, 사사프라, 그리고 튤립 포플러들은 유익한 참나무, 너도밤나무, 히코리를 밀어내고 있다.연구팀은 처음 세 종류의 나무인 단풍나무, 사사프라, 그리고 튤립 포플러가 "토양에서 반응성 질소를 배출하는" 것으로 알려진 암모니아 산화 박테리아와 연관되어 있다고 결정했다.반면, 두 번째 세 가지 나무 종인 참나무, 너도밤나무, 히코리는 "반응성 질소산화물을 흡수하는" 미생물과 연관되어 있어 대기 질소의 질소산화물 성분에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.산림 토양에서 방출되는 질소산화물은 인디애나, 일리노이, 미시간, 켄터키,[21] 오하이오에서 가장 높을 것으로 예상된다.

공업용 소스(인공용 소스)

연소 [22][23]과정에서 NO의x 세 가지 주요 공급원은 다음과 같습니다.

  • 온도x NO
  • 연료x NO
  • 프롬프트x NO

천연가스를 연소할 때 온도 의존도가x 높은 열 NO 형성은 가장 관련성이 높은 것으로 인식되고 있습니다.연료x NO는 특히 열 NO를x 최소화하도록 설계된 연소기에서 연소할 때 질소 함량이 큰 석탄과 같은 연료가 연소되는 동안 지배적인 경향이 있습니다.프롬프트x NO의 기여는 보통 무시할 수 있는 것으로 간주됩니다.공급x NO라고 하는 네 번째 공급원은 시멘트 회전식 가마의 공급 재료에 존재하는 질소의 연소와 관련이 있으며, 300°C에서 800°C 사이이며, 여기서 이 공급원은 보조 기여자로 간주됩니다.

온도

열NO는x 연소공기에서 [24]발견되는 2원자 질소의 고온 산화에 의해 형성되는 NO를x 말한다.형성 속도는 주로 온도와 그 온도에서의 질소의 체류 시간에 따라 달라집니다.일반적으로 1300°C(2600°F) 이상의 고온에서는 연소 공기의 분자 질소(N2)와 산소(O2)가 원자 상태로 분해되어 일련의 반응에 참여합니다.

열x NO를 생성하는 세 가지 주요 반응(확장 젤도비치 메커니즘)은 다음과 같습니다.

N2+O no NO + N
N + O2 no NO + O
+ OH {{ } {{} 。 NO + H ce

이 세 가지 반응은 모두 가역적입니다.젤도비치는 처음 두 [25]가지 반응의 중요성을 제안한 사람이다.원자 질소와 수산기(hydroxyl radial)의 마지막 반응은 Lavoie, Heywood 및 Keck에[26] 의해 메커니즘에 추가되었으며 열 NOx 형성에 상당한 기여를 했다.

연료

운송 연료는 54%의 인위적(인간에 의한) NO를x 발생시키는 것으로 추정된다.특정 석탄 및 석유와 같은 질소 함유 연료에서 NO를 생성하는x 주요 원천은 연소 [24]중에 연료 결합 질소가 NO로x 전환되는 것입니다.연소 중에 연료에 결합되어 있는 질소는 유리기로 방출되어 최종적으로 유리2 N, 즉 NO를 형성합니다.연료x NO는 연소유를 통해 총 배출량의 50%, 석탄 연소를 통해 최대 80%를 차지할 수 있습니다.

완전한 메커니즘은 완전히 이해되지 않지만, 두 가지 주요 형성 경로가 있습니다.첫 번째는 연소 초기 단계에서 휘발성 질소 종의 산화와 관련이 있다.휘발성 물질이 방출되는 동안 및 산화되기 전에 질소가 반응하여 여러 매개체를 형성하고, 그 매개체는 NO로 산화됩니다.휘발성 물질이 환원성 분위기로 진화하면 진화된 질소를 NO가 아닌x 질소 가스로 쉽게 만들 수 있다.두 번째 경로는 연료의 char 부분을 연소하는 동안 char 매트릭스에 포함된 질소의 연소를 포함합니다.이 반응은 휘발성 단계보다 훨씬 더 느리게 일어납니다.이 과정에서 생성되는 NO의x 대부분은 거의 순수한 탄소인 char에 의해 질소로 환원되기 때문에 char 질소의 약 20%만이 궁극적으로 NO로x 방출된다.

신속한

질소 산화물은 질소 비료 제조 중에 방출된다.도포 중에 아산화질소가 방출되지만 대기 중에 반응하여 질소산화물을 형성합니다.이 세 번째 선원은 열 또는 연료 과정이 아닌 [27]연료에서 파생된 C, CH 및 CH2 파편과 같은 라디칼과 대기 질소 N의2 반응에 기인한다.연소 초기 단계에서 발생하므로 NH(일산화질소), NCN(디라디칼 시아노니트렌),[28] HCN(시안화수소), HCN2(시안화수소), CN(시아노 라디칼)과 같은 고정종의 질소가 형성되어 [29]NO로 산화될 수 있다.질소를 함유한 연료에서 프롬프트x NO의 발생률은 비교적 작으며 일반적으로 가장 정확한 배출 목표에만 관심이 있다.

건강과 환경에 미치는 영향

어떤 호흡기 노출도 기존의 천식 증상을 유발하고 악화시킬 수 있으며, 심지어 장기간에 걸쳐 천식의 발병으로 이어질 수 있다는 강력한x 증거가 있다.그것은 심장병, 당뇨병, 출산 결과, 그리고 모든 원인 사망률과도 관련이 있지만, 이러한 비호흡 효과는 덜 [30]확립되어 있다.

NO는x 암모니아, 수분 및 기타 화합물과 반응하여 질산 증기와 관련 입자를 형성한다.

NO는x 햇빛이 있는 곳에서 휘발성 유기 화합물과 반응하여 오존을 형성합니다.오존은 주로 민감한 인구(어린이, 노인, 천식 환자)에서 폐 조직의 손상과 폐 기능의 저하와 같은 부작용을 일으킬 수 있다.오존은 풍류에 의해 운반될 수 있으며 원래 발생원으로부터 멀리 떨어져 건강에 영향을 미칠 수 있다.미국 폐 협회에 따르면 미국 주민의 거의 50%가 오존 [31]준수를 하지 않는 카운티에 살고 있습니다.영국 남동부에서는 지반 오존 오염이 시골과 교외에서 가장 높은 경향이 있는 반면, 런던 중심부와 주요 도로에서는 오존을 "흡입"하여 NO와 [32]산소를 형성할2 수 없다.

NO는x 또한 일반적인 유기 화학 물질, 심지어 오존과도 쉽게 반응하여 다양한 독성 물질을 형성합니다: 니트로아렌, 니트로사민, 그리고 그 중 일부는 DNA 돌연변이를 일으킬 수 있는 질산염 라디칼.최근 NO를 통해x 오존으로 가는 또 다른 경로가 발견되었는데, 이는 주로 염화질소의 형성을 통해 해안 지역에서 발생하며, 염화질소가 소금 [33]안개와 접촉할 때 발생한다x.

NO 배출의x 직접적인 영향은 온실 [34]효과에 긍정적인 기여를 한다.NO는 반응 3에서 오존과 반응하는 대신 HO·유기 과산화물(RO2·)과2 반응하여 오존 농도를 높일 수 있다.NO 농도가x 일정 수준을 넘으면 대기 반응이 순 오존 형성을 일으킨다.대류권 오존은 적외선을 흡수할 수 있기 때문에 NO의x 간접적인 영향은 지구 온난화를 심화시키고 있다.

온실 효과를 증가시키거나 감소시킬 수 있는 NO의 다른x 간접 효과도 있다.우선 NO와2 HO라디칼의 반응을 통해 OH라디칼을 재활용하여 메탄 분자를 산화시켜 온실가스x 배출에 대항할 수 없다.예를 들어, 선박 교통은 많은 양의x NO를 방출하여 해양에서 NO의 원천을x 제공합니다.그 후 NO의2 광분해는 오존의 형성과 오존 광분해를 통한 수산기(·OH)의 추가 형성으로 이어진다.대기 중 메탄의 주요 흡수는 수산화기와의 반응이기 때문에, 선박 여행에서 배출되는 NO는x 지구 전체의 [35]순냉각으로 이어질 수 있다.그러나x 대기 중 NO는 건조 또는 습윤 증착을 거쳐 HNO3/NO3− 형태로 육지로 돌아올 수 있다.이 방법을 통해, 퇴적물은 질소 수정으로 이어지며 토양에서 또 다른 온실 가스인 아산화질소(NO)가2 형성된다.결론적으로, 몇 가지 직간접적인 영향을 고려할 때 NO 배출은x 지구 [36]온난화에 부정적인 영향을 미친다.

대기x 중 NO는 여러 경로를 통해 제거된다.낮에는 NO가2 히드록실 라디칼(·OH)과 반응하여3 질산(HNO)을 형성하는데, 이는 건조하고 습한 퇴적물로 쉽게 제거된다.유기 과산화물(RO2·)도 NO 및 NO와2 반응하여 유기 질산염이 형성될 수 있습니다.이것들은 궁극적으로 무기질산염으로 분해되는데, 이것은 식물에게 유용한 영양소이다.야간에는 NO와 NO가 표면2 촉매 [37]반응을 통해 아질산(HONO)을 형성할 수 있다.반응은 비교적 느리지만 [37]도시 지역에서는 중요한 반응이다.또한 질산염 라디칼(NO3)은 NO와 오존의 반응에2 의해 형성된다.밤에는 NO가3 NO와2 반응하여 오산화수소(NO)[37]와25 평형 반응을 일으킨다.이종반응을 통해 NO는25 수증기 또는 액체 물과 반응하여 질산3(HNO)을 형성한다.위와 같이 질산은 습식 및 건식 증착을 통해 제거될 수 있으며,[37] 이로 인해 대기 중 NO가x 제거된다.

바이오디젤과 NOx

바이오디젤과 그 혼합물은 일반적으로 일산화탄소, 그을음이라고도 하는 입자상 물질(PM), 미연소 탄화수소 [38]배출과 같은 유해한 테일파이프 배출을 줄이는 것으로 알려져 있습니다.이전 연구에서는 바이오디젤이 때로는 NO를 감소시키고x 때로는 NO 배출을 증가시킬x 수 있다고 제안했지만, 후속 조사에서는 USEPA 승인 디젤 연료의 최대 20% 바이오디젤 혼합이 일반 [39]디젤에 비해 NO 배출에x 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.캘리포니아 주는 특수 디젤 연료 배합물을 사용하여 다른 49개 주에서 사용되는 디젤 연료에 비해 적은x NO를 생산합니다.이는 모두 오존과 스모그의 형성에 기여하는 차량 정체, 따뜻한 온도, 광대한 햇빛, PM 및 지형 등의 조합을 상쇄하기 위해 California Air Resources Board(CARB; 캘리포니아 항공자원위원회)에 의해 필요하다고 California Air Resources Board)에 의해 필요한 것으로 간주되어 왔다.CARB는 바이오디젤을 포함한 새로운 연료가 NO 배출량을 크게 증가시키지x 않도록 대체 디젤 연료에 대한 특별 규정을 제정했습니다.NO 배출량 감소는x 차량 기술의 진보에 있어 가장 중요한 과제 중 하나입니다.2010년 이후 미국에서 판매된 디젤 차량은 이전 디젤 차량보다 훨씬 깨끗하지만, 도시 지역은 스모그와 오존 형성을 줄이기 위한 더 많은 방법을 모색하고 있다.연소x 중 어떠한 생성도 연소 온도와 같은 여러 가지 요소와 관련이 없습니다.따라서 차량 주행 사이클 또는 엔진의 부하가 사용된 연료 유형보다 NO 배출에x 더 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다.이는 엔진 작동을 전자적으로 지속적으로 모니터링하고 엔진 매개 변수 및 배기 시스템 작동을 능동적으로 제어하여 NO 배출을 0.2g/km 미만으로 제한하는x 최신 청정 디젤 차량의 경우 특히 해당될 수 있습니다.저온 연소 또는 LTC 기술은[2] 연소 중 NO의x 열 형성을 줄이는 데 도움이 될 수 있지만, 고온 연소가 PM 또는 그을음을 적게 생성하고 전력 및 연비를 향상시키므로 트레이드오프가 존재합니다.

규제 및 배출가스 규제 기술

선택적 촉매 환원(SCR) 및 선택적 비촉매 환원(SNCR)은 배기가스와 요소 또는 암모니아를 반응시켜 질소와 물을 생성함으로써 연소x 후 NO를 감소시킨다.SCR은 현재 선박,[40] 디젤 트럭 및 일부 디젤 차량에 사용되고 있습니다.자동차 엔진에 배기 가스 재순환 및 촉매변환기를 사용하면 차량 배기 가스 배출이 크게 감소합니다.NO는x 폴크스바겐의 배기 가스 위반의 주요 초점이었다.

무연산화(FLOX) 및 단계적 연소 같은 다른 기술은 산업 공정에서 열 NO를x 크게 낮춥니다.Bowinx Low NO 기술은 단계별 프리믹스-라디엔트 연소 기술과 주요 표면 연소가 선행된 후 소량의 복사 연소를 혼합한 기술입니다.본 발명의 보인버너에서는 공기와 연료가스가 스토이코메트리 [41]연소요건 이상의 비율로 프리믹스되어 있다.연소실에 물을 주입하는 워터 인젝션 기술도 전체 연소 공정의 효율성을 높여 NO를 줄이는 중요한x 수단이 되고 있습니다.또는 물(예를 들어 10~50%)을 분사 및 연소 전에 연료유에 유화한다.이 유화는 분사 직전에 인라인(안정화되지 않음) 또는 장기적인 유화 안정성을 위해 화학 첨가물이 첨가된 드롭인 연료로 이루어질 수 있습니다.과도한 수분 첨가는 고온 부식을 촉진하며, 이것이 보다 복잡한 시스템의 필요성 외에도 오늘날 건조한x 저NO 기술이 선호되는 주된 이유입니다.

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