[대기환경기사 준비기③]가스형태의 물질(43-46p)
가스형태의 물질(43-46p)
: 정상적인 성분 이외에 물질의 연소, 합성, 분해시 또는 물리적 성질에 의해 발생하는 기체물질 *ni
- 대부분 화션연료에서 배출
1) 황산화물(SOx)
(1) SO₂ ; 이산화황, 아황산가스
- 대기오염의 규정지표(대기환경기준 연간 0.02ppm)
*지표 SO₂(대기오염) VS CO₂(실내공기오염) VS 먼지(입자상)
- 발생 - 자연 : 인위 = 1 :1 ; 반반/ 이산화황 자연인간 반반
- 황화합물은 산화상태클수록 증기압이 낮아지고, 용해성은 증가함 ni
- 화학연료 연소 ⇒ 대부분 SO₂ (SO₂ : SO₃ = 40~80 : 1) * (NO : NO₂ = 9 : 1)
- 분자량 = S(32)+2O(2*16)=64 ; 비중 2.263
- 무색(대부분 기체), 자극성 냄새(성냥)
- 환원성, 각종 색소를 표백함
- ★대류권에서는 광분해X, 자외선(220nm이하 & 280~290nm)에서 강한 흡수대 有
- 수용성; 흡습제거가능(Rain out or Wash out)
- 기체상 SO₂ : 환원제 & 산화제
- ★대기 내의 평균 체류시간이 1~4일 정도로 짧고, 지구규모보다는 산성비와 같은 국지적인 환경오염에의 기여함
(2) SO₃ ; 삼산화황, 무수황산(물X)
- 무수황산; 물이 없어서 물과 반응 easy; 수용성 => 황산H₂SO₄
(3) H₂S ; 황화수소, 유화수소
- 악취, 무색 기체, 녹는점 -111℃ 끓는 점 -59.6℃ 비중 1.297(0℃) *ni
- 자연적인 발생량이 전체 황산화물의 80% 차지
- 해양을 통한 자연발생량이 가장 많은 황화합물 DMS
*★자연발생 1등 H₂S, 해양발생 1등 DMS(Dimethyl Sulfide
(4) CS₂ ; 이황화탄소
- 무색, 유독성 액체★
- 주 발생원 : 비스코스 섬유공업( 스2개 황2개 이황화탄소)
(5) H₂SO₄ ; 황산
- 무색, 부식성 강한 액체
- 290℃에서 분해되기 시작하여 삼산화황SO₃ 발생
2) 질산화물(NOx)
| 차량연료C₈H₁₈ + Air ⇒ 4NOₓ + 8CO₂ + 9H₂O C₈ ↘ N₂ 78% ⇗ ↱ 8CO₂ H₁₈ → →O₂ 2% ┻ → 9H₂O ⇒(NOₓ&올레핀계탄화수소(불포화-반응성↑)+자외선⇒ Oxidants ⇒광화학smog * Oxidants 산화체 : O₃, PAN(Peroxy Acetyl NItrate), 아크롤레인(CH₂CHCHO), 케톤, HCHO(알데히드) - PAN; CH₃COOONO₂ *오답 : 초산CH₃COONO₂) - 아크롤레인(CH₂CHCHO *CH를 두번써)₂ |
(1) NO ; 일산화질소
- 무색기체
- 공기와 접촉시 적갈색 NO₂
- 물에 약 7% 용해됨(수용성↓ → 물로 제거 난이(흡습법X))
- ★★전세계 질소화합물 배출량 인위적 : 자연적 = 1 : 10
- 혈액 중 헤모글로빈과 결합력이 CO보다 수백배 강함
*NO-Hb(니트로소 헤모글로빈) >수백배>CO-Hb(카르복시 헤모글로빈) >210배> O₂-Hb(옥시 헤모글로빈)
메트헤모글로빈빈혈(청색증) 연탄가스 중독
- 연소T ↑(완전연소T초과; 900℃↑) ⇒ NOx ↑(NO : NO₂ = 9 : 1 ) NO생성- 고농도NO⇒NO₂생성
*완전연소조건 3TO
-Time 시간 0.2~0.75sec
-Temperature 온도 650~800℃ (900℃ ↑ ⇒ NOx 생성)
-Turbulence 혼합
-Oxygen 산소 105 ~ 110%
* 벽제 소각로(화장터) 870℃
도시형 소각로 1100 ~ 1500 ℃( 실상 900 ~ 1000 ℃ ) 900℃↑ ⇒ NOx 생성 ⇒ 탈질설비[Operator]
- 연소시 연료 중 질소의 NOx변환율은 케바케지만 대체로 20~50%
- NOx
- fuel NOx 연료NOx 연료 내 질산화물
- thermal NOx 열적NOx 연소반응에 따른 질산화물(고온 + 공기질소 산화)
- Prompt NOx 급속NOx★ HCN(사이안화 수소), CH(탄화수소) 등의 중간체에서 생성
(2) NO₂ ; 이산화질소
- 적갈색★(NO₂, Br), 자극성 기체, 알칼리 수용액(OH⁻)과 작용하여 HNO₃(질산) ⇒ 금속 부식 & 산성비의 원인
- NO₂ ♥ 자외선 ⇒ 자외선과 반응하여 광화학산화물 생성
- ★NO₂ + 가시광선(420nm↑) =광분해⇒ NO + O
* 200~400nm 자외선/ 400~700nm 가시광선
- 독성 NO₂ : NO의 5~7배
(3) N₂O ; 아산화질소; 일산화이질소
- 분자량 44, 무색 수용성
- ★안전한 마취약(의료용)
- ★대류권 : 온실가스
- ★성층권 : 오존과 반응 하여 오존파괴
3) 탄소화합물
(1) CO₂ ; 이산화탄소, 탄산가스
- 분자량 44(=아산화질소N₂O), 대기 중 약 0.032%
- 발생원 : 식물의 부패, 화산폭발, 동물의 호기, 화석연료의 연소 등
- 이산화탄소 제거 : 식물활동(약 20%)<해양활동(약 29%) ★
*식물활동의 계절적인 한계 등에 따름
*해수는 CO₂의 가장 큰 저장고
- ★온실기체 : 대기 중 12~18㎛영역의 적외선을 흡수함
- CO₂ 매년 12% 증가
- ★위 그래프 식물활동에 따라 증감
- ★실내공기 오염의 지표 *입자상 대기오염 지표 : 먼지, 대기오염 지표 : SO₂
- ★지구 온실효과에 대한 기여도 ( CO₂ > CFCs > CH ₄> N₂O ) - 효과보다 CO₂ 다량이기 때문
- 온난화지수 GWP; Global Warming Potential
- CO₂ 기준 1
[메 < 화 < 수 < 과 < 육]
- 메탄 CH ₄ 21
- 이산화질소 N₂O 310
- 수소불화탄소 HFCs 1,300
- 과불화탄소 PFCs 7,000
- 육불화황 SF₆ 23,900
- 탄소순환에 가장 큰 CO₂ 저장고 해수
- 온실효과★★★
- 지구는 태양E를 받은 후 다시 방출해 복사평형을 이룸
- 온실기체(CO₂, H₂O, CH₄ 등 적외선 흡수기체) : 지구가 방출하는 긴 파장의 빛 흡수(전량 방출 X)
⇒ 대기 중 E ⇒ 온도상승
- 산성비★★
- pH5.6미만 : 대기 중의 이산화탄소(약 350ppm)이 빗물과 반응하여 H₂CO₃생성(포화 pH = 5.6)
- 산성비가 토양에 미치는 영향
- 각종 양이온 흡착된 토양입자 + 산성강우 ⇒ 교환성 염기(알칼리) 배출 (Ca²⁺,Mg²⁺,Na⁺,K⁺)칼칼마나
⇒ H⁺이 흡착 ⇒ 산성화
- 토양의 양이온 교환기 강산적 성격 & 약산적 성격 ★결정성의 점토광물 : 강산적
- ★Al³⁺ 뿌리의 세포분열이나 Ca&P의 흡수나 흐름저해(H⁺흡수되지 않았으나 산성)
- 교환성 Al³⁺ only 산성토양
- 교환성 염기 : Al³⁺, H⁺ 이외의 양이온
(2) CO ; 일산화탄소
- 무색, 무취, 무미, 무자극성; 분자량 28<공기 29
*공기 질량 : 29, 공기 밀도 1.293㎏/S㎥, 공기 체적 22.4 ㎥
- ★공업이 발달한 북위 50도 부근에서 최대
- 발생원 : 탄소 및 유기물의 불완전 연소시 발생 ( C + 1/2 O₂ → CO )
- 체 내 흡입 시 헤모글로빈과 활발히 결합되어 산소공급을 방해함
*NO-Hb(니트로소 헤모글로빈) >수백배>CO-Hb(카르복시 헤모글로빈) >210배> O₂-Hb(옥시 헤모글로빈)
- ★수용성 ↓ ⇒ 다른 물질과 유해한 화학반응이나 흡착현상 X ( 백금 촉매로 제거)
* 공기 분자량 산출방법
1. STP상태 공기밀도를 이용하여 산출
*STP상태 공기밀도 : 1.293kg/S㎥
- p = M/V = 공기질량/공기체적
- 공기질량(kg)/22.4S㎥ = 1.293kg/S㎥ = 28.9632kg
2. 공기의 백분율을 이용하여 산출
- 질소(N₂) 79% ; 산소(O₂) 21%
★혼합기체의 질량(kg) = 체적조성(%) * 해당물질의 분자량
⇒공기의 질량(kg) = 0.79X28+0.21X32 =28.84kg