UV-VIS 분광기를 이용한 자동차 배기 가스의 NOx 측정

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Determination Of NOx in Automobile Exhaust Using UV-VIS Spectroscopy

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09:54 min
April 30, 2023

개요

출처: 마가렛 노동자와 킴벌리 프라이의 실험실 – 데폴 대학

대구권에서는 햇빛이 이산화질소를 분할할 때 오존이 자연스럽게 형성됩니다(NO2):

NO2 + 햇빛 → NO + O

O + O2 → O3

오존(O3)은 산화질소(NO)와 반응하여 이산화질소(NO2)및 산소를 형성할 수 있습니다.

NO + O3 → NO2 + O2

이로 인해 오존(O3)의순이익이 없습니다. 그러나, 화석 연료의 연소를 통해 오존 형성 전구체(NO, NO2및 휘발성 유기 화합물)의 인위적인 생산과 함께, 대류권에서 오존의 높은 수준이 발견되었다. 자동차 배기는 전구체를 형성하는 이러한 오존의 중요한 공급원입니다 : NO, NO2및 휘발성 유기 화합물 (VOC). 예를 들어 모바일 소스는 NO + NO2 배출량의 거의 60%를 차지합니다.

자동차의 연소실에서 발견되는 고온에서 공기 중의 질소와 산소는 산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2)를형성하기 위해 반응합니다.

N2 (g) + O2(g)→ 2 NO(g)

2 NO(g) + O2 (g)→ 2 NO2 (g)

자동차 배기에서 방출되는 산화질소(NO)는 주변 공기 에서 이산화질소(NO2)로점차 산화된다. NO와 NO2의 이 혼합물을 종종 NOx라고합니다. NOx가 햇빛이 있는 대기 중의 휘발성 유기 화합물과 반응하면, 이 단순화된 화학 반응에서 볼 수 있듯이 열대성 오존 형태:

NOx + VOC + 햇빛 → O3 + 기타 제품

알데히드, 퍼옥사세틸 질산염, 오존, VOC 및 NOx를포함할 수 있는 대기 오염의 유해 혼합물은 광화학 스모그라고 합니다. 오존은 광화학 스모그의 가장 큰 성분이다. 이 스모그는 모든 현대 도시에서 발견되지만, 특히 맑고 따뜻하며 건조한 기후와 많은 수의 자동차가있는 도시에서 발견됩니다. 공기 중의 스모그의 황갈색 색은 이산화질소가 존재하는 것으로 인해 400nm(도1)에가까운 가시광선을 흡수하기 때문이다.

단기 NO2 노출 (30 분 에서 1 일) 건강한 사람들에 있는 불리한 호흡 효력 및 천식을 가진 사람들에 있는 증가한 호흡 현상으로 이끌어 냅니다. NOx는 암모니아 및 기타 화합물과 반응하여 미립자를 형성합니다. 이 작은 입자는 폐를 관통하고 폐기종과 기관지염을 포함하여 호흡 문제를 일으키는 원인이 될 수 있습니다. 도로에서 많은 시간을 보내거나 도로 근처에 사는 개인은 NO2에상당히 높은 노출을 경험합니다.

미국 환경보호국(EPA)은 인간의 건강과 환경에 미치는 영향으로NO 2를 기준 오염물질로 분류하고 100ppb(1-h 일일 최대 농도의 98번째 백분위수, 평균 3년 이상)와 53ppb(연평균 평균)로 1차 표준을 설정했습니다. 미국 내 경우 차량 배출량이 약 1/3을 차지한다는 점을 감안할 때, 자동차 배기가스 배출은 청정공기법을 통해 규제됩니다. 현재 Tier 2 배출 표준은 제조업체가 0.07 g/mile 이하의 차량 평균 NOx 배출을 가져야 한다고 규정하고 있습니다.

제조업체가 이 표준을 충족하는 한 가지 방법은 자동차에 촉매 변환기를 사용하는 것입니다. 이 장치는 엔진과 단부 파이프 사이에 배치됩니다. 배기 스트림은 촉매 변환기를 통과하고 촉매에 노출됩니다. 백금 및 로듐의 환량 촉매는 배기에서 NOx 농도를 감소시키는 데 사용된다. 배기 가스내의 NO 또는 NO2 분자가 촉매에 닿으면, 질소 원자는 분자를 잡아 촉매에 의해 붙들게 된다. 산소가 풀려나 O2를형성합니다. 촉매의 질소 원자는 N2를형성하기 위해 촉매에 보유된 다른 질소 원자와 결합한다.

촉매 변환기는 제대로 수행 할 때 자동차 배기에서 NOx의 배출을 크게 감소 – 최대 80 % 감소. 그러나, 그들은 상당히 높은 온도에 도달 했을 때만 작동 합니다. 따라서 자동차의 차가운 시작을 할 때 촉매 변환기가 사실상 NOx를제거하지 않습니다. 촉매 변환기가 더 높은 온도에 도달할 때까지 배기 스트림에서 NOx를 효과적으로 제거합니다. 촉매 변환기는 그들이 운영하는 린 조건으로 인해 디젤 승용차에서 작동하지 않습니다. 또한, 디젤 연료의 유황도 촉매를 비활성화합니다. 디젤 엔진의 NOx는 연소 가스의 온도를 냉각시키는 배기가스 재순환(EGR) 밸브를 통해 주로 감소됩니다. 그 결과, 디젤 자동차는 일반적으로 가솔린 자동차보다 더 많은X를 방출합니다.

Figure 1
그림 1. 골든 게이트 브리지 뒤에 베이지 색 구름 은행에서 캘리포니아에서 스모그에 대한 특징적인 착색. 갈색 착색은 광화학 스모그에서 NOx 때문입니다.

Principles

Procedure

1. 아질산염 준비 (NO2-) 주식 솔루션 NaNO2의 무게는 1.500g으로 1L 볼륨 플라스크에 추가합니다. 나노 퓨어 워터를 사용하여 마크에 희석하십시오. (수돗물에서 증류수를 확인하십시오 – 측정을 방해하기에 충분한 아질산염이 포함될 수 있습니다.) 이것은 1,000 μg NO2-/mL 스톡 솔루션을 생성합니다. 5.0 μg NO2-/mL 용액을 만들?…

Results

표 2는 적절한 결과의 예를 제공합니다. 표준 용액의 흡광도 측정을 사용하여, 흡광도 대2의농도의플롯을 만들 수 있습니다(그림 4). 그런 다음 데이터의 가장 적합한 라인을 결정할 수 있습니다. 표준 곡선의 가장 적합한 라인을 사용하여 NO2의농도- 각 알 수없는 용액 (μg /mL)에서 계산 할 수 있습니다. 이 값은 다음 방정식을 사용하여 배기…

Applications and Summary

수정된 Saltzman 반응을 사용하여 아질산염의 측정은 많은 다른 분야에서 매우 일반적이고 유용합니다. 설명한 바와 같이, 이 방법은 자동차 배기, 실험실 실, 도시의 공기 질 등 공기 샘플에서 NOx 농도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 또한,이 방법은 담배 연기에서 NOx를 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다. 시술은 주사기에 자동차 배기가스를 그리는 대신 담배 연기가 그려지?…

내레이션 대본

1. 아질산염 준비 (NO2-) 주식 솔루션 NaNO2의 무게는 1.500g으로 1L 볼륨 플라스크에 추가합니다. 나노 퓨어 워터를 사용하여 마크에 희석하십시오. (수돗물에서 증류수를 확인하십시오 – 측정을 방해하기에 충분한 아질산염이 포함될 수 있습니다.) 이것은 1,000 μg NO2-/mL 스톡 솔루션을 생성합니다. 5.0 μg NO2-/mL 용액을 만들?…