[대기오염개론] 질소산화물(NOx)

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1. 질소산화물(NOx)

질소산화물 발생 경로

 

- NO, NO2, HNO, N2O 등의 물질을 총칭한다.

- 1차성 물질(NO, NO2), 2차성 물질(NO2, HNO3), 1,2차성 물질(NO2)

- 자연적인 NOx 방출량은 인위적인 NOx 방출량의 7~15배 정도이다.

- 인위적인 NOx 배출량 중 대부분이 자동차와 연료의 연소과정에서 발생한다.

- 토양 박테리아의 대사로써 질소함유 유기화합물인 NO, NO2, NH3 배출

- NOx는 탄화수소와 함께 태양광선에 의한 광화학스모그(O3, PAN)를 형성한다.

- 성층권에서 N2O가 오존과 반응하여 NO를 생성한다.

- 대기 중에서 체류시간은 NO, NO2가 약 2~5일, N2O는 약 120년이다.

  : N2O > NO, NO2

- 연료 중 질소산화물은 석탄에 가장 많고 중유, 경유, 휘발유, 천연가스 순으로 적어진다.

 

참고) NOx의 종류

구분	정의	반응식	발생조건
Thermal NOx	연소공기 중 산소가 질소분자를 산화시켜 발생하는 질소산화물		- 연소 온도가 높을 때 (약 1300℃ 이상) - 연소영역에서 산소 농도가 높을 때 - 고온영역에서 가스체류시간이 길 때
Fuel NOx	연료 중의 탄화수소(HC)가 공기 중 질소와 반응하여 생성되는 질소산화물	-	- 연료에 포함된 질소 성분이 연소과정에서 전환 - 석탄 및 유기질소화합물 등의 연소 - 산소 농도가 높을수록 발생량 증가
Prompt NOx	연료 중에 포함된 질소가 연소과정에서 산화되어 발생		- 탄화수소계 연료 연소 시 발생 - 실제 연소과정에서는 발생량이 낮아 고려되지 않음

 

2. NO (일산화질소)

- 분자량 28, 무색, 기체, 난용성

- 잘 액화되지 않으며 공기와 접촉 시 이산화질소가 된다.

- 연소과정 중 고온에서 90% 이상의 NO가 발생 (NO : NO2 = 90% : 10%)

- 연소시 연료 중 질소의 NOx변환율은 대체로 20~50% 범위이다.

- 혈액 중 헤모글로빈과의 결합력이 CO보다 수백 배 강함

  : 헤모글로빈과 결합하여 산소운반 능력을 감소시킴

- 대기 중 NO의 체류시간은 약 2~5일

 

3. NO2 (이산화질소)

 

- 분자량 46, 비중 1.6, 적갈색, 난용성, 자극성, 부식성

- NO가 강한 태양에너지에 의해 산화되어 생성된다.

- NO보다 독성이 5~7배 강함

- 대기 중 NO2의 추정체류시간은 약 2~5일

- 해안지역에서 해염입자와 반응하여 질산염을 생성하며 대기 중에서 제거

- NO2가 420nm 이상의 가시광선에 의한 광화학적 분해작용으로 NO와 [O](발생기 산소)로 분해되어 발생기 산소에 의해 대기 중의 O3 농도가 증가하며 결과적으로 광화학스모그의 원인물질이 된다.

- 고온, 고압 하에서 질소가 산소와 반응하여 이산화질소를 거쳐 질산이 되어 산성비의 원인이 된다.

- 가시광선을 흡수하므로 0.25ppm 정도의 농도에서 가시거리를 감소시킴

 

4. N2O (아산화질소)

- 분자량 44, 무색, 약간의 감미로운 냄새, 불연성, 공기보다 무거움, 물에 용해

- 안전한 마취약(일명 스마일기체)

- 대류권에서는 온실가스, 성층권에서는 오존층 파괴물질

- 오존과 반응하여 NO 생성

- 보통 대기 중에 약 0.5ppm의 농도로 존재한다.

- 대기 중 N2O의 체류시간은 약 120년

 

5. NH3 (암모니아)

- 무색, 자극성, 유독성

- 수분 존재 시 SO2, NO2 등의 산성산화물 혹은 황산, 질산 같은 산성미스트와 반응하여 중화

- 산화 또는 중화반응에 의해 배출량의 약 20%는 암모늄(NH4+)으로 전환

- 높은 수용성으로 빗방울, 해수에 흡수되어 대기 중에서 제거

- 진한 염산과 반응하여 흰 앙금이 생기는 현상, 네슬러 시약과 반응하여 노란색 침전물이 생기는 현상

- 폐기물 처리 및 연소에 의해서도 발생함

- NH3의 대기 중 체류시간은 1주일 이내

- 5ppm에서 냄새 감지, 20ppm 이상에서 피해 유발