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Détermination des NOx dans les gaz d'échappement des voitures à l'aide de la spectroscopie UV-VIS

Vue d'ensemble

Source : Laboratoires de Margaret Workman et Kimberly Frye - Depaul University

Dans la troposphère, l’ozone est naturellement formé quand la lumière du soleil divise le dioxyde d’azote (NO2) :

PAS2 + lumière → NO + O

O + O2 → O3

L’ozone (O3) peut aller réagit avec l’oxyde nitrique (NO) pour former de l’oxygène et dioxyde d’azote (NO2) :

NE + O3 → aucune2 + O2

Cela se traduit par aucun gain net de l’ozone (O3). Cependant, avec la production anthropique de l’ozone, formant des précurseurs (NO, NO2et les composés organiques volatils) par le biais de la combustion de combustibles fossiles, ont été trouvés des niveaux élevés d’ozone dans la troposphère. Gaz d’échappement de véhicules automobiles est une source importante de ces ozone formant des précurseurs : NO, NO2et les composés organiques volatils (COV). Par exemple, les sources mobiles représentent près de 60 % des émissions de2 pas + pas.

Aux températures élevées dans la chambre de combustion d’une voiture, l’azote et l’oxygène de l’air réagissent pour former de l’oxyde nitrique (NO) et dioxyde d’azote (NO2) :

N2 g + O2 (g)→ 2 pas(g)

2 pas(g) + O2 (g)→ 2 aucun2 g

L’oxyde nitrique (NO) émis dans le gaz d’échappement de la voiture est peu à peu oxydé en dioxyde d’azote (NO2) dans l’air ambiant. Ce mélange de non et non2 est souvent dénommé NOx. Lorsque aucunx réagit avec les composés organiques volatils dans l’atmosphère en présence de lumière du soleil, des formes de l’ozone troposphérique, comme on le voit dans ce simplifié réaction chimique :

AUCUNx + COV + lumière → O3 autres produits

Ce mélange nocif de la pollution atmosphérique, qui peut inclure des aldéhydes, nitrate de peroxyacétyle, ozone, COV et de NOx, est appelé smog photochimique. L’ozone est la plus importante composante du smog photochimique. Ce smog se trouve dans toutes les villes modernes, mais on le trouve surtout dans les villes avec des climats secs, chauds et ensoleillés et un grand nombre de véhicules à moteur. La couleur jaune-brun de smog dans l’air est due en partie pour le dioxyde d’azote présent, étant donné que ce gaz absorbe la lumière visible près de 400 nm (Figure 1).

À court terme QU'AUCUNE exposition2 (30 min à 1 jour) ne conduit à des effets indésirables respiratoires chez les personnes saines et une augmentation des symptômes respiratoires chez les personnes souffrant d’asthme. AUCUNx réagit avec l’ammoniac et d’autres composés de particules de forme. Ces petites particules peuvent pénétrer dans les poumons et causer des problèmes respiratoires, y compris l’emphysème et la bronchite. Les personnes qui passent beaucoup de temps sur la route ou qui vivent près de la chaussée d’expérience exposition considérablement plus élevée à NO2.

En raison de son impact sur la santé humaine et l’environnement, la U.S. Environmental Protection Agency (EPA) a classé N°2 comme un polluant de critères et a fixé la norme primaire à 100 ppb (98e centile de concentrations maximales quotidiennes de 1 h, en moyenne sur 3 ans) et 53 ppb (moyenne annuelle). Considérant que les véhicules routiers représentent environ 1/3 d’aucune émissionx aux États-Unis, automobiles sont donc régis par la Loi sur l’assainissement de l’Air. L’EPA a établi des normes d’émission que les constructeurs automobiles doivent respecter lors de la production de voitures. Actuellement, les normes d’émissions Tier 2 valeur que les fabricants ne doivent avoir moyenne du parc aucune émissionx ne dépassant pas 0,07 g/mille.

Fabricants aller rencontrer ce standard est à l’aide de convertisseurs catalytiques sur leurs voitures. Ce dispositif est placé entre le moteur et le tuyau d’échappement. Le flux d’échappement passe par le convertisseur catalytique et est exposé à un rôle de catalyseur. Un catalyseur de réduction de la platine et le rhodium est utilisé pour réduire la concentration de NOx dans le gaz d’échappement. Quand une molécule2 aucun ou aucune dans le gaz d’échappement entre en contact avec le catalyseur, l’atome d’azote est attrapé au large de la molécule et s’agrippent à par le catalyseur. L’oxygène est libéré et formules O2. L’atome d’azote sur le catalyseur se lie avec un autre atome d’azote qui s’est tenu sur le catalyseur pour le formulaire N°2.

Convertisseurs catalytiques ont considérablement réduit les émissions de NOx de voiture d’échappement – jusqu'à à réduction de 80 %, lorsque vous effectuez correctement. Toutefois, ils ne fonctionnent que lorsqu’ils ont atteint une température assez élevée. Par conséquent, lorsque vous effectuez un démarrage à froid d’une voiture, le convertisseur catalytique est la suppression quasiment aucune NOx. Il n’est pas jusqu'à ce que les convertisseur catalytique atteint des températures plus élevées qu’il supprime efficacement le N°x du flux de gaz d’échappement. Convertisseurs catalytiques ne fonctionnent pas sur les voitures particulières diesel en raison des conditions maigres dans lesquelles elles opèrent. En outre, le soufre dans le carburant diesel désactive également le catalyseur. Le n °x dans les moteurs diesel sont réduites principalement par le biais de la soupape de recirculation des gaz d’échappement, qui refroidit la température des gaz de combustion. Ainsi, les voitures à moteur diesel émettent généralement plus aucunx que les voitures essence.

Figure 1
Figure 1. La coloration caractéristique de smog en Californie dans le nuage beige Banque derrière le Golden Gate Bridge. La coloration brune est due à la NOx dans le smog photochimique.

Procédure

1. préparation de la Solution mère de Nitrite (pas2)

  1. Peser avec 1,500 g NaNO2 et ajouter dans une fiole jaugée de 1 L.
  2. Compléter au trait avec de l’eau nanopure. (Vérifier l’eau distillée, de l’eau du robinet, et il peut contenir suffisamment de nitrite pour interférer avec les mesures.) Il en résulte un 1 000 µg aucune solution-mère2/ml.
  3. Pour ne faire un 5,0 µg aucun2/ml de solution, ne prélever 1 mL de la 1 0

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Résultats

Le tableau 2 fournit un exemple des résultats corrects. En utilisant les mesures d’absorbance des solutions étalons, une parcelle de l’Absorbance par rapport à la Concentration de NO2est possible (Figure 4). Ensuite, la meilleure ligne d’ajustement des données peut être déterminée. À l’aide de la ligne optimale de la courbe d’étalonnage, la concentration de NO2 dans chaque solution inconnue (µg/mL) peut être calculé...

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Applications et Résumé

La mesure des nitrites en utilisant la réaction de Saltzman modifiée est très commune et très utile dans de nombreux domaines. Comme indiqué, la méthode peut servir à ne mesurer aucunsx de concentrations dans les échantillons d’air – voiture d’échappement, salles de laboratoire, qualité de l’air des villes, etc.. En outre, cette méthode peut servir à surveiller NOx dans la fumée de cigarette. La procédure serait très semblable à cette expérience, sauf au lieu de dessiner voi...

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0:00

Overview

1:08

Principles of NOx Quantification in Automobile Exhausts

2:41

Preparation of Nitrite Stock Solution and Indicator Solutions

4:10

Preparation of Calibration Standards and Creation of a Standard Curve

5:23

Automobile Exhaust Sample Measurement

7:38

Applications

9:32

Summary

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