Hóa kỹ thuật môi trường
GV. Trần Quang Ngọc
Bộ môn : Công nghệ kỹ thuật môi trường
Viện CN Sinh học – Môi trường

Trường đại học Nha Trang
Mục đích của môn học
- Hiểu biết về cấu trúc và thành phần các quyển
- Hiểu biết các quá trình hóa học tự nhiên
- Hiểu biết trên phương diện hóa học các vấn đề do con người gây ra đối với
môi trường tự nhiên
- Hiểu biết về các hệ thống cung cấp năng lượng
- Cơ sở hóa học của các phương pháp xác định các chỉ tiêu môi trường
- Cơ sở của các phương pháp xử lí ô nhiễm môi trường bằng phương pháp
hóa học
- Làm quen với những vấn đề liên quan đến năng lượng và ảnh hưởng của nó
lên môi trường trong thế kỉ 21
Những kiến thức cần trang bị
Cần trang bị:
- Hóa học đại cương
- Hóa phân tích
-
Hóa keo
-
Hóa keo
- Biết tra cứu và tìm kiếm tài liệu (thư viện, Internet…)
Cần có:
- Sự hứng thú khám phá môi trường của chúng ta
- Khả năng tham gia thảo luận
- Trung thực trong công việc
Đánh giá kết quả học tập

Việt nam (2008) : 84 triệu người (đông dân thứ 13 trên thế giới, diện tích xếp thứ 65)
Mật độ dân số : 254 người/km
2
(chuẩn LHQ : 35 - 40 người/km
2
)
Phát triển bền vững
« Phát triển bền vững là "sự phát triển có thể đáp ứng được những nhu cầu
hiện tại mà không ảnh hưởng, tổn hại đến những khả năng đáp ứng nhu cầu
của các thế hệ tương lai » (theo Ủy ban Môi trường và Phát triển Thế giới – WCED)
Kinh tế
Xã hội
Môi trường
Dung hòa 3 lĩnh vực chính:
CHƯƠNG TRÌNH
I. ĐẠI CƯƠNG VỀ MÔI TRƯỜNG
Khí quyển
N
Thủy quyển
Sinh quyển
Địa quyển
Năng lượng
II. Hóa học khí quyển
1. Cấu trúc và thành phần hóa học của khí quyển
2. Các loại phản ứng trong khí quyển
–
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
2. Các loại phản ứng trong khí quyển
–
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học

2
, CO
2
và hơi nước
Lớp tạm dừng (tropopause):
- Nhiệt độ thấp: - 56°C
-
Nghịch chuyển biến thiên nhiệt độ
KHÍ QUYỂN
I.1. Tầng đối lưu (troposphere)
I. Cấu trúc khí quyển (tt)
-
Nghịch chuyển biến thiên nhiệt độ
Phản ứng quan trọng trong tầng đối lưu:
- Phản ứng tổng hợp quang hóa
- Phản ứng cố định nitơ để tổng hợp đạm
KHÍ QUYỂN
I.2. Tầng bình lưu (stratosphere)
I. Cấu trúc khí quyển (tt)
- Độ cao từ 11 đến 50 km
- Nhiệt độ tăng theo độ cao từ -56°C đến -2°C
- Thành phần: chủ yếu là O
3
, ngoài ra còn có N
2
, O
2
O
3
+ hν (λ : 220 - 330 nm) → O

-
Nhiệt độ giảm theo độ cao từ
-
2
°
C đến
-
92
°
C (do không có nhiều các
phần tử hóa học hấp thụ tia tử ngoại, đặc biệt là ozon)
- Thành phần: chủ yếu là O
2
+
, NO
+
KHÍ QUYỂN
I.4. Tầng nhiệt (thermosphere)
I. Cấu trúc khí quyển (tt)
- Độ cao từ 85 đến 100 km
-
Nhiệt độ tăng theo độ cao từ
-
92
°
C đến 1200
°
C
-
Nhiệt độ tăng theo độ cao từ

2
hơi nước
Tia tử ngoại, sấm chớp,
tia phóng xạ
Amino axit,
đường
Các dạng sống
đầu tiên
Hơi nước
Sấm chớp bức xạ Mặt trời
O
2
CO
2
+ H
2
O + hν → {CH
2
O} + O
2
↑
Quang hợp:
Oxi trong khí quyển tăng → thực vật phức tạp phát triển và các loại động vật
tiêu thụ oxi cũng phát triển → cân bằng oxi trong khí quyển
KHÍ QUYỂN
II. Sự hình thành và thành phần của khí quyển
II.1. Sự hình thành khí quyển (tt)
O
2
trong khí quyển → hình thành tầng ozon bảo vệ cho sinh vật →

3
-
Protein, Nucleic acid
N
2
+ O
2
2NO
Nhiệt độ cao
Tia lửa điện
N
2
+ 3H
2
2NH
3
Nhiệt độ cao, xt
Ngoài ra các quá trình công nghiệp cũng tham gia cố định nitơ:
KHÍ QUYỂN
II. Sự hình thành và thành phần của khí quyển
II.2. Thành phần của khí quyển
Oxy (O
2
):
- Nguồn: chủ yếu do quang hợp
- Tính chất hóa học: oxy hóa, hoạt tính hóa học cao
Oxy là chất khí quan trọng trong khí quyển đối với động vật trên cạn cũng như
với động vật dưới nước.
Nồng độ oxy trong khí quyển hiện nay hầu như luôn được giữ ổn định ở khoảng 21%.
KHÍ QUYỂN

photon của một nguyên tử, phân tử, gốc tự do hay ion
A + hⱱ → A*
Một số nguyên tắc của phản ứng quang hóa:
-PƯ quang hóa chỉ xảy ra với các phần tử có khả năng hấp thụ các photon
- Mỗi photon chỉ có thể kích hoạt 1 phần tử
- Các photon được hấp thụ bởi các phần tử ở trạng thái năng lượng thấp
Phần tử kích thích A* sau đó có thể tham gia các phản ứng:
- Phản ứng phân tích: A* → X + Y + …
III.1. Phản ứng quang hóa trong khí quyển (tt)
KHÍ QUYỂN
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
- Phản ứng trực tiếp: A* + B → C + D + …
- Phát huỳnh quang: A* → A + hⱱ
- Khử hoạt tính do va chạm: A* + M → A + M
M là chất thứ ba nào đó có khả năng hấp thụ năng lượng, thường là N
2
hay O
2
Trong tầng đối lưu những chất được chú ý đến là những chất hấp thụ phần
phổ từ 300 đến 700 nm
Trong số các chất gây ô nhiễm sơ cấp như CO, NO, NO
2
, SO
2
, hydrocarbon
(trừ andehit) thì NO
2
là chất hấp thụ chính các bức xạ có bước sóng phổ biến
III.1. Phản ứng quang hóa trong khí quyển (tt)

đóng vai trò chính về mặt hóa học của ô nhiễm không khí.
Nguồn phát sinh NO
x
chủ yếu từ quá trình đốt cháy.
III.2. Phản ứng quang hóa của NO
x
trong khí quyển
KHÍ QUYỂN
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
2NO + O
2
→ 2NO
2
NO
2
trong không khí gây ảnh hưởng đến tầm nhìn và sức khỏe con người
Stt Phản ứng Hằng số tốc độ ở 298K
1 NO
2
+hν → NO + O k
1
phụ thuộc cường độ ánh sáng
2 O + O
2
+ M → O
3
+ M k
2
= 2,33.10

2
+ O
2
k
3
= 2,95.10
ppm
.min
4 O + NO
2
→ NO + O
2
k
4
= 1,38.10
4
ppm
-1
.min
-1
5 O + NO
2
+ M → NO
3
+ M k
5
= 4,50.10
-3
ppm
-2

= 7,62.10
-10
ppm
-2
.min
-1
9 NO
3
+ NO
2
→ N
2
O
5
k
9
= 4,43.10
3
ppm
-1
.min
-1
10 N
2
O
5
→ NO
2
+ NO
3

trong khí quyển (tt)
KHÍ QUYỂN
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
→ hại phổi, suy giảm hệ miễn dịch, tác hại đến thực vật và vật liệu…
III.3. Các phản ứng cộng trong hệ NO
x
, H
2
O, CO và không khí
N
2
O
5
bị thủy phân khi có nước, tạo ra acid nitric:
N
2
O
5
+ H
2
O → 2HNO
3
KHÍ QUYỂN
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
HNO
3
có thể oxi hóa NO và tham gia các phản ứng khác:
2HNO

ppm
-1
min
-1
III.3. Các phản ứng cộng trong hệ NO
x
, H
2
O, CO và không khí
KHÍ QUYỂN
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
Acid nitrơ hấp thụ bức xạ và thự hiện phản ứng quang phân:
HNO
2
+ hν → NO + HO
•
Gốc tự HO
•
có hoạt tính rất cao, chúng tham gia các phản ứng khác:
HO
•
+ NO
2
→ HNO
3
HO
•
+ NO → HNO
2

+ M → HO
•
2
+ M
•
PƯ rất nhanh
Gốc tự do hydropeoxyl sẽ oxi hóa NO thành NO
2
HO
•
2
+ NO → HO
•
+ NO
2
HO
•
2
+ HO
•
2
→ H
2
O
2
+ O
2
III.3. Các phản ứng cộng trong hệ NO
x
, H

O
HO
•
O
3
Oxi hóa hydrocacbon bởi oxi nguyên tử
III.4. Các phản ứng của hydrocacbon trong khí quyển (tt)
KHÍ QUYỂN
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
Oxi nguyên tử có 2 trạng thái điện tử:
Cơ bản: O (3P)
Kích thích thứ nhất: O (1D)
Kích thích thứ nhất: O (1D)
NO
2
+ hν (290-430 nm) → NO + O(P)
O
3
+ hν (290 - 350 nm) → O
2
+ O(D)
O(D) hoạt động mạnh hơn nhiều so với O(P)
Oxi hóa hydrocacbon bởi oxi nguyên tử
III.4. Các phản ứng của hydrocacbon trong khí quyển (tt)
KHÍ QUYỂN
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
O(D) + H
2

R
4
O
O(D)
+
R
2
CR
1
R
3
R
4
C
O
+
* Hiện nay cơ chế của phản ứng giữa oxi nguyên tử với các hydrocacbon
thơm vẫn chưa được xác định rõ ràng
Oxi hóa hydrocacbon bởi gốc hydroxyl HO
•
III.4. Các phản ứng của hydrocacbon trong khí quyển (tt)
KHÍ QUYỂN
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
Cơ chế PƯ: tương tự với PƯ giữa oxi nguyên tử với hydrocacbon.
Nhưng tốc độ PƯ giữa hydroxyl với các hydrocacbon nhanh hơn rất nhiều
Nhưng tốc độ PƯ giữa hydroxyl với các hydrocacbon nhanh hơn rất nhiều
RH + HO
•
→ R

• Khả năng oxi hóa của ozon không mạnh bằng oxi nguyên tử và gốc
hydroxyl
hydroxyl
• PƯ giữa ozon với parafin và aren có tốc độ rất nhỏ, coi như không
đáng kể
• Cơ chế PƯ giữa ozon và olefin trong pha khí chưa được xác định
rõ ràng
Oxi hóa hydrocacbon bởi Ozon (O
3
)
III.4. Các phản ứng của hydrocacbon trong khí quyển (tt)
KHÍ QUYỂN
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
Trong pha lỏng, cơ chế PƯ được đề nghj là:
Ozonit trung gian
H
3
C CH CH
2
H
3
C
C
H
C
H
2
O O
O

•
OO
•
RO
•
+ HC
•
O
RC
•
O + HO
•
ROH + CO
Ion lưỡng tính cũng có thể PƯ với NO
HRC
•
OO
•
+ NO → RCHO + NO
2
a. Cơ chế oxi hóa hydrocacbon chứa oxi trong ô nhiễm không khí
III.4. Các phản ứng của hydrocacbon trong khí quyển (tt)
III. Các loại phản ứng trong khí quyển
Sự ô nhiễm không khí về mặt hóa học
PƯ quang phân andehit
KHÍ QUYỂN
RCHO + hν (> 300 nm) → R
•
+ HC
•