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氮氧化物(nox)指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物,如一氧化二氮(n2o)、一氧化氮(no)、二氧化氮(no2)、三氧化二氮(n2o3)、四氧化二氮(n2o4)和五氧化二氮(n2o5)等。除一氧化二氮及二氧化氮以外,其他氮氧化物均不稳定,遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮,一氧化氮又变为二氧化氮。因此,环境中接触的是几种气体混合物常被称为硝烟(气),主要为一氧化氮和二氧化氮。氮氧化物都具有不同程度的毒性。cathse技术。
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氮氧化物来源
氮氧化物除少量源自于自然过程外,大部分来源自燃料燃烧及机动车排放等。燃料燃烧时,生成的氮氧化物中,一氧化氮占90% 左右,其余为二氧化氮。燃烧产生氮氧化物主要有两种情况:
一是空气中的氮气在高温下与空气中的氧气氧化而成。燃烧的温度以及燃烧时空气中的氧含量越高,一氧化氮产生量就越多。而且还可以直接氧化成二氧化氮,如下面的反应式所示:
n2 o2→(1500℃以上)→2no→(o2)→2no2
二是燃料中含有氮的有机物,在燃烧时被氧化而生成一氧化氮,但其易被强氧化剂氧化成二氧化氮。另外,一氧化氮对臭氧的形成过程会起重要作用。
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氮氧化物转化
酸雨是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸,绝大部分是硫酸和硝酸。工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫,燃烧石油及汽车尾气排放出来的氮氧化物,经过“云内成雨过程”,即水气凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上,发生液相氧化过程,形成硫酸雨滴和硝酸雨滴;又经过“云下冲刷过程”,即含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨和含酸其他,形成较大雨滴,最后降落在地面上,形成了酸雨。cathse技术。
另外,氮氧化物是光化学烟雾的引发剂。光化学烟雾是由具有更强氧化能力的臭氧(o3)和过氧酰基硝酸酣(pan)组成。产生光化学烟雾的光化学反应过程非常复杂,反应机理还未有定论。虽然至今尚未发现pan会损害文物,但臭氧会造成文物的氧化与损害。
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氮氧化物危害机理
氮氧化物中一氧化氮和二氧化氮的危害尤为严重。虽然至今尚未发现一氧化氮会对文物产生直接的损害,但其易被强氧化剂氧化成二氧化氮,进而对文物产生损害。二氧化氮是棕红色的气体,具有特殊臭味并有毒,浓度在0.012~0.22ppm即可通过人的嗅觉感受到。二氧化氮的危害和二氧化硫类似,它可以溶解在水中生成硝酸,与硝酸同时生成的还有亚硝酸。
3no2 h2o→2hno3 no
亚硝酸在空气中会进一步氧化,生成具有强酸性和强氧化性的硝酸。此外硝酸是挥发性的,就污染空气中的浓度水平而言,由二氧化氮转化的自由硝酸不会被夹带于干燥物体的表面,然而一旦接触易发生反应。但与硫酸相比,其威胁略小。cathse技术。
纸张老化的内在机理为纤维素大分子降解,纤维素链变短,纤维之间的结合力变差。纤维素为葡萄糖基通过β-1,4糖苷键连接形成的聚合物,糖苷键对酸的稳定性很低,在酸性环境中极易断裂。no2与纸张中的水分结合后形成hno3,同其它酸一样,硝酸可使纤维素中1, 4-β -葡糖苷链水解而加速纸张制品老化,另外,no2还可以与纸张中的纤维素发生反应,使纤维素葡萄糖单元中 c- 6原子上的羰基被氧化,从而形成醛糖酸,酸的产生增加了纸制品的酸度,并加速了纸张的老化变质。此外,二氧化氮还会腐蚀含有胺基的染料,如锭蓝,特别是在纤维素材质和聚酯类材质上的染料。
纸质文物的保护贵在以防为主,防治结合。做好文物预防性保护就要从根本上解决文物展藏环境的“洁净、稳定、恒湿”等问题。
天津森罗科技股份有限公司提出的“高密闭环境下智能气调保护技术”(controlled atmosphere technology of high sealed environment),简称“cathse”。cathse技术技术是由围护结构密封、气体洁净、温湿度调控、氧含量调控、智能控制和信息化等构成的技术体系。
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[4] 王欢欢. 纸质文物酸化原因及防治[c]. 中国文物保护技术协会第九次学术年会论文集,2016:179-182.