Resume Bab 11. Udara Anorganik Gas Polutan
11.1 Gas Polutan Anorganik
Sejumlah polutan gas anorganik masuk ke atmosfer sebagai hasil dari aktivitas manusia.1 Yang ditambahkan paling banyak adalah CO, SO2, NO, dan NO2. (Jumlah ini relatif kecil dibandingkan dengan jumlah CO2 di atmosfer. Kemungkinan efek lingkungan dari peningkatan CO2 di atmosfer. Gas polutan anorganik lainnya termasuk NH3, N2O, N2O5, H2S, Cl2, HCl, dan HF. Sejumlah besar dari beberapa gas ini ditambahkan ke atmosfer setiap tahun oleh aktivitas manusia. Secara global, emisi atmosfer karbon monoksida, sulfur oksida, dan nitrogen oksida berkisar antara satu hingga beberapa ratus juta ton per tahun.
11.2 Produksi dan Pengendalian Karbonmonoksida
Karbon monoksida, CO adalah konstituen alami dari atmosfer dan polutan jika berada di atas konsentrasi normal. Ini menyebabkan masalah dalam kasus konsentrasi tinggi secara lokal karena toksisitasnya. Konsentrasi karbon monoksida di atmosfer secara keseluruhan adalah sekitar 0,1 ppm, sesuai dengan beban di atmosfer bumi sekitar 500 juta metrik ton CO dengan waktu tinggal rata-rata berkisar antara 36 hingga 110 hari. Banyak dari CO ini hadir sebagai perantara dalam oksidasi metana oleh radikal hidroksil. Dari Tabel 9.1 dapat dilihat bahwa kandungan metana di atmosfer sekitar 1,6 ppm, lebih dari 10 kali konsentrasi CO. Oleh karena itu,
Akibat emisi karbon monoksida dari mesin pembakaran internal, menyebabkan tingginya tingkat dari gas beracun ini yang cenderung terjadi di daerah perkotaan yang padat pada saat jumlah maksimum orang terpapar, seperti pada jam-jam sibuk. Pada saat-saat seperti itu, kadar karbon monoksida di atmosfer telah mencapai 50-100 ppm, sangat berbahaya bagi kesehatan manusia.
Kadar karbon monoksida atmosfer di daerah perkotaan menunjukkan korelasi positif dengan kepadatan lalu lintas kendaraan dan korelasi negatif dengan kecepatan angin. Atmosfer perkotaan mungkin menunjukkan tingkat karbon monoksida rata-rata dalam orde beberapa bagian per juta (ppm), jauh lebih tinggi daripada di daerah terpencil.
11.2.1 Kontrol dari Emisi Karbonmonoksida
Mesin pembakaran internal merupakan sumber utama emisi karbon monoksida polutan lokal, langkah-langkah pengendalian telah terkonsentrasi pada mobil. Emisi karbon monoksida dapat diturunkan dengan menggunakan campuran udara-bahan bakar yang lebih ramping dimana rasio
LINA WIDYA P M0320043
massa udara terhadap bahan bakar relatif tinggi. Pada rasio udara-bahan bakar (massa:massa) yang melebihi kira-kira 16:1, mesin pembakaran dalam mengeluarkan sangat sedikit karbon monoksida. Mobil modern menggunakan kontrol mesin yang terkomputerisasi dengan reaktor gas buang katalitik untuk mengurangi emisi karbon monoksida. Udara berlebih dipompa ke gas buang, dan campuran dilewatkan melalui catalytic converter di sistem pembuangan, menghasilkan oksidasi CO menjadi CO2.
11.3 Nasib Atmosfer CO
Secara umum disepakati bahwa karbon monoksida dihilangkan dari atmosfer melalui reaksi dengan radikal hidroksil, HO•:
CO + HO• → CO2 + H Reaksi menghasilkan radikal hidroperoksil sebagai produk:
O2 + H + M → HOO• +M HO• diregenerasi dari HOO• oleh reaksi berikut:
HOO• + NO → HO• + NO2
HOO• + HOO• → H2O2 + O2
Reaksi terakhir diikuti oleh disosiasi fotokimia H2O2 untuk meregenerasi HO•
H2O2 + hv → 2HO•
Metana juga terlibat melalui siklus CO/HO•/CH4.
Mikroorganisme tanah bertindak untuk menghilangkan CO dari atmosfer. Oleh karena itu, tanah merupakan penyerap karbon monoksida.
11.4 Sumber Sulfur Dioksida dan Siklus Sulfur
Gambar 11.1 menunjukkan aspek utama dari siklus belerang global. Siklus ini terutama melibatkan H2S, (CH3)2S, SO2, SO3, dan sulfat. Terdapat banyak ketidakpastian mengenai sumber, reaksi, dan nasib spesies belerang atmosfer ini. Secara global, senyawa belerang memasuki atmosfer dalam jumlah yang sangat besar melalui aktivitas manusia. Sekitar 100 juta metrik ton belerang per tahun memasuki atmosfer global melalui aktivitas antropogenik, terutama sebagai SO2 dari pembakaran batubara dan sisa bahan bakar minyak. Di Amerika Serikat, emisi sulfur dioksida antropogenik mencapai puncaknya pada 28,8 Tg (teragram, jutaan metrik ton) pada tahun 1990 dan telah berkurang lebih dari 40% sejak saat itu. Sebagai hasil dari tindakan pengendalian polusi udara, emisi sulfur dioksida di wilayah Eropa yang dicakup oleh United Nations Economic Commission for Europe Environmental Monitoring and Evaluation Program turun dari 59 Tg pada tahun 1980 menjadi 27 Tg pada tahun 1997 dan emisi di Inggris turun dari 6,4 Tg pada tahun 1970 menjadi 1,2 Tg pada tahun 1999. Emisi sulfur dioksida yang diukur secara langsung dan disimpulkan dengan analisis sulfat atmosfer terus menurun di Eropa.2 Ketidakpastian terbesar dalam siklus belerang berkaitan dengan belerang
nonantropogenik, yang sebagian besar memasuki atmosfer sebagai SO2 dan H2S dari gunung berapi, dan sebagai (CH3)2S dan H2S dari pembusukan biologis bahan organik dan reduksi sulfat.
Sumber tunggal terbesar belerang alami yang dibuang ke atmosfer sekarang diyakini adalah dimetil sulfida biogenik, (CH3)2S, dari sumber laut. H2S yang masuk ke atmosfer diubah dengan cepat menjadi SO2 dengan proses keseluruhan berikut:
H2S + O2 → SO2 + H2O 11.5 Sulfur Dioxide Reactions In The Atmosphere
Beberapa kemungkinan cara belerang dioksida dapat bereaksi di atmosfer adalah:
(1) reaksi fotokimia;
(2) reaksi fotokimia dan kimia dengan adanya nitrogen oksida dan/atau hidrokarbon, khususnya alkena;
(3) proses kimia dalam tetesan air, terutama yang mengandung garam logam dan amonia; dan (4) reaksi pada partikel padat di atmosfer.
Di antara spesies pengoksidasi yang ada yang dapat menyebabkan reaksi cepat ini adalah HO°, HOO°, O, O3, NO3, N2O5, ROO°, dan RO
Reaksi fase gas yang paling penting yang mengarah pada oksidasi SO2 adalah penambahan HO•
HO° + SO2→ HOSO°2
11.5.1. Efek Atmosfer Belerang Dioksida
Efek surfur dioksida utamanya adalah pada saluran pernapasan, menghasilkan iritasi dan meningkatkan resistensi saluran napas, terutama pada orang dengan kelemahan pernapasan dan penderita asma yang peka. Oleh karena itu, paparan gas dapat meningkatkan upaya yang diperlukan untuk bernapas. Sekresi mukus juga dirangsang oleh paparan udara yang terkontaminasi oleh sulfur dioksida. Meskipun SO, menyebabkan kematian pada manusia pada 500 ppm, belum ditemukan membahayakan hewan laboratorium pada 5 ppm Sulfur dioksida setidaknya sebagian terlibat dalam beberapa insiden akut polusi udara. Di Desember 1930, inversi termal menjebak produk limbah dari sejumlah sumber industri di Lembah Sungai Meuse Belgia yang sempit. Kadar sulfur dioksida mencapai 38 ppm. Sekitar 60 orang tewas dalam episode itu, dan beberapa ternak dibunuh. Pada bulan Oktober 1948, kejadian serupa menyebabkan penyakit pada lebih dari 40% populasi Donor, Pennsylvania, dan 20 orang meninggal.
Konsentrasi dioksida 2 ppm dicatat. Selama periode 5 hari yang ditandai dengan pembalikan suhu dan kabut di London pada bulan Desember 1952, sekitar 3500-4000 kematian terjadi di atas normal. Kadar SO, mencapai 1,3 ppm. Otopsi mengungkapkan iritasi pada saluran pernapasan, dan kadar sulfur dioksida yang tinggi dalam kombinasi dengan partikel yang dihirup diduga berkontribusi terhadap kematian yang berlebihan.
Sulfur dioksida atmosfer berbahaya bagi tanaman, beberapa spesies yang terpengaruh lebih dari yang lain. Paparan akut gas tingkat tinggi membunuh jaringan daun, suatu kondisi yang disebut nekrosis daun. Tepi daun dan area di antara urat daun menunjukkan kerusakan yang khas.
Paparan kronis tanaman terhadap sulfur dioksida menyebabkan klorosis, pemutihan atau penguningan bagian daun yang biasanya hijau Cedera tanaman meningkat dengan meningkatnya kelembaban relatif Tanaman mengalami sebagian besar cedera akibat sulfur dioksida ketika stomata (lubang kecil di jaringan permukaan tanaman yang memungkinkan pertukaran gas dengan atmosfer) terbuka. Untuk sebagian besar tanaman, stomata terbuka pada siang hari, dan sebagian besar kerusakan akibat sulfur dioksida terjadi kemudian. Paparan jangka panjang, tingkat rendah 10 sulfur dioksida dapat mengurangi hasil tanaman biji-bijian seperti gandum atau jelai. Di daerah dengan tingkat polusi sulfur dioksida yang tinggi, tanaman dapat rusak menjadi warb Terbentuk lebih luas oleh oksidasi SO, Kerusakan tersebut muncul sebagai bintik-bintik kecil di mana tetesan asam sulfat telah menimpa di atas daun
11.5.2 Penghilangan Sulfur Dioksida
Beberapa jenis proses sedang digunakan untuk menghilangkan belerang dan oksida belerang dari bahan bakar sebelum pembakaran dan dari tumpukan gas setelah pembakaran. Sebagian besar dari upaya ini berkonsentrasi pada batu bara, karena merupakan sumber utama polusi oksida belerang. Teknik pemisahan fisik dapat digunakan untuk menghilangkan partikel diskrit belerang pirit dari batubara. Metode kimia juga dapat digunakan untuk menghilangkan belerang dari batubara. Pembakaran unggun terfluidisasi dari batubara sebagian besar dapat menghilangkan SO, emisi pada titik pembakaran. Proses ini terdiri dari pembakaran batu bara granular di tempat tidur batu kapur atau dolomit yang terbagi halus yang dipertahankan dalam kondisi seperti cairan dengan injeksi udara. Panas mengkalsinasi batugamping, dan kapur yang dihasilkan menyerap SO.
Banyak proses telah diusulkan atau dipelajari untuk menghilangkan sulfur dioksida dari gas cerobong. Ini bervariasi menurut sifat adsorben, cara mengontak gas buang dengan adsorben dan apakah produk akhir kering atau tidak. Sorben antara lain CaCO, (batu kapur), CaCO, MgCO, (dolomit), Ca(OH), (kapur), fly ash alkalin dari pembakaran batubara, larutan natrium sulfit, natrium karbonat dan soda ash, limbah soda liquor dari produksi trona ( mineral natrium karbonat), dan magnesium oksida. Gas buang dapat dikontakkan dengan adsorben melalui proses semprot, proses semprot kering di mana air dalam larutan penyerap diuapkan dan residu padat
kering dikumpulkan, sistem venturi, tempat tidur yang dikemas, reaktor gelembung, dan baki.
Proses basah adalah yang paling biasanya digunakan.
Sistem basah yang biasa digunakan untuk menghilangkan sulfur dioksida dari gas buang memberikan sejumlah tantangan termasuk penskalaan, korosi, kekacauan umum bubur, dan pendinginan gas yang memerlukan pemanasan gas berikutnya sehingga akan naik di tumpukan.
Oleh karena itu, sistem kering akan lebih diinginkan, tetapi belum terbukti sangat efektif. Sistem pembuangan kering yang digunakan dengan hanya keberhasilan terbatas melibatkan injeksi batu kapur kering atau dolomit ke dalam boiler diikuti dengan pemulihan kapur kering, sulfit, dan sulfat.
Produk sulfat dan oksida padat dihilangkan dengan presipitator elektrostatik atau pemisah siklon.
Proses ini memiliki efisiensi 50% atau kurang untuk menghilangkan oksida belerang. Semua proses penghilangan sulfur dioksida basah, kecuali oksidasi katalitik, bergantung pada penyerapan SO, melalui reaksi dengan basa. Sebagian besar proses scrubbing menghasilkan larutan kalsium sulfit, CaSO, dan kalsium sulfit hemihidrat padat, CaSO, +H,O(s) juga dapat terbentuk. Gypsum terbentuk dalam proses scrubbing oleh oksidasi sulfit, diikuti oleh reaksi ion sulfat dengan ion kalsium.
Gypsum adalah produk akhir yang diinginkan dan umumnya digunakan untuk memproduksi papan dinding sebagai produk komersial (disebutkan sebagai contoh praktik ekologi industri).
Beberapa sistem meniupkan udara ke dalam produk kalsium sulfit untuk mengoksidasinya menjadi kalsium sulfat dalam sistem oksidasi paksa.
Sistem pemulihan di mana belerang dioksida atau unsur belerang dihilangkan dari bahan penyerap bekas, yang didaur ulang, jauh lebih diinginkan dari sudut pandang lingkungan daripada sistem pembuangan. Banyak jenis proses pemulihan telah diselidiki, termasuk yang melibatkan penggosokan dengan bubur magnesium oksida, larutan natrium hidroksida, larutan natrium sulfit, larutan amonia, atau larutan natrium sitrat.
Sulfur dioksida yang diperoleh dari proses penggosokan tumpukan-gas dapat diubah menjadi hidrogen sulfida melalui reaksi dengan gas sintesis.
Reaksi Claus kemudian digunakan untuk menghasilkan unsur belerang.
Produk unsur belerang adalah bahan bernilai komersial yang digunakan untuk membuat asam sulfat. Pemulihan belerang dengan cara ini adalah contoh yang baik dari proses kimia hijau.
11.6 Nitrogen Oxides In The Atmosphere
Tiga oksida nitrogen yang biasanya ditemui di atmosfer adalah nitrous oxide (NO), nitric oxide (NO), dan nitrogen dioksida (NO2). Selain itu, radikal nitrat, NO3, adalah spesies penting yang terlibat dalam kimia kabut fotokimia malam hari. Kimia oksida nitrogen dan spesies
nitrogen anorganik reaktif lainnya sangat penting di atmosfer di berbagai bidang seperti pembentukan kabut fotokimia, produksi hujan asam, dan penipisan ozon stratosfer.
Nitrous oxide, obat bius yang umum digunakan yang dikenal sebagai "gas tertawa", diproduksi oleh proses mikrobiologis dan merupakan komponen dari atmosfer yang tidak tercemar pada tingkat sekitar 0,3 ppm (lihat Tabel 9.1). Gas ini relatif tidak reaktif dan mungkin tidak secara signifikan mempengaruhi reaksi kimia penting di atmosfer yang lebih rendah. Konsentrasinya menurun dengan cepat dengan ketinggian di stratosfer karena reaksi fotokimia
N O+ hv→ N +O₂ ₂ N O+O→ N +O₂ ₂ ₂ N O+O→ 2NO₂
Reaksi-reaksi ini signifikan dalam hal penipisan lapisan ozon. Peningkatan fiksasi global nitrogen, disertai dengan peningkatan produksi mikroba N O, dapat berkontribusi pada penipisan₂ lapisan ozon. Nitric oxide (NO) yang tidak berwarna, tidak berbau, dan nitrogen dioksida (NO2) merah-coklat yang tajam sangat penting dalam udara yang tercemar. Secara kolektif NO, gas-gas ini memasuki atmosfer dari sumber alami, seperti petir dan proses biologis, dan dari sumber polutan. Yang terakhir ini jauh lebih signifikan karena konsentrasi NO yang tinggi secara₂ regional yang dapat menyebabkan kerusakan parah
11.6.1 Reaksi Atmosfer dari NOx
Reaksi kimia atmosfer mengubah NOx menjadi asam nitrat, garam nitrat anorganik, nitrat organik, dan peroksi asetil nitrat. Spesies oksida nitrogen reaktif utama di troposfer adalah NO, NO2, dan HNO3. Siklus spesies ini antara satu sama lain, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11.3. Meskipun NO adalah bentuk utama di mana NOx dilepaskan ke atmosfer, konversi NO menjadi NO2 relatif cepat di troposfer.
Gambar 11.3 Reaksi utama antara NO, NO2, and HNO3 di atmosfer.
11.6.2 Efek Berbahaya dari Nitrogen Oksida
Oksida nitrat atau NOx kurang beracun dari pada NO2. Seperti karbon monoksida dan nitrit, NO menempel pada hemoglobin dan mengurangi efisiensi transportasi oksigen. Namun, dalam suasana yang tercemar, konsentrasi oksida nitrat biasanya jauh lebih rendah daripada karbon monoksida sehingga efeknya pada hemoglobin jauh lebih sedikit.
Paparan akut NO bisa sangat berbahaya bagi kesehatan manusia. Untuk paparan mulai₂ dari beberapa menit sampai satu jam, tingkat 50-100 ppm NO menyebabkan peradangan₂ jaringan paru-paru untuk jangka waktu 6-8 minggu, setelah waktu itu subjek biasanya pulih.
Paparan subjek 150-200 ppm NO2 menyebabkan bronkiolitis fibrosa obliterans, suatu kondisi yang fatal dalam waktu 3-5 minggu setelah paparan. Kematian disebabkan oleh menghirup gas yang mengandung NO dari pembakaran film seluloid dan nitroselulosa, dan dari tumpahan₂ oksidan NO2 (digunakan dengan bahan bakar hidrazin cair) dari motor roket misil.
Paparan tanaman terhadap beberapa ppm NO2 di laboratorium menyebabkan bercak daun dan kerusakan jaringan tanaman. Paparan 10 ppm NO menyebabkan penurunan reversibel dalam laju fotosintesis. Nitrogen oksida diketahui menyebabkan memudarnya pewarna dan tinta yang digunakan di beberapa tekstil. Ini telah diamati pada pengering pakaian gas dan karena NOx
terbentuk dalam nyala pengering. Sebagian besar kerusakan bahan yang disebabkan oleh NOx
berasal dari nitrat sekunder dan asam nitrat. Kekhawatiran juga telah diungkapkan tentang kemungkinan bahwa NOx yang dipancarkan ke atmosfer oleh pesawat transpor supersonik dapat mengkatalisasi penghancuran sebagian lapisan ozon stratosfer yang menyerap radiasi ultraviolet gelombang pendek (240-300 nm) yang merusak. Kemungkinan ini menimbulkan kekhawatiran awal mengenai kerusakan antropogenik pada lapisan ozon stratosfer sekitar tahun 1970.
11.6.3 Kontrol Nitrogen Oksida
Seperti disebutkan dalam Bagian 10.9, nitrogen oksida menyusun kelas dari enam kriteria polutan yang diatur oleh U.S EPA. Selanjutnya, terlibat dalam pembentukan ozon troposfer, O3, salah satu polutan kriteria yang diatur. Baik hidrokarbon dan nitrogen oksida adalah bahan yang diperlukan untuk produksi ozon dan spesies berbahaya lainnya dalam proses pembentukan fotokimia kabut asap. Awalnya, upaya untuk mengendalikan produksi ozon tersebut dikonsentrasikan pada pengurangan emisi hidrokarbon organik yang mudah menguap. Namun, dalam banyak kasus nitrogen oksida merupakan reaktan pembatas dalam produksi fotokimia smog dan ozon sehingga pengendalian emisi nitrogen oksida sangat penting dalam mengurangi polusi udara troposfer.
Terdapat dua pendekatan umum untuk mengendalikan emisi NO. Yang pertama adalah modifikasi kondisi pembakaran untuk mencegah pembentukan NO dan yang kedua adalah pengolahan gas buang untuk menghilangkan NOx sebelum dilepaskan ke atmosfer.
Tingkat NOx yang dipancarkan dari sumber stasioner seperti tungku pembangkit listrik umumnya berada dalam kisaran 50-1000 ppm. Produksi NO disukai baik secara kinetik dan termodinamika oleh suhu tinggi dan oleh konsentrasi oksigen berlebih yang tinggi dan meningkat dengan meningkatnya waktu paparan kondisi ini. Pengurangan ketiga kondisi ini selama pembakaran menurunkan jumlah NO yang terbentuk. Pengurangan suhu nyala untuk mencegah pembentukan NO dilakukan dengan menambahkan gas buang yang disirkulasikan kembali, udara dingin, gas inert, atau air, meskipun hal ini menurunkan efisiensi konversi energi yang dihitung dengan persamaan Carnot. Penembakan udara berlebih rendah efektif dalam mengurangi NOx emisi selama pembakaran fosil bahan bakar.
Kelebihan pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna dengan emisi hidrokarbon, jelaga, dan CO adalah masalah yang jelas dengan pembakaran udara berlebih yang rendah. Hal ini dapat diatasi dengan proses pembakaran dua tahap yang terdiri dari langkah-langkah berikut.
1. Tahap pertama di mana bahan bakar ditembakkan pada suhu yang relatif tinggi dengan jumlah udara substoikiometri, misalnya 90-95% dari kebutuhan stoikiometri. Pembentukan NO dibatasi oleh tidak adanya oksigen berlebih.
2. Tahap kedua di mana pembakaran bahan bakar selesai pada suhu yang relatif rendah secara berlebihan udara. Suhu rendah mencegah pembentukan NO.
11.7 Hujan Asam
Sebagian besar oksida belerang dan nitrogen yang memasuki atmosfer masing-masing diubah menjadi asam sulfat dan nitrat. Ketika dikombinasikan dengan asam klorida yang timbul dari emisi hidrogen klorida, asam ini menyebabkan presipitasi asam (hujan asam) yang sekarang menjadi masalah polusi utama di beberapa daerah. Efek lainnya termasuk pengurangan hutan dan tanaman produktifitas, pencucian kation hara, dan logam berat dari tanah, batuan, dan sedimen danau dan sungai; pelarutan logam seperti timbal dan tembaga dari pipa distribusi air;
korosi dari logam yang terbuka; dan pembubaran permukaan bangunan batu kapur dan monumen. Pembubaran aluminium fitotoksik dari tanah oleh pengendapan asam sangat merugikan pertumbuhan tanaman dan hutan. Akibat penyebaran dan pengaruhnya yang luas, hujan asam merupakan pencemar udara yang dapat mengancam atmosfer global.
11.8 Ammonia Dalam Atmosphere
Amonia, salah satu spesies yang mengandung nitrogen paling melimpah di atmosfer, hadir bahkan di udara yang tidak tercemar sebagai hasil dari proses biokimia dan kimia alami. Di antara berbagai sumber amonia atmosfer adalah mikroorganisme di tanah, pembusukan kotoran hewan, pupuk amonia, pengolahan limbah, pembuatan kokas, pembuatan amonia, dan kebocoran dari sistem pendingin berbasis amonia. Konsentrasi gas amonia yang tinggi di atmosfer umumnya menunjukkan pelepasan gas secara gigi. Amonia dihilangkan dari atmosfer karena afinitasnya terhadap air dan oleh aksinya sebagai basa; itu adalah dasar atmosfer utama. Ini adalah spesies kunci dalam pembentukan dan netralisasi aerosol nitrat dan sulfat di atmosfer yang tercemar. Amonia bereaksi dengan aerosol asam ini untuk membentuk garam amonium:
NH3 + HNO3 → NH4NO3 NH3+H,SO4 → NHHSO4
Garam amonium adalah salah satu garam yang lebih korosif dalam aerosol atmosfer. Amonia dapat mempengaruhi vegetasi dengan eksposur akut menyebabkan cedera daun terlihat.
11.9 Fluorine, Chlorine, Dan Senyawa Gasnya
Fluor, hidrogen fluorida, dan fluorida mudah menguap lainnya diproduksi dalam pembuatan aluminium, dan hidrogen fluorida adalah produk sampingan dalam konversi fluorapatit (batu fosfat) menjadi asam fosfat, pupuk superfosfat, dan produk fosfor lainnya.
Proses basah untuk produksi asam fosfat melibatkan reaksi fluorapatit, Ca,F(PO4)3, dengan asam sulfat:
CasF(PO4)3 + 5H2SO4 + 10H₂O → 5CaSO4 2H2O+ HF +3H3PO4
Hal ini diperlukan untuk memulihkan sebagian besar produk sampingan fluor dari pengolahan fosfat batuan untuk menghindari masalah polusi yang parah. Pemulihan sebagai asam fluorosilikat, H SiF, biasanya dilakukan. Gas hidrogen fluorida adalah zat berbahaya yang sangat₂ korosif bahkan bereaksi dengan kaca. Ini mengiritasi jaringan tubuh, dan saluran pernapasan sangat sensitif terhadapnya. Paparan singkat terhadap uap HF pada tingkat bagian per seribu dapat berakibat fatal. Toksisitas akut F, bahkan lebih tinggi daripada HF. Paparan kronis fluoride tingkat tinggi menyebabkan fluorosis, gejala yang meliputi gigi berbintik-bintik dan kondisi tulang patologis. Fluorida adalah racun kumulatif pada tanaman, dan paparan tanaman sensitif bahkan pada tingkat fluorida yang sangat rendah untuk waktu yang lama dapat menyebabkan kerusakan. Gejala khas keracunan fluoride adalah klorosis (warna hijau memudar karena kondisi selain tidak adanya cahaya), luka bakar di tepi, dan ujung terbakar. Gas silikon tetrafluorida, SiF4, adalah polutan gas fluorida lain yang dihasilkan selama beberapa operasi peleburan baja dan logam yang menggunakan CaF2, fluorspar. Fluorspar bereaksi dengan silikon dioksida (pasir), melepaskan gas SiF4:
2CaF₂+3SiO2 → 2CaSiO3 + SiF4
Senyawa gas fluor lainnya, sulfur heksafluorida, SF6, terjadi di atmosfer pada tingkat sekitar 0,3 bagian per triliun. Ini sangat tidak reaktif dengan masa pakai atmosfer diperkirakan 3200 tahun, dan digunakan sebagai pelacak atmosfer. Itu tidak menyerap sinar ultraviolet baik di troposfer atau stratosfer, dan mungkin dihancurkan di atas 60 km oleh reaksi yang dimulai dengan penangkapan elektron bebasnya. Tingkat SF atmosfer saat ini secara signifikan lebih tinggi dari perkiraan tingkat dasar 0,04 bagian per triliun pada tahun 1953 ketika produksi komersial dimulai. Senyawa ini sangat berguna dalam aplikasi khusus termasuk peralatan listrik berinsulasi gas dan blan keting/degassing dari aluminium cair dan magnesium. Peningkatan penggunaan sulfur heksafluorida telah menimbulkan kekhawatiran karena merupakan gas rumah kaca paling kuat yang diketahui, dengan potensi pemanasan global (per molekul yang ditambahkan ke atmosfer) sekitar 23.900 kali lipat dari karbon dioksida.
11.9.1 Chlorine Dan Hydrogen Chloride
Gas klorin (Cl )tidak terjadi sebagai polutan udara dalam skala besar tetapi dapat sangat₂ merusak dalam skala lokal. Klorin adalah gas beracun pertama yang digunakan dalam Perang Dunia I. Klorin banyak digunakan sebagai bahan kimia manufaktur di industri plastik, misalnya, serta untuk pengolahan air dan sebagai pemutih. Klorin cukup beracun dan mengiritasi selaput lendir. Ini sangat reaktif dan merupakan oksidator kuat. Tumpahan gas klorin telah menyebabkan kematian di antara orang-orang yang terpapar. Klorin larut dalam tetesan air atmosfer, menghasilkan asam klorida dan asam hipoklorit, zat pengoksidasi:
H₂O + Cl₂ → H+ + Cl +
Beberapa senyawa yang dilepaskan ke atmosfer sebagai polutan udara terhidrolisis membentuk HCl. Kecelakaan telah terjadi di mana senyawa seperti silikon tetraklorida, SiCl4, dan aluminium klorida, AlCl3, telah dilepaskan dan direaksikan dengan uap air di atmosfer:
SiCl4 + 2H2O → SiO2 + 4HCl AIC13 + 3H2O → Al(OH)3 + 3HC1
Hidrogen klorida dapat dikembangkan dari garam klorida anorganik, seperti NaCl, KCl, dan CaCl2, pada suhu tinggi dengan adanya SO2, O2, dan H2O melalui proses sulfasi. Reaksi keseluruhan sulfasi diilustrasikan di bawah ini untuk CaCl2:
CaCl2 + O₂+SO₂+H₂O→ CaSO4 + 2HC1
sekarang diyakini bahwa partikel klorida yang mencair (lembab) dapat bereaksi dengan radikal hidroksil:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl₂
Ini meninggalkan permukaan dasar yang kondusif untuk retensi dan oksidasi SO . Hidrolisis Cl₂ ₂ yang dilepaskan dapat menghasilkan HCl, berkontribusi pada bahan asam di atmosfer:
Cl2 + H2O → HCl + HOCI 11.10 Mengurangi Gas Sulfure
Hidrogen sulfida, karbonil sulfida (OCS), karbon disulfida (CS2), dan dimetil sulfida (S(CH3)2) adalah senyawa gas penting di atmosfer di mana belerang berada dalam keadaan oksidasi yang lebih rendah. Gas-gas ini dioksidasi di atmosfer menjadi sulfat, dalam beberapa kasus dengan produksi antara SO2, dan merupakan sumber penting dari sulfur atmosfer.
Hidrogen sulfida diproduksi oleh proses mikroba termasuk pembusukan senyawa belerang dan reduksi bakteri sulfat. Hidrogen sulfida juga dilepaskan dari uap panas bumi, dari pulp kayu, dan dari sejumlah sumber alam dan antropogenik lain-lain. Sekitar 8 × 109 kg (8 Tg) H S dilepaskan₂ ke atmosfer global setiap tahun. Karena sangat mudah teroksidasi, sebagian besar hidrogen sulfida di atmosfer dengan cepat diubah menjadi SO . Pencemaran hidrogen sulfida dari sumber₂ buatan hampir tidak tersebar luas seperti polusi belerang dioksida. Namun, ada beberapa insiden akut emisi hidrogen sulfida yang mengakibatkan kerusakan pada kesehatan manusia dan bahkan kematian. Upaya untuk memanfaatkan formasi gas alam yang sangat dalam telah meningkatkan bahaya pelepasan hidrogen sulfida yang tidak disengaja. Hidrogen sulfida dalam gas alam
"asam" telah menimbulkan masalah yang meningkat karena sejumlah besar gas alam asam yang relatif melimpah dimanfaatkan untuk energi. Pemulihan dari hidrogen sulfida dan konversi ke unsur belerang telah menyebabkan pasokan belerang melebihi permintaan. Sekarang, peningkatan jumlah hidrogen sulfida disertai dengan karbon dioksida, komponen asam lain dari gas alam asam sedang disuntikkan ke dalam formasi bawah tanah. Hidrogen sulfida pada tingkat jauh di atas konsentrasi ambien menghancurkan jaringan tanaman yang belum matang. Jenis cedera tanaman ini mudah dibedakan dari yang disebabkan oleh fitotoksin lainnya. Spesies yang lebih sensitif terbunuh oleh paparan terus menerus sekitar 3000 ppb (bagian per miliar volume) H S, sedangkan spesies lain menunjukkan penurunan pertumbuhan, lesi daun, dan defoliasi.₂ Kerusakan pada jenis bahan tertentu adalah efek yang sangat mahal dari polusi hidrogen sulfida.
Cat yang mengandung pigmen timbal, 2PbCO3 · Pb(OH)2 (tidak digunakan lagi), sangat rentan terhadap penggelapan oleh H,S. Penggelapan hasil dari paparan selama beberapa jam hingga sesedikit 50 ppb H S. Timbal sulfida yang awalnya diproduksi melalui reaksi pigmen timbal₂ dengan hidrogen sulfida akhirnya dapat diubah menjadi timbal sulfat putih oleh oksigen atmosfer setelah penghilangan sumber H2S, sehingga sebagian membalikkan kerusakan. Lapisan hitam tembaga sulfida terbentuk pada logam tembaga yang terpapar H S. Akhirnya, lapisan ini₂ digantikan oleh lapisan hijau dari tembaga sulfat dasar, CuSO4 - 3Cu(OH)2. "Patina" hijau, demikian sebutannya, sangat tahan terhadap korosi lebih lanjut. Lapisan korosi seperti itu dapat secara serius merusak fungsi kontak tembaga pada peralatan listrik. Hidrogen sulfida juga
membentuk lapisan sulfida hitam pada perak. Karbonil sulfida, OCS, sekarang dikenal sebagai komponen atmosfer pada konsentrasi troposfer sekitar 500 bagian per triliun volume, sesuai dengan beban global sekitar 2,4 Tg. Sekitar 1,3 Tg karbonil sulfida dilepaskan ke atmosfer setiap tahun. Sekitar setengah jumlah karbon disulfida, CS2, dilepaskan ke atmosfer setiap tahun.
Karbonil sulfida memiliki masa pakai atmosfer sekitar 18 bulan dan merupakan gas belerang tereduksi yang paling lama di atmosfer. Baik OCS dan CS, dioksidasi di atmosfer oleh reaksi yang diprakarsai oleh radikal hidroksil. Reaksi awal adalah
HO+OCS → CO₂+ HS*
HO+CS₂→ OCS + HS*
Reaksi ini dengan radikal hidroksil memulai proses oksidasi yang terjadi melalui serangkaian reaksi kimia atmosfer. Reaksi karbonil sulfida dengan radikal hidroksil sangat lambat sehingga mungkin merupakan jalur kecil untuk hilangnya OCS di troposfer. Gas ini dimetabolisme oleh karbonat anhidrase tanaman tingkat tinggi, yang biasanya memetabolisme karbon dioksida, dan penyerapan oleh tanaman tingkat tinggi diyakini sebagai penyerap karbonil sulfida yang signifikan. Karbonil sulfida berumur panjang sehingga jumlah yang signifikan mencapai stratosfer. Di sini ia dapat menjalani fotolisis, yang mengarah ke urutan reaksi berikut:
OCS+ hv→ CO + S O+OCS → CO + SO
S+O₂ → SO+0 SO+O₂ → SO₂+O SO+NO₂ → SO₂+NO
Sulfur dioksida yang dihasilkan oleh reaksi ini akhirnya dioksidasi menjadi sulfat dan aerosol asam sulfat. Ini menghasilkan lapisan aerosol stratosfer yang memanjang dari dasar stratosfer sampai ketinggian sekitar 30 km.
