Giới thiệu và đặc điểm của một số khí phổ biến và khí độc hại nguy hiểm

1. Nitơ (N₂)

Nitơ là khí dồi dào nhất trong không khí, chiếm khoảng 78% thể tích không khí. Đây là một loại khí không màu, không mùi, không vị. Các đặc tính hóa học của nó tương đối ổn định, khiến nó khó phản ứng với các chất khác ở nhiệt độ phòng.

Trong công nghiệp, nitơ có nhiều ứng dụng, chẳng hạn như được sử dụng trong đóng gói thực phẩm để ngăn ngừa oxy hóa và hư hỏng. Trong sản xuất hóa chất, nó có thể đóng vai trò là khí bảo vệ để ngăn các chất dễ bị oxy hóa tiếp xúc với oxy.

2. Oxy (O₂)

Oxy chiếm khoảng 21% thể tích không khí. Đây là một loại khí không màu, không mùi, hỗ trợ sự cháy và hô hấp. Khi nồng độ oxy dưới 19,5% thể tích, đó là tình trạng thiếu oxy; trên 23,5% thể tích là tình trạng thừa oxy. Do đó, máy dò oxy thông thường thường có cài đặt báo động thấp ở 19,5% thể tích và báo động cao ở 23,5% thể tích.

Trong lĩnh vực y tế, oxy được sử dụng để sơ cứu và điều trị các bệnh thiếu oxy. Trong công nghiệp, oxy được sử dụng trong sản xuất thép, phản ứng với than cốc để tạo ra carbon monoxide, sau đó khử quặng sắt. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, oxy lỏng đóng vai trò là chất oxy hóa cho động cơ tên lửa, đẩy tên lửa.

3. Carbon Dioxide (CO₂)

Carbon dioxide là một loại khí không màu, không mùi. Hàm lượng của nó trong không khí khoảng 0,04%. Nguồn CO₂ rất phong phú, bao gồm cả hô hấp sinh học và đốt cháy nhiên liệu hóa thạch.

Trong công nghiệp, CO₂ được sử dụng trong sản xuất đồ uống có ga. Trong phòng cháy chữa cháy, bình chữa cháy CO₂ tận dụng việc CO₂ không hỗ trợ sự cháy và nặng hơn không khí để dập tắt đám cháy. Trong nông nghiệp, CO₂ được sử dụng trong trồng trọt nhà kính để tăng nồng độ CO₂ và thúc đẩy quá trình quang hợp của thực vật.

Giới hạn tiếp xúc:

• Nơi làm việc: Theo GBZ 2.1-2019, PC-TWA cho CO₂ là 9000 mg/m³, và PC-STEL là 18000 mg/m³. Quy đổi, PC-TWA xấp xỉ 5000 ppm và PC-STEL xấp xỉ 10000 ppm.

• Tiêu chuẩn môi trường trong nhà: Tiêu chuẩn chất lượng không khí trong nhà của Trung Quốc quy định nồng độ CO₂ trong nhà không được vượt quá 1000 ppm.

4. Argon (Ar)

Argon chiếm khoảng 0,934% thể tích không khí. Đây là một loại khí trơ có đặc tính hóa học cực kỳ không hoạt động.

Trong hàn, argon được sử dụng làm khí bảo vệ để ngăn ngừa oxy hóa kim loại trong quá trình hàn, được ứng dụng rộng rãi trong hàn thép không gỉ và hợp kim nhôm. Trong chiếu sáng, argon được sử dụng để lấp đầy bóng đèn, giảm sự bay hơi của sợi đốt và kéo dài tuổi thọ bóng đèn.

5. Heli (He)

Heli là một loại khí không màu, không mùi, không cháy. Đây là loại khí khó hóa lỏng nhất. Các đặc tính hóa học của nó rất ổn định.

Trong hàng không vũ trụ, heli được sử dụng để bơm khí cầu và bóng bay vì nó nhẹ hơn không khí và an toàn. Trong lặn biển, heli được trộn với oxy để lặn sâu dưới biển nhằm ngăn ngừa bệnh giảm áp. Trong ngành công nghiệp điện tử, heli được sử dụng để làm mát và bảo vệ trong quá trình sản xuất bán dẫn.

6. Neon (Ne)

Neon là một loại khí hiếm, không màu và không mùi. Nó phát ra ánh sáng đỏ cam rực rỡ khi phóng điện. Dựa trên đặc điểm này, nó chủ yếu được sử dụng trong sản xuất biển quảng cáo neon, tạo ra nhiều màu sắc khác nhau. Trong công nghệ laser, neon cũng có thể được sử dụng làm khí lấp đầy cho một số loại laser nhất định.

7. Krypton (Kr)

Krypton là một loại khí không màu, không mùi. Nó phát ra ánh sáng trắng khi phóng điện và thường được sử dụng để sản xuất thiết bị chiếu sáng có độ sáng cao, chẳng hạn như đèn flash. Trong ngành công nghiệp điện tử, krypton cũng được sử dụng trong một số quy trình sản xuất bán dẫn đặc biệt và chế tạo thiết bị như một loại khí bảo vệ.

8. Xenon (Xe)

Xenon là một loại khí trơ phát ra ánh sáng xanh trắng mạnh khi phóng điện. Trong chiếu sáng, đèn xenon có đặc điểm độ sáng cao và nhiệt độ màu cao, thường được sử dụng cho đèn pha ô tô và chiếu sáng sân khấu. Trong y học, xenon có tác dụng gây mê và có thể được sử dụng làm khí gây mê.

9. Metan (CH₄)

Metan là hydrocarbon đơn giản nhất và là thành phần chính của khí tự nhiên. Đây là một loại khí không màu, không mùi, dễ cháy. Phạm vi thông thường cho khí dễ cháy thường được đặt ở 0-100% LEL.

Trong năng lượng, metan được sử dụng làm nguồn năng lượng sạch để phát điện và sưởi ấm. Trong sản xuất hóa chất, metan có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất metanol, axetylen và các sản phẩm hóa chất khác. Metan chủ yếu đến từ khai thác khí tự nhiên, cũng như từ khí sinh học được sản xuất từ quá trình phân hủy kỵ khí, cũng chứa một lượng lớn metan.

10. Etan (C₂H₆)

Etan là một loại khí không màu, không mùi, dễ cháy, thường có trong ngành công nghiệp hóa dầu. Nó chủ yếu tồn tại trong khí tự nhiên và khí cracking dầu mỏ. Etan có thể được sử dụng để sản xuất etylen, một nguyên liệu hóa học quan trọng được sử dụng để sản xuất nhựa (ví dụ: polyethylene), sợi tổng hợp, cao su tổng hợp và nhiều sản phẩm hóa chất khác.

11. Propan (C₃H₈)

Propan là một loại khí nhiên liệu phổ biến và là một trong những thành phần chính của khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG). Ở nhiệt độ và áp suất phòng, propan ở dạng khí, nhưng nó có thể được hóa lỏng dưới áp suất thích hợp để dễ dàng lưu trữ và vận chuyển. Nó chủ yếu được sử dụng để nấu ăn, sưởi ấm trong gia đình, cũng như cắt và hàn công nghiệp, tạo ra nhiệt lượng cao khi đốt cháy.

12. Oxit Nitơ (NO) và Nitơ Dioxide (NO₂) (Oxide Nitơ)

Oxit nitơ là một loại khí không màu; nitơ dioxide là một loại khí màu nâu đỏ có mùi hăng. Chúng chủ yếu đến từ các quá trình đốt cháy nhiệt độ cao như khí thải xe cộ và sản xuất điện nhiệt.

Oxide nitơ là chất ô nhiễm không khí gây ra các vấn đề môi trường như mưa axit và khói quang hóa. Trong sản xuất hóa chất, oxit nitơ cũng có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất axit nitric và các sản phẩm hóa chất khác.

Oxide nitơ chủ yếu đến từ quá trình đốt cháy nhiên liệu và các quy trình sản xuất hóa chất, mạ điện, v.v. NO₂ gây kích ứng mạnh đường hô hấp, có thể gây hen suyễn cấp tính và được coi là nguyên nhân gây ra khí phế thũng và ung thư phổi.

Giới hạn tiếp xúc:

• Giới hạn tiếp xúc nghề nghiệp tại nơi làm việc: Theo sửa đổi lần thứ 2 của GBZ 2.1-2019 (có hiệu lực từ ngày 1 tháng 5 năm 2025), PC-TWA cho NO là 15 mg/m³; đối với NO₂, PC-TWA là 5 mg/m³ và PC-STEL là 10 mg/m³.

• Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh: Theo GB 3095-2012, giới hạn trung bình hàng năm cho NO₂ là 40 μg/m³, và giới hạn trung bình 24 giờ là 80 μg/m³, quy đổi tương đương khoảng 0,017 ppm và 0,035 ppm.

• Tiêu chuẩn phát thải công nghiệp: Theo GB 16297-1996, đối với các doanh nghiệp thành lập sau ngày 1 tháng 1 năm 1997, giới hạn nồng độ phát thải NOx là 240 mg/m³; đối với các doanh nghiệp thành lập trước đó, là 420 mg/m³. Đối với ngành luyện nhôm, các doanh nghiệp nhôm thứ cấp phải tuân thủ GB 31574-2015, với giới hạn phát thải NOx là 200 mg/m³. Ngoài ra còn có một số tiêu chuẩn địa phương.

13. Carbon Monoxide (CO)

CO là một loại khí không màu, không mùi, độc hại. Nó chủ yếu là sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn các vật liệu chứa carbon, chẳng hạn như khí thải xe cộ và đốt than không hoàn toàn. CO liên kết với hemoglobin trong máu, làm giảm khả năng vận chuyển oxy của nó, dẫn đến thiếu oxy mô và ngộ độc.

Trong công nghiệp, CO có thể được sử dụng trong luyện kim, chẳng hạn như trong sản xuất sắt, nơi CO hoạt động như một chất khử để khử sắt từ quặng sắt.

Ảnh hưởng của các nồng độ CO khác nhau đối với cơ thể con người:

• Khó chịu nhẹ: Ở mức 50-100 ppm, có thể xảy ra đau đầu nhẹ và chóng mặt. Người trưởng thành khỏe mạnh trong môi trường như vậy trong thời gian ngắn (ví dụ: 1-2 giờ) có thể cảm thấy khó chịu nhưng nhìn chung có thể chịu đựng được. Do đó, phạm vi thông thường cho CO là 0-100 ppm.

• Khó chịu rõ rệt: Ở mức 200-300 ppm, sẽ có đau đầu, buồn nôn, nôn và mệt mỏi rõ rệt. Mọi người sẽ cảm thấy rất khó chịu, và các triệu chứng sẽ dần trở nên tồi tệ hơn theo thời gian (ví dụ: 2-3 giờ).

• Ngộ độc nặng: Ở mức 800-1200 ppm, các triệu chứng nghiêm trọng như hôn mê và co giật xảy ra. Nếu không được đưa ra khỏi môi trường kịp thời, có nguy cơ tử vong. Ở nồng độ cao như vậy, con người khó có thể chịu đựng được lâu; mất ý thức có thể xảy ra trong vòng 30 phút đến 1 giờ.

• Nguy hiểm đến tính mạng: Trên 3200 ppm, có thể xảy ra suy hô hấp và ngừng tim trong vòng vài phút, đe dọa tính mạng nhanh chóng. Cơ thể con người hầu như không thể chịu đựng được nồng độ CO cao như vậy.

14. Amoniac (NH₃)

Amoniac là một loại khí có mùi hăng. Nó là một nguyên liệu hóa học quan trọng, chủ yếu được sử dụng để sản xuất phân bón nitơ như urê và amoni nitrat. Trong làm lạnh, amoniac từng là chất làm lạnh phổ biến, nhưng hiện nay việc sử dụng nó bị hạn chế do độc tính và khả năng cháy. Trong ngành dệt may, amoniac được sử dụng để sản xuất sợi nhân tạo.

Giới hạn tiếp xúc:

• MAC: 30 mg/m³ (khoảng 41,7 ppm)

• PC-TWA: 20 mg/m³ (khoảng 27,8 ppm)

• PC-STEL: 30 mg/m³ (khoảng 41,7 ppm)

15. Lưu huỳnh Dioxide (SO₂)

SO₂ là một loại khí không màu, gây kích ứng mạnh, có mùi giống axit sulfuric, dễ tan trong nước. Nó chủ yếu đến từ các sản phẩm đốt cháy của nhiên liệu khoáng chứa lưu huỳnh, cũng như từ các quy trình như nung quặng kim loại, tẩy trắng len và lụa, bột giấy hóa học và sản xuất axit. Nó gây kích ứng đường hô hấp, gây viêm phế quản và hen suyễn, đồng thời cũng tạo ra mưa axit, gây hại cho môi trường sinh thái.

Giới hạn tiếp xúc:

• MAC: 15 mg/m³ (khoảng 5,3 ppm)

• PC-TWA: 5 mg/m³ (khoảng 1,8 ppm)

• PC-STEL: 10 mg/m³ (khoảng 3,5 ppm)

16. Hydro Sulfide (H₂S)

H₂S là một loại khí không màu có mùi trứng thối. Nó chủ yếu đến từ việc khai thác dầu khí và sự phân hủy của các sulfua trong sản xuất hóa chất. H₂S là một loại khí cực độc gây tổn thương nghiêm trọng cho hệ hô hấp và thần kinh của con người. Trong công nghiệp, H₂S có thể được sử dụng để sản xuất axit sulfuric và các sản phẩm hóa chất khác.

Giới hạn tiếp xúc (Trung Quốc):

• MAC: 10 mg/m³ (khoảng 6,5 ppm)

• Giá trị giới hạn ngưỡng: 15 mg/m³ (10 ppm)

• Nồng độ quan trọng an toàn: 30 mg/m³ (20 ppm)

• Nồng độ nguy hiểm tới hạn: 150 mg/m³ (100 ppm)

17. Phosphine (PH₃)

Phosphine là một loại khí cực độc. Hít phải gây tổn thương hệ hô hấp, hệ thần kinh và tim. Nồng độ cao có thể gây tử vong trong thời gian ngắn. Ngay cả việc tiếp xúc lâu dài với nồng độ thấp cũng có thể gây ngộ độc mãn tính, như chóng mặt, buồn nôn và mệt mỏi.

Nó chủ yếu đến từ quá trình thủy phân của các photphua kim loại như nhôm photphua. Trong bảo quản ngũ cốc, nhôm photphua được sử dụng làm thuốc xông hơi để ngăn ngừa côn trùng. Nhôm photphua phản ứng với hơi nước trong không khí tạo ra phosphine. Ngoài ra, việc xử lý không đúng cách chất thải công nghiệp chứa phốt pho cũng có thể tạo ra phosphine.

Giới hạn tiếp xúc: MAC của Trung Quốc đối với phosphine là 0,3 mg/m³ (khoảng 0,22 ppm).

18. Arsine (AsH₃)

Arsine là một chất độc mạnh gây tan máu. Khi xâm nhập vào cơ thể, nó liên kết với hemoglobin trong hồng cầu, gây vỡ hồng cầu và tan máu cấp tính. Các triệu chứng bao gồm đau đầu, buồn nôn, nôn, đau lưng dưới và hemoglobin niệu. Trường hợp nặng có thể dẫn đến suy thận và thậm chí tử vong.

Trong quá trình luyện kim kim loại màu, đặc biệt là quặng chứa asen, arsine có thể được tạo ra khi asen trong quặng phản ứng với hydro. Ví dụ, trong quá trình luyện kim chì, kẽm và các kim loại khác, nếu quặng chứa tạp chất asen, arsine có thể được sản xuất trong môi trường nhiệt độ cao, khử. Ngoài ra, trong ngành công nghiệp điện tử, các hợp chất như gali asen có thể tạo ra một lư