Bài tiểu luận xác định hàm lượng chì và hàm lượng nhựa trong sản phẩm dầu mỏ 40

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI  BÀI TIỂU LUẬN XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHÌ VÀ HÀM LƯỢNG NHỰA TRONG SẢN PHẨM DẦU MỎ Môn học: HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Giảng viên hướng dẫn Học viên thực Mã học viên Lớp Khóa Hà Nội – 9/2015 : TS Nguyễn Thế Hữu : : : Cao học Kỹ thuật hóa học : Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ Dầu mỏ khí nguồn hydrocacbon phong phú có thiên nhiên Dầu mỏ khí, ngày phát nhiều đâu thấy dầu mỏ khí khơng nhiều Qua phân tích thành phần hố học loại dầu mỏ khác người ta nhận thấy khơng có loại dầu mỏ giới lại có thành phần giống hoàn toàn cả, mà chúng khác thay đổi theo phạm vi rộng Sự khác nhiều thành phần dầu mỏ vấn đề khoa học lớn Có nhiều cách giải thích khác nói chung, muốn làm sáng tỏ vấn đề cần phải trở cuội nguồn nó, nghĩa phải xem xét trình hình thành biến đổi dầu khí lòng đất Tuy nhiên, chưa có ý kiến nhận định trí nguồn gốc biến đổi tạo thành dầu khí, chí có nhiều nhà khoa học lĩnh vực cho rằng, người sử dụng đến giọt dầu cuối hành tinh vấn đề nguồn gốc dầu khí chưa sáng tỏ hoàn toàn Tuy nhiên, ngày với phát triển không ngừng khoa học công nghệ người chế tạo nhiều công cụ đại phục vụ cho công nghiên cứu việc ứng dụng phương pháp phân tích vật lý đại (sắc ký phổ khối, phổ hồng ngoại, phổ tử ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân ) kết hợp với phương pháp vật lý cổ truyền (chưng cất thường, chưng cất phân tử, chưng cất đẳng phí, chưng trích ly, kết tinh, trích ly, khuyếch tán nhiệt ) góp phần đáng kể vào việc hiểu biết thêm nguồn gốc vật liệu hữu ban đầu tạo thành dầu khí q trình biến đổi chúng Nhờ kết cơng trình nghiên cứu mà nhận định nguồn gốc tạo thành dầu khí sáng tỏ, việc nghiên cứu HV: GVHD:TS.Nguyễn Thế Hữu Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học giải thích khác thành phần loại dầu giới thuận tiện rõ ràng Vì vậy, vấn đề nghiên cứu thành phần dầu khí khai thác vấn đề nguồn gốc, tạo thành biến đổi dầu khí lịng đất hai vấn đề liên quan vơ khăng khít * Nguồn gốc dầu mỏ khí Khi xem xét nguồn gốc dầu mỏ khí, người ta đưa nhiều giả thiết khác nhau, chí trái ngược nhau, chủ yếu người ta quan tâm đến hai giả thiết sau: giả thiết nguồn gốc hữu giả thiết nguồn gốc hữu phần ta tìm hiểu hai giả thiết + Nguồn gốc vô dầu mỏ Theo giả thiết nguồn gốc vơ dầu mỏ hình thành từ hợp chất vơ cơ, cụ thể lịng đất có chứa cacbua kim loại Al4C3, CaC2 chất bị phân huỷ nước để tạo CH4, C2H2 theo phương trình phản ứng sau: Al4C3 + 12 H2O Al(OH)3 + CH4 CaC2 + H2O Ca(OH)2 + C2H2 Các chất hữu hình thành từ phản ứng tiếp tục biến đổi tác động yếu tố nhiệt độ, áp suất cao xúc tác khống sét có sản lịng đất để tạo nên dầu khí Để chứng minh cho giả thiết vao năm 1866, Berthelot tiến hành trình tổng hợp hợp chất hydrocacbon thơm từ axtylen nhiệt độ cao với có mặt xúc tác, năm 1901, Sabatier Sendereus tiến hành phản ứng hydro o hoá axetylen xúc tác Niken Sắt nhiệt độ khoảng 200 đến 300 C, thu loạt hydrocacbon tương ứng thành phần dầu mỏ Cùng với nhiều phẩn ứng tương tự, giả thiết thuyết phục nhiều nhà khoa học thời gian dài Tuy nhiên, hoạt động thực tiễn giả thiết gặp phải nhiều vấn đề mà thân khơng thể giải thích như: Hàm lượng hợp chất cacbua lịng đất hạn chế dầu mỏ ngày tìm với số lượng lớn có mặt khắp nơi Các phản ứng tạo hợp chất thơm hợp chất có thành phần tương tự thành phần dầu mỏ từ CH4 C2H2 đòi hỏi có nhiệt độ cao thực o tế nhiệt độ đạt mỏ dầu vượt 150 đến 200 C HV: GVHD:TS.Nguyễn Thế Hữu Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học Bằng phương pháp phân tích đại, ngày người ta xác định dầu thơ có chứa porphyrin hợp chất có nhiều xác đơng thực vật Chính khuyết điểm mà giả thiết ngày có người quan tâm thay vào giả thiết nguồn gốc hữu + Nguồn gốc hữu dầu mỏ Theo giả thiết dầu mỏ hình thành từ hợp chất có nguồn gốc hữu cơ, cụ thể từ xác chết động thực vật trải qua trình biến đổi phức tạp thời gian dài (hàng chục đến hàng trăm triệu măn) tác động nhiều yếu tố khác vi khuẩn, nhiệt độ, áp suất xúc tác có sản lịng đất đơi cịn có tác động xạ phóng xạ lịng đất CHƯƠNG I : PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng để xác định kim loại mẫu quặng, đất, đá, nước khoáng, mẫu y học, sinh học, sản phẩm nông nghiệp, rau quả, thực phẩm, nước uống, nguyên tố vi lượng phân bón, thức ăn gia súc, v.v Ở nhiều nước giới, nước phát triển, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử trở thành phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều kim loại Đồng kẽm xác định phương pháp quang phổ hấp thụ ngun tử lửa khơng khí – axetilen Đồng đo bước sóng 324,8 nm, kẽm đo bước sóng 213,9 nm Asen Cacdimi xác định phương pháp quang phổ hấp thụ ngun tử khơng lửa ( lị Graphit) Asen đo bước sóng , Cadimi đo bước sóng 1.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS 1.1.1 Nguyên tắc trang bị phép đo AAS Phương pháp phân tích dựa sở đo phổ hấp thụ nguyên tử nguyên tố gọi phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (phép đo AAS) Cơ sở lí thuyết phép đo hấp thụ lượng (bức xạ đơn sắc) nguyên tử tự trạng thái (khí) chiếu chùm tia xạ qua đám nguyên tố môi trường hấp HV: GVHD:TS.Nguyễn Thế Hữu Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học thụ Vì muốn thực phép đo phổ hấp thụ nguyên tử nguyên tố cần thực trình sau đây: Chọn điều kiện loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái nguyên tử tự Đó q trình hóa nguyên tử hóa mẫu Những trang bị để thực trình gọi hệ thống nguyên tử hóa mẫu (dụng cụ để nguyên tử hóa mẫu) Nhờ có đám nguyên tử tự nguyên tố mẫu phân tích Đám mơi trường hấp thụ xạ sinh phổ hấp thụ nguyên tử Chiếu chùm tia sáng xạ đặc trưng nguyên tố cần phân tích qua đám nguyên tử vừa điều chế Các nguyên tử nguyên tố cần xác định đám hấp thụ tia xạ định tạo phổ hấp thụ Ở đây, phần cường độ chùm tia sáng bị loại nguyên tử hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ môi trường hấp thụ Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ nguyên tố cần nghiên cứu gọi nguồn phát xạ đơn sắc hay xạ cộng hưởng Tiếp đó, nhờ hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn chùm sáng, phân li chọn vạch phổ hấp thụ nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ Cường độ tín hiệu hấp thụ vạch phổ hấp thụ nguyên tử Trang bị phép đo Dựa vào nguyên tắc phép đo, ta mô tả hệ thống trang bị thiết bị đo phổ AAS theo sơ đồ sau: Phần Phần Phần Phần Phần Phần Phần Phần4 Phần Nguồn phát chùm tia xạ cộng hưởng ngun tố cần phân tích Đó đèn catốt rỗng (Hollow Cathode Lamp-HCL), hay đèn phóng điện khơng điện cực (Electrodeless Discharge Lamp-EDL), nguồn phát xạ liên tục biến điệu Phần Hệ thống nguyên tử hoá mẫu Hệ thống chế tạo theo ba loại kỹ thuật nguyên tử hố mẫu Đó là: HV: GVHD:TS.Nguyễn Thế Hữu Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học - Kỹ thuật ngun tử hố mẫu lửa đèn khí (F-AAS ) - Kỹ thuật ngun tử hố mẫu khơng lửa (ETA-AAS ) - Kỹ thuật hoá lạnh (CV-AAS ) Phần Bộ phận đơn sắc (hệ quang học) có nhiệm vụ thu, phân ly chọn tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát đo tín hiệu hấp thụ AAS vạch phổ Phần Bộ phận khuyếch đại thị tín hiệu AAS Phần thị tín hiệu là: - Điện kế thị tín hiệu AAS - Bộ tự ghi để ghi pic hấp thụ - Bộ thị số - Bộ máy in - Máy tính với hình để hiển thị liệu, phần mềm xử lý số liệu điều khiển toàn hệ thống máy đo Hình 1.1 Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Trong ba kỹ thuật ngun tử hóa mẫu kĩ thuật F-AAS đời sớm Theo kỹ thuật người ta dùng nhiệt lửa đèn khí để ngun tử hóa mẫu Do q trình xảy ngun tử hóa mẫu phụ thuộc vào đặc tính lửa nhiệt độ yếu tố định hiệu suất ngun tử hóa mẫu phân tích * Kỹ thuật lửa Theo kĩ thuật người ta dùng lượng nhiệt lửa đèn khí để hóa ngun tử hóa mẫu phân tích Vì trình xảy nguyên tử hóa mẫu phụ thuộc vào đặc trưng tính chất lửa đèn khí, chủ yếu nhiệt độ lửa Đó yếu tố định hiệu suất ngun tử hóa mẫu phân tích, yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ lửa đèn khí ảnh hưởng đến kết + Kĩ thuật ngun tử hóa khơng lửa HV: GVHD:TS.Nguyễn Thế Hữu Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học Về ngun tắc, kĩ thuật ngun tử hóa khơng lửa q trình nguyên tử hóa tức khắc thời gian ngắn nhờ lượng dịng điện cơng suất lớn mơi trường khí trơ Q trình ngun tử hóa xảy theo ba giai đoạn nhau: sấy khơ, tro hóa luyện mẫu, ngun tử hóa để đo phổ hấp thụ cuối làm cuvet Trong hai giai đoạn đầu chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa để đạt kết tốt Nhiệt độ cuvet graphit yếu tố định diễn biến trình nguyên tử hóa mẫu Kĩ thuật ngun tử hóa khơng lửa ứng dụng phổ biến, kĩ thuật cung cấp cho phép đo AAS có độ nhạy cao (mức nanogam ppb); có gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần phép đo lửa Hình 1: Hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử - AAS 1.2 Những ưu nhược điểm phép đo AAS Cũng phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử có ưu điểm nhược điểm định Các ưu điểm nhược điểm là: Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có độ nhạy độ chọn lọc tương đối cao Gần 60 nguyên tố hóa học xác định phương pháp với độ nhạy từ 1.10 -4 đến 1.10-5 % Đặc biệt, sử dụng kĩ thuật ngun tử hóa khơng lửa đạt đến độ nhạy n.10-7% Chính có độ nhạy cao, nên phương pháp phân tích sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết kim loại Đặc biệt phân tích nguyên tố vi lượng đối tượng mẫu y học, sinh học, nơng nghiệp, kiểm tra hóa chất có độ tinh khiết cao HV: GVHD:TS.Nguyễn Thế Hữu Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học Phổ huỳnh quang tia X 2.1 Cơ chế phát xạ Khi nguồn kích thích tia X sơ cấp từ ống tia X từ nguồn đồng vị phóng xạ chiếu vào mẫu, tia X hấp thụ nguyên tử hay phân tán thơng qua vật liệu Q trình tia X hấp thụ nguyên tử cách chuyển tồn lượng cho electron gọi " hiệu ứng quang điện " Khi electron lớp K, L, M… ngồi, ngun tử trạng thái kích thích lỗ trống lấp đầy dịch chuyển electron lớp ngồi có mức lượng lớn hơn, chuyển mức có lượng kèm theo lượng sử dụng theo hai cách:  Dùng cho photon tia X – nghĩa xạ huỳnh quang tia X Quang electron e− Bức xạ phát từ ống tia X nguồn đồng vị phóng xạ E Dùng cho electron Auger – nghĩa lượng tia X hoàn toàn bị hấp thụ phạm vi nguyên tử với kết electron mức cao ( lớp ngồi) ngồi HV: GVHD:TS.Nguyễn Thế Hữu Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa học 2.2 Ưu Điểm Và Nhược Điểm Ưu điểm Huỳnh quang tia X thích hợp cho việc phân tích có liên quan đến: - Phân tích số lượng lớn ngun tố hóa học (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P) đá trầm tích - Phân tích số lượng lớn nguyên tố vi lượng (> ppm; Ba, Ce, Co, Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Rb, Sc, Sr, Rh, U, V, Y, Zr, Zn, Pb) đá trầm tích Nhược điểm Trong lý thuyết XRF có khả phát tia X phát từ hầu hết tất yếu tố, tùy thuộc vào bước sóng cường độ tia X Tuy nhiên : - Trong thực tế, phổ kế thương mại hạn chế khả đo xác nguyên tố có Z