1.5.3.1 Tác hại đến môi trƣờng
Các hợp chất chì vô cơ và hữu cơ dễ bay hơi khuếch tán vào khí quyển. Nhờ chuyển động của các dòng khí trong lớp khí quyển thấp, các hợp chất chì, bụi chì đƣợc phán tán ra trên khu vực rộng lớn. Thời gian lƣu trung bình của các hợp chất chì trong không khí là 14 ngày sau đó nhờ quá trình sa lắng khô hay ƣớt các hợp chất, bụi này đƣợc giử lại trên bề mặt thạch quyển hay đi vào thuỷ quyển.
Trên mặt đất bụi chì bám trên bề mặt thực vật cản trở quá trình quang hợp. Chì trong đất hầu nhƣ tồn tại vĩnh cửu, các chất hữu cơ trong đất giử lại chì rất hiệu quả do đó làm nhiễm bẩn nặng đất (300-500 ppm).
Trong thuỷ quyển các hợp chất chì tồn tại ở dạng kết tủa hay bị hydrat hoá, các phản ứng hoà tan, hợp chất huyền phù…đƣợc hấp thụ một phần bởi thực vật thuỷ sinh (rau muống, rau nhút..) tích tụ trong đó và thông qua chuổi thức ăn vào cơ thể con ngƣời.
38
Nƣớc ngầm chứa ít chì hơn (0,01mg/l), nƣớc biển chứa 0,03g/l Trong nƣớc cấp chảy qua các đƣờng ống dẫn bằng chì có thể thấy lƣợng chì trong nƣớc lên tới 100. Các hợp chất Pb ở dạng hòa tan hay huyền phù sẽ theo dòng chảy ra biển. Một phần đáng kể hợp chất chì đi vào cơ thể sống theo dây chuyền thực phẩm hoặc đƣợc giữ lại ở lớp trầm tích. Nƣớc ngọtchứa chì chủ yếu ở dạng các phức cacbonat, nƣớc biển chứa hợp chất chì chủ yếu ở dạng phức clorua, trong khi trong nƣớc của đất, chì lại ở dạng phức của các axit humic hoặc fulvic.
1.5.3.2 Tác hại đối với con ngƣời
Trong cơ thể ngƣời, chì trong máu liên kết với hồng cầu và tích tụ trong xƣơng. Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm chủ yếu qua nƣớc tiểu. Chu kì bán rã của chì trong máu khoảng một tháng, trong xƣơng từ 20-30 năm. Hợp chất chì hữu cơ rất bền vững độc hại đối với con ngƣời, có thể dẫn đến chết ngƣời.
Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính nhƣ nhức đầu, tính dễ cáu, dễ bị kích thích và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh. Con ngƣời bị nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu. Chì cũng đƣợc biết là tác nhân gây ung thƣ phổi, dạ dày và u thần kinh đệm. Nhiễm độc chì có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sẩy thai, làm suy thoái nòi giống.
1.6 Hàm lƣợng mangan và sắt trong xăng
Hợp chất tetraethyl chì có tính chất kích nổ tốt nhƣng ngoài việc đem lại những thuận lợi hợp chất này đã gây nhiều tác hại đến môi trƣờng cũng nhƣ sức khỏe con ngƣời, nhiều nƣớc đã ban hành ban hành lệnh cấm sử dụng tetraethyl chì nhƣ: Mỷ ban hành lệnh cấm sử dụng xăng pha chì 1986, ở Châu âu xăng pha chì bị cấm sử dụng vào những năm 1990. Còn ở Việt Nam, ngày 1/11/2001, Thủ tƣớng cũng ra quyết định cấm sử dụng xăng pha chì trên phạm vi toàn quốc.
Hợp chất của Mangan và Sắt đƣợc sử dụng để thay thế tetraethyl chì, việc sử dụng hợp chất của mangan và sắt đã khắc phục đƣợc những khuyết điểm của hợp chất tetraethyl chì nhƣ ít độc với môi trƣờng cũng nhƣ hạn chế tác hại đến khỏe con ngƣời….
Các hợp chất của Sắt và Mangan của sắt và Mangan đƣợc thêm vào trong xăng là :
39
Methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl
Đặc điểm cấu tạo của các hợp chất này là nguyên tử kim loại tạo liên kết yếu các nhóm C O và góc Methylcyclopentadienyl, cyclopentadienyl. Khi cháy tạo ra các gốc tự do và các hợp chất benzene và toluene. Các góc tự do sinh ra thực hiện phản ứng đóng mạch với các gốc tự do sinh ra trong phản ứng cháy của nhiên liệu, còn các hợp chất sinh ra có tính chất chống kích nổ cao làm tăng trị số octan. Về bản chất thì các hợp chất của Sắt, Mangan và của Pb có tác dụng tƣơng tự nhau nhƣng do Mangan và Sắt ít độc đối với môi trƣờng và bộ xúc tác của động cơ nên các hợp chất này dần trở thành phụ gia chống kích nổ thông dụng của xăng nhiên liệu.
1.7 Giới thiệu phƣơng pháp xác định trị số octan
1.7.1 Nguyên tắc
Trị số octan nguyên liệu của nhiên liệu động cơ đánh lửa, đƣợc xác định khi sử dụng động cơ thử nghiệm tiêu chuẩn và các điều kiện vận hành chuẩn để so sánh đặc tính gõ của nó với đặc tính gõ của nó của những hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu có trị số octan biết trƣớc, tỷ số nén và tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu - không khí đƣợc điều chỉnh để đạt cƣờng độ gõ chuẩn cho nhiên liệu mẫu, đo bằng thiết bị kích nổ đặc biệt. Sau khi thực hiện phép đo ta thu đƣợc tỷ số nén của nhiên liệu mẫu ở điều kiện gõ chuẩn, tra bảng mối quan hệ giữa trị số tỷ số nén của nhiên liệu và trị số octan ta suy ra trị số octan nghiên cứu của nhiên liệu cần đo.
40
1.7.2 Máy đo trị số octan và các thông số của máy
Phƣơng pháp này sử dụng động cơ một xylanh, động cơ CRF gồm những bộ phận tiêu chuẩn nhƣ sau: cacte, một xylanh/hệ thống kẹp để tạo tỷ số nén thay đổi liên tục có thể điều chỉnh liên tục với sự hoạt động của động cơ, một hệ thống làm lạnh bảo ôn tuần hoàn bằng ống si phông, một hệ thống nhiều bình cấp nhiên liệu có van chon lọc để cung cấp nhiên liệu theo một đƣờng phun và ống khuyết tán của bộ chế hòa khí, hệ thống hút khí với thiết bị kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, các thiết bị kiểm soát điện và một ống xả phù hợp. Bánh đà của động cơ đƣợc nối truyền lực với động cơ điện hấp thụ năng lƣợng đặc biệt, dùng để khởi động động cơ và cũng là phƣơng tiện hấp thụ năng lƣợng ở tốc độ không đổi khi quá trình cháy xãy ra. Cƣờng độ gõ đƣợc đo bằng tiếng nổ điện tử và đồng hồ đo.
Hình 1.2: Máy đo trị số octan Chú giải:
A- Ống chống ẩm không khí F - Hộp cacte CRF -48 B- Thiết bị làm nóng không khí vào G - Thiết bị lọc dầu
41
C- Bộ ngƣng chất làm lạnh H - Thiết bị đo kích nổ D- Cacbuarato 4 bình J - Đồng hồ đo độ gõ
E- Môtơ thay đổi tỷ số nén (C.R) K - Bộ đếm bằng số của tỷ số nén Bảng 1.4: Các đặc tính kỹ thuật và thông tin của máy
Hạng mục Mô tả
Động cơ thử nghiệm Động cơ CFR F-1 cho phƣơng pháp trị số octan nghiêm cứu đƣợc đúc bằng hợp kim gang , hộp cacte đƣợc nối với bánh đà bằng dây cuaroa đƣợc khởi động bằng động cơ điện với vòng quay không đổi
Đƣờng kính xylanh, inch Đƣợc điều chỉnh tỷ lệ từ 4:1 đến 18:1bằng trục quay và hệ thống bánh đà truyền động trong ống kẹp xylanh
Đƣờng kính xylanh ,in 3,250 (tiêu chuẩn) Khoảng chạy của piston,
in
4,50
Độ dịch chuyển, in.khối 37,33
Piston Bằng gang, mặt trên phẳng Hệ thống nhiên liệu
Bộ chế hòa khí
Đƣờng kính ống khuyết tán, in
Hệ thống phun đơn và mức nhiên liệu đƣợc kiểm soát cho phép điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu - không khí 9/16, áp dụng cho tất cả các độ cao của vị trí đặt máy
Bộ phận đánh lửa Kích nổ bằng điện thông qua buzi
Góc đánh lửa, ° 13
42
1.7.3 Các chất chuẩn và thuốc thử
Trong phƣơng pháp xác định trị số octan chúng ta cần có một dãy nhiên liệu chuẩn với các trị số octan khác nhau nhằm để thiết lập cƣờng độ gõ chuẩn để so sánh đặc tính chống gõ với nhiên liệu cần đo, đồng thời cũng cần một dãy chất thử dùng để hiệu chỉnh máy khi cần thiết. Các thuốc thử và chất đƣợc dùng nhƣ sau: 1.7.3.1 iso-octan (2,2,4-trimetylpentan) có độ tinh khiết không thấp hơn 99,75 % thể tích chứa không quá 0,10% thể tích n-heptan và không chứa quá 0,5 mg/l (0,002g/U.S.gal) chì.
1.7.3.2 n- heptan không thấp hơn 99,75 % thể tích, chứa không quá 0,10 % thể tích iso-octan và không chứa hơn 0,5 mg/l (0,002g/U.S.gal) chì.
1.7.3.3 Hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu octan 80 (PRF – octan 80) đƣợc pha từ nhiên liệu chuẩn iso-octan và n- heptan, chứa 80% 0,1% thể tích isooctan.
1.7.3.4 Tetraeltyl chì loãng là hợp chất chống kích nổ tetraeltyl chì hàng không pha loãng trong hydrocacbon bao gồm 70% thể tích xylen và 30% thể tích n-heptan. Dung dịch chứa 18,23 % 0,05 % tetraeltyl chì (tính theo khối lƣợng và có khối lƣợng tại 15,6/15,6 °C (60/60 °F ) là từ 0,957 đến 0,967. Thành phần đặc trƣng của chất lỏng không pha tetraeltyl chì nhƣ sau:
Thành phần: Nồng độ đặc trƣng, % khối lƣợng - Etylen dibromua 10,6
- Chất pha loãng:
+ Xylen 52,5
+ N-heptan 17,8 Phẩm màu, chất chống oxy hóa, chất trơ 0,87
1.7.3.5 Toluen cấp liệu so sánh độ tinh khiết phải không thấp hơn 99,5% thể tích, lƣợng peroxyt không vƣợt quá 5 mg/kg (ppm). Hàm lƣợng nƣớc không vƣợt quá 200 mg/kg.
1.7.4 Các đặc tính thay đổi của phép đo trị số octan
1.7.4.1 Mối tƣơng quan giữa chiều cao xylanh và trị số octan
Chiều cao xylanh có tác động quan trọng tới nhiên liệu và đặc tính gõ của chúng, mỗi nhiên liệu đều có tỷ số nén tới hạn, tại đó tiếng gõ bắt đầu xảy ra. Khi tỷ số nén đƣợc tăng lên trên tới mức tới hạn, mức độ gõ tăng lên. Phƣơng pháp nghiên cứu này so sánh các nhiên liệu mẫu với hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu (PRF) tại một
43
mức gõ đƣợc coi là cƣờng độ gõ chuẩn, hình 1.3 đã minh họa mối quan hệ tuyến tính nhẹ giữa RON và chiều cao xylanh đƣợc thể hiện ở số đọc của bộ đếm số. 1.7.4.2 Bù trừ áp suất khí quyển của chiều cao xylanh
Các giá trị của trị số octan đƣợc xác định bằng phƣơng pháp này đƣợc quy về áp suất khí quyển chuẩn 760 mmHg (29,92 in). Những thay đổi áp suất khí quyển tác động tới mức độ gõ vì khối lƣợng riêng không khí tiêu thụ trong động cơ bị biến đổi. Để bù trừ cho áp suất khí quyển thực tế khác áp suất khí quyển chuẩn, chiều cao của xylanh đƣợc bù để cho cƣờng độ gõ sẽ bằng với cƣờng độ gõ của động cơ tại áp suất khí quyển chuẩn. Đối với trƣờng hợp áp suất khí quyển thực tế thấp hơn áp suất khí quyển chuẩn, chiều cao của xylanh đƣợc thay đổi để tăng tỷ số nén của động cơ và do dó tăng mức độ gõ. Đối với trƣờng hợp áp suất khí quyển thực tế thấp hơn áp suất khí quyển chuẩn, chiều cao xylanh sẽ đƣợc điều chỉnh để tỷ số nén thấp hơn.
1.7.4.3 Đặc tính tỷ số nhiên liệu – không khí
Với động cơ đang vận hành tại một chiều xylanh gây ra tiếng gõ, sự thay đổi hỗn hợp nhiên liệu - không khí có một ảnh hƣỡng đặc trƣng, điển hình cho tất cả các loại nhiên liệu. Đặc tính gõ cực đại đƣợc minh họa trong hình 1.4. Phƣơng pháp thử nghiệm này định rõ mổi nhiên liệu mẫu và nhiên liệu chuẩn đầu sẽ đƣợc vận hành tại điều kiện của hỗn hợp để tạo cƣờng độ gõ cực đại. Thay đổi mức nhiên liệu để xác định mức tạo ra điều kiện gõ cực đại.
Hình 1.3: Đƣờng đặc trƣng của trị số octan nghiên cứu theo số đọc của bộ đếm bằng số T rị số octan n ghiên cứ u Đặt bộ đếm hiển thị số
44
Hình 1.4: Tác động điển hình của tỷ lệ nhiên liệu - không khí đối với cƣờng độ gõ
1.8 Giới thiệu phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS
1.8.1 Nguyên tắc đo AAS
Phƣơng pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố đƣợc gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử. Cơ sở lí thuyết của phép đo này là sự hấp thụ năng lƣợng của nguyên tử tự do ở trong trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố đó trong môi trƣờng hấp thụ. Vì thế cần phải thực hiện các quá trình sau:
- Chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của nguyên tử tự do. Đó là quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu. Nhờ đó ta có đƣợc đám hơi của các nguyên tử tự do của các nguyên tố trong mẫu phân tích. Đám hơi này chính là môi trƣờng hấp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử.
- Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trƣng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điều chế đƣợc ở trên. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi đó sẽ hấp thụ những tia bức xạ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó. Phần cƣờng độ của chùm tia sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ là phụ thuộc vào nồng độ của nó trong môi trƣờng hấp thụ. Nguồn cung cấp chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần nghiên cứu đƣợc gọi là nguồn phát bức xạ đơn sắc hay bức xạ cộng hƣởng.
- Sau đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ ngƣời ta thu toàn bộ chùm sáng, phân li và chọn một vạch phổ hấp thụ của một nguyên tố cần nghiên cứu để đo
Cƣ ờng độ gõ Nghèo Thấp Giàu Cao Tỷ lệ nhiên liệu- khí Mức nhiên liệu
Tỷ lệ nhiên liệu- không khí đốt với tiếng gõ cao
45
cƣờng độ của nó. Cƣờng độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ nguyên tử. Trong một giới hạn nhất định của nồng độ, giá trị cƣờng độ này là phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ của nguyên tố ở trong mẫu phân tích.
Hình 1.5: máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử
1.8.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo
1.8.2.1 Các yếu tố về phổ
- Sự hấp thụ nền: Yếu tố này có trƣờng hợp xuất hiện rõ ràng nhƣng cũng có nhiều trƣờng hợp không gây ảnh hƣởng đến kết quả. Điều này phụ thuộc vào vạch phổ đƣợc chọ để đo nằm trong vùng phổ nào. Nói chung trong vùng khả kiến thì yếu này thể hiện rõ ràng. Còn trong vùng tử ngoại thì yếu tố này ít xuất hiện. Mặt khác, sự hấp thụ nền còn phụ thuộc rất nhiều vào thành phần nền của mẫu phân tích.
- Sự trùng lặp của vạch phổ: Yếu tố này xuất hiện khi trong mẫu phân tích có các nguyên tố khác có nồng độ lớn, nên các vạch này xuất hiện với độ rộng lớn, nếu nó lại nằm cạnh các vạch phân tích, thì các vạch phổ này sẽ chen lấn các vạch phân tích làm cho việc đo cƣờng độ vạch phổ phân tích rất khó khăn và thiếu chính xác, nhất là đối với các máy có độ phân giải không cao. Vì thế trong mỗi mục đích phân tích cụ thể cần phải nghiên cứu và chọn những vạch phân tích phù hợp để loại trừ sự chen lấn của các vạch phổ của các nguyên tố khác.
- Sự hấp thụ của các hạt rắn: Trong môi trƣờng hấp thụ, đặc biệt là trong ngọn lửa đèn khí, nhiều khi cò có chứa cả các hạt rắn nhỏ li ti của vật chất mẫu chƣa bị hóa hơi và nguyên tử hóa, hay các hạy mụi cacbon của nhiên liệu chƣa đƣợc đốt cháy hoàn toàn. Các hạt này hoặc hấp thụ hoặc chắn đƣờng đi của chùm sáng từ đèn HCL chiếu vào môi trƣờng hấp thụ. Yếu tố này đƣợc gọi là sự hấp thụ giả. Do đó cũng gây ra những sai số cho kết quả đo cƣờng độ vạch phổ thực.
46
1.8.2.2 Các yếu tố hóa học
- Làm giảm cƣờng độ vạch phổ của nguyên tố phân tích, do sự tạo thành các hợp chất bền nhiệt, khó hóa hơi và khó nguyên tử hóa.
- Làm tăng cƣờng độ vạch phổ, do sự tạo thành các hợp chất dễ bay hơi, dễ