Chƣơng 2 : NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Dụng cụ thí nghiệm
Dụng cụ : bình tam giác (100ml 250 ml…), phễu, Puret, pipet (10ml 5ml 2ml 1ml ), cân, máy lắc, bình keldan…
Hóa chất: K2Cr2O7,H3PO4,H2SO4 Đ,FeSO4,NH4Cl, HCHO, NaOH… Máy đo :
1. Máy đo pH.
2. Máy đo điện tích bề mặt : PCD Mutek.
3. Xác định kích thƣớc và cấu trúc tro bay kính hiển vi điện tử SEM (Jeol Nhật) NanoSEM – Lithography (FEI Nanosem 450 Mỹ).
4. Thiết bị X-RAY (Bruker XRD 5005 Đức) và thiết bịXRF 1800 Shimadzu. 5. Máy gia tốc Pelletron 5SDH 2.
6. Hệ phổ kế gammaortec gem 30.
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu
a. Phương pháp thu thập tài liệu:
Thu thập các tài liệu số liệu các cơng trình nghiên cứu có liên quan đến tro bay và ứng dụng chúng trong xử lý môi trƣờng đất nƣớc ở trong và ngoài nƣớc; các nghiên cứu về ảnh hƣởng của tro bay đến khả năng cải tạo phục hồi độ phì nhiêu đất đặc biệt đối với đất nông nghiệp nghèo dinh dƣỡng.
b. Phương pháp phỏng vấn:
Đối tƣợng của phƣơng pháp phỏng vấn là những nhà quản lý tại nhà máy nhiệt điện đốt than để biết thêm về công nghệ đốt than nguồn thải tro bay thực trạng quản lý và sử dụng chúng, phỏng vấn ngƣời dân về thực trạng tái sử dụng tro bay trong đời sống và trong sản xuất nông nghiệp.
c. Điều tra khảo sát hiện trường đánh giá thực tế lấy mẫu tro bay và mẫu đất cát canh tác nông nghiệp:
Điều tra khảo sát công nghệ đốt than thu gom nguồn thải tro bay tại một số nhà máy nhiệt điện đốt than (nhà máy nhiệt điện Phả Lại, nhiệt điện Quảng Ninh, nhiệt
điện Ninh Bình, nhiệt điện Mơng Dƣơng 1 và nhà máy nhiệt điện Mông Dƣơng 2) và lấy mẫu tro bay về phân tích thành phần tính chất.
d. Phương pháp trong phịng:
Xác định thành phần nguyên tố
Máy gia tốc Pelletron 5SDH 2
Thành phần nguyên tố của các mẫu tro bay đƣợc xác định bằng máy gia tốc Pelletron 5SDH 2 tại phòng máy gia tốc, Khoa Vật lý, Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Phƣơng pháp phân tích nguyên tố dựa vào nguyên lý kích thích phát tia X bằng proton (tên tiếng anh: Proton Induce X-Ray Emission, viết tắt: PIXE) là một trong các phƣơng pháp phân tích khơng phá hủy mẫu tiên tiến, đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ y học, khảo cổ, môi trƣờng… Các ƣu điểm nổi bật của phƣơng pháp này là:
- Có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong dài điện tích nguyên tố Z rộng.
- Độ nhạy phân tích cao, cỡ ppm.
- Thời gian phân tích ngắn (chỉ cần vài phút).
- Khả năng xác định phân bố trên bề mặt bằng kỹ thuật µPIXE, khả năng phân tích trực tiếp ngồi mơi trƣờng chân khơng.
Nguyên lý cơ bản của phƣơng pháp PIXE dựa trên sự tạo thành tia X đặc trƣng khi chùm hạt ion bắn vào bia, có năng lƣợng đặc trƣng cho mỗi nguyên tố. Để tạo ra tia X đặc trƣng, hạt tích điện (proton) bắn vào bia sẽ ion hóa các nguyên tử bằng tƣơng tác Coulomb. Các proton này sẽ tạo ra các lỗ trống ở các lớp điện tử nằm sâu bên trong nguyên tử. Một hạt electron từ lớp ngoài sẽ nhảy vào để lấp lỗ trống ấy.
Trong khoảng thời gian rất ngắn nguyên tử bị kích thích sẽ khử kích thích để trở về trạng thái cơ bản bằng cách phát ra một photon với năng lƣợng nhất định hoặc gián tiếp bằng cách truyền năng lƣợng cho một electron (gọi là electron Auger). Năng lƣợng của tia X phát ra bằng với hiệu năng lƣợng liên kết giữa lớp
chứa electron trƣớc khi nhảy vào chiếm chỗ và lớp chứa lỗ trống mà electron chiếm chỗ.
Dựa vào cấu trúc các lớp, phân lớp electron trong nguyên tử, ngƣời ta quy ƣớc gọi tên các vạch tia X đặc trƣng phát ra khi điện tử nhảy đến các lớp K, L, M (lớp trong cùng) của nguyên tử là tên của các lớp tƣơng ứng. Ngoài ra ngƣời ta còn phân biệt các vạch phổ tƣơng ứng bằng cách gán thêm chữ cái hy lạp α, β, γ và một chỉ số theo sau đó, những ký hiệu này thƣờng phản ánh cƣờng độ tƣơng đối của mỗi vạch, ví dụ vạch α1có cƣờng độ mạnh nhất trong dãy. Ví dụ về cách ký hiệu này: Kα1, Lβ2.
Xác định hình thái, cấu trúc và kích thƣớc của hạt của hạt
Kính hiển vi điện tử SEM (Jeol Nhật) NanoSEM – Lithography (FEI Nova Nanosem 450 Mỹ)
Kết quả xác định hình thái, cấu trúc và kích thƣớc hạt đƣợc đo tại khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope, thƣờng viết tắt là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật rắn bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật đƣợc thực hiện thơng qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tƣơng tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật. Có nghĩa là SEM cũng nằm trong nhóm các thiết bị phân tích vi cấu trúc vật rắn bằng chùm điện tử.
Máy chụp phổ nhiễu xạ X, SIEMENS D5005, Bruker, Đức.
Các giản đồ nhiễu xạ tia X đƣợc ghi trên máy SIEMENS D5005. Brucker, Đức.Giúp xác định thành phần và kích thƣớc hạt.
Xác định thành phần nguyên tố hóa học và kim loại nặng
Phân tích thành phần các ngun tố hóa học và kim loại nặng trong tro bay bằng thiết bị Sắc ký lỏng ghép nối khối phổ (Shimazu Nhật Bản) và thiết bị Quang phổ hấp phụ nguyên tử (Shimazu Nhật Bản) các thiết bị sắc kí khí sắc lí lỏng hiệu năng cao.
Xác định tính chất vật lý, hóa học
Phân tích cấp hạt các tính chất vật lý lý-hóa của tro bay đƣợc thực hiện theo các phƣơng pháp phân tích hiện hành. Các phân tích đƣợc thực hiện tại phịng thí nghiệm phân tích mơi trƣờng và phịng thí nghiệm bộ mơn Thổ Nhƣỡng, Khoa Môi trƣờng, Trƣờng đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Xác định Nito tổng số : theo phƣơng pháp KENDAN (KJELDAHL) cải biên.
Phƣơng pháp dựa trên cơ sở chƣng cất Kendan nhƣng thay xúc tác selen bằng xúc tác titan dioxit (TiO2) (TCVN 6498 : 1999, ISO 11261 : 1995).
Xác định Nito dễ tiêu: theo phƣơng pháp chƣng cất. Dùng dung dịch kali clorua 1
mol/l để chiết các dạng nitơ dễ tiêu của đất, khử nitrat bằng hỗn hợp Devarda và sau đó chƣng cất dịch chiết với natri hydroxyt trong bộ cất micro Kendan. Hấp thụ amoniac bằng dung dịch axit boric và xác định hàm lƣợng nitơ bằng cách chuẩn độ với các dung dịch chuẩn axit clohydric. (TCVN 5255:2009)
Xác định Kali tổng số: Dùng hỗn hợp axit flohydric và axit pecloric để phá
mẫu, chuyển các dạng kali trong đất về dạng hòa tan trong dung dịch. Xác định hàm lƣợng kali trong dung dịch bằng phƣơng pháp quang phổ ngọn lửa hoặc quang phổ phát xạ (TCVN 8660:2011).
Xác định Kali dễ tiêu: theo phƣơng pháp quang phổ phát xạ. Dùng dung dịch amoni
axetat 1,0 mol/l (pH = 7,0) hòa tan các dạng kali dễ tiêu trong đất. Xác định hàm lƣợng kali trong dịch chiết mẫu đất bằng phƣơng pháp quang phổ phát xạ. (TCVN 8662:2011)
Xác định Phot Pho tổng số:theo phƣơng pháp so màu (TCVN 8940: 2011).
Xác định Phot pho dễ tiêu: theo phƣơng pháp OLSEN.Dùng dung dịch natri
hydrocacbonat 0,5 mol/l (pH = 8,5) hòa tan các dạng phospho dễ tiêu trong đất. Xác định hàm lƣợng phospho trong dịch chiết bằng phƣơng pháp đo màu với "màu xanh molipđen", dùng dung dịch axit ascorbic làm chất khử (TCVN 8661:2011).
Xác định hàm lượng chất hữu cơ: theo phƣơng pháp WALKLEY BLACK
Xác định dung tích trao đổi ion (CEC): theo phƣơng pháp dùng Amoni Axetat (TCVN 8568:2010).
Xác định nguyên tố phóng xạ
Phân tích hàm lƣợng một số nguyên tố phóng xạ bằng hệ phổ kế gammaOrtec Gem 30 tại Trung tâm quan trắc và điều tra mơi trƣờng phóng xạ.
Hệ phổ kế gamma ORTEC GEM- 30 sử dụng Detector bán dẫn siêu tinh khiết Hp Ge có độ phân giải năng lƣợng cao là loại phổ kế thế hệ mới đang đƣợc sử dụng rộng rãi để phân tích xác định các hạt nhân phóng xạ trong các loại quặng đất đá nói riêng và các mẫu môi trƣờng nói chung. Tỉ lệ Peak/compton của Hệ phổ kế ORTEC GEM-30 là 60:1 nên tƣơng tác tán xạ compton trong detector thấp, có tác dụng làm cho nền phân bố compton của phổ năng lƣợng đƣợc hạ thấp và sẽ làm tăng giới hạn xác định các nguyên tố phóng xạ trong mẫu đo.
Hệ phổ kế ORTEC GEM-30 có thể xác định đƣợc hầu hết các nguyên tố phóng xạ có mặt trong tự nhiên thuộc các dãy Uranium, Thorium và các đồng vị phóng xạ khác có mặt trong mơi trƣờng xung quanh nhƣ 137
Cs, 131I, 40K .... Hệ phổ kế gamma ORTEC - GEM 30 có thể đo đƣợc các mức năng lƣợng trong một giải rộng từ 30 KeV đến 3000 KeV. Các mức năng lƣợng 46,5 KeV, 63,29 KeV của các đồng vị 210Pb, 234Th trong dãy phóng xạ Uranium tự nhiên có thể xác định đƣợc ở hoạt độ nhỏ nhất là 5 Bq trong mẫu quặng tự nhiên tƣơng ứng có thể định lƣợng đƣợc các nguyên tố uran, radi và các đồng vị khác trong mẫu với giới hạn hàm lƣợng xác định khoảng từ 10-6 đến 10-7g/g ở mức sai số dƣới 10%.
Xác định chỉ tiêu sinh học
Chỉ tiêu sinh học đƣợc phân tích tại phịng thí nghiệm phân tích mơi trƣờng, Khoa Môi trƣờng, Đại học Khoa học Tự nhiên, đại học Quốc gia Hà Nội.
Phân tích một số chỉ tiêu sinh học của tro bay theo các phƣơng pháp thơng dụng tn theo các tiêu chuẩn phân tích của Việt Nam.
Vi khuẩn tổng số: nuôi cấy trong môi trƣờng thạch – cao thịt – peptone. Nấm tổng số: nuôi cấy trong môi trƣờng Czapek.