2.3.1.2. Phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu
Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (tia X) của tất cả các mẫu được ghi trên máy D8 - Advance và Siemen D5000, ống phát tia rơnghen làm bằng Cu với bước sóng kα=1,5406 Å, điện áp 30kV, cường độ 25 mA, góc quét 2 thay đổi từ 10 đến 70o, tốc độ quét 2o/phút tại nhiệt độ phòng (25oC). Các mẫu được đo tại Viện Khoa học
Hỗn hợp khô Sét, caolin Al2Si2O5(OH)4 Al(OH)3 Tal Mg3Si4O10(OH)2 Hỗn hợp ướt Tạo hình (đùn ép) Sấy khơ, nung 1200oC, 3-4 giờ Dung dịch PVA Sản phẩm gốm
Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là thiết bị dùng để chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt với độ phóng đại lớn gấp nhiều lần so với kính hiển vi quang học, vì bước sóng của chùm tia điện tử nhỏ hơn rất nhiều so với bước sóng của ánh sáng vùng khả biến.
Chùm tia điện tử khi chiếu vào mẫu làm cho từ mẫu thoát ra các điện tử thứ cấp, photon, tia X ... Mỗi loại điện tử, tia X thoát ra từ mẫu mang một thơng tin phản ánh một tính chất nào đó ở chỗ tia điện tử tới đập vào mẫu. Căn cứ vào điện tử thứ cấp, ta có thể biết được chỗ lồi hay chỗ lõm trên mẫu nghiên cứu.
Kính hiển vi điện tử quét cho ta ảnh bề mặt với độ phóng đại cao, độ sâu rất hữu hiệu trong việc nghiên cứu bề mặt mẫu. Phương pháp SEM cho ta biết kích thước hạt, đặc trưng bề mặt và cấu trúc vật liệu cần nghiên cứu.
Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET)
Các mẫu được tiến hành đo ở nhiệt độ 77,3oK, chất bị hấp phụ là N2, trên thiết bị Micromeritics TriStar II 3020 (V1.03). Diện tích bề mặt riêng được xác định bằng cách sử dụng phương trình BET ở vùng áp suất tương đối P/Po thấp (0,05≤P/Po≤0,30).
2.3.2. Các phương pháp phân tích thành phần hóa học của than
+ Hàm lượng ẩm toàn phần trong than được xác định theo TCVN 172:2011. + Hàm lượng tro qui khô phần trong than được xác định theo TCVN 173:2011.
+ Hàm lượng các bon (C), hydro (H), lưu huỳnh (S), oxi (O) và nito (N) trong than được xác định theo ASTM 3176.
2.3.3. Các phương pháp phân tích khí
2.3.3.1. Các phương pháp phân tích các khí ở quy mơ phịng thí nghiệm
+ Hoạt tính xúc tác được nghiên cứu trên hệ phân tích vi dịng, nồng độ khí được đo bằng thiết bị chuyên dụng của UK, Landcom II.
+ Khí SO2 được thu khí bằng thiết bị kimoto HS7 và hàm lượng khí SO2 được xác định theo TCVN 5971:1995 sử dụng Tetraclorua thủy ngân / para – rosanilin.
+ Khí HCl được thu khí bằng thiết bị kimoto HS7 và hàm lượng khí HCl được xác định bằng phương pháp hấp thụ bằng dung môi nước cất, theo Đinh Hải Hà, 2009 [129].
+ Khí CO được xác định hàm lượng bằng phương pháp trắc quang dùng thuốc thử Folinxiocanto (TCN 593-bộ Y tế).
+ Các khí NOx được xác định bằng thiết bị đo nhanh Testo 350-XL Emision Analyzer.
2.3.3.2. Các phương pháp phân tích các khí ở quy mơ pilot và nhà máy
Một số thành phần khí thải đốt than: CO2, CO, NOx, SO2 được đo bằng thiết bị đo nhanh Testo 350-XL Emision Analyzer.
2.3.3.3. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý
Hiệu suất chuyển hóa của các khí thải đốt than sau khi qua các vật liệu đã tổng hợp được tính bằng cơng thức sau đây:
(2.1)
2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu Spirulina platensis
2.3.4.1. Xác định tốc độ sinh trưởng của Spirulina platensis
Sinh trưởng của các mẫu vi tảo Spirulina platensis được đánh giá thông qua các
thông số: đo OD445nm hoặc sinh khối khô (SKK, g/L) ở các thời điểm nuôi cấy khác nhau.
Xác định mật độ quang ở bước sóng 445 nm: MĐTB vi tảo trong mơi trường
có thể được xác định gián tiếp nhờ phương pháp đo OD445nm trên máy quang phổ UV- 2450 Shimatzu (Nhật Bản).
Xác định sinh khối khô:
Sinh khối khơ vi tảo (SKK, g/L) được tính theo phương pháp sấy khơ mẫu ở 105oC [127]
Sự sinh trưởng của tảo được xác định dựa vào đồ thị chuẩn phản ánh mối
tương quan giữa OD và TLK theo phương trình y = 0,6136x + 0,004 (trong đó x là OD, y là TLK có trong 1 lít dung dịch ni cấy (g/L)) và R2 = 0.9997.
Tốc độ sinh trưởng đặc trưng: được xác đinh theo cơng thức [130]:
µ = (lnX1 – lnX0)/(t1 – t0) (2.2)
Trong đó:
µ: Tốc độ tăng trưởng đặc trưng của tảo (ngày-1) X1: Sinh khối tảo tại thời gian t1 (g/L)
X0: Sinh khối tảo tại thời gian t0 (g/L) t1 – t0: Thời gian nuôi cấy (ngày)
Năng suất sinh khối thu được bằng cách sử dụng công thức [119]:
P = (X1- X0)/ (t1 – t0) (2.3)
P: Năng suất sinh khối của vi tảo (g/L/ngày) X1: Sinh khối tảo tại thời gian t1 (g/L)
X0: Sinh khối tảo tại thời gian t0 (g/L) t1 – t0: Thời gian nuôi cấy (ngày)
2.3.4.2. Phương pháp xác định phycocyanine, chlorophyll a, carotenoid của Spirulina platensis Spirulina platensis
Một lượng tảo biết trước được nghiền với cát thủy tinh trong đệm phosphate 0,01 M, pH 7 trong lạnh rồi ly tâm 8000 v/p trong 10 phút. Thu phần dịch màu lam ở trên có chứa phycocyanin. Chiết như vậy 3 lần đến khi dịch chiết hết màu lam rồi định mức lên 50 ml bằng dung dịch đệm trên và đo phổ hấp thụ ở bước sóng 652 nm để xác định hàm lượng phycocyanin.
Hàm lượng phycocyanin tính theo cơng thức như sau [131] như sau:
C (phycocyanin) = (OD615 – 0,474*OD652)/ 5,34 (mg/mL) (2.4)
Phần cặn được hòa tan vào 20 ml axeton 80%, ly tâm 8000 v/p trong 10 phút. Chiết như vậy 2 lần. Dịch thu chứa chlorophyll a và carotenoid được định mức lên 50 ml bằng acetone 80% rồi đo giá trị OD ở bước sóng 630; 664; 647 nm để xác định chlorophyll a và 480 nm để xác định carotenoit.
Hàm lượng chlorophyll a và carotenoit được tính theo cơng thức sau:
C (chlorophyll a) = 11,85*OD664 – 1,54*OD647 – 0,08*OD630 (mg/L) [132] (2.5)
C (total carotenoit) = 4,0 * E480 (mg/L) [133] (2.6)
Với ODi : là giá trị OD đo được ở bước sóng i
2.3.4.3. Tách chiết lipit từ sinh khối tảo theo phương pháp Bligh và Dyer (1959) đã cải biên cải biên
Tách chiết lipit từ sinh khối vi tảo được tiến hành theo phương pháp Bligh và Dyer (1959) với một số cải tiến để phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm. Sinh khối tảo khô được cân trọng lượng và nghiền mịn trong cối chày sứ với 0,5 gam Na2SO4 và cát thủy tinh. Lipit tổng số được tách chiết từ bột tảo khô với 10 ml hỗn hợp dung môi chloroform: methanol (2:1). Bã sinh khối được chiết tiếp với chloroform 2 – 3 lần để thu tối đa lipit chứa trong sinh khối tảo. Dịch chiết được trộn đều với nhau, lọc qua giấy lọc Whatman No.1 và chuyển sang phễu chiết. Bổ sung thêm 15 ml dung dịch NaCl 0,9%, trộn đều và để yên ở nhiệt độ phòng qua
đêm. Hỗn hợp phân tách thành 2 lớp, lớp hữu cơ phía dưới chứa các thành phần lipit được thu nhận và chuyển sang cốc thủy tinh đã cân trọng lượng. Lớp methanol- nước phía trên được rửa 2 lần với chloroform và thu lấy lớp dưới theo cách tương tự như trên. Dung môi được loại bỏ hoàn toàn trong bể ổn nhiệt ở 60oC và làm khô trong desiccator. Tiếp tục hòa tan sản phẩm thu được trong n-hexan, lọc qua giấy lọc để loại bỏ cặn và làm bay hơi hexan để thu hồi lipit. Cốc thủy tinh chứa lipit thô được cân trọng lượng. Lượng lipit thu được là sự chênh lệch về trọng lượng của cốc thủy tinh ban đầu và trọng lượng của cốc thủy tinh chứa lipit. Hàm lượng lipit tổng số được tính bằng số gam lipit thu được trên số gam tảo khô [134].
2.3.4.4. Phương pháp xác định hàm lượng HCO3- và CO32- trong môi trường nuôi
Dịch tảo được lọc qua giấy lọc GF/C, loại tế bào tảo thu lấy 50 mL dịch trong cho vào bình tam giác 100 mL. Nhỏ vào bình đựng mẫu 2 giọt dung dịch phenolphtalein 0,1% pha trong ethanol sau đó chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,1N. Lượng thể tích HCl 0,1 N được sử dụng để làm mất màu hồng của dung dịch được ghi lại (V1). Tiếp tục nhỏ vào bình đựng mẫu 2 giọt dung dịch methyl da cam. Tiếp tục chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,1N. Lượng thể tích HCl 0,1 N được sử dụng để chuyển màu vàng dung dịch sang màu gạch non được ghi lại (V2). Hàm lượng HCO3- và CO32- được tính theo cơng thức sau.
Hàm lượng CO32- (mg/L) = (V1 * 60* 0,1 *1000)/50 (2.7)
Hàm lượng HCO3- (mg/L) = [(V2 – V1) * 61* 0,1 *1000]/50 (2.8)
Trong đó: V2: Tổng số ml HCl 0,1 N sử dụng sau khi đã chuẩn độ HCO3- V1: Số ml HCl 0,1 N sử dụng để chuẩn độ CO32-
2.3.4.5. Phân tích thành phần và hàm lượng các axit béo bão hịa và khơng bão hồ đa nối đơi
Xác định thành phần và hàm lượng các axit béo bão hồ và khơng bão hồ đa nối đơi (PUFA) bằng phương pháp sắc kí khí: 10 mg mẫu được hồ tan với 1 ml n- hexan, lắc kĩ trong lọ nhỏ đựng nút kín. Sau đó bổ sung 25 l dung dịch CH3ONa
trong methanol (2 mol/l), lắc kĩ trong 1 phút. Bổ sung 1 ml nước cất, lắc kĩ, phân lớp bằng ly tâm 3000 vòng/phút và lớp sáp không phản ứng ở dưới bị loại bỏ. Tiếp tục bổ sung 100 l HCl, lắc kĩ, phân lớp bằng ly tâm 3000 vòng/phút. Sau khi loại bỏ lớp bẩn dưới đáy, lớp dung môi trên được làm khan bằng Na2SO4 và phân lớp bằng ly tâm 3000 vịng/phút. Mẫu đã được methyl hố được chuyển sang ống phân tích thành phần axít béo bằng máy sắc kí khí HP-6890, ghép nối với Mass Selective
Detector Agilent 5973; Cột HP-5MS (0,25 m* 30m* 0,25mm); Khí mang He; Chương trình nhiệt độ: 80 (1 phút) - 40/phút- 150 (1 phút)-10/phút-260m (10 phút). Thư viện phổ khối: WILEY275.L và NIST 98.L .
2.3.4.6. Phân tích thành phần dinh dưỡng
Sinh khối của Spirulina platensis SP8 được phân tích thành phần dinh dưỡng
như hàm lượng protein tổng số được xác định theo phương pháp Kjeldahl sau đó nhân với hệ số 6,25. N tổng số, xơ , tro, ẩm xác định theo phương pháp phân tích. Pb (mg/kg), Cd (mg/kg), Cr (mg/kg), Hg (mg/kg), As (mg/kg) được phân tích theo phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS [135].
2.3.4.7. Phân tích hàm lượng các bon trong sinh khối vi tảo
Hàm lượng các bon của chủng Spirulina platensis SP8 được xác định theo
phương pháp Loss-on-ignition (LOI) sau đó nhân với hệ số 1,724 [136]. Các bước thực hiện như sau:
Bước 1: Nung chén sứ ở nhiệt độ 440 oC trong 3h. Lấy chén ra để nguội đến nhiệt độ phòng trong silicator. Cân khối lượng chén và lặp lại cho đến khi khối lượng chén không đổi, được m1 (g).
Bước 2: Lấy mẫu sinh khối khô Spirulina platensis cho vào chén sứ đã nung ở
bước 1, cân mẫu và chén ta được m2 (g). Sau đó tiếp tục nung mẫu và chén ở 440oC trong 14 giờ, lấy ra để nguội đến nhiệt độ phòng trong silicator, cân khối lượng chén và sinh khối. Lặp lại q trình nung đến khối lượng khơng đổi được m3 (g).
Bước 3: Tính khối lượng các bon trong sinh khối của Spirulina platensis theo
công thức sau:
Xc/VKL (gC/g Spirulina platensis ) = [(m2 – m1) – (m3 – m1)]*1,724/( m2 – m1)
2.3.4.8. Đánh giá hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis
Hiệu suất hấp thu CO2 được xác định bằng năng suất khô của vi tảo, hàm
lượng các bon của Spirulina platensis và khối lượng mol của CO2 và các bon, khối
lượng của CO2 đầu vào theo phương trình sau [123]:
(2.9)
Trong đó:
F : Hiệu suất hấp thụ CO2 (%); P : năng suất (g/L.ngày);
(gC /gX);
V : Thể tích của dung dịch Spirulina platensis (L);
mCO2 : khối lượng CO2 đầu vào (g/ngày); MCO2 : khối lượng phân tử của CO2 (44g) MC : khối lượng phân tử của C (12 g)
Khối lượng CO2 đầu vào (g/ngày) được tính theo cơng thức:
mCO2 đầu vào = CCO2.ρCO2. QCO2.t Trong đó:
CCO2: nồng độ CO2 đầu vào (%)
ρCO2: khối lượng riêng của CO2 (kg/m3) QCO2: lưu lượng khí (tốc độ sục khí L/phút) t: thời gian sục khí (phút)
Hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis SP8 (g CO2/L/ngày) được tính như sau:
mCO2 hấp thu = F* mCO2 đầu vào*100/ V 2.4. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU
2.4.1. Sơ đồ 1: Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật Xúc tác - Hấp phụ Xúc tác - Hấp phụ