Khảo sát tính chất từ và nồng độ các kim loại nặng của bụi phát thải từ các làng nghề tái chế kim loại ở Văn Lâm

- Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 1 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THÀNH HUY KHẢO SÁT TÍNH CHẤT TỪ VÀ NỒNG ĐỘ CÁC KIM LOẠI NẶNG CỦA BỤI PHÁT THẢI TỪ CÁC LÀNG NGHỀ TÁI CHẾ KIM LOẠI Ở VĂN LÂM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: VLĐT09-01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.
- NGUYỄN PHÚC DƯƠNG HÀ NỘI 2012 Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 2 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp cùng sự nỗ lực cố gắng của bản thân, luận văn tốt nghiệp cao học của tôi đã được hoàn thành.
- Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS) Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo, PGS.TS.
- Nguyễn Phúc Dương đã tận tình dạy dỗ, bồi dưỡng tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
- Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2011 Học viên LÊ THÀNH HUY Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 3 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
- Tác giả Lê Thành Huy Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 4 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.
- Những hiểu biết về từ học môi trường.
- Sự lưu thông của các hợp chất khoáng từ trong tự nhiên.
- Phạm vi nghiên cứu của từ học môi trường.
- Tình hình nghiên cứu ô nhiễm không khí bằng quan trắc từ học môi trường.
- Nghiên cứu ô nhiễm bụi sa lắng.
- Nghiên cứu ô nhiễm khí quyển.
- Các tham số từ học môi trường.
- Độ cảm từ.
- Các tham số từ môi trường.
- Tình hình ô nhiễm tại các làng nghề truyền thống.
- Tình hình ô nhiễm môi trường trên địa bàn tỉnh Hưng Yên.
- 50 1.5.3.Tình trạng ô nhiễm môi trường ở làng nghề tái chế kim loại làng Đông Mai.
- ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
- 57 Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 5 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy 2.3.
- 84 Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 6 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt ARM Từ dư không trễ CRM Từ dư hóa học DRM Từ dư lắng đọng EDS Phổ kế tán xạ năng lượng EDX Phổ kế tán xạ năng lượng tia X IRM Từ dư đẳng nhiệt MD Hạt đa đômen NRM Độ từ dư tự nhiên PSD Giả đơn đômen VSM Từ kế mẫu rung SD Hạt đơn đômen SIRM Từ dư đẳng nhiệt bão hòa SP Siêu thuận từ TCCP Tiêu chuẩn cho phép TCXD Tiêu chuẩn xây dựng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TRM Từ dư nhiệt XRD Nhiễu xạ tia X χac Độ cảm từ xoay chiều χhf Độ cảm từ một chiều từ trường cao χlf Độ cảm từ một chiều từ trường thấp Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 7 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy Danh mục các bảng biểu Bảng số Tên bảng TrangBảng 1.1.
- Các đại lượng từ chung 35 Bảng 1.2 Các dạng từ dư thường gặp 36 Bảng 1.3.
- Một số tham số từ môi trường 37 Bảng 1.4.
- Các tính chất của các khoáng từ thông dụng 41 Bảng 3.1.
- Hàm lượng Fe, Zn, Pb, Cd (mg/m3) trong bụi tại Làng nghề Đông Mai 69 Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 8 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình vẽ, đồ thị số Tên hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1.
- Quá trình lưu thông của các hợp chất khoáng từ trong các môi trường đất, nước, không khí 15 Hình 1.2.
- Sự biến đổi của lượng vật liệu từ đọng trên lá cây và các tòa nhà theo khoảng cách từ nguồn phát 20 Hình 1.4.
- 42 Hình 1.10.
- 43 Hình 1.11.
- Mô tả đơn giản hóa sự sắp xếp các cation sắt 3+ trong hematite 44 Hình 1.12.
- 44 Hình 1.13.
- Bản đồ hành chính Huyện Văn Lâm 54 Hình 1.14.
- Hoạt động tái chế chì ở làng Đông Mai 56 Hình 2.1.
- Hệ từ kế mẫu rung (VSM) 58 Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 9 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy Hình 2.2.
- Bản đồ khu vực làng nghề Đông Mai 62 Hình 3.2.
- Ảnh phân bố kích thước và hình thái học của các hạt bụi 63 Hình 3.3.
- Đường cong từ trễ đo ở nhiệt độ phòng của mẫu bụi tại làng nghề Đông Mai 66 Hình 3.5.
- Sự phụ thuộc nhiệt độ của mômen từ của mẫu bụi tại làng nghề Đông Mai 67 Hình 3.7.
- Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu bụi tại Làng nghề Đông Mai 67 Hình 3.8 Đồ thị Day mô tả hiệu ứng phân bố kích thước hạt oxit sắt từ trong các mẫu bụi làng nghề Đông Mai.
- 68 Hình 3.9 Phổ tán sắc năng lượng điện tử (EDS) của mẫu bụi tại làng nghề Đông Mai 70 Hình 3.10.
- Đồ thị contour phân bố nồng độ Fe có trong bụi quanh khu vực làng nghề Đông Mai 72 Hình 3.11.
- Đồ thị contour phân bố nồng độ Zn có trong bụi quanh khu vực làng nghề Đông Mai 73 Hình 3.12.
- Đồ thị contour phân bố nồng độ Pb có trong bụi quanh khu vực làng nghề Đông Mai 74 Hình 3.13.
- Đồ thị contour phân bố nồng độ Cd có trong bụi quanh khu vựclàng nghề Đông Mai 75 Hình 3.14.
- Mối liên hệ giữa nồng độ Fe và độ cảm pheri từ χpheri trong các mẫu bụi khu vực làng Đông Mai 76 Hình 3.15.
- Mối liên hệ giữa nồng độ Zn và độ cảm pheri từ χpheri trong các mẫu bụi khu vực làng Đông Mai 77 Hình 3.16.
- Mối liên hệ giữa nồng độ Pb và độ cảm pheri từ χpheri trong các mẫu bụi khu vực làng Đông Mai 77 Hình 3.17.
- Mối liên hệ giữa nồng độ Cd và độ cảm pheri từ χpheri trong các mẫu bụi khu vực làng Đông Mai 78 Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 10 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy MỞ ĐẦU Ô nhiễm đất, sét và bụi trong không khí gây suy thoái nghiêm trọng cho chất lượng môi trường.
- Để có được những phương án bảo vệ và cải tạo môi trường một cách hiệu quả thì việc kiểm soát và phát hiện các nguồn ô nhiễm là một vấn đề ngày càng trở nên bức thiết.
- Mức độ nguy hiểm phụ thuộc chủ yếu vào khả năng đi sâu của bụi trong phổi tùy thuộc vào thành phần, hình dạng, kích thước và mật độ hạt đồng thời ảnh hưởng của chúng đến mô sinh học trong đó thành phần hóa học của các hạt đóng vai trò quan trọng.
- Các hạt bụi nhỏ (PM2,5 – có kich thước dưới 2.5 micromet) có thể đi sâu vào vùng của khí quản người khi hít phải.
- Nếu các hạt này đi vào túi phổi thì sẽ gây ra tổn thương và làm giảm chức năng hô hấp, có thể gây ra những bệnh nguy hiểm như ung thư phổi, và gia tăng khả năng tử vong liên quan đến tim mạch.
- Một phần lớn các hạt bụi nhỏ này được phát ra từ các phương tiện giao thông trong đó các động cơ diesel sinh ra các bụi PM2,5 nhiều hơn vài bậc độ lớn so với các động cơ sử dụng xăng.
- Những nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng Pb và Cr từ khí thải giao thông có xu thế bám trên bề mặt các hạt bụi qua quá trình ngưng tụ pha hơi và hấp phụ từ nhiên liệu lỏng.
- Ngoài ra các hạt bụi đô thị luôn chứa các hạt từ tính.
- Ô nhiễm không khí đã được nghiên cứu nhiều năm ở các nước phát triển và ngày càng được tăng cường mạnh mẽ đặc biệt là trong những năm gần đây chủ yếu tập trung vào các hướng.
- Nghiên cứu các tính chất vật lý, hóa học, quang học của bụi khí.
- Nghiên cứu các thành phần nguyên tố và hợp chất.
- Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 11 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy - Nghiên cứu nhận dạng và định lượng các nguồn phát ô nhiễm bằng các kỹ thuật thống kê cao cấp.
- Nghiên cứu các quá trình hình thành, vận chuyển, biến hóa trong khí quyển.
- Nghiên cứu tác động của các yếu tố thời tiết và khí tượng.
- Nghiên cứu lan truyền ô nhiễm tầm xa, trên quy mô vùng và toàn cầu.
- Nghiên cứu các tác hại đến sức khỏe và ảnh hưởng đến tầm nhìn, và sự làm thay đổi thời tiết, khí hậu trên trái đất.
- Đồng thời xây dựng các kỹ thuật quan trắc tiện lợi và hiệu quả hơn Các kỹ thuật quan trắc từ học môi trường là các phương pháp đã chứng tỏ được tính hiệu quả của chúng trong việc khảo sát các chất thải công nghiệp và các thể rắn lơ lửng trong không khí.
- Các nghiên cứu gần đây trên thê giới cho thấy phương pháp quan trắc từ học môi trường là một giải pháp tiết kiệm chi phí, nhân lực và thời gian so với các phương pháp phân tích môi trường truyền thống và rất nhạy với các hạt bụi từ tính có các kích thước khác nhau.
- Lĩnh vực này được áp dụng ở các nước tiên tiến trên thế giới từ vài thập kỷ qua trong việc quan trắc những thay đổi về khí hậu, địa chất và gần đây được ứng dụng trong lĩnh vực kiểm soát ô nhiễm môi trường.
- dân số các nghiên cứu cho thấy độ từ dư của bụi ở công viên và ở trung tâm thành phố khá nhỏ trong khi đó độ cảm từ tăng dần đối với bụi ở khu vực đường cao tốc vành đai và đặc biệt cao ở khu vực đường giao thông ở trên đồi cao.
- Các nghiên cứu cho thấy các phương tiện giao thông thải ra các hạt từ có kích thước từ 0.3 – 3 µm, đây là kích thước gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.
- Các nghiên cứu sau đó cũng cho thấy rằng tại các khu không có công nghiệp nặng thì ô nhiễm giao thông là nguồn ô nhiễm bụi từ chủ yếu.
- Do các kim loại nặng có xu thế bị hấp phụ lên bề mặt các hạt bụi từ tính, việc xác định nồng độ các hạt bụi này bằng phép đo Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 12 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy mômen từ sẽ cho các thông tin về phân bố không những của Fe (một chất có từ tính) mà còn của các kim loại nặng đi kèm.
- Hiện nay, môi trường không khí trên toàn lãnh thổ Việt Nam nói chung là tương đối tốt, nhưng chất lượng môi trường không khí ở các thành phố lớn, tại một số khu công nghiệp và làng nghề đang ngày càng suy giảm.
- Tuy nhiên, việc khảo sát ảnh hưởng của bụi ở nước ta mới chủ yếu tập trung vào các thông số cơ bản như nồng độ và kích thước hạt bụi chứ chưa khảo sát kỹ các thành phần hóa học khác nhau cấu thành bụi ví dụ như các kim loại nặng và sự phụ thuộc của nồng độ các nguyên tố hóa học trong các hạt bụi vào kích thước hạt.
- Đứng trước tình hình đó, chúng tôi nhận thấy việc khảo sát tính chất từ và nồng độ các kim loại nặng của bụi phát thải từ các làng nghề tái chế kim loại sẽ nâng cao được mức độ cảnh báo và đưa ra được các giải pháp quản lý và xử lý ô nhiễm môi trường.
- Đây là một phương pháp phân tích nhanh và rẻ tiền hơn các phép phân tích môi trường truyền thống, cho phép xác định đồng thời nồng độ và kích thước các hạt bụi từ, từ đó có thể xây dựng được các bản đồ phân bố nồng độ bụi từ tính không những trong các khu vực làng nghề truyền thống mà còn có thể cho cả các đô thị nơi tập trung các hoạt động sản xuất công nghiệp và các trục đường giao thông.
- Sự tiến bộ trong lĩnh vực mới này sẽ góp phần giảm chi phí trong việc kiểm soát và đưa ra Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 13 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy được những đánh giá trên phạm vi rộng, giúp phát hiện các nguồn ô nhiễm để có các giải pháp kịp thời.
- Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 14 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy CHƯƠNG 1.
- Những hiểu biết về từ học môi trường 1.1.1.
- Sự lưu thông của các hợp chất khoáng từ trong tự nhiên Do tất cả các vật chất đều được cấu thành từ những nguyên tử với các hạt mang điện tích dịch chuyển quanh quỹ đạo nên tất cả mọi vật quanh ta nói chính xác đều có từ tính.
- Trong phạm vi nghiên cứu này chúng ta tập trung vào các khoáng chất quan trọng trong môi trường có tính chất giống như của sắt – tính sắt từ.
- Vậy thì các khoáng chất đó lưu thông trong môi trường như thế nào? Có rất nhiều nguồn.
- Sau nhưng đứt gãy do sói mòn các hạt khoáng được phát tán theo các dòng chảy của sông đổ ra biển và hồ.
- [2] Hoặc theo cách khác, các hạt khoáng có thể ở các môi trường khô cằn và theo gió bay vào khí quyển rồi tái lắng đọng và quá trình này có thể được lặp lại.
- [11] Sự phun trào của núi lửa có thể tạo nên những đám mây và phân tán các hạt khoáng trực tiếp đi vào không trung.
- Các cơ thể sống này sản sinh ra các hạt magnetite nguyên chất có đường kính khoảng vài chục nanomet để phục vụ các mục tiêu xác định hướng.
- Sau khi chết đi, các phần hữu cơ bị phân hủy nhưng các hạt từ thì vẫn còn tồn tại.
- [9]Các quá trình hóa học và sinh học phức tạp xảy ra trong quá trình biến đổi đất là nguồn quan trọng sinh ra các khoáng từ trong môi trường.
- [5] Hoạt động của con người Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 15 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy cũng góp phần tạo ra các vật liệu từ tính trong môi trường như quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch và các hoạt động công nghiệp như sản xuất thép.
- Một cách tổng quát, quá trình lưu thông của các khoáng chất chứa sắt được mô tả như trên hình 1.1.
- Quá trình lưu thông của các hợp chất khoáng từ trong các môi trường đất, nước, không khí [3] 1.1.2.
- Phạm vi nghiên cứu của từ học môi trường Với những thiết bị từ kế hiện nay có thể phát hiện một cách dễ dàng các tín hiệu từ của các vật chất trong môi trường - đất và các dạng sa lắng - với độ chính xác nhỏ hơn 1/1000 khối lượng.
- Do vậy quan trắc từ học được sử dụng để nghiên cứu nhiều lĩnh vực môi trường khác nhau.
- Các hồ nước ngay từ đầu đã được nghiên cứu để lưu trữ các thông tin về cổ môi trường từ.
- Một số Luận văn Cao học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 16 - Chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu Điện tử Lê Thành Huy nghiên cứu về hồ đã thử phân tích trong những khoảng quá khứ dài hơn ví dụ như nghiên cứu về hồ Bouchet, Pháp hay hồ Baikal, Siberia.
- Các số liệu từ từ các nghiên cứu đối với hai trường hợp này cho biết các yếu tố biến đổi khí hậu quan trọng trong vòng lần lượt là 140,000 và 5 triệu năm.
- Các sa lắng biển là một nguồn thông tin hết sức quan trọng về các khoáng từ liên quan đến một vài yếu tố biến đổi môi trường.
- Ví dụ Bloemendal và deMenocal [3] đã mô tả các biến đổi theo chu trình của hàm lượng từ tính của các trầm tích ở phía tây biển Arab để kiểm soát hàm lượng bụi bay đến từ châu Phi và Arab trong các đợt gió mùa.
- Một ví dụ thứ hai, Lean và McCave [10] từ bán cầu nam chỉ ra rằng có một sự tương quan chặt chẽ giữa các tính chất từ của các mẫu đất biển Tasman với sự thăng giáng của nồng độ các đồng vị oxi tìm thấy ở vỏ của các vi sinh vật biển gây ra do biến đổi khí hậu.
- Barthès và các cộng sự [1] đã giải thích khả năng của các phép đo từ tại các khoang dưới đáy biển có thể kiểm soát niên đại một cách chi tiết, đây là một trong những vấn đề khó khăn nhất trong khoa học trái đất.
- Bên cạnh việc nghiên cứu niên đại địa tầng phân giải cao qua tín hiệu từ, các nghiên cứu từ học tại các giếng khoan (thăm dò dầu khí) ở biển Bắc cũng cho biết những biến đổi lớp băng ở bán cầu bắc.
- Đất hoàng thổ chứa các khoáng từ gần đây được sử dụng để nghiên cứu sự hình thành và biến đổi của các kỷ băng hà

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt