Phân tích lượng vết các anion f , cl , SO42 , PO43 trong hệ thống nước làm mát của nhà máy nhiệt điện bằng phương pháp sắc ký ion

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ HẰNG

PHÂN TÍCH LƢỢNG VẾT CÁC ANION F-, Cl-, SO42-, PO43TRONG HỆ THỐNG NƢỚC LÀM MÁT CỦA NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÝ ION

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ HẰNG

PHÂN TÍCH LƢỢNG VẾT CÁC ANION F-, Cl-, SO42-, PO43TRONG HỆ THỐNG NƢỚC LÀM MÁT CỦA NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÝ ION

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60440118
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN THỊ KIM DUNG

Hà Nội-2017


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gởi lời cảm ơn đến:
PGS.TS. Nguyễn Thị Kim Dung, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, góp
ý, sửa chữa và bổ sung cho tôi những kiến thức chuyên môn quý báu để hoàn thành
luận văn này.
Đề tài CB16/16/VCNXH (2016-2017) do Viện Năng lƣợng nguyên tử Việt
Nam quản lý đã hỗ trợ kinh phí giúp tôi triển khai các nội dung nghiên cứu.
Ban Lãnh đạo Viện Công nghệ Xạ hiếm, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
đƣợc học tập và nghiên cứu để nâng cao trình độ chuyên môn của mình.
ThS. Hà Lan Anh cùng toàn thể các anh chị trong Phòng Thủy văn đồng vị Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, các anh chị trong Trung tâm phân tích - Viện
Công nghệ Xạ hiếm, đã nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá
trình làm luận văn.
Các Thầy Cô Bộ môn Hóa Phân tích, khoa Hóa học, trƣờng đại học Khoa
học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý
giá, tạo điều kiện cho tôi đƣợc học tập và nghiên cứu trong môi trƣờng khoa học
hiện đại.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và những ngƣời thân
đã giúp đỡ tôi trong thời gian thực học tập và hiện nghiên cứu này.

Nguyễn Thị Hằng

Nguyễn Thị Hằng

Trường ĐHKH Tự nhiên


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... i
DANH MỤC CÁC HÌNH/ ĐỒ THỊ .......................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................ iii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .......................................................................................3
1.1

Giới thiệu hệ thống nƣớc làm mát của nhà máy nhiệt điện Phả Lại .............3

1.2. Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc của nhà máy nhiệt điện .......................................7
1.2.1 Kiểm tra chất lƣợng nƣớc trong chu trình hơi nƣớc của nhà máy nhiệt điện
Nikola Tesla (Serbia) [28]. ...................................................................................8
1.2.2. Các Tiêu chuẩn về nƣớc đảm bảo điều kiện hoạt động cho nhà máy Nhiệt
điện Phả Lại. .........................................................................................................8
1.2.3. Chất lƣợng nƣớc lò hơi và nƣớc cấp cho ống nƣớc lò hơi (JIS B82231989) của Nhật Bản ở áp suất từ 150 tới 200 kgf/cm2 [20]. ................................9
1.3. Tổng quan về các anion F-, Cl-, SO42-, PO43- ....................................................9
1.3.1. Anion F-, Cl- ...............................................................................................9
1.3.2. Anion SO42- ..............................................................................................11
1.3.3. Anion PO43- ..............................................................................................11
1.4. Các phƣơng pháp xác định hàm lƣợng các anion F-, Cl-, SO42-, PO43- ...........12
1.4.1. Phƣơng pháp trắc quang so màu UV-VIS ................................................12
1.4.2. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử .............................................13
1.4.3. Phƣơng pháp điện hóa dùng điện cực chọn lọc định lƣợng ion halogen .14
1.4.4. Phƣơng pháp đo độ dẫn điện ....................................................................15
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM................................................................................17
2.1. ĐỐI TƢỢNG, MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................17

2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................17
2.1.2.Nội dung nghiên cứu .................................................................................17
2.1.3.

Đối tƣợng ..............................................................................................17

2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................18

Nguyễn Thị Hằng

Trường ĐHKH Tự nhiên


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

2.2.1. Lấy mẫu, xử lý và bảo quản mẫu .............................................................18
2.2.2. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp sắc ký ion ...........................................19
2.2.3. Nguyên tắc phƣơng pháp xác định anion bằng sắc ký ion ICS-2100 ......22
2.2.4. Sự tƣơng tác giữa ba thành phần trong hệ sắc ký.....................................23
2.2.5. Phân tích định lƣợng bằng sắc ký ion ......................................................24
2.3.HÓA CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ ..............................................................25
2.3.1. Hóa chất ....................................................................................................25
2.3.2. Dụng cụ phân tích.....................................................................................25
2.3.3. Thiết bị phân tích ......................................................................................26
2.4. THẨM ĐỊNH PHƢƠNG PHÁP ....................................................................26
2.4.1. Tính đặc hiệu ............................................................................................26
2.4.2. Khoảng tuyến tính và đƣờng chuẩn..........................................................26
2.4.3. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ) .......................27

2.4.4. Độ lặp lại của phƣơng pháp......................................................................27
2.4.5. Độ thu hồi của phƣơng pháp ....................................................................28
2.5. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ...............................................................28
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..........................................................29
3.1. Tối ƣu các điều kiện trên thiết bị IC-2100 ......................................................29
3.1.1. Thời gian lƣu các anion ............................................................................29
3.1.2. Khảo sát sự thay đổi của nồng độ dung dịch rửa giải ..............................29
3.1.3. Khảo sát sự thay đổi tốc độ dòng pha động .............................................30
3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nền mẫu nƣớc nhà máy nhiệt điện đến các anion F-,
Cl-, PO43-, SO42-......................................................................................................31
3.2.1. Khảo sát ảnh hƣởng của Hydrazin trong nền mẫu nƣớc nhà máy nhiệt
điện tới các anion F-, Cl-, SO42-, PO43-................................................................31
3.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của Amoniac trong nền mẫu nƣớc nhà máy nhiệt
điện tới các anion F-, Cl-, SO42-, PO43-................................................................32
3.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của Na3PO4 trong nền mẫu nƣớc nhà máy nhiệt điện
tới các anion F-, Cl-, SO42- ..................................................................................33

Nguyễn Thị Hằng

Trường ĐHKH Tự nhiên


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

3.3. Thẩm định phƣơng pháp .................................................................................34
3.3.1. Tính đặc hiệu ............................................................................................34
3.2.2. Khoảng tuyến tính và lập phƣơng trình đƣờng chuẩn ..............................35
3.3.3. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ) .......................39

3.3.4. Độ lặp lại ..................................................................................................40
3.3.5. Độ thu hồi .................................................................................................41
3.3.6. Kết quả phân tích một số mẫu nƣớc Dây chuyền 1 và Dây chuyền 2 nhà
máy nhiệt điện Phả lại . ......................................................................................43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................47
I.

KẾT LUẬN .....................................................................................................47

II. KIẾN NGHỊ ......................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................49
PHỤ LỤC ..................................................................................................................52

Nguyễn Thị Hằng

Trường ĐHKH Tự nhiên


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc trong chu trình hơi nƣớc nhà máy nhiệt điện
Nikola Tesla (Serbia) ..................................................................................................8
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc nhà máy nhiệt điện Phả Lại ..........................8
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc lò hơi và nƣớc cấp cho ống nƣớc nồi hơi của
Nhật Bản ở áp suất từ 150 tới 200 kgf/cm2 .................................................................9

Bảng 3.1. Kết quả thu đƣợc khi chạy phổ chuẩn của 07 anion theo phần mềm

Chromeleon ...............................................................................................................29
Bảng 3.2.Sự phụ thuộc của diện tích pic vào nồng độ anion ....................................36
Bảng 3.3. Độ lệch của từng điểm chuẩn anion dùng xây dựng đƣờng chuẩn ..........38
Bảng 3.4. Kết quả đo mẫu nƣớc hàm lƣợng thấp......................................................39
Bảng 3.5. Kết quả độ lặp lại khi phân tích hàm lƣợng anion trong mẫu nƣớc nhà
máy nhiệt điện ...........................................................................................................40
Bảng 3.6. Bảng đối chiếu kết quả độ lặp lại của phƣơng pháp IC để phân tích hàm
lƣợng anion trong mẫu nƣớc nhà máy nhiệt điện theo AOAC .................................41
Bảng 3.7.Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi đối với phƣơng pháp phân tích F- .....41
Bảng 3.8. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi đối với phƣơng pháp phân tích Cl- ..42
Bảng 3.9. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi đối với phƣơng pháp phân tích PO43...................................................................................................................................42
Bảng 3.10. Kết quả đánh giá hiệu suất thu hồi đối với phƣơng pháp phân tích SO42...................................................................................................................................42
Bảng 3.11.Kết quả phân tích hàm lƣợng anion trong một số mẫu nƣớc của Dây
chuyền 1 và Dây chuyền 2 Nhà máy nhiệt điện Phả Lại trên thiết bị ICS 2100.......44
Bảng 3.12.Kết quả phân tích hàm lƣợng anion trong một số mẫu nƣớc của Dây
chuyền 1 và Dây chuyền 2 Nhà máy nhiệt điện Phả Lại trên thiết bị ICS 600.........45
Bảng 3.13. Kết quả các đại lƣợng thống kê tính trên phần mềm Minitab 15 ...........46

i


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

DANH MỤC CÁC HÌNH/ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Hình Chu trình nhiệt và hệ thống cấp hóa chất ...........................................5
Hình 1.2. Ion Cl- gây ăn mòn lỗ trên thép không rỉ ..................................................10
Hình 1.3. Cơ chế ăn mòn lỗ của ion Cl- ....................................................................10
Hình 1.4. Sơ đồ về sự ăn mòn của ion Cl- trong chu trình hơi nƣớc[30] ..................10

Hình 2.1. Hình ảnh hệ thiết bị sắc ký ICS 2100........................................................20
Hình 2.2.Hình ảnh hệ thiết bị sắc ký ICS 600...........................................................20
Hình 2.3. Sơ đồ hệ sắc ký ion ...................................................................................21

Hình 3. 1.Phổ đồ 07 anion .........................................................................................29
Hình 3.2. Phổ đồ khi thay đổi của nồng độ dung dịch rửa giải.................................30
Hình 3.3. Phổ đồ khi thay đổi của tốc độ dòng pha động .........................................31
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của diện tích píc các anion vào nồng độ hydrazin ..............32
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của diện tích pic các anion vào nồng độ amoniac ..............33
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của Na3PO4 đến các anion F-, Cl-, SO42- ................................34
Hình 3.7. Phổ đồ mẫu trắng ......................................................................................35
Hình 3.8. Phổ đồ mẫu trắng thêm chuẩn ...................................................................35
Hình 3.9. Đƣờng chuẩn của F- ..................................................................................36
Hình 3.10. Đƣờng chuẩn của Cl- ...............................................................................37
Hình 3.11. Đƣờng chuẩn của PO43- ...........................................................................37
Hình 3.12. Đƣờng chuẩn của SO42- ...........................................................................37

ii


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tên viết tắt

Tên đầy đủ

IC

Ion Chromatography -Sắc kí ion

LOD

Limit of Detection: Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit of Quantification Giới hạn định lƣợng

ppm

Parts per million: Phần triệu

ppb

Parts per billion: Phần tỷ

ppt

Parts per trillion: Phần nghìn tỷ

R

Correlation coefficient: Hệ số tƣơng quan

%RSD

% Relative Standard Deviation: % Độ lệch chuẩn tƣơng đối

SD

Standard Deviation: Độ lệch chuẩn

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

AOAC

Association of Official Analytical Chemists: Hiệp hội các nhà
hóa học phân tích

V

Thể tích

C

Nồng độ

S

Diện tích

AAS

Atomic Absorption Spectroscopy: Phƣơng pháp quang phổ

hấp thụ nguyên tử

ISE

Ion Selective Electrodes: Điện cực chọn lọc ion

ICS

Ion Chromatography System: Hệ thống sắc ký ion

iii


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

MỞ ĐẦU
Trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, một số nguồn cung cấp điện năng chính
nhƣ thủy điện, nhiệt điện, điện gió, điện mặt trời và điện hạt nhân. Theo thống kê
của cơ quan năng lƣợng nguyên tử quốc tế, năm 2015 nguồn cung cấp điện năng từ
nhiệt điện chiếm ƣu thế là 36%, dự báo từ năm 2020 đến 2030, cùng với nhiệt điện
và một số nguồn năng lƣợng có sẵn thì có thêm nguồn năng lƣợng mới là năng
lƣợng hạt nhân chiếm từ 1-8%.
Bên cạnh đó, theo thiết kế của các nhà sản xuất trên thế giới, hệ thống nƣớc
làm mát vòng thứ cấp của nhà máy nhiệt điện có nhiều điểm tƣơng đồng với hệ
thống nƣớc làm mát của nhà máy nhiệt điện. Do đó, việc kiểm tra chất lƣợng nƣớc
vòng thứ cấp cũng tƣơng tự nhƣ đối với nhà máy nhiệt điện. Trong tƣơng lai, Việt
Nam dự kiến sẽ lựa chọn hai công nghệ nhà máy điện hạt nhân để xây dựng, một
nhà máy do Liên Bang Nga và một nhà máy do Nhật Bản thiết kế và lắp đặt. Trong

số những nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam, nhà máy nhiệt điện Phả Lại là nhà máy
duy nhất đang áp dụng hai công nghệ trên. Nhƣ vậy, để chuẩn bị cho dự án điện
quốc gia trong tƣơng lai, mô hình nhà máy nhiệt điện Phả Lại đƣợc lựa chọn để
nghiên cứu ở thời điểm hiện tại là phù hợp và có tính ứng dụng cao.
Nhà máy nhiệt điện nói chung, nhà máy nhiệt điện Phả Lại nói riêng, nguyên
liệu sản xuất chính là than, dầu, khí đốt và nƣớc. Than, dầu, khí dùng để đốt cháy
cung cấp nhiệt năng cho nƣớc, chuyển nƣớc thành hơi nƣớc, hơi nƣớc sinh công
quay tua bin và phát ra điện. Nƣớc và hơi nƣớc biến đổi tuần hoàn trong một chu
trình kín (chu trình nhiệt). Trong chu trình nhiệt nƣớc biến đổi thành hơi, rồi ngƣng
tụ lại thành nƣớc, cứ nhƣ vậy tuần hoàn; do đó, nƣớc đóng vai trò là "chất công tác
chính" trong quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện.
Việc xuất hiện hàm lƣợng vết (ppm) các anion F-, Cl-, SO42-, PO43- trong
nƣớc làm mát của nhà máy nhiệt điện, đặc biệt là trong vòng thứ cấp của nhà máy
điện hạt nhân gây ra sự ăn mòn kim loại trong mạch vi điện tử, làm cho các thành
phần thép không gỉ của nhà máy nhiệt điện (nhƣ lò hơi, ống nồi hơi, ống bình
ngƣng, và lƣỡi tuabin) dễ bị ăn mòn ứng suất [13,19,21,22,24,25,26]. Để kiểm tra

1


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

hàm lƣợng các anion nói trên thì sắc ký ion là một phƣơng pháp phân tích hữu hiệu
giúp xác định đồng thời các anion với độ nhạy và độ tin cậy cao, giới hạn phát hiện
thấp (cỡ ppb), thời gian phân tích ngắn, lƣợng mẫu ít[22].
Để đảm bảo thiết bị vận hành an toàn, kinh tế, yêu cầu chất lƣợng nƣớc dùng
cho lò hơi là hết sức nghiêm ngặt, phải đảm bảo các chỉ tiêu theo quy định của nhà
chế tạo. Sử dụng nƣớc sạch cho lò hơi nhằm mục đích chống sự đóng cặn trong bao

hơi, trong các dàn ống sinh hơi, bộ quá nhiệt và trên các tầng cánh tuabin làm giảm
công suất phát điện, gây hƣ hỏng đƣờng ống; đồng thời chống đƣợc sự ăn mòn kim
loại trong hệ thống này. Chính vì vậy, việc làm sạch và kiểm tra chất lƣợng nƣớc
trong nhà máy nhiệt điện cũng là một vấn đề hết sức quan trọng.
Xuất phát từ những nhu cầu trên, chúng tôi đã xây dựng đề tài mang tên:
“Phân tích lượng vết các anion F-, Cl-, SO42-, PO43- trong hệ thống nước làm mát
của nhà máy nhiệt điện bằng phương pháp sắc ký ion” với mong muốn có thêm
một phƣơng pháp phân tích, nhằm kiểm tra, đánh giá chính xác hàm lƣợng một số
ion nói trên trong hệ thống nƣớc của nhà máy nhiệt điện, góp phần đảm bảo an toàn
trong vận hành các nhà máy nhiệt điện ở nƣớc ta.

2


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu hệ thống nƣớc làm mát của nhà máy nhiệt điện Phả Lại
Công ty Cổ phần Nhiệt điện Phả Lại sở hữu hai nhà máy nhiệt điện có tổng
công suất là 1040MW. Công ty có 2 dây chuyền sản xuất nhiệt điện. Dây chuyền 1
đƣợc xây dựng từ những năm 1980 do Liên bang Nga (thuộc Liên Xô cũ) thiết kế
và lắp đặt. Dây chuyền 2 đƣợc xây dựng từ năm 2000 do Nhật Bản thiết kế và lắp
đặt với công nghệ điều khiển mới có độ tin cậy cao, tiên tiến và hiện đại nhất hiện
nay.
Dây chuyền 2 gồm hai tổ máy siêu cao áp, công suất thiết kế của mỗi tổ máy
là 300MW. Dây chuyền vận hành dựa vào nguyên lý chu trình hơi nƣớc khép kín
Rankine. Nguồn nhiệt cấp cho chu trình nhiệt là nguồn nhiệt đốt từ than đá. Nƣớc
sử dụng trong chu trình nhiệt là nƣớc khử khoáng đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp

trao đổi ion có độ sạch rất cao. Nguyên lý chu trình nhiệt của Dây chuyền 2 nhƣ
sau:
Nƣớc sau bình ngƣng có nhiệt độ khoảng 40oC đƣợc bơm ngƣng bơm qua
các bộ gia nhiệt hạ áp và đƣợc gia nhiệt bằng một phần hơi dẫn ra từ chu trình nhiệt.
Tại đầu đẩy bơm ngƣng, nƣớc đƣợc trộn thêm Amoniac và Hydrazin nhằm mục
đích nâng pH và hạn chế quá trình ăn mòn kim loại. Nƣớc sau các bộ gia nhiệt hạ áp
có nhiệt độ khoảng 170oC, áp suất 7,2 Kg/cm2 và đƣợc dẫn thẳng lên bình khử khí.
Tại đây, một phần các khí thể không hoà tan hoặc quá bão hoà nhƣ O2, CO2, N2,
H2,…sẽ đƣợc tách ra khỏi nƣớc theo nguyên tắc trƣng luyện, dòng hơi và dòng
nƣớc đi ngƣợc chiều nhau, các khí thể hoà tan hoặc quá bão hòa từ dòng nƣớc sẽ đi
vào pha hơi theo các định luật Henry-Dalton.
Nƣớc sau bình khử khí đƣợc bơm cấp nâng áp suất lên khoảng 190Kg/cm2
và bơm qua các thiết bị gia nhiệt cao áp. Tại các bộ gia nhiệt cao áp, nƣớc đƣợc gia
nhiệt bằng các đƣờng hơi trích nâng nhiệt độ lên khoảng 260oC và đƣợc dẫn sang
bộ hâm. Yêu cầu chất lƣợng nƣớc trƣớc khi vào bộ hâm phải đảm bảo pH từ 8,5 ÷
9,5 và hàm lƣợng oxy nhỏ hơn 7ppb. Nƣớc qua bộ hâm sẽ nhận nhiệt từ phần khói

3


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

đuôi lò và nâng nhiệt độ lên khoảng 300oC. Sau bộ hâm, nƣớc đƣợc dẫn trực tiếp
vào bao hơi.
Bao hơi của Dây chuyền 2 có công suất thiết kế là 900 tấn hơi/giờ, áp suất
180Kg/cm2, nhiệt độ 350oC. Nƣớc từ bộ hâm đƣợc dẫn trực tiếp sang bao hơi.
Na3PO4 đƣợc bơm gián đoạn và trực tiếp vào bao hơi nhằm nâng pH nƣớc lò, hạn
chế quá trình đóng cặn cũng nhƣ ăn mòn xảy ra trong bao hơi và đƣờng ống sinh

hơi. Nguyên lý vận hành của bao hơi là tuần hoàn tự nhiên. Nƣớc từ bao hơi theo
bốn ống góp đi xuống phía đáy lò và phân chia đi vào các ống sinh hơi. Nƣớc trong
các ống sinh hơi sẽ nhận nhiệt trực tiếp từ buồng lửa nâng nhiệt độ đến nhiệt độ sôi
khoảng 350oC. Nƣớc này có tỷ trọng nhỏ hơn nên luôn có xu hƣớng đi lên và đi vào
các ống góp đƣợc dẫn quay trở lại bao hơi hình thành vòng tuần hoàn tự nhiên khép
kín. Tại bao hơi, phần hơi nƣớc quá bão hoà sẽ tách ra trên bề mặt thoáng mức nƣớc
bao hơi. Các Cyclon đƣợc lắp đặt phía trên trong bao hơi có nhiệm vụ tách loại một
phần lƣợng nƣớc cuốn theo hơi. Tuy nhiên hơi này vẫn còn khoảng từ 3-5% độ ẩm
kéo theo. Hơi này đƣợc gọi là hơi bão hoà và đƣợc dẫn sang bộ quá nhiệt.
Tại bộ quá nhiệt, hơi bão hoà nhận nhiệt trực tiếp từ lò trở thành hơi khô có
nhiệt độ khoảng 541oC. Hơi khô này đƣợc gọi là hơi quá nhiệt có năng lƣợng cao và
đƣợc dẫn trực tiếp sang turbin cao áp. Tại đây, hơi quá nhiệt sẽ dãn nở sinh công và
làm quay turbine cao áp. Hơi sau turbine cao áp sẽ đƣợc dẫn sang bộ quá nhiệt
trung gian nhận nhiệt trực tiếp từ lò trở thành hơi có năng lƣợng cao. Hơi này đƣợc
dẫn tiếp sang turbine trung áp, tại đây hơi nƣớc sẽ dãn nở sinh công và làm quay
turbine trung áp. Hơi sau turbine trung áp đƣợc dẫn trực tiếp sang turbine hạ áp, tại
đây hơi sẽ dãn nở một lần nữa và sinh công làm quay turbine hạ áp. Hơi sau turbine
hạ áp lại đƣợc dẫn xuống bình ngƣng và đƣợc làm mát bằng nƣớc sông (nƣớc tuần
hoàn) và ngƣng tụ thành nƣớc có nhiệt độ khoảng 40oC. Một phần các khí thể
không hoà tan hoặc quá bão hoà nhƣ H2, O2, N2, CO2, … sẽ đƣợc bơm hút chân
không bình ngƣng tách ra. Nhƣ vậy, hơi nƣớc đã vận hành thành chu trình tuần
hoàn khép kín. Chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện đƣợc biểu diễn ở Hình 1.

4


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Hình 1.1. Hình Chu trình nhiệt và hệ thống cấp hóa chất
Mặc dù hơi nƣớc đƣợc làm việc trong chu trình khép kín, nhƣng không tránh
khỏi thất thoát do: xả cặn trong quá trình xử lý, các vòi lấy mẫu, do xì trên đƣờng
ống, mặt bích và các van… Vì vậy, ta luôn phải bổ sung một lƣợng nƣớc để bù lại
lƣợng hơi nƣớc đã mất đi trong chu trình.
Nguồn nƣớc cung cấp cho chu trình nhiệt là nƣớc khử khoáng có độ
sạch hoá học cao. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, do các nguyên nhân
nhƣ rò rỉ, tích tụ, đốt cháy các chất hữu cơ dầu mỡ, pH thấp, sự có mặt của
oxy, và đặc biệt là nhiệt độ cao và áp suất cao nên các hiện tƣợng ăn mòn,
đóng cặn, hơi cuốn vẫn xảy ra trong chu trình nhiệt. Các hiện tƣợng này đều
do chất lƣợng nƣớc gây ra sẽ làm ảnh hƣởng đến quá trình vận hành bình
thƣờng của chu trình nhiệt và gây ra một số hậu quả nghiêm trọng nhƣ giảm
hiệu suất truyền nhiệt, gây nổ đƣờng ống truyền nhiệt, gây ăn mòn tầng cánh
turbine,… Dƣới đây là bảng liệt kê các hiện tƣợng và hậu quả của chúng[20].

5


Luận văn thạc sĩ

Hiện
tƣợng

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Hậu quả

Nguyên nhân

- Giảm hiệu suất của lò hơi do

Đóng cặn

- Do độ cứng, SiO2 từ nƣớc khử
đóng cặn (độ cứng, SiO2, oxit kim
khoáng, hoặc các nguồn khác
mang vào lò.
loại) bám trên bề mặt ống truyền
- Do sản phẩm ăn mòn kim loại
nhiệt.
xảy ra trên đƣờng ống, thiết bị
nhiệt.
- Gây giãn nở hoặc vỡ đƣờng ống
- Áp dụng chế độ xử lý nƣớc lò,
bởi sự kết dính mạnh của cặn.
nƣớc cấp không đúng.
- Do O2, CO2 và các tạp chất ăn
mòn khác từ nƣớc khử khoáng,
hoặc các nguồn khác mang
nhiệt.
vào.
- Sản phẩm của quá trình ăn mòn sẽ - Do thiết bị khử khí vận hành
không đúng chế độ.
đóng cặn trên đƣờng ống trao đổi
- Do áp dụng chế độ xử lý nƣớc
nhiệt ống sinh hơi.
lò, nƣớc cấp không đúng dẫn
đến pH giảm.
- Do hiện tƣợng sôi bồng trong
Làm giảm chất lƣợng hơi, gây đóng

bao hơi.
cặn SiO2 trên cánh tuabin hoặc
- Do nồng độ muối trong bao hơi
đƣờng ống quá nhiệt.
cao, nƣớc nồi hơi nhiễm các
chất hữu cơ.
hạn chế các hiện tƣợng trên ngƣời ta vẫn cần cấp một số loại hoá
- Gây ăn mòn đƣờng ống, thiết bị

Ăn mòn

Hơi cuốn
(bẩn hơi
nƣớc)
Để

chất nhằm xử lý nƣớc ngay trong chu trình nhiệt. Các hoá chất này có nhiệm
vụ đảm bảo các yêu cầu chất lƣợng nƣớc trong chu trình nhiệt theo các
tiêu chuẩn, từ đó ngăn chặn hoặc ức chế các hiện tƣợng nhƣ ăn mòn, đóng
cặn. Một số hoá chất và tác dụng của chúng nhƣ sau[20]:
Hóa chất

Điểm xử lý

Phosphat

Bao hơi

Amoniac

Đầu đẩy
bơm ngƣng

Hydrazin

Đầu đẩy
bơm ngƣng

Tác dụng
Hạn chế đóng cặn trong ống sinh hơi
Nâng pH nƣớc lò
Nâng pH của nƣớc lò trong chu trình nhiệt
Giảm quá trình ăn mòn hóa học
Giảm đóng cặn sắt
Khử oxy trong chu trình nhiệt
Hạn chế quá trình ăn mòn điện hóa, từ đó giảm đóng
cặn sắt trong bao hơi.

6


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Công tác xử lý nƣớc trong nhà máy nhiệt điện là một vấn đề rất rộng, trong
phạm vi bản luận văn này, chúng tôi chỉ giới thiệu về phƣơng pháp xác định lƣợng
vết các anion F-, Cl-, SO42-, PO43- trong nƣớc lò hơi nhà máy nhiệt điện nói chung và
nhà máy nhiệt điện Phả Lại nói riêng.
Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện nói chung và nhà máy nhiệt điện ở Việt

Nam nói riêng đang áp dụng phƣơng pháp đo độ dẫn điện để kiểm tra trực tuyến
hàm lƣợng các anion nói trên[12]. Trong đó, độ dẫn điện của dung dịch cho ta biết
độ sạch hoá học của dung dịch, tỷ lệ các ion hoà tan có trong dung dịch. Khi nồng
độ các ion tăng thì độ dẫn điện của dung dịch tăng và ngƣợc lại. Do vậy, trong công
nghệ xử lý nƣớc thông số độ dẫn điện đƣợc sử dụng rất hiệu quả trong việc đánh giá
hàm lƣợng tạp chất hay độ sạch hoá học của các mẫu nƣớc nhƣ nƣớc bao hơi, nƣớc
ngƣng, nƣớc cấp. Tuy nhiên, xuất phát từ thực tế cần tìm nguyên nhân gây ăn mòn
đƣờng ống do lƣợng dƣ của một anion nào đó, phƣơng pháp đo độ dẫn điện không
đáp ứng đƣợc yêu cầu.
Với những lý do trên, chúng tôi tiến hành kiểm tra hàm lƣợng các anion nói
trên bằng phƣơng pháp sắc ký ion. Từ những ƣu việt mà phƣơng pháp sắc ký ion
đem lại kết hợp với phƣơng pháp đo độ dẫn điện đang đƣợc áp dụng tại nhà máy
nhiệt điện giúp phát hiện kịp thời nguyên nhân nhiễm bẩn nƣớc sinh hơi do anion
nào và từ đó tìm ra hƣớng khắc phục, tránh đƣợc ăn mòn đƣờng ống, cũng nhƣ
những hậu quả có thể gây ra cho hệ thống cấp nƣớc của nhà máy nhiệt điện.
1.2. Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc của nhà máy nhiệt điện
Xử lý nƣớc cho nhà máy nhiệt điện nhằm ngăn chặn các chất mang tới tuabin
cũng nhƣ gây ăn mòn và tạo cặn trong nồi hơi và hệ thống tuabin. Việc kiểm tra
chất lƣợng nƣớc cấp và nƣớc lò hơi cần tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn của
một số nƣớc trên thế giới cũng nhƣ của nhà máy đã đi vào vận hành tại Việt Nam.
Sau đây là một số tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc của một số nhà máy nhiệt điện:

7


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

1.2.1 Kiểm tra chất lượng nước trong chu trình hơi nước của nhà máy nhiệt điện

Nikola Tesla (Serbia) [28].
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc trong chu trình hơi nƣớc nhà máy nhiệt
điện Nikola Tesla (Serbia)
Thông số

Gía trị tiêu

Thông số

Gía trị tiêu

chất lƣợng

chuẩn

chất lƣợng

chuẩn

Các thông số kiểm tra

Các thông số đặc trƣng

Độ dẫn

0,2µS/cm

Nồng độ N2H4

20 µg/dm3

pH

8,8-9,2

Nồng độ Fe3+, Fe2+

20 µg/dm3

Nồng độ Na+

10µg/dm3

Nồng độ Cu2+

3 µg/dm3

Nồng độ Cl-

20µg/dm3

Độ cứng của nƣớc, 0,0 mg/dm3
CaCO3

Nồng độ SiO2

20 µg/dm3

Nồng độ dầu

100 µg/dm3

Nồng độ O2

10-20 µg/dm3

Nồng độ N2H4

20 µg/dm3

1.2.2. Các Tiêu chuẩn về nước đảm bảo điều kiện hoạt động cho nhà máy Nhiệt
điện Phả Lại.
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc nhà máy nhiệt điện Phả Lại
TT

Chỉ tiêu

1
2
3
4

pH
Phosphate
Chloride
Silica(SiO2)

1
2
3

4
5
6

pH
Oxy hòa tan
Tổng Fe
Tổng Cu
Hydrazin
Độ dẫn điện cation

1
2

Độ dẫn điện cation
Silica(SiO2)

Đơn vị
Nƣớc nồi hơi
ppm
ppm
ppm
Nƣớc cấp
ppm
ppm
ppm
ppm
µS/cm (25oC)
Hơi nƣớc
µS/cm (25oC)

ppm

8

Giới hạn

Mục tiêu

9,0-9,8
0,1-3,0
0,5
0,2

9,3
1,0
0,5
0,2

8,5-9,6
0,007
0,02
0,005
0,015-0,03
0,3

0,007
0,02
0,005
0,02
0,3

0,3
0,02

0,3
0,02


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

1.2.3. Chất lượng nước lò hơi và nước cấp cho ống nước lò hơi (JIS B8223-1989)
của Nhật Bản ở áp suất từ 150 tới 200 kgf/cm2 [20].
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc lò hơi và nƣớc cấp cho ống nƣớc nồi hơi
của Nhật Bản ở áp suất từ 150 tới 200 kgf/cm2
TT

Chỉ tiêu

1
2
3
4

pH (25oC)
Phosphate
Chloride
Silica(SiO2)

Đơn vị
Nƣớc nồi hơi

Giới hạn

ppm
ppm
ppm

8,5-9,6
0,1-3,0
2,0
0,2

ppm
ppm
ppm
ppm
µS/cm (25oC)

8,5-9,6
0,007
0,02
0,005
0,01
0,5

Nƣớc cấp
1
2

3
4
5
6

pH
Oxy hòa tan
Tổng Fe
Tổng Cu
Hydrazin
Độ dẫn điện cation

1.3. Tổng quan về các anion F-, Cl-, SO42-, PO431.3.1. Anion F-, ClTrong dung dịch nƣớc, flo thông thƣờng xuất hiện dƣới dạng ion florua F-.
Các dạng khác là phức chất gốc flo (nhƣ [FeF4]-) hay H2F+.
Trong tự nhiên clo chỉ đƣợc tìm thấy ở dạng các ion clorua (Cl-). Các ion
clorua tạo ra các loại muối hòa tan trong nƣớc biển - khoảng 1,9% khối lƣợng của
nƣớc biển là các ion clorua.
Các ion Cl-, F- tấn công vào bề mặt kim loại gây ăn mòn lỗ (Hình 1.2)[ 19],
đồng thời chúng gây ảnh hƣởng xấu tới chu trình hơi nƣớc, bao gồm nồi hơi, tuabin,
bình ngƣng và các đƣờng ống [23,29]. Sự ăn mòn của ion Cl- trong chu trình hơi
nƣớc đƣợc chỉ ra trong Hình 1.4.

9


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Hình 1.2. Ion Cl- gây ăn mòn lỗ trên thép không rỉ

Cơ chế gây ăn mòn lỗ của ion Cl- đƣợc thể hiện trong Hình 1.3 nhƣ sau:
Tại anot: Fe → Fe2+ + 2e- (1)
Tại catot: 1/2 O2 + H2O + 2e- → 2OH- (2)
Khi có mặt ion Cl- sẽ làm môi trƣờng có tính axit hơn:
FeCl2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2HCl (3)

Hình 1.3. Cơ chế ăn mòn lỗ của ion Cl-

CCT: Chemical Condensate Treatment (Xử lý phần ngƣng)
CWT: Chemical Water Treatment (Xử lý nƣớc hóa học)
BFW: Boiler Feed Water (Nƣớc cấp nồi hơi)

Hình 1.4. Sơ đồ về sự ăn mòn của ion Cl- trong chu trình hơi nƣớc[30]

10


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Từ sơ đồ hình 1.4 ta thấy: tại nồi hơi, sự xuất hiện của ion Cl- ngăn cản sự
hình thành và phá hủy lớp màng bảo vệ Fe3O4. Việc tăng nồng độ Cl- gây ra do quá
trình xử lý HCl không triệt để tại nồi hơi (HCl xuất hiện theo phản ứng (3)). Sự xuất
hiện ion Cl- trong tuabin gây ăn mòn mỏi cánh tuabin. Ở bình ngƣng, ion Cl- đến từ
nƣớc làm mát hoặc do rò rỉ ống bình ngƣng gây ăn mòn hydro. Tại vị trí nƣớc bổ
sung, ion Cl- đến do quá trình rửa nhựa trao đổi ion sau khi tái sinh của quá trình xử
lý phần ngƣng.
Nhƣ vậy, sự nhiễm bẩn ion Cl- cũng nhƣ ion F- đến từ nhiều nguồn khác
nhau, do đó nồng độ của các ion Cl-, F- trong nƣớc làm mát của nhà máy nhiệt điện

cần đƣợc kiểm tra theo tiêu chuẩn của nhà máy.
1.3.2. Anion SO42Ion sulfate là một trong những anion thƣờng gặp trong nƣớc tự nhiên. Nó là
chỉ tiêu quan trọng trong nƣớc cấp vì khi hàm lƣợng SO42- trong nƣớc cao sẽ gây
ảnh hƣởng đến con ngƣời do tính chất tẩy rửa của sulfate. Từ lý do này, đối với
nƣớc cấp, nồng độ giới hạn của sulfate là 250mg/l. Ngoài ra trong nƣớc cấp cho
công nghiệp và sinh hoạt, chỉ tiêu SO42- cũng rất quan trọng do khả năng kết hợp
với các ion kim loại trong nƣớc hình thành cặn trong các thiết bị đun nƣớc, lò hơi và
các thiết bị trao đổi nhiệt.
Sự xuất hiện của ion SO42- trong chu trình hơi nƣớc, thậm chí là ở mức µg/L
có thể làm cho các cấu kiện thép không rỉ trong nhà máy điện nhƣ nồi hơi, ống nồi
hơi, cánh tuabin dễ bị ăn mòn ứng suất[30].
1.3.3. Anion PO43Phosphat là một trong những tác nhân thƣờng đƣợc sử dụng nhất trong bao
hơi của nhà máy nhiệt điện, nó tạo một lớp bảo vệ chống ăn mòn bề mặt kim loại,
các vết nứt và khuyết tật đƣợc phosphat hóa khi có mặt ion phosphat. Nƣớc cấp lò
hơi đƣợc xử lý với trisodium phosphatizes (TSP), có tác dụng làm giảm độ cứng.
Trong các thiết bị trao đổi nhiệt nếu nƣớc có độ cứng cao sẽ tạo kết tủa bám trên
thiết bị làm giảm hệ số trao đổi nhiệt, gây hiện tƣợng nổ thiết bị khi trao đổi ở nhiệt

11


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

độ cao, có thể làm tắc ống dẫn. Nồng độ TSP quá lớn sẽ dẫn đến tạo bọt không
mong muốn; do đó, cũng cần phải kiểm tra lƣợng ion phosphat trong nƣớc.
Bên cạnh đó chức năng của việc đƣa phosphat vào nƣớc ngƣng, nƣớc cấp,
nƣớc lò để duy trì pH, ngăn chặn sự ăn mòn thiết bị gây ra do ôxy hòa tan[3].
Cặn do độ cứng và silicat có thể giảm đáng kể nếu thêm đủ một lƣợng

Na3PO4 theo đúng tỷ lệ với độ cứng ban đầu của nƣớc cấp. Cacbonat và bi cacbonat
phản ứng với phosphat tạo ra cặn canxi và magiê phosphat, cặn này phần lớn tồn tại
lơ lửng trong nƣớc nồi hơi. Trong quá trình vận hành, cặn cần phải loại bỏ thông
qua lƣợng xả đáy đủ lớn. Sau quá trình vận hành, cần phải xả hết cặn lắng đọng
trong nồi hơi thông qua xả đáy bổ sung.
Phosphat có ái lực hoá học với canxi và magiê lớn hơn cacbonat hoặc silicat
và nhƣ vậy sẽ tránh đƣợc sự tạo cặn cacbonat hoặc silicat. Tƣơng tự nhƣ vậy
cacbonat sẽ chuyển thành natri cacbonat, đây là chất kiềm nên sẽ làm tăng độ kiềm
và tăng độ hòa tan của oxyt silic[2].
1.4. Các phƣơng pháp xác định hàm lƣợng các anion F-, Cl-, SO42-, PO431.4.1. Phương pháp trắc quang so màu UV-VIS
Dựa trên phép đo quang của dung dịch màu và so sánh cƣờng độ màu (hoặc
độ hấp thu quang) của dung dịch nghiên cứu với dung dịch chuẩn có nồng độ chất
cần xác định đã biết trƣớc.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là sử dụng đơn giản và có độ nhạy cao, thời
gian phân tích nhanh (một đƣờng chuẩn có thể đo đƣợc nhiều mẫu) và giới hạn định
lƣợng thấp.
Tuy nhiên, nếu trong mẫu có mặt các hợp chất hữu cơ sẽ làm thay đổi màu
của phức tạo bởi chất phân tích với thuốc thử, làm cho phép đo bị sai lệch, gây ra
sai số thô bạo. Do đó, cần phải loại bỏ chất hữu cơ trƣớc khi phân tích. Bên cạnh
đó, phƣơng pháp này không thể phân tích đồng thời nhiều anion cùng một lúc mà
chỉ xác định đƣợc từng ion có mặt trong nƣớc.
Ngƣời ta có thể xác định ion F- trong nƣớc bằng phƣơng pháp trắc quang so
màu khi cho ion F- tác dụng với ion Zr (IV) và alizarin đỏ C tạo thành hợp chất

12


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

màu. Đo mật độ quang của dung dịch tại bƣớc sóng 520 nm với độ dày cuvét là 1
hoặc 5cm, dung dịch so sánh là nƣớc cất[3].
Xây dựng đƣờng chuẩn của ion F- trong khoảng nồng độ từ 5µg/L đến
25µg/L. Hàm lƣợng của Flo trong nƣớc đƣợc tính theo đƣờng chuẩn đƣợc thiết lập
ở trên.
1.4.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử
Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS đƣợc dùng để phân tích
lƣợng nhỏ và lƣợng vết các nguyên tố kim loại của các chất vô cơ, hữu cơ trong các
loại mẫu khác nhau nhƣ quặng, đất, đá, nƣớc, các sản phẩm nông nghiệp, phân bón,
… Ngoài ra, các anion cũng có thể đƣợc xác định gián tiếp bằng phƣơng pháp này.
Đây là một phạm vi áp dụng mới của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử để phân
tích các chất không có phổ hấp thụ nguyên tử hay phố hấp thụ nguyên tử kém nhạy.
Các phƣơng pháp này hiện nay đƣợc phát triển và ứng dụng để phân tích các anion
và các chất hữu cơ. Nó là phƣơng pháp gián tiếp dựa theo hai nguyên tắc chính:
Nguyên tắc thứ nhất: Nhờ vào phản ứng hóa học trung gian có tính chất định
lƣợng của chất cần xác định X với một thuốc thử thích hợp của phổ AAS trong một
điều kiện nhất định.
Nguyên tắc thứ hai: Dựa theo hiệu ứng là khi chất phân tích X có mặt trong
mẫu với một vùng nồng độ nhất định, thì nó làm giảm hay tăng cƣờng độ vạch phổ
hấp thụ của kim loại một cách tuyến tính.
Ví dụ: muốn xác định ion Cl- có trong nƣớc, ngƣời ta tiến hành kết tủa AgCl
(sử dụng dung dịch AgNO3); sau đó, hòa tan kết tủa, đo phổ hấp phụ nguyên tử AAS của ion Ag trong dung dịch, từ đó tính đƣợc hàm lƣợng ion Cl- có trong nƣớc.
Phƣơng pháp trên có độ chọn lọc và độ nhạy cao. Nó đƣợc sử dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực, có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong
mẫu. Kết quả phân tích ổn định, sai số nhỏ.
Tuy nhiên, hệ thống thiết bị tƣơng đối đắt tiền. Do độ nhạy cao nên sự nhiễm
bẩn ảnh hƣởng nhiều đến kết quả phân tích hàm lƣợng vết. Phƣơng pháp chỉ cho

13

Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

biết thành phần nguyên tố ở trong mẫu mà không chỉ ra trạng thái liên kết của
nguyên tố trong mẫu.
1.4.3. Phương pháp điện hóa dùng điện cực chọn lọc định lượng ion halogen
Phƣơng pháp điện hóa dùng điện cực chọn lọc ion đƣợc coi là phƣơng pháp
kinh điển định lƣợng các halogen trong nƣớc[11,14].
Điện cực chọn lọc ion (ISE) là một điện cực hóa học đáp ứng chọn lọc với
hoạt độ của một ion nào đó trong sự có mặt của ion khác. Điện cực chọn lọc ion
thƣờng đƣợc sử dụng trong các phép đo điện thế trực tiếp. Khi một màng tiếp xúc
với dung dịch nghiên cứu ở mặt ngoài, ion chọn lọc sẽ từ dung dịch đi tới bề mặt
phân cách, tại đây sẽ xảy ra quá trình trao đổi ion và ion chọn lọc sẽ đi vào màng và
ngƣợc lại từ màng vào dung dịch. Sự chuyển dịch này xuất hiện một thế. Thế màng
cân bằng đạt đƣợc khi nó đủ ngăn cản sự dịch chuyển của các ion. Để đo thế màng
cân bằng cần phải ghép điện cực chọn lọc ion với một điện cực so sánh tạo thành hệ
phân tích điện hóa và đo thế giá trị tƣơng đối so với điện cực này. Trong trƣờng hợp
xác định, thế điện động của pin điện hóa này chỉ phụ thuộc vào hoạt độ ion cần xác
định trong dung dịch.
Với thiết kế hai bề mặt màng đƣợc tiếp xúc với dung dịch, thế màng thƣờng
gồm ba thành phần sau: thế ranh giới pha của bề mặt màng tiếp xúc với dung dịch
nội và dung dịch mẫu phân tích và thế khuếch tán nội màng. Trong khi thế tại bề
mặt màng dung dịch nội thƣờng đƣợc coi là độc lập với dung dịch mẫu, thế khuếch
tán nội màng trở nên đáng kể nếu có sự biến thiên nồng độ ion xảy ra trong màng.
Nhƣng bằng chứng thực nghiệm cho thấy thế khuếch tán nội màng trở nên đáng kể
trong các trƣờng hợp thực hành thích hợp. Nhƣ vậy, mô hình thế ranh giới pha có
thể sử dụng để miêu tả chính xác đáp ứng các ISE trên cơ sở thuyết vận chuyển ion.

Mô hình này đƣa ra các kết quả minh bạch, nếu hoạt độ ion trong màng gần xấp xỉ
bằng nồng độ và nhƣ vậy các cân bằng khối lƣợng và điện tích có thể sử dụng[5].
Đối với ISE, thế khuếch tán nội màng gần bằng không nếu không xảy ra sự
biến thiên nồng độ ion trong màng. Giả thiết này phù hợp đối với màng đáp ứng

14


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

theo phƣơng trình Nernst. Vì vậy, sự thay đổi thế điện cực chỉ phụ thuộc vào hoạt
độ của ion cần phân tích theo phƣơng trình sau:
E Eo

lg

Trong đó: ai là hoạt độ của Izi;
F là hằng số Faraday, F=96487C/mol ở 25oC
R là hằng số khí lí tƣởng, R=8,314J/mol.K ở 25oC
T là nhiệt độ tuyệt đối (K); zi điện tích của ion
Phƣơng pháp điện hóa dùng điện cực chọn lọc có độ chọn lọc tốt, tuy nhiên
không xác định đƣợc đồng thời các anion mà chỉ xác định đƣợc từng ion.
Tác giả M. B. Rajkovic 1 and Ivana D. Novakovic 1 đã công bố công
trình “Xác định nồng độ F- trong nƣớc uống đóng chai và nƣớc trà sử dụng điện cực
chọn lọc ion F-” [27]. Phƣơng pháp điện hóa dùng điện cực chọn lọc có thể xác định
đƣợc nồng độ rất nhỏ của ion F- (10-6mol/dm3).
Tác giả Nguyễn Thị Cam, luận văn thạc sĩ năm 2013[1] đã công bố công
trình: “Xác định đồng thời các halogenua (F-, Cl-, Br-) trong một số mẫu quặng bằng

phƣơng pháp nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc”. Giới hạn định lƣợng của
các ion F-, Cl-, Br- lần lƣợt là 0,171ppm; 0,061ppm; 0,089ppm.
1.4.4. Phương pháp đo độ dẫn điện
Độ dẫn điện của một chất là đại lƣợng nghịch đảo của điện trở suất của chất
đó. Khi một chất điện ly hoà tan trong nƣớc, độ dẫn của dung dịch tạo thành sẽ tăng
lên. Do đó, ta có thể nói, độ dẫn điện của dung dịch sẽ tỷ lệ thuận với nồng độ ion
của dung dịch. Đơn vị của độ dẫn là µS/cm.
Độ dẫn điện của dung dịch cho ta biết độ sạch hoá học của dung dịch. Độ
dẫn điện của dung dịch sẽ cho ta biết tỷ lệ các ion hoà tan có trong dung dịch. Khi
nồng độ các ion tăng thì độ dẫn điện của dung dịch tăng và ngƣợc lại. Do vậy, trong
công nghệ xử lý nƣớc thông số độ dẫn đƣợc sử dụng rất hiệu quả trong việc đánh
giá hàm lƣợng tạp chất hay độ sạch hoá học của các mẫu nƣớc nhƣ nƣớc bao hơi,
nƣớc ngƣng, nƣớc cấp.

15


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Hiện nay, phƣơng pháp đo độ dẫn điện đƣợc sử dụng rộng rãi tại các nhà
máy nhiệt điện trên thế giới và tại Việt Nam để kiểm tra trực tuyến hàm lƣợng của
các anion F-, Cl-, SO42-, PO43-[12]. Theo tiêu chuẩn yêu cầu về độ dẫn nƣớc bao hơi
Dây chuyền 2 là < 20µS/cm.

16