TCVN 13886:2023 hướng dẫn xác định hàm lượng lưu huỳnh và clo tổng để giảm thiểu tác hại tới môi trường

Vai trò bảo vệ môi trường của nhiên liệu sinh học được thể hiện ở nhiều khía cạnh, đặc biệt ở khâu đầu vào. Tính thân thiện với môi trường của nhiên liệu sinh học xuất phát từ đặc điểm được chiết xuất, pha chế từ nguyên liệu có nguồn gốc sinh học như ethanol, dầu mỡ động vật, không chứa hợp chất thơm nên hàm lượng lưu huỳnh thấp, không gây độc hại.

Nhiên liệu sinh học khi thải vào đất bị phân hủy sinh học cao gấp 4 lần so với nhiên liệu dầu mỏ nên giảm thiểu tình trạng ô nhiễm nước ngầm. Đặc biệt, nhiên liệu sinh học có chứa ethanol vốn được sản xuất chủ yếu từ các mặt hàng nông sản cho dầu và tinh bột với cơ chế hoạt động là hấp thu khí cacbonic trong quá trình quang hợp làm giảm bớt hiệu ứng nhà kính cũng như sự ấm lên của Trái đất.

Trong đó, lưu huỳnh và clo có trong nhiên liệu sinh học rắn với nồng độ không ổn định. Trong suốt quá trình đốt cháy, chúng thường xuyên biến đổi thành lưu huỳnh oxit và clorua. Clo có thể có trong hợp chất vô cơ và hữu cơ khác nhau và có hàm lượng bằng hoặc cao hơn hàm lượng hòa tan trong nước xác định được theo ISO 16995. Sự có mặt của các nguyên tố này và sản phẩm phản ứng của chúng có thể dẫn đến ăn mòn và phát thải gây hại cho môi trường. 

Hiện nay, việc đốt cháy trong môi trường khí oxy trong bình đốt kín là phương pháp được ưu tiên làm phân hủy mẫu sinh khối để xác định hàm lượng lưu huỳnh và clo tổng. Ưu điểm của phương pháp này là sự phân hủy được thực hiện có mối liên quan đến việc xác định nhiệt lượng theo TCVN 13653 (ISO 18125).

Sự phân hủy trong bình kín là phương pháp thay thế thích hợp. Các phương pháp phân tích khác (ví dụ đốt cháy ở nhiệt độ cao trong lò ống và phương pháp Eschka) cũng có thể được sử dụng. Việc xác định hàm lượng hợp chất chứa lưu huỳnh và clo tổng có thể được thực hiện bằng các phương pháp khác, ví dụ phương pháp sắc ký, phương pháp ICP, phương pháp chuẩn độ. Ngoài ra việc xác định hàm lượng lưu huỳnh và clo bằng tổng hai phương pháp phân hủy nhiên liệu và kỹ thuật phân tích theo hướng dẫn tại Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13886:2023- ISO 16994:2016 cũng là một phương pháp hiệu quả.

Việc xác định hàm lượng lưu huỳnh và clo theo tiêu chuẩn giúp giảm sự ăn mòn và phát thải gây hại cho môi trường. (Ảnh minh họa)

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định hàm lượng lưu huỳnh và clo tổng của nhiên liệu sinh học rắn. Tiêu chuẩn quy định hai phương pháp phân hủy nhiên liệu và kỹ thuật phân tích khác để định lượng các nguyên tố trong dung dịch phân hủy. Cho phép sử dụng thiết bị tự động, miễn là việc xác nhận được thực hiện theo quy định và các đặc trưng tính năng là tương tự với phương pháp được mô tả trong tiêu chuẩn này.

Theo đó, sự phân hủy nhiên liệu sinh học đốt cháy môi trường oxy trong bình đốt và hấp thụ thành phần khí có tính axit trong một dung dịch hấp thụ (phương pháp A) và phân hủy trong bình kín được mô tả (phương pháp B) ISO 16967. Về nguyên tắc xác định, trong dung dịch phân hủy gồm sắc ký ion (phương pháp hóa lý dùng để tách các chất ra khỏi hỗn hợp) phù hợp với nguyên tắc của TCVN 6494-1 (ISO 10304-1) và ICP (xác định nguyên tố chọn lọc bằng phổ phát xạ quang plasma cặp cảm ứng) phù hợp với nguyên tắc của TCVN 6665 (ISO 11885).

Có thể sử dụng thiết bị tự động khi phương pháp được công nhận với mẫu đối chứng sinh khối của một loại sinh khối thích hợp. Nếu sử dụng thiết bị tự động, các hợp chất lưu huỳnh và clo có thể được xác định bởi thành phần khí. Nếu sử dụng thiết bị tự động hoặc huỳnh quang tia X, phương pháp được công nhận đối với nguồn gốc chính tương ứng dựa trên nhóm sinh khối.

Tất cả thuốc thử ít nhất phải đạt cấp phân tích và phù hợp với mục đích cụ thể. Nó có thể chứa một lượng lưu huỳnh và clo không đáng kể, tức là lượng đó ảnh hưởng không đáng kể đến việc xác định. Sử dụng thiết bị, dụng cụ thông thường ở phòng thí nghiệm, như bình định mức và ống đong.

Về phương pháp đốt cháy trong môi trường oxy trong bình đốt và hấp thụ thành phần khí có tính axit trong dung dịch hấp thụ thì máy ép tạo viên nén có khả năng cấp một lực là 0,1 Nm, có trang bị khuôn để ép tạo viên nén đường kính khoảng 13 mm. Bình đốt phù hợp để xác định lưu huỳnh và clo. Bình đốt có thể là loại được sử dụng để xác định nhiệt lượng. Bình đốt không bị rò trong quá trình thử nghiệm và cho phép thu hồi toàn bộ chất lỏng. Bề mặt bên trong của bình đốt có thể làm từ thép không rỉ hoặc vật liệu khác miễn là không ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy hoặc sản phẩm.

Lưu ý rằng không phải tất cả bình đốt của nhiệt lượng kế có thể sử dụng được bởi vì nguyên lý cấu tạo, vật liệu sử dụng để chế tạo, hoặc các bề mặt của bình đốt có thể hấp thụ hoặc phản ứng với các khí có tính axit tạo thành trong quá trình đốt hoặc không thể làm sạch bình đốt hoàn toàn. Còn phương pháp phân hủy trong bình kín được mô tả thì bình phân hủy mẫu và dụng cụ gia nhiệt theo ISO 16967.

Về cách tiến hành bằng phương pháp đốt trong bình đốt kín thì mẫu nhiên liệu sinh học rắn thường được đốt dưới dạng viên nén do khối lượng riêng thấp và hiện tượng diễn ra khi cháy của nó. Lấy một mẫu khoảng 1g; Ép mẫu với lực phù hợp để tạo một viên nén đặc/nhỏ gọn không thể phá hủy có khối lượng cân chính xác đến 0,1 mg. Nếu xác định nhiệt lượng đồng thời, lượng mẫu thử cuối cùng có thể được điều chỉnh theo quy định trong TCVN 13653 (ISO 18125); Chuyển mẫu vào trong chén nung thủy tinh thạch anh hoặc kim loại.

Thực hiện đốt cháy sử dụng chất trợ cháy dạng lỏng, sau khi xác định được khối lượng viên nén mẫu, một vật liệu dạng lỏng trợ cháy có thể được nhỏ từng giọt lên viên nén đặt trong chén nung (cho phép chất lỏng bị hấp phụ); lượng chất trợ cháy được xác định chính xác bằng cân.

Túi đốt hoặc vật chứa mẫu thử dạng bột được đổ đầy vào túi hoặc vật chứa mẫu với khối lượng đã biết chính xác. Khối lượng mẫu được tính bằng cách cân mẫu và túi đốt hoặc vật chứa mẫu và trừ đi khối lượng của túi hoặc vật chứa mẫu.

Chất trợ cháy dạng rắn sau khi xác định được khối lượng viên nén mẫu, bổ sung một lượng thích hợp chất trợ cháy (ví dụ axit benzoic) và lượng chất trợ cháy được xác định chính xác bằng cân. Trộn đều mẫu với chất trợ cháy và chuẩn bị một viên nén hỗn hợp như mô tả bên trên. Đảm bảo rằng khối lượng viên nén bằng khối lượng mẫu cộng với khối lượng chất trợ cháy.

Phân hủy trong bình kín được mô tả trong ISO 16967. Để xác định clo, sử dụng 0,8 ml H2O2 cho 100 mg mẫu để tạo ra hỗn hợp sau phân hủy. Lượng dùng này lớn hơn so với lượng dùng trong ISO 16967 để tránh hao hụt clo.

Khi tiến hành thử nghiệm trắng, sử dụng cùng một quy trình và phương pháp A hoặc B, tương ứng sử dụng axit benzoic đối với phương pháp A. Điều này đánh giá cả hàm lượng nguyên tố trong thuốc thử cũng như bất kỳ sự nhiễm bẩn nào từ thiết bị và môi trường phòng thí nghiệm. Ảnh hưởng này không đáng kể về mặt định lượng.

Giá trị mẫu phải được trừ đi giá trị trắng, ở mức nguyên tố cao, giá trị trắng phải thấp hơn 10 % hàm lượng mẫu. Mức nguyên tố thấp (hàm lượng nhỏ hơn 500 mg/kg trong mẫu) là đủ để hàm lượng các nguyên tố trong dung dịch trắng tối đa đạt 30 % so với hàm lượng nguyên tố trong dung dịch mẫu.

Dung dịch thu được từ phân hủy có thể lọc bằng cách sử dụng một bơm tiêm (xylanh) có trang bị đầu lọc với cỡ lỗ là 0,45 μm để tránh hư hại cho sắc ký ion.

Yêu cầu về báo cáo thử nghiệm phải bao gồm ít nhất các thông tin gồm: Nhận diện phòng thí nghiệm thực hiện thử nghiệm và ngày thử nghiệm; nhận diện mẫu cần thử; viện dẫn tiêu chuẩn này; phương pháp sử dụng để phân hủy và xác định; kết quả thử nghiệm bao gồm cả trạng thái mẫu thử; bất kỳ đặc điểm bất thường nào được ghi nhận trong quy trình thử nghiệm; bất kỳ sai khác nào so với tiêu chuẩn này hoặc như một tùy chọn.