TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
ĐOÀN THỊ HIỀN
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ XÁC
ĐỊNH TÍNH CHẤT NHIỆT ẨM
CỦA VI MÔI TRƢỜNG KHÍ QUYỂN
TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỚI NƢỚC
TA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi Trƣờng
HÀ NỘI - 2012
1
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Lê Xuân Quế - người thầy đã tận
tình giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Kĩ thuật nhiệt đới và các
anh chị làm việc tại phòng nghiên cứu Ăn mòn và bảo vệ kim loại – Viện Kĩ
thuật nhiệt đới – Viện KHCN Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi để em được
nghiên cứu, học tập và hoàn thành khoá luận.
Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Hà
Nội 2, Ban chủ nhiệm và các thầy cô trong Khoa Hóa học đã hết lòng quan
tâm, tạo tiền đề khoa học cho em trong suốt 4 năm học tập.
Em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã khích lệ, động viên để
em hoàn thành tốt 4 năm học tập.
4
1.1. Một số khái niệm môi trƣờng
4
1.1.1. Môi trường
4
1.1.2. Môi trường khí quyển
7
1.1.3. Vi môi trường
10
1.1.4. Vi môi trường khí quyển
11
1.2. Khí hậu nhiệt đới Việt Nam
12
1.2.1. Đặc điểm khí hậu nhiệt đới Việt Nam
12
18
1.4.3. Ẩn khí hậu trong vi môi trường khí quyển
18
1.4.4. Tác động của sinh vật đối với vi môi trường khí quyển
19
3
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM
20
2.1. Xây dựng môi trƣờng
20
2.1.1. Vật tư, hóa chất thiết bị
20
2.1.2. Tạo ranh giới vi môi trường
20
2.2. Thiết bị đo tự động nhiệt ẩm không khí
2.3.3. Tương quan nhiệt ẩm – điểm sương
25
2.3.4. Biến động điểm sương
26
2.4. Ghi lƣu các thông số
26
Chƣơng 3. KẾT QUẢ
28
3.1. Kết quả tạo vi môi trƣờng
28
3.1.1. Tạo ranh giới môi trường
28
3.1.2. Tạo vi khí hậu theo yêu cầu
28
3.2. Biến đổi nhiệt độ môi trƣờng trong 24h thí nghiệm
3.4. Phức hợp nhiệt ẩm, điểm sƣơng trong môi trƣờng
52
3.4.1. Phức hợp nhiệt ẩm, điểm sương môi trường ngoài
52
3.4.2. Phức hợp nhiệt ẩm, điểm sương trong phòng làm việc
55
3.4.3. Phức hợp nhiệt ẩm, điểm sương trong vi môi trường
57
3.5. Thảo luận
58
3.5.1. Yếu tố khí hậu tự nhiên
58
3.5.2. Yếu tố ẩn khí hậu
58
KẾT LUẬN
mức sinh hoạt. Ở một nước nông nghiệp như Việt Nam, an ninh lương thực
được coi là mục tiêu hàng đầu. Kể từ khi Việt Nam tiến hành công cuộc cải
cách nền kinh tế, nhờ việc phát triển đúng hướng các ngành kinh tế, trong đó
đẩy mạnh phát triển nông nghiệp và sản xuất lương thực - thực phẩm với mục
6
tiêu đẩy lùi nạn đói nghèo, mưu sinh bền vững và nâng cao mức sống cho
người dân. An ninh lương thực và mưu sinh bền vững quốc gia đã được thiết
lập và đạt được nhiều thành công. Từ chỗ phải nhập khẩu lương thực, Việt
Nam đã tiến tới đứng hàng thứ hai trên Thế giới về xuất khẩu lúa gạo. Nhưng
do đặc điểm về khí hậu, điều kiện thời tiết của nước ta là nóng ẩm nên đã gây
không ít khó khăn trong công tác bảo quản, cộng thêm công nghệ bảo quản ở
nước ta chưa được người nông dân, các công ty và nhà nước quan tâm đúng
mức nên việc bảo quản còn nhiều hạn chế. Môi trường bảo quản này cũng
được coi là „vi môi trường‟.
Khoa học công nghệ ngày càng phát triển, việc chủ động nghiên cứu
những tính chất „vi môi trường‟ sao cho phù hợp với không gian sống của con
người và đáp ứng được yêu cầu bảo quản lương thực, thực phẩm cũng như
bảo quản trang thiết bị, vật liệu dân sự và quốc phòng… là cần thiết. Chính vì
những lí do đó khóa luận đã chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng và xác định
tính chất nhiệt ẩm của vi môi trường khí quyển trong điều kiện nhiệt đới
nước ta” làm nội dung nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Nghiên cứu xây dựng và xác định tính chất nhiệt ẩm vi môi trường khí
quyển trong điều kiện nhiệt đới nước ta.
3. Nội dung nghiên cứu
1.1. Một số khái niệm môi trƣờng
1.1.1. Môi trƣờng
1.1.1.1. Khái niệm [5]
Khái niệm môi trường rất rộng, có nhiều định nghĩa khác nhau.
Môi trường là tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao
quanh, có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của sinh vật
Môi trường cũng có thể định nghĩa là một phần của ngoại cảnh. Nó bao
gồm tất cả các yếu tố ở xung quanh sinh vật, có tác động trực tiếp hoặc tác
động qua lại tới sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển và những hoạt động của
sinh vật.
Môi trường là tổng hợp tất cả các nhân tố vật lí, nhân tố hóa học, sinh học,
kinh tế xã hội có tác động đến một cá thể, một quần thể, hoặc một cộng đồng.
Theo Điều 1, Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam số 52/2005/QH11 ngày
29 tháng 11 năm 2005 “môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật
chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng
tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và thiên nhiên”.
1.1.1.2. Chức năng [3, 5]
Môi trường là không gian sống của con người và sinh vật. cuộc sống của
mỗi một con người đều cần một không gian sống nhất định. Không gian này
9
đòi hỏi phải đạt những tiêu chuẩn nhất định về các yếu tố môi trường, cảnh
quan và xã hội. Môi trường có chức năng:
1. Môi trường là không gian sống của con người và sinh vật.
2. Môi trường cung cấp nguồn năng lượng, nguyên liệu cho hoạt động sản
xuất của con người.
3. Môi trường là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin.
4. Môi trường là nơi giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên tới con
- Môi trường nước: nước mặn (biển, đại dương…), nước lợ (vùng cửa sông,
vùng ven biển….), nước ngọt (hồ, ao, sông….).
- Môi trường biển
Phân loại theo thành phần dân cư sinh sống người ta chia ra:
- Môi trường thành thị
- Môi trường nông thôn
d. Phân loại theo qui mô
Theo qui mô người ta chủ yếu phân loại môi trường theo không gian địa lí
như môi trường toàn cầu, môi trường khu vực, môi trường quốc gia, môi
trường vùng, môi trường địa phương...
e. Phân loại theo kích thước
Theo kích thước người ta phân loại môi trường thành:
- Môi trường hay đại môi trường (macroenvironment)
- Vi môi trường (minienvironment): là môi trường nhỏ được ngăn cách đối
với môi trường xung quanh
f. Phân loại theo mục đích nghiên cứu sử dụng
Theo nghĩa rộng: Môi trường bao gồm tất cả các nhân tố tự nhiên và xã
hôi cần thiết cho sự sống và hoạt động của con người như tài nguyên thiên
nhiên, nước, đất, đá, ánh sáng… gắn liền với sử dụng tài nguyên và chất
lượng môi trường.
11
Theo nghĩa hẹp: Thường xét tới các nhân tố tự nhiên và xã hội liên quan
trực tiếp đến cuộc sống con người.
Vì vậy, theo mục đích nghiên cứu sử dụng môi trường được chia ra:
- Môi trường sống: Tất cả nhân tố tự nhiên hay xã hội liên quan trực tiếp đến
cuộc sống con người, ví dụ môi trường lớp học, môi trường bệnh viện…
- Môi trường kỹ thuật: Tất cả các nhân tố tự nhiên và xã hội cần thiết cho sự
Đặc điểm nổi bật nhất của khí quyển là hầu hết các nguyên tố đều tồn tại ở
trạng thái khí với hai nguyên tố chính là nitơ và oxi tồn tại chủ yếu ở trạng
thái phân tử tự do N2 và O2. Thành phần các chất trong không khí khô, chưa
bị ô nhiễm cách bề mặt Trái Đất vài km được tính theo tỉ lệ phần trăm thể tích
chủ yếu là nitơ 78,08%; oxi 20,95%; agon 0,934%; cacbonic 0,035%. Các khí
hiếm khác như neon chiếm 1,818.10-3%, heli 5,24.10-4%, kripton 1,14.10-4%
và các khí vi lượng khác. Khối lượng của khí quyển theo tính toán là 5.10 15
tấn, bằng 0,05% khối lượng của vỏ Trái Đất và rất nhỏ bé so với tổng khối
lượng của Trái Đất là 5,976.1021 tấn.
Khí quyển là nguồn cung cấp oxy (cần thiết cho sự sống trên trái đất),
cung cấp CO2 (cần thiết cho quá trình quang hợp của thực vật), cung cấp nitơ
cho vi khuẩn cố định nitơ và các nhà máy sản xuất amôniac để tạo các hợp
chất chứa nitơ cần cho sự sống. Hơn nữa, khí quyển là phương tiện vận
chuyển nước hết sức quan trọng từ các đại dương tới đất liền như một phần
của chu trình tuần hoàn nước.
Khí quyển có nhiệm vụ duy trì và bảo vệ sự sống trên trái đất. Nhờ có khí
quyển hấp thụ mà hầu hết các tia vũ trụ và phần lớn bức xạ điện từ của mặt
trời không tới được mặt đất. Khí quyển chỉ truyền các bức xạ cận cực tím, cận
hồng ngoại (3000 - 2500 nm) và các sóng rađi (0,1 - 40 micron), đồng thời
ngăn cản bức xạ cực tím có tính chất hủy hoại (các bức xạ dưới 300 nm).
13
1.1.2.2. Cấu trúc khí quyển [3, 10]
Khí quyển trái đất có cấu trúc phân lớp với các tầng đặc trưng từ dưới lên
trên như sau: Tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian, tầng nhiệt, tầng
điện ly.
- Tầng đối lưu là tầng thấp nhất của khí quyển, ở đó luôn có chuyển động đối
lưu của khối không khí bị nung từ mặt đất, thành phần khí khá đồng nhất.
kín khí.
1.1.3. Vi môi trƣờng
1.1.3.1. Khái niệm vi môi trƣờng
Môi trường của một khu vực rất nhỏ, cụ thể, phân biệt từ môi trường xung
quanh ngay lập tức bởi các yếu tố như số lượng của ánh sáng tới, mức độ của
độ ẩm, và phạm vi nhiệt độ.
Vi môi trường là môi trường để cô lập các quá trình từ môi trường xung
quanh, mà thường phù hợp với tiêu chuẩn sạch sẽ thấp hơn nhiều.
Vi môi trường là môi trường gắn với một thể tích cụ thể so với môi trường
sát cạnh nó (là môi trường rất nhỏ so với môi trường cụ thể)…
Ví dụ: vi môi trường lớp học, vi môi trường phòng thí nghiệm, vi môi
trường trong tủ lạnh…
1.1.3.2. Phân loại vi môi trƣờng [10]
Khi nghiên cứu phân loại vi môi trường ta không chỉ chú ý đến các yếu tố
môi trường bên ngoài bao quanh trực tiếp, đôi khi yếu tố môi trường ẩn trong
nó cũng ảnh hưởng rất khắc nghiệt.
Ta có thể phân loại vi môi trường như:
- Vi môi trường bảo quản ( kho chứa, tủ lạnh, tủ đá, bao gói, túi đựng…)
- Vi môi trường làm việc ( văn phòng, xưởng sản xuất, hầm lò….)
- Vi môi trường phòng sản xuất sạch ( sản xuất dược phẩm, bán dẫn…)
- Vi môi trường chăn nuôi ( chuồng trại, hồ nuôi cá…)
15
- Vi môi trường trồng trọt ( nhà kính, nuôi cấy mô…)
- Vi môi trường giáo dục ( trường, lớp…)
1.1.3.3. Tính chất, đặc điểm vi môi trƣờng
Vi môi trường và môi trường bên ngoài có mối tương quan mật thiết với
nhau. Trong môi trường khí quyển cũng như vi môi trường đang xét có các
bảo quản. Yếu tố môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến giá trị sản phẩm, nhất
là với khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa yếu tố môi trường bên ngoài (nhiệt ẩm,
nồng độ khí đặc biệt là oxy không khí) có tác động lớn tới vi môi trường.
Ví dụ trong bảo quản gạo:
Gạo là đối tượng dễ bị oxi hóa, mối mọt và vi sinh, men, mốc tấn công
nên khi bảo quản gạo cần bảo quản ở nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ oxy không
khí phù hợp. Nếu để gạo ở ngoài môi trường trong điều kiện bình thường thì
chỉ trong thời gian ngắn gạo sẽ bị hỏng. Thử làm thí nghiệm trong vi môi
trường bảo quản gạo bằng cách tạo vi môi trường nghèo oxy có nhiều ưu
điểm hơn so với bảo quản bằng CO2 và N2. Nồng độ oxy thấp (xấp xỉ 0%),
không còn mối mọt côn trùng, kể cả trứng phôi, nấm mốc bị hạn chế thuốc
thử [10].
Phương pháp bảo quản gạo này đã được nghiên cứu và chứng minh là rất
hiệu quả. Qua đó ta có thể áp dụng phương pháp bảo quản gạo này vào trong
thực tế đảm bảo chất lượng lương thực và phát triển kinh tế xã hội.
Qua đó ta thấy vi môi trường có vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu
môi trường.
1.2. Khí hậu nhiệt đới Việt Nam
1.2.1. Đặc điểm khí hậu nhiệt đới Việt Nam [1, 2]
Nước ta nằm hoàn toàn trong vùng nhiệt đới trải dài gần 15 0 vĩ tuyến
(23022‟N ở Đồng Văn đến 80030‟N ở Cà Mau) chịu ảnh hưởng của hoàn lưu
17
phức hợp và chế độ gió mùa. Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm độc
đáo với các hình thái khí hậu cục bộ phong phú dọc theo từ Bắc vào Nam.
Dưới sự ảnh hưởng của gió mùa, và hơn nữa bởi vì sự phức tạp của địa
hình, khí hậu Việt nam luôn thay đổi trong một năm, giữa các năm, hoặc giữa
b. Độ ẩm
Do ảnh hưởng của chế độ gió mùa, mưa ở nước ta cũng phân theo mùa.
Lượng mưa trung bình cả nước hàng năm vào khoảng 1800 mm. Thời tiết trên
đây làm cho độ ẩm không khí của nước ta khá cao. Ở miền Bắc, độ ẩm tương
đối trung bình tháng 81 – 88 %, có đến gần nửa thời gian độ ẩm cao hơn 90%.
Ở miền Nam có mùa khô rõ rệt hơn, độ ẩm tương đối trung bình năm có giá
trị 75%. Ở miền Bắc khi trời nồm hoặc có mưa phùn thì độ ẩm tương đối có
thể cao hơn 95%.
Những đặc điểm trên đây chứng tỏ nước ta có một khí hậu nhiệt đới ẩm
gió mùa rất đặc thù, do đó có những mặt rất thuận lợi đồng thời cũng có
những mặt rất khắc nghiệt gây ra nhiều khó khăn cho con người.
c. Quy luật biến thiên của nhiệt độ và độ ẩm không khí.
Do có quy luật tự quay của quả đất và quy luật quả đất quay quanh mặt
trời, cho nên các yếu tố khí tượng như: nắng, mưa, gió, bão… đều biến thiên
theo một quy luật nhất định. Ở đây ta chỉ nghiên cứu hai yếu tố chính:
- Nhiệt độ
- Độ ẩm không khí
Để dễ dàng hiểu được quy luật đó cần hiểu được định nghĩa về không khí
bão hòa hơi nước, độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối, điểm sương và mối quan
hệ giữa chúng, quy luật biến thiên nhiệt độ không khí.
* Không khí bão hòa hơi nước.
Trong không khí, với một nhiệt độ nhất định, mỗi m3 hơi không khí chỉ
chứa được một lượng nước tối đa. Do vậy gọi là không khí bão hòa hơi nước.
19
Nhiệt độ càng tăng thì lượng hơi nước để bão hòa trong 1m3 không khí và
ngược lại.
Thông thường, hơi nước chứa trong 1m3 không khí thường ít hơn lượng
1.3. Khí hậu - vi khí hậu
1.3.1. Khái niệm [1, 18]
Khí hậu bao gồm các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, áp suất khí
quyển, gió, các hiện tượng xảy ra trong khí quyển và nhiều yếu tố khí tượng
khác trong khoảng thời gian dài ở một vùng, miền xác định.
1.3.2. Phân loại [1, 10]
Theo quan điểm kỹ thuật, khí hậu kỹ thuật gồm: đại khí hậu, khí hậu
vùng, vi khí hậu và ẩn khí hậu.
Đại khí hậu là khí hậu trên một phạm vi lớn về không gian, vị trí địa lí.
Ví dụ: Nước ta có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa ven biển.
Khí hậu vùng là khí hậu bị chi phối bởi các yếu tố địa hình. Độ cao so với
mặt nước biển, thung lũng, nền đất đá khác nhau, thảm thực vật… là những
yếu tố quan trọng tạo nên sự khác biệt giữa khí hậu các vùng với nhau.
Vi khí hậu là khí hậu trong một phạm vi hẹp so với khí hậu sát cạnh nó.
Ví dụ: Khí hậu nhà ở là vi khí hậu so với môi trường bên ngoài.
Ẩn khí hậu là khí hậu bên trong một vi môi trường, nó bị chi phối chủ yếu
bởi quá trình hoạt động (lý hóa sinh) của bản thân vật chất bên trong vi môi
trường.
1.3.3. Tính chất, đặc điểm [2, 4, 7]
Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm độc đáo với các hình thái khí
hậu cục bộ phong phú dọc theo từ Bắc vào Nam.
Xét theo vùng thì Việt Nam có bốn vùng khí hậu chủ yếu, bao gồm: khí
hậu miền Bắc, khí hậu miền Nam, miền Trung và duyên hải Nam Trung Bộ.
21
+ Khí hậu miền Bắc: có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa với bốn mùa xuân,
hạ, thu, đông rõ rệt. Mùa xuân bắt đầu từ tháng 2 đến gần hết tháng 4 và là
mùa đẹp nhất trong năm. Mùa hè từ tháng 4 đến tháng 9, vào mùa này thì
Ngành dệt: không thấp hơn 200C, không cao hơn 300C.
Ngành thực phẩm (thịt, sữa): nhiệt độ cao làm ôi, thiu...
+ Độ ẩm: Độ ẩm thấp làm tăng quá trình bốc hơi nước trên bề mặt sản
phẩm, có khi gây nứt nẻ, giòn vỡ.
Độ ẩm cao → nấm mốc, bánh kẹo chảy nước.
Độ ẩm cao → giảm cách điện trong máy móc điện tử.
+ Tốc độ gió: vận tốc gió lớn → ảnh hưởng đến thao tác công việc
1.4. Các yếu tố tác động lên vi môi trƣờng khí quyển
1.4.1. Vai trò của kỹ thuật bao ngăn vi môi trƣờng khí quyển
Với một vi môi trường đang xét thì yếu tố ngăn cách có vai trò quan
trọng: Bảo vệ môi trường trong vi môi trường đang xét khỏi các yếu tố tác
động từ bên ngoài, giới hạn một môi trường để nghiên cứu, điều khiển được
thấm và khuếch tán khí, trao đổi nhiệt qua vách ngăn với đại môi trường khí
quyển.
Nội dung nghiên cứu của khóa luận chọn vi môi trường khí quyển có
vật liệu ngăn cách là màng polime kín khí.
1.4.2. Sự tƣơng tác của vi môi trƣờng và đại môi trƣờng khí quyển
Môi trường bên ngoài ảnh hưởng lớn đến vi môi trường. Màng polime có
khả năng ngăn cách khí, độ ẩm của vi môi trường và môi trường bên ngoài rất
tốt nhưng yếu tố nhiệt độ thì lại khác. Nếu nhiệt độ ngoài môi trường tăng thì
nhiệt độ trong vi môi trường cũng tăng và ngược lại. Còn thông số áp suất thì
có thể coi là hằng số và luôn bằng một atmosphe.
1.4.3. Ẩn khí hậu trong vi môi trƣờng khí quyển [1, 6, 7]
23
Ẩn khí hậu là khí hậu bên trong một vi môi trường, nó bị chi phối chủ yếu
bởi quá trình lý hóa sinh của bản thân vật chất bên trong vi môi trường.
- Ống nhựa PVC tạo khung hình lập phương.
- Keo gián ống PVC.
- Van thông.
2.1.1.2. Hóa chất
- Chất khử oxy (hỗn hợp oxit và kim loại như Al, Ca, Fe, Zn, CaCO3….. ).
- Không khí.
- Nước.
- Than hoạt tính.
- Dung dịch NaCl 1M.
2.1.1.3. Thiết bị
- Xenxơ nhiệt độ, xenxơ độ ẩm.
- Máy đo oxy.
- Máy tính.
2.1.2. Tạo ranh giới vi môi trƣờng
Tạo hộp kín dạng hình lập phương bằng màng PVC có độ dày 0,5mm thể
tích 100 lít, mép dán bằng keo dán ống PVC có van thông với môi trường bên
ngoài (hình 2.1).
25
Copyright: Tài liệu đại học ©