煤灰中金属含量的测定

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杜克能源公司是美国最大的电力控股公司，为大约720万客户提供服务。尽管杜克能源公司利用各种方法来发电，如核电站、传统水力发电厂和石油/天然气发电厂，但燃煤电厂仍然是杜克和美国其他电力公司最常见的电力来源¹．

燃煤电厂通过将水转化为蒸汽来驱动涡轮发电机产生能源。在这一过程之后，含有重金属和其他有毒物质的煤灰和污泥废物往往被大量排放到邻近的垃圾填埋场和水库。

杜克能源的煤灰泄漏

2014年2月2日，北卡罗莱纳州伊甸丹河蒸汽站的杜克能源管道破裂，导致约2700万加仑未经处理的煤灰废水和39000吨煤灰在接下来的六天里流入丹河^3.由于这次煤灰泄漏事件，杜克能源公司将向美国政府支付1.02亿美元的罚款和赔偿，罪名是非法向环境排放污染物，并违反了联邦《清洁水法》的九项规定²．

由于对煤炭燃烧残留物对环境和健康的长期影响的研究有限，科学家们利用丹河煤灰泄漏作为一种方法来进一步研究分析煤灰中有毒金属的不同方法。

分析金属含量

2014年2月9日，也就是泄漏被封堵的第二天，来自弗吉尼亚理工大学和杜克大学的一组科学家从丹河提取了水和沉积物样本。

大量水样使用交叉流超滤(CFUF)系统过滤，水样通过不同孔径的膜分离。将水样分为>0.45 μm、<0.45 μm、1 kDa-0/45 μm和<1 kDa馏分，测定几种主要和痕量金属的浓度。

主要元素钠、镁、硅、钾、钙均为mg/L，微量金属铝、钛、钒、铬、锰、钴、镍、铜、锌、砷、锶、钼、锡、钡均为μg/L⁶．

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ICP-MS法测定微量元素

在一个重复的过程中，水样、校准标准品和沉积物样品在2%的硝酸中酸消化，然后通过电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行分析。⁶．ICP-MS是一种用于检测和测量各种样品中痕量和超痕量元素浓度的分析技术。

一旦样品被引入ICP- ms，它被转换成气溶胶，气溶胶被引入ICP火炬，氩气将气溶胶中的元素转化为气态原子，然后是离子⁵．当这些离子进入系统的质谱仪部分时，它们被分离，并根据它们的质量电荷比通过棒，在棒中检测器提供给定样品中存在的元素的同位素信息。

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)是分析烟草和烟灰中痕量金属的主要方法。在这项研究中，透射电子显微镜(TEM)也被用来分析沉积物样品，通过透射电子束，产生包含样品结构信息的放大图像⁴．

毒素的存在

从丹河上游和下游的水流中，对含有煤灰的水和沉积物样品中所含的金属进行了测量，发现了高浓度的钠、硫、铝、铬、锰、钴、砷、锶和钼。

砷的浓度令人担忧，测量值高达85 μg/L，是美国环境保护署(EPA) 10 μg as /L的最大污染水平(MCL)的8倍多⁶．虽然众所周知，煤灰是砷的来源，但它在丹河的水和沉积物中的极高含量特别令人担忧。

砷，以及其他被发现污染丹河的微量和重金属，对人类和环境健康都是已知的有毒物质。尽管已经努力消除倾倒在丹河中的近4万吨煤灰，但这些重金属和微量金属的存在仍然会造成有害影响。

因此，研究人员和环境机构有必要继续寻找更好的分析方法，以确定灰中金属及其残留物质的浓度，以便进一步了解其暴露后的长期影响。

资料来源及进一步阅读

1. 燃煤电厂
2. 丹河煤灰泄漏造成的损失环境污染197(2015):55-61。网络。
3. icp是什么?…更重要的是，它能做什么?
4. 纳米科学方法在理解主要水污染情景中的重要亚博老虎机网登录性:最近煤灰泄漏的案例研究环境科学与技术。亚博老虎机网登录科学。技术经济与管理，2018,36(4):514 - 514。网络。

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