Tieu luan xay dung de cuong môn PPLNCKH

Tiểu luận Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Dương Phúc Tý

I- Tên đề tài khoa học: “Nghiên cứu cải tiến hệ thống xử lý khí thải gây ô nhiễm môi
trường của động cơ xăng”
II- Đề cương nghiên cứu của đề tài
1. Thuyết minh tính cấp thiết của đề tài
Động cơ đốt trong đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Và là
nguồn động lực chính của các phương tiện vận tải như: Ôtô, tàu thủy, tàu hỏa, máy bay,
… hay các máy công tác như: máy phát điện, máy xây dựng, các máy công cụ trong
công nghiệp, nông nghiệp,… năng lượng mà do động cơ đốt trong cung cấp chiếm
khoảng 80% tổng năng lượng toàn trái đất. Tuy nhiên động cơ đốt trong cũng là nguồn
gốc gây ra ô nhiễm môi trường.
Trong tình hình thế giới đang ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt, sản lượng
công nghiệp hằng năm ngày càng tăng nhanh thì nguồn năng lượng tiêu thụ trên thế giới
ngày càng lớn. Động cơ đốt trong là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu trên trái đất.
Chính vì vậy, mà lượng sản phẩm khí thải từ động cơ đốt trong hằng năm trên thế giới
ngày càng tăng, gây ô nhiễm môi trường nặng nề ảnh hưởng trực tiếp biến đổi khí hậu
ngày càng phức tạp, trái đất ngày càng nóng lên, ảnh hưởng rất xấu tới sức khoẻ con
người, gây nạn tuyệt chủng động thực vật,… trên toàn thế giới.
Để giảm lượng độc hại phát ra từ sản phẩm khí thải động cơ đốt trong mà vẫn có thể
duy trì được tốc độ phát triển của nền công nghiệp trên thế giới. Một số nước có nền
công nghiệp phát triển hàng đầu trên thế giới, cũng là các nước có lượng khí thải phát
sinh độc hại gây ô nhiễm nhiều nhất trên thế giới như: Mỹ, Nhật Bản và một số nước
Châu Âu đã đi đầu trong việc nghiên cứu và đưa ra các biện pháp giảm thiểu lượng khí
thải độc hại ra môi trường. Bên cạnh đó, các nước này cũng đưa ra các tiêu chuẩn về
nồng độ các chất độc hại trong khí thải động cơ và bắt buộc các hãng sản xuất trong
nước cũng như nhập khẩu đều phải tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải.
Để đánh giá chất lượng động cơ đốt trong về phương diện khí thải, động cơ phải
được thử nghiệm trong những điều kiện cụ thể và theo một chu trình thử nghiệm quy

định. Hiện nay, trên thế giới có nhiều chu trình thử như: Chu trình của Mỹ, Nhật Bản,
Châu Âu,… ứng với mỗi chu trình thử là một tiêu chuẩn khí thải. Các hệ thống tiêu
chuẩn được xây dựng cho các loại động cơ khác nhau như: Động cơ xe máy, động cơ
tàu biển, động cơ tĩnh tải, động cơ ô tô,…. Ở Châu Âu áp dụng một số chu trình thử
như: ECE15, EUDC, NEDC,… để thử nghiệm công nhận kiểu cho các dòng xe mới.
Bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 1 vào năm 1992, EURO 2 vào năm 1996,

Học viên: Phạm Văn Vinh

MSSV: 15001451

Trang 1


Tiểu luận Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Dương Phúc Tý

EURO 3 vào năm 2000, EURO 4 vào năm 2005, EURO 5 vào năm 2008. Các tiêu
chuẩn ngày càng đòi hỏi khắt khe hơn về nồng độ các chất trong khí thải động cơ.
Ở Việt Nam trước tình hình nền kinh tế đang bước vào giai đoạn đầu của những
nước có nền kinh tế phát triển, chúng ta cũng phải tuân theo xu hướng chung của thế
giới đó là phát triển bền vững, tức là phát triển nhưng bảo vệ môi trường. Chính vì vậy,
mà nhà nước ta đã áp dụng chu trình thử tiêu chuẩn Châu Âu để thử nghiệm và công
nhận kiểu cho các dòng xe. Đặc biệt, nhà nước ta đã bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn EURO
2 từ ngày 01/07/2007 cho tất cả phương tiện vận tải trên đất nước ta.
Từ các vấn đề nêu trên cho thấy cần thiết phải đẩy mạnh phát triển và ứng dụng các
giải pháp hạn chế ô nhiễm do khí thải từ các động cơ đốt trong, trong đó chủ yếu là
động cơ xăng và động cơ Diesel. Hiện nay, giải pháp kỹ thuật xử lý ô nhiễm khí thải
của các loại động cơ đốt trong bằng bộ xúc tác đã được nhiều nhà sản xuất và quốc gia

trên thế giới áp dụng, đây là giải pháp cho thấy hiệu quả cao, có khả năng đáp ứng được
các quy định ngày càng chặt chẽ về hạn chế ô nhiễm. Nhằm góp phần vào việc nghiên
cứu ứng dụng các giải pháp hạn chế ô nhiễm từ khí thải các động cơ đốt trong ở nước
ta, tôi chọn thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu cải tiến hệ thống xử lý khí thải gây
ô nhiễm môi trường của động cơ xăng”.
2. Xác định khách thể và đối tượng nghiên cứu
Khách thể nghiên cứu là: Cải tiến hệ thống xử lý khí thải
Đối tượng nghiên cứu bao gồm:
- Loại động cơ xăng 2 kỳ, 4 kỳ
- Loại xăng A92, A95
- Khí thải
- Lõi lọc
- Chất xúc tác
3. Xác định mục đích nghiên cứu của đề tài
- Mục đích là hạn chế ô nhiễm, bảo vệ môi trường sống, đồng thời góp phần vào xu
hướng cải tạo, phát triển các loại phương tiện giao thông sạch, ít gây ô nhiễm phù hợp
với các đặc điểm, điều kiện của nước ta.
- Với một số lượng phương tiện dùng động cơ xăng rất lớn đang hoạt động hiện
nay, nghiên cứu giải pháp xử lý khí thải động cơ xăng bằng bộ xúc tác sẽ ứng dụng rộng
rãi sẽ mang lại lợi ích về nhiều mặt, nhất là góp phần cải thiện môi trường không khí,
đảm bảo sức khỏe cho người dân trong các thành phố lớn và các khu du lịch.
4. Xác định phạm vi nghiên cứu của đề tài
Trên cơ sở kế thừa, sử dụng các kết quả nghiên cứu, ứng dụng giải pháp xử lýkhí
thải bằng bộ xử lý khí thải xúc tác cho động cơ xăng đã có trên thế giới và trong nước,
đề tài chỉ tập trung nghiên cứu cải tiến xử lý khí thải dùng bộ xử lý khí thải xúc tác cho
Học viên: Phạm Văn Vinh

MSSV: 15001451

Trang 2

Tiểu luận Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Dương Phúc Tý

một số loại động cơ xăng thông dụng ở nước ta chưa được trang bị hệ thống xử lý khí
thải từ nhà sản xuất. Trong đó, có thực hiện ứng dụng lắp đặt, đo đạc thử nghiệm khí
thải động cơ xăng có dùng bộ xúc tác, làm cơ sở để phân tích đánh giá, đề xuất giải
pháp ứng dụng rộng rãi, phù hợp với điều kiện thực tế. Thời gian nghiên cứu từ tháng 4
năm 2016.
5. Xây dựng bộ giả thuyết nghiên cứu
- Do chỉ nghiên cứu trang bị thêm cho các loại động cơ xăng thông dụng đang lưu
hành với hệ thống xử lý khí thải bằng bộ xúc tác, nên sẽ không thay đổi kết cấu, thông
số các hệ thống của động cơ mà nghiên cứu cải tiến, tạo ra hệ thống xử lý khí thải ứng
dụng dễ dàng và rộng rãi vào thực tế.
- Khí thải sau khi đi qua hệ thống xử lý bằng bộ xúc tác sẽ hạn chế ô nhiễm, bảo vệ
môi trường sống, đồng thời góp phần vào xu hướng cải tạo, phát triển các loại phương
tiện giao thông sạch, ít gây ô nhiễm phù hợp với các đặc điểm, điều kiện của nước ta.
6. Xác định nhiệm vụ nghiên cứu
- Phân tích, tổng hợp các vấn đề cơ bản về lý thuyết liên quan đến giải pháp xử lý ô
nhiễm trong khí thải động cơ xăng bằng kỹ thuật xúc tác và nghiên cứu giải pháp sử
dụng bộ xúc tác để xử lý giảm ô nhiễm khí thải của một số loại động cơ xăng gắn trên
các phương tiện giao thông vận tải thông dụng đang lưu hành ở nước ta chưa được trang
bị hệ thống xử lý khí thải từ nhà sản xuất.
- Tiến hành các thực nghiệm các giải pháp xử lý khí thải bằng bộ xúc tác cho các
loại phương tiện giao thông vận tải, giúp các loại phương tiện này hạn chế mức khí thải
ô nhiễm, đáp ứng được tiêu chuẩn quy định về ô nhiễm, với công nghệ và chi phí phù
hợp với điều kiện, đặc điểm ở nước ta, góp phần đẩy mạnh hạn chế ô nhiễm từ các loại
phương tiện giao thông và máy chuyên dùng dùng có sử dụng động cơ xăng.

7. Xác định nội dung nghiên cứu
a. Lịch sử vấn đề nghiên cứu
Trên thế giới, chương trình kiểm soát khí thải ô tô của Mỹ là dùng bộ xúc tác khí
thải vào năm 1974. Từ bộ xúc tác ô xy hóa hai chức năng đầu tiên đến bộ xúc tác 3 chức
năng thuận lợi như ngày nay, đã cắt giảm ô nhiễm hơn 1,5 tỷ tấn và 100 nghìn tấn chì
trong nhiên liệu. Do đó, bộ xúc tác đã có uy tín trong việc cải thiện chất lượng không
khí trên thế giới. Từ đó, các tiêu chuẩn kiểm soát khí thải và ứng dụng bộ xúc tác của
Mỹ được truyền bá sang Đức, Nhật, Úc và các nước khác. Ban đầu các nhà sản xuất bộ
xúc tác quan tâm đến hợp kim cơ bản Crôm-Đồng, Nhôm-Silic,... phủ lên lõi lọc gốm.
Tuy nhiên, khả năng dẫn nhiệt của các hợp kim lúc này còn kém, trở lực lớn do vậy, độ
Học viên: Phạm Văn Vinh

MSSV: 15001451

Trang 3


Tiểu luận Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Dương Phúc Tý

phát ô nhiễm cao xảy ra khi động cơ xăng khởi động lạnh. Bộ xúc tác cần phải đạt
nhanh đến thời điểm nhiệt độ làm việc "light-off" có nghĩa nhiệt độ bắt đầu xúc tác có
hiệu quả. Từ đó, các nhà nghiên cứu đã tìm ra việc xúc tiến Platin với kim loại khác có
ưu điểm hơn xúc tác chỉ có Platin (Pt). Năm 1971, việc dùng Rh xúc tiến chất xúc tác Pt
để kiểm soát NOx.
Năm 1981, bộ xúc tác 3 chức năng được đưa vào áp dụng và có sự phát triển của
cảm biến ô xy. Nhiệm vụ bộ xúc tác 3 chức năng là chia cách xử lý CO, HC và NOx,
phụ thuộc mạnh vào tỷ lệ không khí và nhiên liệu trong động cơ là duy trì tỷ lệ cân bằng
lý tưởng cho sự biến đổi của cả 3 chất ô nhiễm. Song song, với việc phát triển bộ xúc

tác gốm, chất nền kim loại phát triển khá nhanh và có nhiều ưu điểm hơn gốm nhờ ứng
dụng kỹ thuật nano để chế tạo cấu trúc lõi lọc. Tuy nhiên, sản phẩm kim loại phát triển
mạnh vào năm 1986 khi kỹ thuật hàn nếp gấp phát triển nên có nhiều ưu điểm như đa
dạng về hình dạng và kích thước cho các loại động cơ, diện tích bề mặt tiếp xúc tăng
hơn 4 lần, độ bền nhiệt cao và trở lực thấp hơn so với gốm và dễ hàn gắn.
Tuy nhiên, tính năng kinh tế kỹ thuật của bộ xúc tác còn phụ thuộc vào một số yếu
tố: Tỷ lệ thành phần hỗn hợp, hàm lượng chì, lưu huỳnh trong nhiên liệu. Đến nay, động
cơ đốt trong của ô tô ngày nay đạt tiêu chuẩn khí thải với yêu cầu giảm đến 98% đối với
HC, 96% đối với CO và 95% cho NOx. Vì bộ xúc tác bị hủy hoại do chì, nên sử dụng
nó giúp đem lại việc loại bỏ chì ra khỏi xăng dầu, tức loại bỏ một loạt mối nguy hại cho
sức khỏe con người.
Việt Nam chưa sử dụng bộ xúc tác để giảm ô nhiễm khí thải cho động cơ đốt trong.
Vì tiêu chuẩn giới hạn khí thải xe cơ giới của ta còn thấp hơn nhiều so với các tiêu
chuẩn khí thải của các nước trong khu vực và thế giới. Nền công nghiệp giao thông vận
tải trong nước cần phát huy, bắt kịp quy chế hội nhập và các tiêu chuẩn giới hạn khí thải
cũng như dây chuyền công nghệ sản xuất. Đây là cơ hội để động cơ xăng sử dụng công
nghệ xúc tác khí thải để đạt được các tiêu chuẩn hiện hành. Năm 1995 đến nay, Việt
Nam đã có một số công trình nghiên cứu xử lý khí thải từ động cơ đốt trong bằng ứng
dụng xúc tác trên cơ sở Platin và một số vật liệu xúc tác trên cơ sở các kim loại chuyển
tiếp và kim loại hiếm đáp ứng được yêu cầu sử dụng cho ống xả xe máy. Viện Vật liệu
đã chế tạo bộ xương gốm tổ ong bằng vật liệu gốm Silica. Một số loại xúc tác kiểu
perovskite có kích thước nanomet (20÷ 40 nm) đã được chế tạo từ La, Sr, Mn, Co, Sn
và tẩm lên bộ xương gốm nói trên. Viện nghiên cứu Khoa học Vật liệu đã tìm ra được tổ
hợp chất xúc tác (VN1, VN2, VN3,...) Kết quả chuyển hóa các khí thải độc hại như CO,

Học viên: Phạm Văn Vinh

MSSV: 15001451

Trang 4

Tiểu luận Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Dương Phúc Tý

CxHy, NOx hoạt động trong vùng nhiệt độ khá rộng (200÷600) 0C. Nhưng kết quả trên
còn đang thử nghiệm. Do đó, việc ứng dụng kỹ thuật xử lý khí thải tiên tiến trên thế giới
sẵn có vào điều kiện của Việt Nam để đem lại hiệu quả tối ưu, đó là mục tiêu cho việc
xử lý xúc tác khí thải động cơ xăng.
b. Xây dựng cơ sở lý luận của đề tài
Các chất gây ô nhiễm có thể nguy hại đến tự nhiên và con người mà khoa học nhận
biết được, hay đơn giản là gây ra sự khó chịu chẳng hạn như mùi hôi, màu sắc… Các
chất ô nhiễm và giới hạn về nồng độ cho phép của chúng trong các nguồn phát thải có
thể thay đổi theo thời gian. Ngày nay, người ta đã xác định được các chất ô nhiễm trong
không khí, mà phần lớn là các chất đó có trong khí xả động cơ đốt trong. Khí thải của
động cơ gồm các sản vật cháy hoàn toàn CO2, H2O, N2 và các sản vật chưa cháy hoàn
toàn, các sản vật được phân giải từ sản vật cháy hoặc từ nhiên liệu. Do đó, để hạn chế ô
nhiễm môi trường ta cần hạn chế lượng các khí thải này ra ngoài môi trường đến mức
tối thiểu có thể đạt được, hay nói cách khác, khí thải của động cơ phải đạt các tiêu
chuẩn quy định.
c. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định hàm lượng các chất HC, CO, NOx, CO2, O2 trong khí thải của một số
động cơ khi không trang bị và khi có trang bị bộ xử lý khí thải xúc tác khi chạy ở chế độ
không tải;
- Đưa ra các giải pháp giảm độ độc hại trong khí thải của động cơ đốt trong thông
qua hệ thống xử lý khí thải xúc tác.
- Thiết kế và lắp đặt hệ thống xử lý khí thải bằng bộ xúc tác.
- Thí nghiệm, kiểm tra hàm lượng các chất ở từng loại động cơ, từng loại xăng.
- Ghi nhận và đánh giá kết quả thí nghiệm.

d. Những kết luận, đề xuất và kiến nghị
- Kết luận: Xử lý các thành phần ô nhiễm độc hại trong khí thải động cơ xăng
bằng kỹ thuật xúc tác cho thấy là giải pháp có hiệu quả khá cao, có tính khả thi về mặt
kỹ thuật công nghệ lẫn kinh tế, phù hợp với điều kiện của Việt Nam hiện nay. Đối với
các động cơ xăng cũ thích hợp với biện pháp trang bị hệ thống xử lý khí thải dùng bộ
xúc tác sẽ giúp các động cơ thỏa được các tiêu chuẩn về ô nhiễm, tăng thời gian sử
dụng, tiết kiệm chi phí, tăng tính kinh tế. Sau khi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, ta
rút ra kết luận: sau khí cải tiến hệ thống khí thải bằng bộ xúc tác và tiến hành thí
nghiệm, kết quả cho thấy hàm lượng các chất HC, CO, NOx, CO2, O2 trong khí thải
giảm đáng kể và đạt theo tiêu chuẩn.
- Đề xuất, kiến nghị: đề nghị đưa vào sử dụng rộng rãi bộ xử lý khí thải xúc tác
này ở các động cơ xăng trên các loại phương tiện và máy chuyên dùng nhằm đạt tiêu
Học viên: Phạm Văn Vinh

MSSV: 15001451

Trang 5


Tiểu luận Phương pháp luận nghiên cứu khoa học

GVHD: PGS.TS Dương Phúc Tý

chuẩn về bảo vệ môi trường. Nhà nước cần có cơ chế, quy định, chính sách khuyến
khích sử dụng bộ xử lý khí thải xúc tác, nhằm hạn chế các loại khí thải độc hại từ động
cơ, hạn chế ô nhiễm môi trường.
8. Xác định các phương pháp nghiên cứu và phương tiện nghiên cứu
a. Các phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: thu thập thông tin về sự phát triển của hệ
thống xử lý khí thải; nghiên cứu phân tích đặc điểm, cấu tạo nguyên lý hoạt động của hệ

thống xử lý khí thải xúc tác.
- Phương pháp quan sát: quan sát quá trình hoạt động của hệ thống; quan sát thực
nghiệm qua các kết qua đo kiểm.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thiết kế, lắp đạt bộ xử lý khí thải xúc tác,
tiến hành thí nghiệm, đo kiểm kết quả.
b. Phương tiện nghiên cứu
Khi tiến hành nghiên cứu đề tài này ta cần các phương tiện sau:
- Các loại động cơ
- Bộ xử lý khí thải xúc tác
- Thiết bị đo khí thải

Học viên: Phạm Văn Vinh

MSSV: 15001451

Trang 6