Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu tio2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các chất độc hại trong môi trường không khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nguyễn Mạnh Nghĩa

Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại
để phân hủy các chất độc hại trong môi trường không khí

Chuyên ngành: Công nghệ môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Nguyễn Thị Huệ

Hà Nội – Năm 2011


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu công nghệ
chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các chất độc hại
trong môi trường không khí” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của TS Nguyễn
Thị Huệ. Đây không phải là bản sao chép của bất kỳ một cá nhân, tổ chức nào. Các
kết quả thực nghiệm, số liệu, nguồn thông tin trong luận văn là do tôi tiến hành,
trích dẫn, tính toán và đánh giá.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày
trong luận văn này.
Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2011
HỌC VIÊN

Nguyễn Mạnh Nghĩa

1 
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Tiến Sĩ Nguyễn Thị Huệ, Phó Viện
trưởng Viện Công nghệ môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, người
thầy trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện luận văn, người luôn quan tâm, động viên và
tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Tôi chân thành cảm ơn tập thể cán bộ phòng Phân tích Chất lượng Môi trường,
Viện Công nghệ môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều
kiện tốt nhất về điều kiện, thiết bị thí nghiệm trong quá trình tôi làm thực nghiệm
cũng như có những gợi ý chuyên môn giúp tôi có được kết quả khoa học.
Tôi xin gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo của Viện Khoa học và Công nghệ Môi
trường, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã trang bị cho tôi những kiến thức
chuyên môn bổ ích trong thời gian thực hiện khóa học.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo Sau đại học, trường Đại học Bách
khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu
và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2011
HỌC VIÊN

Nguyễn Mạnh Nghĩa

2
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................5
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................6
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................7
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................9
Chương 1 – TỔNG QUAN .....................................................................................11
1. 1 Hiện trạng phát thải và ô nhiễm môi trường không khí bởi NO, CO,
HCHO.......................................................................................................................11
1.1.1 Hiện trạng phát thải khí NO, CO, HCHO ............................................................................11
1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm không khí do khí NO, CO, HCHO. ......................................................16

1.2. Các phương pháp xử lý ô nhiễm không khí...................................................20
1.2.1 Phương pháp hấp phụ .........................................................................................................20
1.2.2 Phương pháp hấp thụ ...........................................................................................................21
1.2.3 Phương pháp ngưng tụ .........................................................................................................22
1.2.4. Phương pháp thiêu đốt ........................................................................................................24
1.2.5. Phương pháp khử bằng xúc tác ...........................................................................................25
1.2.6. Phương pháp khử bằng xúc tác quang hóa .........................................................................26

1.3. Vật liệu TiO2 .....................................................................................................28

1.3.1. Cấu trúc tinh thể của TiO2 ..................................................................................................28
1.3.2 Tính chất vật lý và hóa học của TiO2 ...................................................................................31
1.3.3. Cơ chế xúc tác quang hóa của TiO2 ....................................................................................32
1.3.4. Ứng dụng của TiO2 trong xử lí môi trường .........................................................................34

1.4. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano TiO2. ...............................................36
1.4.1. Phương pháp phun phủ Plasma ..........................................................................................36
1.4.2. Phương pháp lắng đọng pha hơi .........................................................................................37
1.4.3. Phương pháp Solgel. ...........................................................................................................37

1. 5. Các phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu ..............................................39
1.5.1 Phổ nhiễu xạ tia X ................................................................................................................39
1.5.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM). ........................................................................................41
1.5.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao ...............................................................43
1.5.4. Phương pháp phổ EDS ........................................................................................................43

Chương II. THỰC NGHIỆM .................................................................................44

3
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị ..............................................................................45
2.1.1. Hóa chất ..............................................................................................................................45
2.1.2. Dụng cụ ...............................................................................................................................45
2.2.2. Thiết bị nghiên cứu và chế tạo ............................................................................................45

2.2. Quy trình chế tạo vật liệu nano TiO2/Al2O3 ..................................................47
2. 3. Phương pháp tạo khí và phân tích nồng độ khí CO, NO, HCHO ..............50
2.3.1 Phương pháp tạo khí và phân tích nồng độ CO ..................................................................50
2.3.2 Phương pháp tạo khí và phân tích nồng độ NO ..................................................................51
2.3.3 Phương pháp tạo khí và phân tích nồng độ HCHO ............................................................52

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................53
3.1 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu TiO2/Al2O3 ........................................................53
3.1.1 Vật liệu sợi oxit nhôm Al2O3 ...............................................................................................53
3.1.2. Khảo sát tính chất lớp phủ TiO2/Al2O3 đối với thành phần sol A .......................................54
3.1.3. Khảo sát tính chất lớp phủ TiO2/Al2O3 đối với thành phần sol B .....................................58

3.2. Khảo sát chiều dày lớp phủ TiO2 trên các loại vật liệu ................................63
3.3. Hệ thử nghiệm. .................................................................................................64
3.3.1. Cấu tạo buồng thử nghiệm ..................................................................................................64
3.3.2. Chức năng buồng thử nghiệm .............................................................................................65

3.4. Đánh giá khả năng xử khí CO của vật liệu TiO2/Al2O3. ................................66
3.4.1. Đánh giá khả năng xử khí CO của vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ bởi dung dịch sol A. ......66
3.4.2. Đánh giá khả năng xử khí CO của vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ bởi dung dịch sol B. .......67

3.5. Đánh giá khả năng xử khí NO của vật liệu TiO2/Al2O3 .................................68
3.5.1 Đánh giá khả năng xử khí NO của vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ bởi dung dịch sol A .........68
3.5.2 Đánh giá khả năng xử khí NO của vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ bởi dung dịch sol B .........69

3.6. Đánh giá khả năng khử HCHO của vật liệu TiO2/Al2O3 ................................71
KẾT LUẬN ..............................................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................74
PHỤ LỤC .................................................................................................................77

4
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

US EPA: Cục Bảo vệ môi trường Mỹ
SCR – selective catalytic reduction
TEM: Transmission Electron Microscopy
HR-TEM : Hight resolution - Transmission Electron Microscopy
EDS (EDX): Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy.
JCPDS – ICDD: Joint Committee on Powder Diffraction Standards - International
Center for Diffraction Data
GTVT: Giao thông vận tải
ĐBSH: Đồng bằng sông Hồng
QT&PTMT: Quan trắc và phân tích môi trường
QTMT: Quan trắc môi trường
QCVN: Quy chuẩn Việt Nam
TCMT: Tổng cục môi trường.

5
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các

chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Số liệu kiểm kê phát thải ước tính bởi chuyên gia của một số nước Châu Âu từ dữ liệu
EMEP trong năm 1990 và 2002.. ......................................................................................................12
Bảng 1. 2. Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm từ các nguồn thải chính của Việt Nam năm
2005 ..................................................................................................................................................14
Bảng 1. 3. Tỷ lệ đóng góp và tổng thải lượng ô nhiễm không khí của các ngành công nghiệp năm
2006. .................................................................................................................................................15
Bảng 1. 4. Các dung dịch hấp thụ và các khi bị hấp thụ tương ứng. .................................................21
Bảng 1. 5. Ưu nhược điểm của phương pháp hấp phụ, hấp thụ, ngưng tụ. .......................................23
Bảng 1. 6. Một số thông tin về tinh thể TiO2 dạng anatase, rutile và brookite. ................................29
Bảng 3. 1. Giá trị tính toán từ ảnh EDS so với TiO2 và khoảng cách mẫu. ......................................62
Bảng 3. 2. Hàm lượng NO, CO sau xử lí bằng vật liệu tẩm phủ trong các dung dịch sol A.............71

6
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Sự phát thải khí CO từ các nguồn gây ô nhiễm, 1983 – 2002. ........................................12
Hình 1. 2. Tổng lượng NOx nhân tạo tại Bắc Mỹ, Châu Âu, Châu Á từ năm 1975 tới năm 2000 ...13
Hình 1. 3. Nhu cầu xăng dầu của Việt Nam những năm qua và dự báo cho đến năm 2025. ............14
Hình 1. 4. Ước tính thải lượng các chất ô nhiễm trong khí thải làng nghề khu vực ĐBSH. .............16
Hình 1. 5. Nồng độ CO từ năm 1980 tới năm 2005 tại Mỹ. .............................................................16

Hình 1. 6. Diễn biến nồng độ khí CO ngoài trời tại 3 thành phố lớn của Trung Quốc. . ..................18
Hình 1. 7. Diễn biến nồng độ CO các khu vực của một số đô thị phía Bắc và phía Nam. . .............19
Hình 1. 9. Sự sắp xếp của Ti và O trong cấu trúc tinh thể của pha rutile và pha anatase. ...............29
Hình 1. 10. Sự phản xạ tia X trên các mặt tinh thể. ..........................................................................40
Hình 1. 11. Nguyên lý của phép phân tích EDS. ..............................................................................44
Hình 2. 1. Sợi nhôm ô xít trước khi tẩm phủ và giá sau khi kẹp vật liệu TiO2/Al2O3.. ....................45
Hình 2. 2. Lò nung Carbolite (Đức) và hộp xử lí khí NO và CO (test box)......................................46
Hình 2. 3. Máy KIMOTO và hệ đo UV –vis Shimadzu 2450...........................................................47
Hình 2. 4. Quy trình điều chế vật liệu nano TiO2/Al2O3. ................................................................47
Hình 2. 5. Dung dịch sol A1, A2.......................................................................................................49
Hình 2. 6. Vật liệu Al2O3 được lấy ra sau khi nhúng trong dung dịch sol TiO2 ..............................49
Hình 2. 7. Hệ thống tạo khí NO và CO. ............................................................................................51
Hình 3. 1. Ảnh SEM của sợi Al2O3 chụp thẳng (3.1a) và chụp cắt ngang (3.1b). ............................53
Hình 3. 2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Al2O3 trước xử lý nhiệt (a), xử lý nhiệt tại 500oC (b) và
800oC (c ). .........................................................................................................................................54
Hình 3. 3, Giản đồ XRD của vật liệu TiO2/Al2O3 phủ lần 5 bởi dung dịch sol A1 tại các thời gian:
30 phút (A1-1), 60 phút (A1-2), 90 phút (A1-3), 120 phút (A1-4) và 24 giờ (A1-5). ......................55
Hình 3. 4. Ảnh SEM của vật liệu TiO2/Al2O3 phủ 5 lần bởi dung dịch sol A1 ở thời gian 60 phút (a)
và 90 phút (b). ...................................................................................................................................55
Hình 3. 5. Giản đồ XRD của vật liệu TiO2/Al2O3 phủ lần 5 bởi dung dịch sol A2 tại 30 phút (A21), 60 phút (A2-2), 90 phút (A2-3), 120 phút (A2-4), 24 giờ (A2-5)...............................................56
Hình 3. 6. Giản đồ XRD của vật liệu TiO2/Al2O3 phủ 5 lần của sol A1 (A1), sol A2 (A2)và sol A3
(A3) trong thời gian nhúng 90 phút. .................................................................................................57
Hình 3. 7. Ảnh SEM của vật liệu TiO2/Al2O3 phủ 5 lần bởi dung dịch sol A1 (a ), sol A2 (b), A3
(C) tại thời gian 90 phút. ...................................................................................................................57
Hình 3. 8. Giản đồ XRD của vật liệu TiO2/Al2O3 phủ 5 lần tại thời gian 90 phút bởi dung dịch sol
B1 (phổ B1) và B2 (phổ B2). ............................................................................................................59
Hình 3. 9. Ảnh SEM của vật liệu TiO2/Al2O3 phủ 5 lần tại thời gian 90 phút bởi dung dịch sol B1
(a ) và B2 (b). ....................................................................................................................................59
Hình 3. 10. Ảnh ED-HRTEM của anatase TiO2 trong mẫu sol A2 (a) và sol sol B2 (b). ................61
Hình 3. 11. Ảnh HR-TEM của liên kết mạng tinh thể anatase - TiO2 trong mẫu sol A2(trái) và sol

B2 (phải). ..........................................................................................................................................62
Hình 3. 13. Lớp anatase - TiO2 trong sol B2 sau 1 lần(a) và 5 lần (b) nhúng phủ. .........................63
Hình 3. 14. Cấu trúc của buồng thử nghiệm .....................................................................................65

7
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

Hình 3. 15. Khả năng xử lí khí CO của các vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ bởi các dung dịch sol A
khác nhau (A1, A2 và A3). ...............................................................................................................67
Hình 3. 16. Khả năng xử lí khí CO của các vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ bởi các dung dịch sol B
khác nhau (B1 và B2)........................................................................................................................68
Hình 3. 17. Khả năng xử lí khí NO của các vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ bởi các dung dịch sol A
khác nhau (A1, A2 và A3). ...............................................................................................................69
Hình 3. 18. Khả năng xử lí khí NO của các vật liệu TiO2/Al2O3 tẩm phủ bởi các dung dịch sol B
khác nhau (B1 và B2)........................................................................................................................70
Hình 3. 19. Khảo sát sự thay đổi nồng độ formaldehyde đối với vật liệu A2. .................................71

8
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

MỞ ĐẦU
Ô nhiễm không khí từ lâu đã là vấn đề lớn của thế giới. Tại Việt Nam, một
nước đang phát triển, số lượng nguồn gây ô nhiễm vẫn không ngừng tăng do kinh tế
tăng trưởng với tốc độ cao và sự đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ. Tình hình ô nhiễm
không khí thường tập trung ở các thành phố lớn và các khu công
nghiệp. Tuy quy mô của các thành phố và khu công nghiệp của Việt Nam nhỏ hơn
so với nhiều nước trên thế giới nhưng tình trạng ô nhiễm môi trường nói chung và
môi trường không khí nói riêng có nguy cơ ngày một tăng và có nơi đã ô nhiễm
trầm trọng. Diễn biến chất lượng không khí trong những năm qua vẫn theo chiều
hướng tiếp tục suy giảm. So với tiêu chuẩn Việt Nam, tại hầu hết các khu vực của
Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, nồng độ bụi PM10 các năm gần đây đều vượt quy
chuẩn cho phép (50µg/m3). Trên các tuyến giao thông, đặc biệt vào giờ cao điểm
nồng độ CO cao hơn 2,5 lần so với tiêuuẩn cho phép, điển hình như tại các tuyến
đường như: Nguyễn Trãi, Khương Đình, Đường 32, Khâm Thiên,… Trong 6 năm
trở lại đây (từ năm 2000), nồng độ khí NO2 tăng nhanh hơn, bình quân hàng năm
khoảng 40% - 60% mặc dù sự biến đổi này không rõ ràng. Tuy nhiên ô nhiễm cục
bộ vẫn xảy ra tại một số khu vực xung quanh các nguồn thải lớn như các cơ sở công
nghiệp tiêu thụ nhiều nhiên liệu hoá thạch [29].
Việc nghiên cứu chế tạo TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại là những bước
đột phá để tạo ra vật liệu nano mới, đa chức năng, có hiệu quả xử lý khí vượt
trội so với các loại vật liệu khác. Đây là những vật liệu mới nhất đang thử
nghiệm trên thế giới và được đánh giá là có triển vọng trong xử lý khí thải. Do
kích thước nhỏ cỡ vài milimét, bề mặt thô ráp nên khả năng tiếp xúc của Al2O3
với TiO2 phủ trên đó với môi trường rất lớn. Al2O3 rất bền với nhiệt, ít chịu mài
mòn. Anatase TiO2/Al2O3 dạng nano xốp là vật liệu có hoạt tính quang xúc tác
cao có triển vọng ứng dụng trong môi trường xử lý các loại khí độc hại, đặc biệt
các loại khí thải từ động cơ và các nguồn phát thải do hoạt động giao thông.
Do đó, luận văn này đề xuất hướng nghiên cứu “Nghiên cứu công nghệ chế
tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các chất độc hại trong

9
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

môi trường không khí”. Đề tài này mang ý nghĩa thực tế nhằm nâng cao hiệu quả
làm sạch môi trường không khí.
Nội dung nghiên cứu đề tài gồm những phần chính như sau:
- Nghiên cứu, hoàn thiện quy trình chế tạo dung dịch sol-gel, khảo sát một số tính
chất hóa lý của vật liệu oxit nhôm, nghiên cứu kỹ thuật tẩm phủ, các điều kiện tối
ưu cho lớp TiO2 có cấu trúc tinh thể trên Al2O3.
- Khảo sát các tính chất về cấu trúc, độ dày lớp màng bằng phương pháp nhiễu xạ
tia X, SEM, EDS.
- Đánh giá khả năng phân hủy NO, CO, HCHO theo nồng độ, cường độ ánh sáng
UV, thời gian chiếu sáng của vật liệu TiO2 trên oxit nhôm.

10
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

Chương 1 – TỔNG QUAN
1. 1 Hiện trạng phát thải và ô nhiễm môi trường không khí bởi NO, CO,
HCHO.

1.1.1 Hiện trạng phát thải khí NO, CO, HCHO
Mỹ và Trung Quốc là hai nền kinh tế hàng đầu thế giới và cũng là hai quốc gia
sử dụng nhiều năng lượng nhất. Mặc dù đã có những cố gắng đưa vào sử dụng các
nguồn năng lượng xanh nhưng ở cả hai quốc gia này nhiên liệu hóa thạnh vẫn là
nguồn năng lượng chính trong việc sản xuất điện và cho các quá trình công nghiệp.
Các nguồn năng lượng mới chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ trong tổng năng lượng được sử dụng.
Tại Mỹ nguồn năng lượng có thể tái tạo và năng lượng hạt nhân chỉ chiếm 14%
trong khi tỉ lệ này ở Trung Quốc chỉ là 7,2 % (năm 2005). Ở Trung Quốc, than vẫn
là nguồn năng lượng chính, chiếm 68,9% tổng năng lượng và nhu cầu năng lượng
không ngừng tăng để đáp ứng sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế. Sản xuất than
của Trung Quốc tăng 3,7 lần trong 25 năm từ 0,6 tỉ tấn năm 1980 tới 22 tỉ tấn năm
2005.
Lượng CO tổng cộng trong không khí trên toàn cầu ước tính khoảng 3,06 triệu
tấn (2007). Trong đó, nguồn tự nhiên chiếm khoảng một nửa và nó không phải
nguyên nhân của các vấn đề về môi trường bởi nó sinh ra từ những vùng rộng và
nồng độ rất nhỏ (cỡ 0,1ppm) trong khí quyển [4]. Nguồn CO nhân tạo là vấn đề với
sức khỏe đặc biệt ở những nơi có nồng độ cao như trung tâm thành thị.
Nguồn CO nhân tạo tại Mỹ chủ yếu là do hoạt động giao thông. Ôtô và xe tải
đóng góp 60% lượng CO của toàn lãnh thổ. Ngoài ra, lượng CO sinh ra bởi động cơ
đốt trong chiếm khoảng 20% tổng lượng CO. Sản xuất công nghiệp (ngành luyện
kim và công nghiệp hóa chất), điện tử, hàng không... cũng là những nguồn ô nhiễm
CO. US EPA đã quan trắc phát thải và xác định chất lượng không khí từ những năm
1970. Sau 20 năm, sự phát thải CO và chất lượng không khí đều được cải thiện.
Lượng CO phát thải từ tất cả các nguồn giảm từ 121 triệu tấn năm 1982 xuống còn

11
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các

chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

99 triệu tấn năm 2001 [4]. Hình 1.1 cho biết lượng phát xạ từ năm 1983 tới năm
2002.

Hình 1. 1. Sự phát thải khí CO từ các nguồn gây ô nhiễm, 1983 – 2002.

Lượng phát thải NOx tại Anh tăng nhẹ cho tới thập niên 1990 bởi sự tăng mật
độ giao thông nhưng bắt đầu từ thập niên 1990 lượng phát thải bắt đầu giảm chậm.
Sự giảm phát thải NOx được duy trì trong những năm đầu của thế kỷ 21. Những
quốc gia sử dụng nhiều than đá hoặc mật độ xe tải nhiều dẫn tới nồng độ NOx cao.
Bảng 1.1 cho thấy điều này ở một số quốc gia ở Châu Âu [14].
Bảng 1. 1. Số liệu kiểm kê phát thải ước tính bởi chuyên gia của một số nước Châu Âu từ
dữ liệu EMEP trong năm 1990 và 2002.(Gg/ năm).

Quốc gia

NOx
1990

2002

Đức

2845

1499

Pháp

1897

1352

Vương quốc Anh

2771

1582

Ý

1919

1317

Tây Ban Nha

1206

1339

Ba Lan

1280

805

12

 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

Tại Châu Á, do áp lực của sự tăng trưởng kinh tế nồng độ NOx có xu hướng tăng
trong những năm vừa qua. Năm 1975 lượng phát thải NOx của Châu Á nhỏ hơn 2,2
so với Châu Âu hoặc Bắc Mỹ. Trong khi lượng phát thải của Châu Âu và Bắc Mỹ
tăng nhẹ từ năm 1975 và có xu hướng giảm từ năm 1990 với Châu Âu và 1995 với
Bắc Mỹ thì ở Châu Á lượng phát thải NOx mỗi năm tăng nhanh. Tới năm 2000 thì
tổng lượng phát thải NOx của Châu Á đã vượt Châu Âu và Bắc Mỹ. Hình 1.2 cho
thấy sự tăng nồng độ NOx nhân tạo một cách nhanh chóng ở Châu Á từ năm 1975
tới năm 2000

[6].

Hình 1. 2. Tổng lượng NOx nhân tạo tại Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Á từ năm 1975 tới năm
2000. (Akimoto 2003).

Lượng formaldehyde 37% sản xuất hàng năm khoảng 20 triệu tấn trên toàn
thế giới. Trong đó tỉ lệ sinh ra lớn nhất ở Trung Quốc 34% , Mỹ 14% và Đức 8%.
Hơn 65% tổng lượng formaldehyde nhựa tổng hợp (synthesize resins). [17] .
Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ xăng dầu của ngày càng tăng và dự báo trong
25 năm tới còn tiếp tục tăng cao (Hình 1.3). Nếu các tiêu chuẩn về chất lượng xăng
dầu không được thắt chặt thì chúng ta sẽ phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm không khí
đô thị rất nghiêm trọng.
Tiêu thụ xăng dầu là một trong những nguyên nhân phát thải các chất độc hại

13
 


“Ng
Nghiên cứu côông nghệ chhế tạo vật liệệu TiO2 phủ trên oxit nhôôm kim loại để phân hủyy các
chấ
ất độc hại troong môi trườ
ờng không khhí”
Nguuyễn Mạnh Nghĩa,
N
Cao học CNMT 2009
2

như
ư CO, hơi xăng
x
dầu (H
HmCn, VOC
C), SO2, chìì, BTX. Pháát thải nhữnng chất nàyy liên
quaan chặt chẽ đến chất lư
ượng xăng ddầu.

Hìnnh 1. 3. Nhu cầu xăng dầầu của Việt Nam
N những năm
n qua và dự báo cho đến năm 2025.
Nguuồn: Quy hooạch phát triiển ngành dầầu khí Việt Nam
N giai đoạạn 2006-2015 - Định hướ
ớng
đến

n năm 2025, Bộ Công ngghiệp, 7/2007.

Xét cácc nguồn thảải gây ra ô nhiễm khô
ông khí trênn phạm vi toàn quốc (bao
gồm
m cả khu vực
v đô thị và
v khu vực khác), ướcc tính cho thhấy, hoạt động
đ
giao thhông
đónng góp tới gần 85% lượng
l
khí CO,
C 95% lư
ượng VOC
Cs. Trong khi
k đó, các hoạt
độnng công nghhiệp là nguồn đóng góóp khoảng 70%
7
khí SO
O2. Đối với NO
N 2, hoạt đđộng
giaao thông và hoạt động sản xuất côông nghiệp có tỷ lệ đóóng góp xấpp xỉ nhau (B
Bảng
1. 2).
2
Bản
ng 1. 2. Ướcc tính thải lư
ượng các chấất gây ô nhiễễm từ các ngguồn thải chíính của Việt Nam
năm

m 2005 (Đơn
n vị: tấn/năm
m). Nguồn: C
Cục BVMT, 2006
2

TT
T Ngành sả
ản xuất
1 Nhiệt điện
n
3 Sản xuất công
c
nghiệpp, dịch vụ, sinh
4 Giao thôn
ng vận tải
Cộng

CO
C
4.562

N
NO2

SO
O2

VOCs

557.263 1233.665

1.389

5
54,004
1551,031 2722,497

854

3001.779

992.728

188.928

477.462

3660.345 3001.022 4155.090

499.705

t rất đa dạạng và thànnh phần cácc loại
Các nggành sản xuuất công nghhiệp nước ta
khíí thải vào môi
m trường cũng khác nhau. Ngu
uồn ô nhiễm
m không khhí do hoạt đđộng

“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

đốt nhiên liệu hóa thạch của các ngành như xi măng, luyện kim, nhiệt điện và các
ngành khác nhau như sản xuất thực phẩm và đồ uống, sản xuất sản phẩm kim loại,
sản xuất gỗ và chế biến lâm sản, các sản phẩm nội thất được trình bày trong bảng
1.3. [23]
Bảng 1. 3. Tỷ lệ đóng góp và tổng thải lượng ô nhiễm không khí của các ngành công
nghiệp năm 2006. Nguồn: Bộ Công Thương 2010.

Ngành công nghiệp

Tỉ lệ (%)
SO2

NO2

CO

TSP

Sản xuất thực phẩm và đồ uống

25,92

31,39

13,32

31,62

Sản xuất các sản phẩm từ chất

28,46

39,07

12,39

48,08

Sản xuất gỗ và lâm sản

10,23

9,32

35,02

15,87

Sản xuất kim loại

6,73

4,53

30,91

1,83

Sản xuất giường, tủ, bàn, ghế

8,88

0,33

0,79

0,24

Sản xuất sản phẩm dệt

3,44

3,77

1,14

0,52

Sản xuất giấy và các sản phẩm bằng

6,46

4,79

4,09

0,68

Sản xuất thuốc lá, thuốc lào

0,77

0,25

0,16

0,01

Sản xuất trang phục

0,13

0,05

0,03

0,04

Sản xuất sản phầm bằng da, giả da

0,88

0,08

0,02

0,02

Sản xuất máy móc, thiết bị

0,11

0,04

0,04

0,01

Sản xuất thiết bị điện

0,07

0,02

0,01

0,01

Xuất bản, in và sao bản in

0,91

0,02

0,00

0,00

Sản xuất radio, tivi và thiết bị truyền

0,14

0,02

0,00

0,00

Sản xuất, sửa chữa các phương tiện

0,45

0,19

0,1

0,14

Sản xuất than cốc, sản phẩm dầu mỏ

1,47

3,43

1,47

0,38

Sản xuất hóa chất và các sản phẩm

2

2,2

0,42

0,46

Sản xuất cao su và plastic

1,88

0,34

0,08

0,09

Tổng cộng

100

100

100

100

Hoạt động sản xuất các làng nghề cũng gây ra những áp lực lên môi trường
không khí. Thải lượng các chất ô nhiễm của khu vực ĐBSH được thể hiện trên hình
1.4. Các làng nghề Việt Nam rất đa dạng, trong đó một số ngành sản xuất đặc thù
phát thải nhiều khí độc hại như làng nghề tái chế kim loại, giấy, nhựa, đúc đồng,

15
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

làng nghề sản xuất vật liệu xây dựng, thực phẩm, chế tác đá. Các khí thải điển hình
như bụi, khí SO2, NO2, hơi axit và kiềm phát sinh từ quá trình xử lý bề mặt, nung,
sấy….[23]

Hình 1. 4. Ước tính thải lượng các chất ô nhiễm trong khí thải làng nghề khu vực ĐBSH.
Nguồn: Trung tâm Quan trắc môi trường – TCMT, 2010.

1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm không khí do khí NO, CO, HCHO.

Hình 1. 5. Nồng độ CO từ năm 1980 tới năm 2005 tại Mỹ. Nguồn: US EPA, 2007.

Tại Mỹ, nhờ áp dụng những tiến bộ kỹ thuật và sự kiểm soát chất lượng
không khí được thực hiện từ sớm nên chất lượng không khí ngày càng được cải
thiện, trong đó nồng độ CO năm 2001 giảm 62% so với năm 1982 (nồng độ CO

16
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

năm 1982 và 2001 lần lượt là 8ppmv,3ppmv) [4]. Hiện tại chỉ có một số nơi tại Mỹ
có nồng độ CO lớn hơn tiêu chuẩn (NRC, 2003) do sự chiến lược giảm lượng phát
CO từ phương tiện giao thông (giảm 95%). Nhờ sự áp dụng công nghệ xúc tác đã
làm giảm nồng động CO trong không khí ngoài trời như hình 1.5. Như vậy, sau năm
1990 nồng độ CO trong không khí nằm trong giới hạn cho phép
[1] Air Quality guidelines for Europe, WHO Regional Publication, 2nd edition,
2000.
[2] Akira Fujishima, Tata N. Rao, Donald A. Tryk, Titanium dioxide photocatalysis,
Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry review 1 (2000)121.
[3] Chul Han Kwon,Hyunmin Shin, Je Hun Kim,Woo Suk Choi,Ki Hyun
Yoon(2004), Degradation of Methylene blue via photocatlysis of titanium dioxide,
Reseach center – TIOZ Co. Ltd, 775 - 4 Wonsi-dong, Kyunggi - Do, Republic of
Korea.
Tại các thành phố lớn ở Châu Âu nồng độ CO trung bình ở đường phố trong
8h thường nhỏ hơn 17ppm trong đó tại thời điểm cao điểm (trong thời gian ngắn)
nồng độ CO nhỏ hơn 53ppm. Nồng độ CO trong các phương tiện giao thông thường
lớn hơn nồng độ CO bên ngoài không khí. Tại nơi đỗ xe ở tầng hầm, đường hầm
hoặc tại nơi nấu ăn trong nhà (có dùng chất đốt) nồng độ CO có thể đạt 100ppm
hoặc cao hơn ở một vài thời điểm. Với không khí trong nhà có sử dụng khí đốt nồng
độ CO quan trắc được có thể lên tới 53-100ppm. Tại nơi có khói thuốc như văn
phòng, trong xe hơi, trong nhà hàng…nồng độ CO trung bình trong 8h có thể tăng
tới 20-40ppm

CO có nồng độ cao tại các thành phố lớn của Trung Quốc. Gần đây, những
tiêu chuẩn phát thải chính xác và công nghệ xúc tác đã dẫn tới sự giảm nồng độ CO
trong không khí ngoài trời như hình 1.6 [13].

17
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

Hình 1. 6. Diễn biến nồng độ khí CO ngoài trời tại 3 thành phố lớn của Trung Quốc.
Nguồn: Báo cáo hàng năm EPB của Beijing, Guangzhu, Dialian.

Ở Việt Nam, trong các ngành sản xuất, luyện kim tạo ra lượng khí CO lớn
nhất [20]. Tuy nhiên, ô nhiễm CO trước hết là do hoạt động giao thông vận tải gây
ra, tiếp theo là do hoạt động sản xuất công nghiệp. Hầu hết các giá trị quan trắc tại
các thành phố khu vực phía Nam vượt ngưỡng quy chuẩn Việt Nam, khu vực phía
Bắc nằm trong giới hạn của quy chuẩn Việt Nam [23].

Hình 1. 7. Diễn biến nồng độ CO các khu vực của một số đô thị phía Bắc và phía Nam.
Nguồn: Các trạm QT&PTMT vùng (Đất liền 1,3) –Mạng lướng QTMT quốc gia, 2010

18
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”

Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

Hình 1. 8. Nồng độ CO tại các KCN tỉnh Đồng Nai năm 2009. Nguồn: Trung tâm QTMT,
TCMT, 2010.

NO được sinh ra từ quá trình chuyển nhiên liệu thành năng lượng. Nồng độ
cao nhất được sinh ra từ động cơ đốt trong và từ khí thải từ động cơ diesel và động
cơ xăng. NO cũng nồng độ nền trong không khí. Tại vùng thành thị nồng độ NO
trong khoảng 0,01 tới 0,5 ppm và nồng độ này có thể cao tại nơi có mật độ giao
thông cao hoặc những nơi có vị trí, điều kiện đặc biệt [15]. Tại Mỹ nồng độ NO
trung bình trong 1h thường nằm trong khoảng 0,25-0,4ppm. Từ năm 1988 tới năm
1990, Nồng độ NO trung bình trong 1h cao nhất tại Anh trong khoảng 0,04 –
0,54ppm.
Tại Canada , formaldehyde được quan trắc ở các vùng đô thị, ngoại thành,
nông thôn của 16 tỉnh từ tháng 8 năm 1989 tới tháng 8 năm 1998 (lấy theo phương
pháp 3810 của 3842 trong 24h lấy mẫu). Nồng độ từ nhỏ hơn giới hạn của phép
phân tích 0,042ppb tới cao nhất là 22,9ppb tại 8 đô thị, 10,03ppb với 2 ngoại thành,
7,59ppb với 2 nông thôn có ảnh hưởng của đô thị hay công nghiệp và 8,23ppb với 4
nông thôn. Nồng độ trung bình trong thời gian dài (1 tháng tới 1 năm) của những
địa điểm này từ 0,65ppb tới 7,230ppb. Nồng độ lớn nhất trong ngày 22,9ppb quan
trắc được là của mẫu ở Toronto, Ontario vào ngày 8/8/1995. Các số liệu cho thấy
nồng độ formaldehyde cao nhất trong tháng 7 và tháng 8.
Tại vùng gần rừng gỗ tại Canada, nồng độ trung bình trong 24h cao nhất
quan sát được rừ 1,43ppb tới 3,56ppb.
Vấn đề ô nhiễm HCHO được người dân và chính phủ quan tâm khi nồng độ

19
 

“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

HCHO trong nhà thường xuyên đạt tới ppbv ở Trung Quốc nơi có nồng độ cao hơn
hướng dẫn của WHO (80ppbv) [19].
1.2. Các phương pháp xử lý ô nhiễm không khí.
Nguyên tắc chung: Tách chất ô nhiễm ở dạng khí khỏi hỗn hợp khí hoặc/và
chuyển chúng thành dạng không hoặc ít ô nhiễm hơn sử dụng các quá trình chuyển
như chuyển khối, chuyển pha, ô xi hóa nhiệt…. Việc xử lý khí chủ yếu sử dụng quá
trình hóa học hoặc hóa học kết hợp với vật lý.
1.2.1 Phương pháp hấp phụ
Nguyên tắc của phương pháp hấp phụ là chuyển chất ô nhiễm từ pha khí
hoặc hơi vào pha rắn. Đây là quá trình có chọn lọc khí dựa trên ái lực bề mặt của
chất rắn đối với chất khí/hơi. Khi đó chất rắn là chất hấp phụ còn chất khí/hơi là
chất bị hấp phụ. Hấp phụ được chia thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Chất
hấp phụ phải có: hấp dung cao, dải hấp phụ cao, có độ bền cơ học cần thiết, dễ hoàn
nguyên, giá thành rẻ, dễ kiếm. Các chất hấp phụ thường sử dụng trong các thiết bị
hấp phụ là than hoạt tính, ô xít (Al2O3, SiO2, MgO, CaO...), Zeolit, Polime…
Các chất hấp phụ có khả năng oxy hóa NO thành NO2 và hấp thụ NO2 là than
hoạt tính, sillicagel, rây phân tử và một số kim loại, đặc biệt là MnO và Fe2O3. Than
hoạt tính có tính hấp phụ cao so với các vật liệu khác, tuy nhiên sử dụng nó phải cẩn
trọng do nguy cở gây cháy nổ cao vì O2 có mặt trong phần lớn khí thải, hơn nữa
hoàn nguyên nó cũng là vấn đề. Đối với MnO và Fe2O3 kiềm hóa có nhược điểm là
có tính mài mòn cao. Chất hấp phụ thích hợp nhất đối với NOx là chất có thể hoàn
nguyên và không phản ứng ưu tiên với hơi nước và CO2 trong khí thải. Do sự khan
hiếm chất hấp phụ, thể tích lọc của chúng nhỏ và chi phí nhiệt để hoàn nguyên lớn
nên phương pháp xử lý NOx sử dụng các chất hấp trên vẫn chưa được phổ biến rộng
rãi.
Khí CO chủ yếu được hấp phụ bằng than hoạt tính. Dòng khí thải được dẫn

vào đáy tháp, đi qua lớp vật liệu hấp phụ bằng than hoạt tính, chất ô nhiễm CO
được giữ lại trong các khe rỗng của than và bên trên bề mặt than. Còn không khí

20
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

sạch thoát ra ngoài đỉnh tháp. Khi than hoạt tính đã bão hòa, người tan nhả hấp để
thu hồi chất ô nhiễm và than có thể tái sử dụng.
1.2.2 Phương pháp hấp thụ
Hấp thụ còn goi là hòa tan là quá trình hút có chọn lọc chất khí/hơi bởi chất
lỏng. Khi có hấp thụ xảy ra quá trình chuyển khối từ pha khí thành pha lỏng qua bề
mặt phân chia pha của chúng. Sự chuyển khối là kết quả của sự chênh lệch nồng độ.
Hấp thụ được duy trì cho đến khi đạt được điều kiện cân bằng, tức nồng độ pha khí
và nồng độ pha lỏng bằng nhau. Chất hấp thụ phải thỏa mãn yêu cầu: có tính chọn
lọc cao, độ nhớt nhỏ, nhiệt độ sôi khác xa nhiệt độ khí vào, không tạo kết tủa, ít bay
hơi để tránh tổn thất, không độc, không ăn mòn, không gây ô nhiễm môi trường, rẻ,
dễ kiếm, dễ hoàn nguyên. Dung dịch hấp thụ và các chất khí bị hấp thụ được chỉ ra
trong bảng 1.4.

Bảng 1. 4. Các dung dịch hấp thụ và các khi bị hấp thụ tương ứng.

Dung dịch hấp thụ

Khí bị hấp thụ

H2O

HCl, HF, NH3

NaOH

SO2, H2S, R-COOH, Cl2, phenol

Ca(OH)2

SO2

Na2SO3

SO2 (với nồng độ tương đối cao), H2S

Na2SO3

Cl2

NalO

R-SH (Mercaptan)

H2O2

R-SH, NOx, dioxin

H2SO4

R-NH2, NH3, etylen oxyt, propylene oxyt

HNO3 (loãng)

NH3

Dung dịch P2O5 1%

propylene oxyt

21
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

a) Các dung dịch hấp thụ khí NO
+ Hấp thụ bằng dung dịch kiềm: Chất hấp thụ là dung dịch kiềm ngậm nước như
NaOH, Mg(OH)2. Hiệu suất hấp thụ cao nếu NO được ôxi hóa thành NO2 hoặc nếu
NO2 được bổ sung thêm cho luồng khí cho đến khi nồng độ tối ưu về tỉ số phân tử
gam của NO và NO2 là 1:1 được duy trì, vì NO có tính hòa tan rất thấp.
Đây là phương pháp thường được chọn kết hợp hệ thống khử lưu huỳnh trong
khí thải của các nhà máy nhiệt điện. Trong quá trình khử S, khoảng 10% NO được
oxi hóa thành NO2 trước khi vào tháp rửa. Tháp rửa khi ấy khử khoảng 20% tổng
lượng NOx (với tỉ lệ phân tử gam của NO bằng NO2)
+ Hấp thụ bằng vôi: Vữa vôi Ca(OH)2 có thể coi là chất lọc làm giảm nồng độ NOx
đếm 200ppm. Canxi nitrit trong dung dịch có thể biến đổi tiếp theo thành canxi
nitrat có giá trị nhỏ hơn nhờ được xử lý bằng axit sunfuric:

2H2SO4 + 3Ca(NO2)2 → 2CaSO4 + 4NO + Ca(NO3)2 + 2H2O
NO được tạo thành có thể quay trở lại nhà máy axit nitric và Ca(NO3)2 có thể sử
dụng như một loại phân bón. Vì vậy quá trình xử lí NOx cho thu hồi NO và đồng
thời tạo ra một loại phân bón có giá trị.
+ Hấp thụ bằng H2SO4: H2SO4 phản ứng với NOx tạo thành axit nitro sunfuric
H2SO4NO và axit nitrozinsunfuric NO H2SO4:
NO + NO2 + H2SO4 → 2 NO H2SO4 + H2O
NO H2SO4 được tạo thành rất ổn định trong axit đặc. Để tránh phương trình cân
bằng về phía trái, cần giữ nhiệt độ cao (1200C) để áp suất trong hơi nước trong dung
dịch cân bằng với áp suất riêng của nước trong khí thải.
b) Phương pháp hấp thụ CO
- Hấp thụ bằng dung dịch [Cu(NH3)m+n(CO)y(H2O)n]+
- Hấp thụ bằng Clorua đồng nhôm CUAlCl4(20-50%) VÀ (80-90%) Tôluen
- Hấp thụ bằng Ni tơ lỏng
1.2.3 Phương pháp ngưng tụ

22
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

Nguyên tắc của phương pháp ngưng tụ là làm lạnh hỗn hợp khí ô nhiễm
xuống dưới điểm sôi của chất ô nhiễm. Chất ô nhiễm sẽ bị ngưng tụ và tách khỏi
hỗn hợp khí dưới dạng lỏng. Phương pháp này dung để ngưng tụ các khí có nhiệt độ
sôi tương đối cao như NH3, C6H6, C6H5CH3 (áp dụng với hỗn hợp khí ô nhiễm có
nhiệt độ thấp)
Bảng 1. 5. Ưu nhược điểm của phương pháp hấp phụ, hấp thụ, ngưng tụ.

Phương pháp
Hấp phụ

Ưu điểm

Nhược điểm

Có thể xử lý khí thải có nồng độ nhỏ Không thích hợp khi nồng độ
và lưu lượng lớn.

chất ô nhiễm lớn.

Hiệu xuất xử lý cao > 80%.

Thiết bị cồng kềnh, chiếm

Chất hấp phụ rẻ, dễ kiếm

nhiều không gian.

Vận hành đơn giản, ít tốn năng lượng.

Cần phải có thiết bị xử lý bụi

Làm việc ổn định.

trước khi vào hệ thống hấp
thụ.

Hấp thụ

Hiệu xuất xử lý cao, đặc biệt là các Chi phí hoàn nguyên dung
khí có khả năng hòa tan tốt.

dịch hấp thụ cao.

Có thể xử lý khí thải có nhiệt độ thấp Thiết bị cồng kềnh, chiếm
nhiều không gian.

và lưu lượng lớn.

Vận hành đơn giản, dễ bảo quản sửa Tốn năng lượng.
chữa.
Dung dịch hấp thụ dễ kiếm, có thể
hoàn nguyên.
Một số sản phẩm của quá trình hấp
thụ có thể được sử dụng
Có thể kết hợp xử lý khí với việc tánh
vụi và làm lạnh
Ngưng tụ

Có khả năng tách được các khí có độ

Không dùng được với các

sạch cao nếu tiến hành ngưng tụ gián

chất ô nhiễm có nhiệt độ sôi

23
 


“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu TiO2 phủ trên oxit nhôm kim loại để phân hủy các
chất độc hại trong môi trường không khí”
Nguyễn Mạnh Nghĩa, Cao học CNMT 2009

tiếp.

quá thấp.

Thích hợp với xử lý khí có nhiệt độ

Có thể sinh ra nước thải chứa

thấp.

chất ô nhiễm.

1.2.4. Phương pháp thiêu đốt

Thiêu đốt là quá trình ô xi hóa nhiệt trong đó các chất ô nhiễm tham gia phản
ứng với ô xi ở nhiệt độ cao. Quá trình thiêu đốt được sử dụng với các chất phát thải
yêu cầu phân hủy một cách khắt khe như các phát thải nguy hại – rất độc và có mùi.
Các thiết bị thiêu đốt để kiểm soát ô nhiễm không khí được thiết kế nhằm thúc đẩy
các quá trình ô xy hóa hoàn toàn, hạn chế thành phần không bị thiêu đốt ở mức thấp
nhất. Có ba phương pháp thiêu đốt thường được sử dụng là thiêu đốt trực tiếp, thiêu
đốt bằng nhiệt và thiêu đốt bằng xúc tác.
Công nghệ xử lý NOx bằng thiêu đốt - SCR được sử dụng rất rộng rãi. Nhật

Bản áp dụng công nghệ này với các nồi hơi đốt khí và dầu được tính toán với công
suất lớn hơn 10000MW. Các nồi hơi đốt than (xấp xỉ 60% nồi hơi) với hệ thống
SCR có khó khăn do chất xúc tác bị ngộ độc và giảm tuổi thọ; mặc dầu vật công
nghệ này vẫn hiệu quả. Đức và Châu Âu áp dụng công nghệ SCR với nồi hơi đốt
than, đặc biệt đối với các nhà máy điện công suất lớn hơn 30000MW, nhằm điều
chỉnh phát thải NOx thấp hơn 30ppm.
Xử lý khí CO từ các chất thải khí công nghiệp có thể làm bằng các phương
pháp hóa học; tuy nhiên các phương pháp này hầu như không được sử dụng. Chỉ sử
dụng duy nhất phương pháp thiêu đốt (cháy hoàn toàn) để tạo thành khí CO2. Nếu
trong không khí có nhiều CO thì thiêu đốt trực tiếp bằng ngọn lửa; nếu nồng độ CO
thấp thì thiêu đốt bằng xúc tác.
Trong quá trình thiêu đốt, khí CO cùng các chất ô nhiễm hữu cơ sẽ cháy để
tạo thành CO2. Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ gần 10000C thì có thể tận dụng nhiệt do
phản ứng sinh ra. Phản ứng xảy ra khi có xúc tác chứa Cu và các kim loại khác. Khi
hàm lượng CO thấp, oxi cao khí được đốt trong buồng đốt nồi hơi.
Khi có xúc tác, ở nhiệt độ gần 5000C, phản ứng giữa CO và H2O như sau:

24