ĐỒ án các LOẠI KHÍ THẢI CACBONDIOXIT

BỘ CÔNG THƢƠNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC


ĐỀ TÀI

CÁC LOẠI KHÍ THẢI
CACBONDIOXIT
Giáo viên hƣớng dẫn: Th.S LÊ THỊ THANH VÂN
Sinh viên thực hiện: ĐÀO THÚY QUỲNH
Mã số sinh viên: 2004160342
Lớp: 07DHHH1

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06 NĂM 2018



LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Lê Thị Thanh
Vân, đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình làm đề tài.
Em chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong khoa công nghệ hóa học, Trƣờng Đại
Học Công nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức trong
quá trình em học tập. Với vốn kiến thức đƣợc tiếp thu trong quá trình học không chỉ là
nền tảng cho quá trình em làm đề tài cho lần này mà còn cho em kiến thức cho những bài
báo cáo sau đƣợc tốt hơn và là hành trang quí báu để em bƣớc vào đời một cách vững
chắc và tự tin.
Cuối cùng em kính chúc quý thầy, cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự
nghiệp cao quý.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, tháng 06 năm 2018.

Ngƣời thực hiện
Đào Thúy Quỳnh

i


LỜI MỞ ĐẦU
Biến đổi khí hậu đã và đang là một trong các vấn đề toàn cầu mà toàn nhân
loại đang phải quan tâm bởi nó đe dọa tới sự sinh tồn và phát triển của mỗi ngƣời
chúng ta nói riêng và cả nhân loại nói chung. Một trong những vấn đề lớn hiện nay là
hiện thƣợng “Hiệu ứng nhà kính”. Hiệu ứng nhà kính gây ảnh hƣởng nghiêm trọng
trực tiếp đến Trái Đất với những tác động mà nó gây ra. Nguyên nhân gây ra hiện
tƣợng trên là do hàm lƣợng khí thải trên bề mặt khí quyển cao. Đặc biệt là khí
Cacbondioxit.
Nhƣ chúng ta đã biết cuộc sống ngày càng phát triển công nghiệp hóa hiện
đại hóa ngày càng tăng, các công ty, nhà máy phát triển, cùng với máy móc ngày càng
nhiều dẫn đến khí thải Cacbondioxit ngày càng tăng. Vấn đề này ngày nào chƣa đƣợc
giải quyết thì cuộc sống xung quanh chúng ta và môi trƣờng sống càng bị đe dọa trầm
trọng.
Đề tài trình bày những vấn đề cơ bản về khí thải Cacbondioxit, nguồn gốc,
cấu tạo, tính chất hóa lý, sự ảnh hƣởng của nó với môi trƣờng và con ngƣời và tình
hình khí Cacbondioxit hiện nay. Đồng thời cũng nêu ra đƣợc các cách xử lý khí thải
Cacbondioxit để góp phần cải thiện môi trƣờng xung quanh chúng ta thì sức khỏe của
con ngƣời càng ngày càng tốt hơn, chất lƣợng cuộc sống ngày càng tăng đúng với tiêu
chí đặt ra của các quốc gia hiện nay. Đề tài của em sẽ trình bày về CÁC LOẠI KHÍ
THẢI CACBONDIOXIT

ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................................... i
LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ............................................................................................................................................. iii
CHƢƠNG 1 ............................................................................................................................................ 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KHÍ CACBONDIOXIT ..................................................................... 1
1.1

Đặc điểm hóa lý của khí Cacbondioxit............................................................................. 1
1.1.1 Cấu tạo phân tử và tính chất vật lý .................................................................................. 1
1.1.2 Tính chất hóa học............................................................................................................. 2

1.2

1.3

1.4

Nguồn gốc phát sinh khí Cacbondioxit ............................................................................ 4
1.2.1.

Tự nhiên .................................................................................................................... 4

1.2.2.

Nhân tạo .................................................................................................................... 5

Ảnh hƣởng của Cacbondioxit đối với môi trƣờng và con ngƣời ...................................... 7
1.3.1.

Đối với môi trƣờng ................................................................................................... 7

1.3.2.

Đối với con ngƣời ..................................................................................................... 8

Điều chế............................................................................................................................ 9
1.4.1 Trong phòng thí nghiệm .................................................................................................. 9
1.4.2 Trong công nghiệp ........................................................................................................... 9

1.5

Ứng dụng .......................................................................................................................... 9

1.6

Ý nghĩa ........................................................................................................................... 10

1.7

1.6.1.

Ý nghĩa đối với động vật ........................................................................................ 10

1.6.2.

Ý nghĩa đối với thực vật ......................................................................................... 11

Lƣợng khí thải Cacbondioxit những năm gần đây ......................................................... 11

CHƢƠNG 2 .......................................................................................................................................... 12
PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI CACBONDIOXIT ................................................................... 12
2.1.

Khái niệm của phƣơng pháp xử lý khí thải Cacbondioxit .............................................. 12

2.2.

Các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit ...................................................................... 12
2.2.1.

Xử lý Cacbondioxit bằng phƣơng pháp hấp thụ ..................................................... 12

2.2.1.1

Phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit Hấp thụ bằng dung dịch etanolamin.... 13

2.2.1.2

Phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit Hấp thụ bằng dung dịch amoniac ........ 14

2.2.1.3

Các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit Hấp thụ bằng nƣớc ....................... 14

2.2.1.4

Hấp thụ Cacbondioxit bằng huyền phù CaCO3(sữa vôi: Ca(OH)2) ................ 16

2.2.1.5

Hấp thụ Cacbondioxit bằng dung dịch kiềm ................................................... 17

iii


2.2.2.

Phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit bằng hấp phụ ............................................... 18

2.2.2.1

Hấp phụ vật lý của các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit ........................ 19

2.2.2.2

Hấp phụ hóa học của các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit ..................... 19

2.2.2.3

Áp dụng của hấp phụ của các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit .............. 19

2.2.2.4

Lựa chọn dung môi của các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit ................. 19

2.2.3

Các phƣơng pháp xử lý Cacbondioxit bằng phƣơng pháp hóa học, sinh học ......... 20

2.2.3.1

Xử lý khí thải Cacbondioxit bằng tảo biển...................................................... 20

2.2.3.2

Xử lí xỉ quặng bằng Cacbondioxit .................................................................. 20

CHƢƠNG 3 .......................................................................................................................................... 21
KẾT LUẬN ........................................................................................................................................... 21
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................................... 23
DANH MỤC HÌNH ẢNH..................................................................................................................... 24

iv


CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KHÍ CACBONDIOXIT
1.1 Đặc điểm hóa lý của khí Cacbondioxit
1.1.1 Cấu tạo phân tử và tính chất vật lý
Công thức phân tử: CO2
Công thức cấu tạo: O = C = O
Phân tử lƣợng: 44g/mol
Tỉ trọng riêng ở 25oC là 1,98kg/m3, nặng hơn không khí khoảng 1,5 lần.
(với độ dài liên kết C - O là 1,162Å và năng lƣợng trung bình của liên kết đó là
803kJ/mol.)
Phân tử Cacbon đioxit (C=O=C) chứa hai liên kết đôi và có hình dạng tuyến tính.
Nó không có lƣợng cực điện. Do nó là hợp chất đã bị oxi hóa hoàn toàn nên về mặt
hóa học nó không hoạt động lắm và cụ thể là không cháy.
Cacbon dioxit là một loại khí, gọi là khí Cacbonic, không có màu, có mùi, và vị

hơi chua. Nó nặng hơn không khí, dễ hóa lỏng và dễ hóa rắn (nđnc là -570C ở 5atm).
Ở áp suất 60atm và ngay ở nhiệt độ thƣờng, nó biết thành chất lỏng không màu và linh
động. Khi đƣợc làm lạnh đột ngột, chất lỏng biến thành khối rắn màu trắng giống nhƣ
tuyết, gọi là tuyết cacbonic.
Do có ba điểm nằm cao hơn áp suất của khí quyển (hình 1.1.1), tuyết cacbonic
không nóng chảy dƣới áp suất thƣờng mà thăng hoa ở -780C.

1


Hình 1.1: Giản đồ trạng thái của CO2
Vì lý do thăng hoa, CO2 hóa lỏng khi dãn nỡ tạo nên tuyết cacbonnic. Tuyết
cacbonnic sau khi đƣợc nén lại thì bay hơi tƣơng đối chậm nên làm cho không gian
xung quanh bị lạnh xuống rất nhiều. Dựa vào đó ngƣời ta dùng tuyết cacbonic hay còn
gọi là “nước đá khô” để bao quản và chuyên chở đồ chóng hỏng. Nƣớc đá khô trộn
với axeton hay clorofom đƣợc dùng làm hỗn hợp làm lạnh (gần -780C). Nƣớc đá khô
dƣợc dùng làm phƣơng tiện để thử thách các đồ dùng trƣớc khi đƣa vào sử dụng ở Bắc
Cực và Nam Cực. Ngày nay ngƣời ta còn có thể tạo ra mƣa nhân tạo bằng cách phun
CO2 lỏng để tạo thành tuyết cacbonic ở trên những tầng mây làm cho mây lạnh xuống
hóa thành mƣa.
Cacbodioxit rất bền về nhiệt, ở 15000C chỉ mới phân hủy thành CO và O2 với tỉ
lệ 1,5% và ở 20000C, tỉ lệ là 75%:
2CO2  2CO + O2,

ΔHo = 566kJ

1.1.2 Tính chất hóa học
Về mặt hóa học, Cacbon đioxit cũng khá bền. Nó không duy trì sự sống. Tuy
không có tác dụng độc nhƣng với nồng độ trên 3% ở trong không khí, trung ƣơng thần
kinh ta có thể bị rối loạn và đạt đến 10% có thể mất trí và đi đến chết vì sự hô hấp

ngừng lại.

2


Khí cacbonic không cháy và không duy trì sự cháy. Trên thực tế, ngƣời ta dùng
Cacbon đioxit ở dạng khí nén hay dạng lỏng để chữa cháy. Đối với những đám cháy
gây nên bỡi những kim loại có ái lực lớn với oxi nhƣ K, Mg, Al, Zn,… Cacbon đioxit
mất hiệu lực vì những kim loại đó vẫn cháy trong CO2. Ví dụ nhƣ nhôm cháy trong
CO2 theo phản ứng:
4Al + 3CO2 = 2Al2O3 + 3C
a) CO2 là oxit axit
 CO2 tan trong nƣớc tạo thành axit cacbonic (là một điaxit rất yếu)
Khí CO2 tan tƣơng đối nhiều trong nƣớc, 1lít nƣớc ở 00C hòa tan 1,7lít khí CO2.
Khi tan trong nƣớc phần lớn CO2 ở dƣới dạng đƣợc hidrat hóa và một phần nhỏ tƣơng
tác với nƣớc tạo thành acid cacbonic:
CO2 (k) + H2O  CO2 (dd)  H2CO3
Nhƣ vậy CO2 là anđrit của axit cacbonic nên thƣờng gọi là khí cacbonic. Dung
dịch axit cacbonic ở điều kiện thƣờng có pH≈4.
 CO2 tác dụng với oxít bazơ tạo thành muối
CaO + CO2



CaCO3

 CO2 tác dụng với dun g dịch bazơ tạo thành muối (và nƣớc)
NaOH + CO2  NaHCO3
2NaOH + CO2  Na2CO3 + H2O
Phản ứng của CO2 với dung dịch kiềm tạo thành muối nào tuỳ thuộc vào tỉ lệ số

mol của 2 chất tham gia phản ứng. Bài toán về phản ứng với dung dịch kiềm cũng là
dạng bài tập phổ biến nhất đối với CO2. Khi giải bài toán này, chúng ta thƣờng dựa
vào các định luật bảo toàn khối lƣợng, bảo toàn nguyên tố và bảo toàn điện tích.
b) CO2 bền, ở nhiệt độ cao bị nhiệt phân một phần và tác dụng đƣợc với các
chất khử mạnh
t

2CO2

0

 2CO + O2

CO2 + 2Mg → 2MgO + C
3


CO2 + C → 2CO
c)

CO2 còn đƣợc dùng để sản xuất ure

Ở điều kiện thƣờng, khí Cacbonic khô có thể kết hợp với khí anoniac khô tạo
thành amoni cacbamat:
CO2 + 2NH3

ONH4



O=C

NH2

(amoni cacbamat)
Muối này không bền, khi đun nóng trong khí quyển phân hủy thành CO2 và NH3.
Khi đun nóng đến 1800C dƣới áp suất 200atm, amoni cacbanmat sẽ mất nƣớc biến
thành urê:

ONH4
O=C

1.2

NH2

NH2
→ O=C

+H2O
NH2

Nguồn gốc phát sinh khí Cacbondioxit

1.2.1. Tự nhiên
Cacbon Đioxit nguyên thủy trong khí quyển của Trái Đất đƣợc tạo ra trong hoạt
động của các núi lửa, nó là cốt yếu để làm ấm và ổn định khí hậu đến sự sống. Hoạt
động núi lửa ngày nay giải phóng khoảng 130-230 triệu tấn cacbon đioxit mỗi năm.
Lƣợng khí này xấp xỉ 1% lƣợng Cacbon đioxit do các hoạt động của con ngƣời tạo ra.

Hình 1.2: Sự biến đổi của CO2 trong không khí
4


Các thay đổi của Cacbon đioxit từ thời Phanerozoic (542 triệu năm trƣớc). Thời
kì gần đây năm bên trái của biểu đồ, và nó dƣơng nhƣ là 550 triệu năm trƣớc thì nồng
độ Cacbon đioxit cao hơn đáng kể so với ngày nay.

Hình 1.3: Sự thải khí Cacbon Đioxit toàn cầu từ năm 1800 đến năm 2004
Sự phá rừng là nguyên nhân thứ hai. Năm 1997, các đám cháy than bùn ở
Indonesia có thể giải phóng tới 13%-40% lƣợng Cacbon Đioxit do nhiên liệu hóa
thạch tạo thành đám cháy than bùn.
1.2.2. Nhân tạo
Ô nhiễm do quá trình đốt nhiên liệu
Tất cả các sản phẩm do quá trình đốt nhiên liệu đều là các khí độc hại cho con
ngƣời. Nhất là quá trình đốt xảy ra không hoàn toàn. Ta có thể tóm lƣợc quá trình đốt
nhiên liệu tổng quát nhƣ sau:
Nhiên liệu + O2 => CO, CO2, SO2, NOx hydrocacbon và tro bụi.
Tuy nhiên tùy từng nhiên liệu và động cơ đốt cháy mà ta thu đƣợc những sản
phẩm khác nhau. Ta có thể phân biệt các nguồn gây ô nhiễm do đốt cháy nhiên liệu
thành các nhóm:
5


 Ô nhiễm do các phƣơng tiện giao thông
Loại động cơ máy nổ chạy bằng tia lửa điện luôn luôn hoạt động với hỗn hợp
nhiên liệu và không khí ở mọi chế độ vận hành nên rất khó bảo đảm cho quá trình cháy
đƣợc hoàn toàn.
Loại động cơ điezen thì chỉ có không khí đƣợc nén theo quá trình đoạn nhiệt ra
ngoài. Ở giai đoạn nén không khí, nhiên liệu đƣợc phun vào và khi tiếp xúc với không

khí nén ở nhiệt độ cao nó bốc cháy. Vì vậy mà quá trình cháy đƣợc hoàn toàn hơn.
Khi quá trình cháy không hoàn toàn do thiếu khí oxi hay do trong khi cháy nhiệt
độ ngọn lửa bị giảm thấp thì một số nguyên tử Cacbon và Hydro không đƣợc cung cấp
đủ năng lƣợng cần thiết để hình thành các gốc tự do và cho ra các sản phẩm cuối cùng
trong ngọn lửa là CO2 và H2O. Kết quả làm ngƣng trệ các phản ứng cháy ở những gian
đoạn cân bằng trung gian.
Phát thải các nguyên tử Cacbon hoặc kết hợp các nguyên tử với nhau thành muộn,
khói đen và mồ hóng-than chì.
 Ô nhiễm do nung nấu
Quá trình đin nấu bằng củi, than, rơm đều là quá trình cháy ở nhiệt độ ngọn lửa
thấp nên qua strình cháy cũng không hoàn toàn, sản phẩm sinh ra là các chất khí độc
nhƣ: CO2, CO, mồ hóng, bụi, khói đen…
 Ô nhiễm do các nhà máy nhiệt điện
Các chất độc hại thải ra khí quyển do đốt nhiên liệu ở các nhà máy nhiệt điện,
lƣợng nhiên liệu tiêu thụ rất lớn. Đây là nguồn ô nhiễm cực lớn thải vào khí quyển
hằng ngày. Vì vậy tại các nhà máy nhiệt điện cần phải quan tâm chú ý đến các kỹ thuật
tiến tiển trong quá trình đốt.
 Ô nhiễm trong công nghiệp luyện gang thép
Chất ô nhiễm từ công nghiệp sản xuất gang thép chủ yếu là: bụi, CO, CO2,
hydrocacbon, phenol, benzene, SO2, SO3, NH3, AsH3,… các sản phẩm này sinh ra từ
công đoạn sau:

6


Hình 1.4: So sánh lượng thải CO2 theo các dạng nguồn năng lượng khác nhau
1.3 Ảnh hƣởng của Cacbondioxit đối với môi trƣờng và con ngƣời
1.3.1. Đối với môi trƣờng
Ngƣợc lại với các quá trình phát sinh CO2, còn có quá trình “tiêu diệt CO2”. Đó
là các quá trình quang hợp thực vật, quá trình quang hợp ở thực vật, quá trình hòa tàn

CO2 của nƣớc (chủ yếu là nƣớc biển), sự lắng đọng xác sinh vật giầu Cacbon (các loại
vỏ đá vôi của sinh vật) và sự tạo thành hóa thạch, v.v…
Theo các tính toán của các nhà khoa học CO2 sau khi hình thành trong khí quyển
(dù có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo) đều có thể tồn tại từ 2 đến 4 năm. Trong thời
kỳ tồn tại, CO2 đủ thời gian để phát tán suốt dọc vùng xích đạo và ảnh hƣởng chung
đến bầu khí quyển trái đất và gây ra hiệu ứng nhà kính, hấp thụ mạnh tia hồng ngoại.

7


1.3.2. Đối với con ngƣời
Khí CO2 không phải là một khí độc, nhƣng khi nồng độ của chúng lớn thì sẽ làm
giảm nồng độ O2 trong không khí, gây nên cảm giác mệt mỏi. Khi nồng độ quá lớn có
thể dẫn đến ngạt thở, kích thích thần kinh, tăng nhịp tim và các rối loạn khác.
Trong các công trình dân dụng, chất độc hại trong không khí chủ yếu là khí
CO2 do con ngƣời thải ra trong quá trình sinh hoạt.
Bảng dƣới đây trình bày mức độ ảnh hƣởng của CO2 theo nồng độ của nó trong
không khí. Theo bảng này khi nồng độ CO2 trong không khí chiếm 0,5% theo thể tích
là có thể gây nguy hiểm cho con ngƣời. Nồng độ cho phép của CO2 trong không khí
thƣờng lấy là 0,15% theo thể tích.
Nồng độ CO2

Mức độ ảnh hƣởng

% thể tích
0,07

- Chấp nhận đƣợc ngay cả khi có nhiều ngƣời trong
phòng

0,10

- Nồng độ cho phép trong trƣờng hợp thông thƣờng

0,15

- Nồng độ cho phép khi dùng tính toán thông gió

0,20 - 0,50

- Tƣơng đối nguy hiểm

 0,50

- Nguy hiểm

4:5

- Hệ thần kinh bị kích thích gây ra thở sâu và nhịp thở
gia tăng. Nếu hít thở trong môi trƣờng này kéo dài
- Nếu thở trong môi trƣờng này kéo dài 10 phút thì

8

mặt đỏ bừng và đau đầu
18 hoặc lớn hơn

-Hết sức nguy hiểm có thể dẫn đến tử vong

Bảng1.1: Mức độ ảnh hưởng của CO2 theo nồng độ của nó trong không khí.

8


1.4 Điều chế
1.4.1 Trong phòng thí nghiệm
Trong phòng thí nghiệm ta thƣờng điều
chế khí CO2 từ CaCO3 và HCl (dùng bình kíp)
do đó khí CO2 thu đc còn lẫn 1 ít khí hdro
clorua và hơi nƣớc
CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2 + H2O
Hoặc có thể dùng trực tiếp ở dạng khí
nén hay lỏng đựng trong bình bằng thép

Hình 1.5: Dụng cụ điều chế khí CO2 trong
phòng thí nghiệm
1.4.2 Trong công nghiệp
Khí CO2 đƣợc sản xuất bằng cách đốt cháy hoàn toàn than trong oxi hay không
khí. Khí CO2 cũng là sản phẩm phụ của quá trình nung vôi, quá trình lên men rƣợu của
đƣờng glucozơ
men

C6H12O6 

CO2 + 2C2H5OH

1.5 Ứng dụng
Chúng ta sử dụng CO2 trong cuộc sống, công việc hàng ngày nhƣ là
 Khí CO2 làm lạnh thực phẩm: đƣợc dùng giống nhƣ Nitơ lỏng, và phù hợp
nhất cho các ứng dụng trộn lạnh sử dụng tuyết đá khô.

 Khí CO2 trong đóng gói thức uống.

9


 Khí CO2 ứng dụng trong dầu phục hồi tăng cƣờng: độ hòa tan của hydrocarbon
lỏng đƣợc dùng để làm tăng sự lƣu thông của dầu bằng cách giảm độ nhớt, tăng thể
tích và kích thích sự lƣu thông.
 Khí CO2 ứng dụng sơn: cargon dioxide siêu hạn đƣợc sử dụng nhƣ một chất
pha lỏng dùng trong sơn phun, làm giảm 80% dung môi hữu cơ.
 Khí CO2 ứng dụng chiết xuất thực phẩm: supercritical carbon dioxide đƣợc sử
dụng trong việc chiết xuất màu hƣơng vị trong thực phẩm nhằm loại bỏ dầu và chất
béo.
 Khí CO2 ứng dụng tách và chiết xuất trong công nghiệp: carbon dioxide siêu
hạn đƣợc dùng trong các quy trình dƣợc phẩm và hóa chất, hoặc là chất thay thế cho
dung môi gốc hydrocarbon trong việc tẩy nhờn kim loại.
 Khí CO2 ứng dụng tinh chế và nung chảy kim loại: dùng trong việc đổ khuôn
và đúc, tuyết carbondioxit đƣợc dùng để làm giảm sự hình thành oxide sắt.
 Xử lý nƣớc thải, phòng cháy chữa cháy
 Khí CO2 ứng dụng hỗ trợ sự sống: kết hợp với oxy và các khí khác để kích
thích việc thở nhanh hơn và sâu hơn và trợ giúp xử lý các vấn đề liên quan đến hô hấp.
1.6 Ý nghĩa
1.6.1. Ý nghĩa đối với động vật
Cacbon điôxít là sản phẩm cuối cùng trong cơ thể sinh vật có sự tích lũy năng
lƣợng từ việc phân hủy đƣờng hay chất béo với ôxy nhƣ là một phần của sự trao đổi
chất của chúng, trong một quá trình đƣợc biết đến nhƣ là sự hô hấp của tế bào. Nó bao
gồm tất cả các loài thực vật, động vật, nhiều loại nấm và một số vi khuẩn. Trong các
động vật bậc cao, cacbon điôxít di chuyển trong máu từ các mô của cơ thể tới phổi và
ở đây nó bị thải ra ngoài.
Hàm lƣợng cacbon điôxít trong không khí trong lành là khoảng 0,04%, và trong

không khí bị thải ra từ sự thở là khoảng 4,5%. Khi thở trong không khí với nồng độ
cao (khoảng 5% theo thể tích), nó là độc hại đối với con ngƣời và các động vật khác.

10


Cacbon điôxít có thể là một trong các chất trung gian để tự điều chỉnh việc cung
cấp máu theo khu vực. Nếu nồng độ của nó cao thì các mao mạch nở ra để cho nhiều
máu hơn đến các mô.
1.6.2.

Ý nghĩa đối với thực vật

Thực vật hấp thụ cacbon điôxít từ khí quyển trong quá trình quang hợp. Cacbon
điôxít đƣợc thực vật (với năng lƣợng từ ánh sáng Mặt Trời) sử dụng để sản xuất ra các
chất hữu cơ bằng tổ hợp nó với nƣớc. Các phản ứng này giải phóng ra ôxy tự do. Đôi
khi cacbon điôxít đƣợc bơm thêm vào các nhà kính để thúc đẩy thực vật phát triển.
Thực vật cũng giải phóng ra CO2 trong quá trình hô hấp của nó, nhƣng tổng thể thì
chúng làm giảm lƣợng CO2.
1.7 Lƣợng khí thải Cacbondioxit những năm gần đây
Lƣợng khí CO2 thải ra từ năm 2015 đến 2016 tăng mạnh, theo Báo cáo Khí Nhà
kính của Tổ chức Khí tƣợng Thế giới (WMO), Mother Nature Network hôm 30/10 đƣa
tin.
Nồng độ CO2 trong khí quyển trung bình năm 2016 là 403,3 phần triệu (ppm),
tăng so với mức 400 ppm năm 2015. Những số liệu này đƣợc tính sau khi các bể khí
nhƣ rừng hay biển đã hấp thụ bớt một lƣợng đáng kể khí CO2. Đây là mức CO2 cao
nhất trong 800.000 năm qua.
Ngoài việc lƣợng CO2 thải ra liên tục tăng, hiện tƣợng El Nino năm 2016 cũng
góp phần đáng kể khiến nồng độ CO2 trong khí quyển đạt ngƣỡng cao kỷ lục. Hiện
tƣợng thời tiết này gây ra những đợt hạn hán làm hạn chế khả năng hấp thụ CO2 của

Trái Đất.
Theo WMO (Tổ chức khí tƣợng thế giới), hiện tại nồng độ CO2 tƣơng đƣơng với
145% so với năm 1750 - thời đại cách mạng công nghiệp. Cùng với đó, khí methane
và NO đang ở mức lần lƣợt là 257% và 122%.

11


CHƢƠNG 2
PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI CACBONDIOXIT
2.1. Khái niệm của phƣơng pháp xử lý khí thải Cacbondioxit
Theo liên hiệp quốc thì sự biến đổi khí hậu là do sự gia tăng lƣợng CO2 trong bầu
khí quyển. Theo nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới thì bất kì sự biến
đổi khí hậu nào cũng liên quan đến lƣợng khí thải CO2. Trong khi đó ngành công
nghiệp hiện đại càng phát triển thì lƣợng phát thải CO2 càng lớn, con ngƣời càng đứng
trƣớc những nguy cơ, hiểm họa về sức khỏe. Việc xử lí khí thải CO2 hiện nay đang trở
thành vấn đề toàn cầu, mối quan tâm của toàn xã hội. Xử lí CO2 cần chú ý những gì?
Những vấn đề thƣờng gặp khi xử lí khí thải CO2 hiện nay? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu
về vấn đề này.
CO2 đƣợc biết đến bởi tác động của nó đối với hiện tƣợng biến đổi khí hậu toàn
cầu. Tuy nhiên CO2 có thể đƣợc tái chế thành nhiên liệu và hóa chất. Hiện nay, việc sử
dụng khí CO2 chƣa đƣợc ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp nhƣng cũng là
một dấu hiệu đáng mừng. Có thể giảm đƣợc lƣợng khí nhà kính phát sinh cũng đồng
thời tận dụng CO2 để phát triển các ngành công nghiệp.
2.2. Các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit
Hiện nay xử lí khí thải CO2 có rất nhiều các phƣơng pháp với nhiều ƣu, nhƣợc
điểm khác nhau nhƣng thông dụng và phổ biến nhất là các phƣơng pháp sau:
2.2.1. Xử lý Cacbondioxit bằng phƣơng pháp hấp thụ

12

Hình 2.1: Quy trình xử lý khí thải bằng phương pháp hấp thụ
 Khái niệm
Hấp thụ khí bằng chất lỏng là quá trình chuyển cấu tử khí từ pha khí vào trong
pha lỏng thông qua quá trình hòa tan chất khí trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc với
nhau.
 Phân loại
- Hấp thụ vật lý: không tƣơng tác hóa học là quá trình thuận nghịch
- Hấp thụ hóa học: có phản ứng hóa học
2.2.1.1 Phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit Hấp thụ bằng dung dịch etanolamin
Phản ứng hấp thụ CO2 bằng dung dịch mono etanolamin diễn ra nhƣ sau:
2RNH2 + CO2 + H2O => (RNH3)2CO3
(RNH3)2CO3 + CO2 + H2O => 2RNH3HCO3
2RNH2 + CO2 => RNHCOONH3R
Dung dịch hấp thụ đƣợc phục hồi bằng cách đun nóng.
Ƣu điểm: giá rẻ, khả năng phản ứng cao, ổn định, dẽ phục hồi.
Nhƣợc điểm: áp suất hơi cao và dung dịc tham gia phản ứng không thuận nghịch
với CO2
13


Để giảm áp suất hơi, ngƣời ta thƣờng dùng nƣớc rửa khí để thu hồi mono
etanolamin. Khi khí có chứa CO2, ngƣời ta sử dụng dietanolamin.
2.2.1.2 Phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit Hấp thụ bằng dung dịch amoniac
Phản ứng hấp thụ nhƣ sau:
2NH3 + CO2 => NH2COONH4
NH3 + CO2 + H2O => NH4HCO3
2NH3 + CO2 + H2O => (NH4)2CO3
Phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng để xử lý khí thải chứa 30% CO2

Ƣu điểm: Trong thực tế phƣơng pháp này cho phép giảm nồng độ khí CO2 từ
34% xuống còn 0,015% trong khi tổng hợp NH3.
Nhƣợc điểm: dung dịch NH3 rất dễ giải phóng khí NH3.
Dung dịch đƣợc phục hồi bằng cách đun nóng.
2.2.1.3 Các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit Hấp thụ bằng nƣớc
Phƣơng pháp xử lý khí CO2 bằng nƣớc là một phƣơng pháp khá đơn giản và
đƣợc áp dụng sớm nhất để loại CO2 ra khỏi khí thải. Bằng cách phun nƣớc vào dòng
khí hoặc cho khí CO2 đi qua lớp vật liệu đệm có tƣới nƣớc.

1. Tháp hấp thụ
2. Giải pháp thoát khí CO2
3. Thiết bị ngưng tụ
4. Thiết bị trao đổi nhiệt
5. Thiết bị trao đổi nhiệt
6. Bơm

Hình 2.2: Phương pháp hấp thụ xử lí khí Cacbon đioxit (CO2) bằng nước
14


Sơ đồ hệ thống xử lý CO2 bằng nƣớc bao gồm 2 giai đoạn:
+ Hấp thụ khí CO2 bằng cách cho phun nƣớc vào dòng khí thải hoặc cho khí thải
đi
qua lớp vật liệu đệm (vật liệu rỗng) có tƣới nƣớc – scrubber.
+ Giải thoát khí CO2 ra khỏi chất hấp thụ để thu hồi CO2 nếu cần và nƣớc sạch.
Phản ứng hấp thụ nhƣ sau:
H2O + CO2 => H+ + HCO3Hấp thụ CO2 bằng nƣớc có ý nghĩa công nghiệp trong xử lý áp suất cao, ví dụ
nhƣ khi tổng hợp NH3. Khả năng hấp thụ của nƣớc cao khi áp suất riêng phần của CO2
là 3  4 at, khi đó áp suất dƣ của khí tổng hợp NH3 lên đến 14at, điều đó làm hạn chế
ứng dụng của nó

Ƣu điểm: kết cấu thiết bị đơn giản, không tốn nhiệt, dung dịch rẻ, nƣớc trơ với
các khí CO2, O2 và các tạp chất khác.
Nhƣợc điểm: + Độ hòa tan của CO2 trong nƣớc quá thấp nên thƣờng phải dùng
một lƣợng nƣớc lớn và thiết bị hấp thụ phải có thể tích rất lớn, cồng kềnh.
+ Để tách khí CO2 hoàn toàn ra khỏi dung dịch thì phải nung nóng lên đến 1000C
nên tốn rất nhiều năng lƣợng và chi phí. Ngoài ra để sử dụng lại nƣớc cho quá trình
hấp thụ ta cần làm nguội nƣớc xuống gần 100C cho nên cần dùng đến nguồn cấp lạnh.
Đây là một vấn đề khá phức tạp và tốn kém.
=> Vậy phƣơng pháp xử lý khí CO2 bằng nƣớc chỉ áp dụng khi:
 Nồng độ ban đầu của khí CO2 trong khí thải tƣơng đối cao.
 Phải có sẵn nguồn cấp nhiệt (hơi nƣớc) với giá rẻ.
 Phải có sẵn nguồn cấp lạnh.
 Có thể xả đƣợc nƣớc có ít axit ra sông ngòi.

15


2.2.1.4 Hấp thụ Cacbondioxit bằng huyền phù CaCO3(sữa vôi: Ca(OH)2)
Phƣơng pháp xử lý khí CO2 bằng sữa vôi là một trong những phƣơng pháp đƣợc
áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp do việc hiệu quả xử lý của khí rất cao,
nguyên liệu rất rẻ tiền và có sẵn ở nhiều nơi.
Ca(OH)2 + CO2 →CaCO3 + H2O
CaO + CO2 → CaCO3

Hình 2.3: Hấp thụ CO2 bằng huyền phù CaCO3
Nguyên lý làm việc:
Khói thải sau khi đƣợc lọc sạch tro bụi đi vào scrubber số 1, xảy ra quá trình hấp
thụ khí CO2 bằng dung dịch sữa vôi đƣợc tƣới trên lớp đệm bằng các vật liệu rỗng.
Nƣớc chứa acid sẽ chảy ra từ scrubber có chứa nhiều Cacbonnat dƣới dạng tinh thể:
CaCO3.2H2O và còn ít tro bụi sót lại sau bộ lọc tro bụi, ta cần tách các tinh thể trên ra

khỏi dung dịch bằng bộ phận tách tinh thể số 2.
Thiết bị số 2 là bình rỗng cho phép dung dịch lƣu lại một thời gian đủ để hình
thành các tinh thể CanxiCacbonat. Sau đó bộ phận tách tinh thể 2, dung dịch một phần

16


đi vào tƣới cho Scrubber, còn lại sẽ đƣợc đi qua bình lọc chân không số 3, các tinh thể
sẽ bị giữ lại dƣới dạng cặn bùn rồi đƣợc thải ra ngoài.
Đá vôi sẽ đƣợc đập vụn, nghiền thành bột rồi cho vào thùng số 6 để pha trộn với
dung dịch loãng chảy ra từ bộ lọc chân không số 3 và với lƣợng nƣớc bổ sung đƣợc
các dung dịch sữa vôi mới.
Hấp thụ CO2 bằng sữa vôi đạt 98%. Sức cản khí động của hệ thống nhỏ hơn hoặc
bằng 20 mm H2O.
Nguyên liệu vôi đƣợc sử dụng một cách hoàn toàn, cặn từ hệ thống xử lý khí thải
ra có thể đƣợc sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyển Canxioxit
thành Cacbonnat
Ƣu điểm: quy trình công nghệ đơn giản, chi phí cho các hoạt động thấp, chất hấp
thụ dễ tìm kiếm, có khả năng xử lý khí CO2 mà không cần quá trình làm nguội và xử
lý sơ bộ, có thể chế tạo thiết bị bằng vật liệu thông thƣờng, không cần các vật liệu
chống ăn mòn (axit) và nó không cần chiếm nhiều diện tích xây dựng.
Nhƣợc điểm: thiết bị dễ đóng cặn vì việc tạo thành CaCO3, sẽ gây ra tắc các
đƣờng ống và ăn mòn các thiết bị có liên quan.
2.2.1.5 Hấp thụ Cacbondioxit bằng dung dịch kiềm
Thƣờng sử dụng chất hấp thụ là NaCO3.
Phản ứng hấp thụ nhƣ sau:
NaCO3 + CO2 + H2O => 2NaHCO3
Vận tốc hấp thụ nhỏ, để tăng vận tốc hấp thụ ngƣời ta thƣờng dùng xúc tác là
methanol, etanol, đƣờng,…
Dung dịch đƣợc phục hồi bằng cách đun nóng bằng hơi nƣớc.

Nhƣợc điểm: hiệu quả hấp thụ thấp và tốn nhiều hơi nƣớc để phục hồi dung dịch.
Do đó, để tăng hiệu quả hấp thụ, ngƣời ta cho vào dung dịch một lƣợng dƣ
NaOH và dung dịch không tái sinh mà dung vào mục đích khác.

17


2.2.2. Phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit bằng hấp phụ

Hình 2.4: Quy trình xử lý CO2 bằng phương pháp hấp phụ
 Khái niệm
Hấp thụ là hiện tƣợng (quá trình) gây ra sự tăng nồng độ của một chất trên bề mặt
tiếp xúc giữa hai pha (rắn-khí, rắn-lỏng, lỏng-khí).
Hấp thụ là sự hút các phân tử khí, hơi bỡi bề mặt chất hấp phụ.
Trong công nghiệp ta thƣờng tiến hành quá trình hấp phụ để làm sạch và sấy khô
không khí, tách các hỗn hợp khí thành từng phần tử, tiến hành quá trình xúc tác dị thể
trên bề phân chia pha.
 Phân loại
- Hấp phụ vật lý: là loại hấp phụ gây ra do tƣơng tác yếu giữa các phân tử, lực
tƣơng tác là lực VanderWaals, dạng hấp phụ này gọi là hấp phụ phân tử hay hấp phụ
VanderWaals.
-Hấp phụ hóa học: là loại hấp phụ gây ra do tƣơng tác mạnh giũa các phân tử và
tạo ra hợp chất bề mặt giữa bề mặt chất hấp phụ và các phần tử bị hấp phụ, đƣợc tạo ra
do lực hóa học, nhiệt độ thấp, tốc độ hấp phụ hóa học chậm, khi nhiệt độ hấp phụ hóa
học tăng nhƣng lại làm giảm quá trình hấp phụ vật lý.

18


2.2.2.1 Hấp phụ vật lý của các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit

Hấp phụ là sự lôi cuốn các phần tử vật khí, hơi bởi các bề mặt chất rắn. Ứng
dụng phƣơng pháp hấp phụ là để làm sạch khí có hàm lƣợng tạp chất khí và hơi nhỏ.
Trong công nghiệp ta thƣờng tiến hành quá trình hấp phụ để làm sạch và sấy khô
không khí, tách các hỗn hợp khí thành từng phần tử, tiến hành quá trình xúc tác dị thể
trên bề phân chia pha.
Hấp phụ gồm: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
2.2.2.2 Hấp phụ hóa học của các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit
Là kết quả giữa sự tƣơng tác hóa học với chất rắn và chất bị hấp phụ.
Nhiệt phát ra trong quá trình hấp phụ hóa học thƣờng có nhiệt độ phản ứng lớn.
Quá trình thƣờng xảy ra là quá trình không thuận nghịch.
2.2.2.3 Áp dụng của hấp phụ của các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit
Trong các ngành công nghiệp hóa chất, thực phẩm, quá trình hấp phụ thu thƣờng
dùng để:
– Thu hồi các cấu tử trong các pha khí
– Làm sạch trong các pha khí
– Tách hỗn hợp để tạo thành các cấu tử riêng biệt
– Tạo thành một dung dịch sản phẩm.
2.2.2.4 Lựa chọn dung môi của các phƣơng pháp xử lý khí Cacbondioxit
Nếu dung môi của quá trình là tách các cấu tử hỗn hợp khí đó, thì việc lựa chọn
dung môi tốt thƣờng phụ thuộc vào các yếu tố:
– Độ hòa tan tốt: có tính chọn lọc có ý nghĩa chỉ hòa tan những cấu tử cần tách và
hòa tan không đáng kể các cấu tử còn lại. Đây là một trong những điều kiện quan trọng
nhất.
– Độ nhớt của dung môi: Độ nhớt càng bé thì trở lực quá trình càng nhỏ dẫn đến
sẽ làm tăng tốc độ hấp thu và có lợi cho quá trình truyền khối.

19