Tiểu luận : Các chất ô nhiễm chính phát thải từ động cơ diesel và tác hại

TIÊU LUÂN : CAC CHÂT Ô NHIÊM CHINH PHAT
̉
̣
́
́
̃
́
́ 
THAI T
̉ Ừ ĐÔNG C
̣
Ơ DIESEL VA TAC HAI
̀ ́
̣
I.Khai quat chung:
́
́
Ô nhiễm không khí là hậu quả từ các hoạt động của cuộc sống hiện đại như : 
sự gia tăng tiêu thụ năng lượng, sự phát triển của các ngành công nghiệp mũi 
nhọn : công nghiệp luyện kim, hóa học, giao thông đường bộ và hàng không, v.v. 
Ô nhiễm có nguồn gốc từ ba nguồn chính : nguồn gốc thiên nhiên (thực vật, 
đất), nguồn gốc cố định (sưởi ấm gia đình, sản xuất điện, công nghiệp), và giao 
thông. Thực vậy, ôtô và các phương tiện vận chuyển là một phần nguyên nhân 
trong tình trạng mô trường ô nhiễm như ngày nay. 
1. Ô nhiễm khí thải : tổng quan
Các hợp chất ô nhiễm chính trong khí thải có thể chia làm hai nhóm : khí và hạt 
rắn. Người ta phân biệt các chất ô nhiễm sơ cấp được thải ra từ các nguồn xác 
định (CO, HC,…) với các chất ô nhiễm thứ cấp (O3, …) được sản sinh ra từ các 
phản  ứng giữa các chất ô nhiễm sơ  cấp với nhau dưới tác động của điều kiện 
môi trường như bức xạ mặt trời.
Nhìn chung chất gây ô nhiễm môi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau :

Dioxyde de carbone (CO2), sản phẩm của quá trình oxi hóa hoàn toàn nhiên 
liệu
Monoxyde de carbone (CO), đến từ quá trình oxi hóa không hoàn toàn 
nhiên liệu
Oxyde d’azote (NOx), bao gồm monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d’azote 
(NO2).
Các hạt rắn, sản phẩm của các quá trình hình thành phức tạp.
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV­composés organiques volatils), là 
các hợp chất hóa học hữu cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện 
bình thường có thể bay hơi một lượng đáng kể vào không khí. Về thành 
phần COV là sự kết hợp giữa các hydrocarbure (như alcane, 
alcène, aromatique, …) và các hợp chất chứa oxi (aldéhyde, kétone, …).
Các hợp chất hữu cơ đa vòng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – 
HAP), như benzoapyrene


Dioxyde de sulfure (SO2), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu.
Các kim loại, có trong dầu và nhiên liệu.
Những   chất   ô   nhiễm   này   thải   ra   môi   trường   sẽ   dẫn   đến   rất   nhiều   ảnh 
hưởng taihại cho sức khỏe và môi trường. Một vài chất trong đó sẽ  góp phần 
hình thành sương mù trong đô thị  (brouillards urbains), mưa acide từ  SO2 và 
NOx. Trong đó NOx và VOCs là nguyên nhân gây ra các phản ứng khác nhau dẫn  
đến sự  hình thành ozone  ở  tầng đối lưu của khí quyển. Các hydrocarbon chưa 
cháy gây ra bệnh ung thư, còn các hạt rắn, đặc biệt là các hạt rắn nhỏ, rất nguy  
hiểm cho sức khỏe, vì nó có thể đi vào trong phổi, gây ra các bệnh về hô hấp.
2. Ô nhiễm khí thải động cơ Diesel :
Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành năng 
lượng cơ học. Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong quá trình cháy 
lý tưởng, nó chỉ sinh ra CO2 và H2O. Trong thực tế người ta quan sát thấy một 
vài sản phẩm khí và rắn khác. Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của 

các tạp chất chứa trong các HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác 
liên quan đến sự phức tạp của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình 
cháy. 
2.1. Cấu trúc suie Diesel
Suie Diesel được tạo thành từ nhiều hạt rắn có kích thước khoảng 0,3  mm. Các 
hạt rắn này lại được tạo thành từ các hạt carbone nhỏ hơn có bán kính khoảng 
10 – 60 nm liên kết lại với nhau thành dạng chuỗi hay agrégat, có hình thù « kết  
túm » (floconneux) đặc trưng, và có thể coi hạt suie Diesel là một hỗn hợp của  
các cấu tử hữu cơ và vô cơ 
Suie được tạo nên từ một pha rắn ở tâm và một pha ngưng tụ trên bề mặt. Tâm 
của suie là than carbone, pha ngưng tụ thực chất là các chất hữu cơ gồm các 
hydrocarbon ngưng tụ trong pha lỏng trên bề mặt (SOF) và các sufates.
Các sulfates trong khí thải động cơ Diesel có nguồn gốc từ các chất hữu cơ chứa 
lưu huỳnh trong nhiên liệu. Khi nhiên liệu cháy, lưu huỳnh trong các hợp chất 
hóa học này chuyển thành SO2, và sau đấy một phần (khoảng 2%) sẽ bị oxi hóa 
thành SO3. SO3 sau đó sẽ  phản  ứng với nước để  tạo thành các giọt lỏng acide  
sulfurique.
2.2. Ảnh hưởng của hạt rắn suie lên môi trường và sức khỏe.
Các hạt suie thải ra từ động cơ Diesel có ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng  
như sức khỏe con người. Thực vậy, các hạt rắn này góp phần tạo thành các đám 
bụi lơ  lửng trong môi trường đô thị. Kích thước của hạt suie đóng một vai trò 


quan trọng. Hạt càng nhỏ, chúng càng lơ lửng lâu trong không khí, và khi đi vào 
phổi, thời gian chúng lưu lại càng lâu. Đối với những hạt có đường kính lớn hơn 
10 mm, chúng dễ  dàng bị  đẩy ra khỏi đường hô hấp; các hạt có từ  3 – 10 mm, 
chúng dễ  dàng lưu lại  ở khí quản và phế  quản; dưới 3 mm, các hạt này có thể 
thâm nhập vào tận các phế  nang của phổi (les alvéoles pulmonaires), và có thể 
thâm nhập vào máu. Rõ ràng các hạt rắn này là nguồn gốc của các bệnh về  hô 
hấp thường gặp như: hen suyễn, viêm phế quản, và ung thư phổi.

II.Cac ph
́ ương phap:
́
1.Các công nghệ xứ lý suie :

Người ta đã nghiên cứu nhiều công nghệ lọc suie thải ra từ động cơ Diesel. Một  
số thiết bị lọc cho kết quả khá tốt như : bộ lọc vách xốp bằng ceramique dạng 
monolithe (cordiérithe), vải kim loại (toiles métalliques), hoặc bọt kim loại hoặc  
ceramique. Co cac ph
́ ́ ương phap sau :
́
­Phương pháp nhiệt
     Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là cả bộ lọc và khí thải động cơ 
sẽ được gia nhiệt đến một nhiệt độ tối thiểu cần thiết để có thế bắt đầu 
quá trình cháy của hạt rắn. Để nâng nhiệt độ của bộ lọc, người ta có thể 
dùng một trong các cách sau :
+ Sử dụng năng lượng điện để gia nhiệt nhờ vi sóng (micro­ondes), bằng 
cách dùng một bộ lọc làm bằng vật liệu bán dẫn, hoặc bằng cách lắp đặt 
bộ lọc ceramique có dây gia nhiệt.
+ Người ta có thể gia nhiệt bộ lọc bằng một brûleur với hệ thống tự động có 
hai lớp lọc : khí thải được nạp qua lớp lọc thứ nhất, trong khi đó lớp thứ 
hai chứa đầy hạt rắn sẽ được tái sinh đồng thời nhờ brûleur.
      Các phương pháp này gặp khá nhiều vấn đề  về  mặt  ứng dụng, như  hệ 
thống choáng nhiều chỗ lắp đặt trên ôtô, và cũng khá đắt.
­Phương pháp xúc tác
     Mục đích của phương pháp này là giảm nhiệt độ tối thiểu cần thiết cho 
quá trình đốt cháy suie nhờ sử dụng các xúc tác oxi hóa toàn phần 
(oxidation totale). Tuy nhiên hiệu quả của các vật liệu này không những 
phụ thuộc vào hoạt tính oxi hóa của xúc tác, mà còn phụ thuộc vào tính 

chất tiếp xúc (qualité de contact) của chúng với suie. Sự tiếp xúc của hai 
pha rắn (suie – catalyseur) càng « chặt », hiệu quả xúc tác càng ca


2. Các phương pháp khử suie bằng xúc tác
Ngày nay người ta đều công nhận rằng nếu tiếp xúc giữa xúc tác và suie không 
« bền chặt » (contact intime intense), hiệu quả của xúc tác trong quá trình cháy  
suie là không đáng kể. Và những nghiên cứu để đạt được sự tiếp xúc tốt nhất có  
thể  giữa hai pha rắn này đã làm nảy sinh ra hai dạng xúc tác : xúc tác nội  
(catalyse interne) và xúc tác ngoại (catalyse externe).
Xúc tác nội :
o

Giải pháp đầu tiên là thêm trực tiếp vào nhiên liệu một lượng rất bé  
(0,03 đến 0,1 g/l) các phụ gia có nền tảng là các hợp chất cơ kim nhằm  
cải thiện quá trình cháy trong động cơ. Các phụ gia này đóng vai trò 
xúc tác vì các kim loại được sinh ra sau khi nhiên liệu cháy (Ni, Cu,  
Mo, Mn, Zn, Ca, Ba…) [3] sẽ bám trên hạt suie dưới dạng các oxide vô 
cơ  và có hoạt tính xúc tác cao. Các xúc tác này  ở  trong các hạt rắn và 
hoàn toàn đảm bảo sự tiếp xúc chặt với suie, tuy nhiên cũng không thể 
tránh khỏi phụ gia sẽ bám lên bộ lọc. Điều này sẽ làm cho các lỗ xốp  
của nó bị nghẽn trong một thời gia ngắn.

o

Giải pháp thứ hai là thêm phụ  gia vào dòng khí thải của động cơ  một 
cách liên tục hoặc gián đoạn. Người ta dùng các đồng phân hữu cơ của  
đồng (Cu) làm phụ  gia. Và nhược điểm của phương pháp này cũng 
giống như phương pháp thứ nhất.

Xúc tác ngoại :

       

o

Giải pháp này liên quan đến việc dùng một bộ lọc xúc tác có khả năng  
giảm nhiệt độ  cháy của suie, cũng như  có thể  đốt một cách liên tục  
nhằm tránh việc các lỗ  xốp của bộ  lọc bị  bít lại do suie bám lên quá 
nhiều. Với phương pháp này người ta không phải thêm vào một hệ 
thống tái sinh phụ, mà nó cũng không  ảnh hưởng đến hoạt động của 
động cơ như các phương pháp thêm phụ gia ở trên.

o

Nhưng vấn đề  đặt ra với bộ lọc xúc tác là việc đảm bảo tiếp xúc tốt 
giữa hai pha rắn suie­xúc tác. Hiện nay, đây là nguyên nhân chính cản 
trở  khả  năng  ứng dụng của phương pháp này vào thực tế, chứ  không 
phải vấn đề  hoạt tính của xúc tác không đảm bảo. Tuy nhiên ở  phạm  
vi nghiên cứu người ta đã đề ra rất nhiều dạng xúc tác dùng cho bộ lọc 
xúc tác. Các xúc tác này có thể là các kim loại hiếm (Ni, Pt, …)  [4], các 
xúc tác đơn (MnOx, La2O3, CeO2, MgO, Fe2O3, Al2O3, VOx) [5­8], hoặc 
các   xúc   tác   phức   tạp   hơn   đặc   biệt   là   xúc   tác 


dạng pérovskite (chromites [9­11],   lanthanides [9],   cobaltites [11], 
manganites [3, 11])
o

Trong các nghiên cứu gần đây người ta quan tâm nhiều đến các xúc tác 

có cấu trúc phức tạp,  đặc biệt là xúc tác dựa trên các oxyde dạng 
pérovskite. Các   oxyde   đặc   biệt   này,   thường   có   công   thức   chung   là 
ABO3, thu hút sự quan tâm ở chỗ người ta có thể tác động vào vị trí A 
và/hoặc vị trí B để  thay thế  (riêng phần) bằng một ion của nguyên tố 
khác.

III.Kêt luân:
́
̣
Ngày nay ô nhiễm môi trường ngày càng trở thành một vấn đề nhức nhối với 
con người. Trong đó một phần không nhỏ nguyên nhân có nguồn gốc từ khí thải 
động cơ. Động cơ Diesel được công nhận có nhiều ưu thế vượt trội nhưng loại 
động cơ này vẫn tồn tại nhiều nhược điểm ở khía cạnh môi trường, đặc biệt là 
việc thải suie. Suie Diesel là một hợp chất có cấu trúc phức tạp mà quá trình 
hình thành của nó vẫn còn là một vấn đề đang nghiên cứu. Việc nắm rõ cấu 
trúc, đặc điểm, và quá trình hình thành của suie có vai trò quan trọng trong việc 
nghiên cứu các phương pháp khử suie. Người ta đã và đang nghiên cứu nhiều 
phương pháp khác nhau để oxy hóa suie, như phương pháp nhiệt, xúc tác, … Nói 
chung mỗi phương pháp đều có nhưng ưu và nhược điểm nhất định. Trong đó 
bộ lọc xúc tác có vẻ là một phương pháp tối ưu nhất. Phương pháp này thể hiện 
nhiều ưu điểm vượt trội, tuy nhiên việc tái sinh bộ lọc sau một thời gian sử 
dụng vẫn còn là một vấn đề cần được tiếp tục cải thiện. Và trong các chất xúc 
tác dùng cho bộ lọc xúc tác, các oxyde dạng perovskite chiếm được nhiều quan 
tâm vì hoạt tính xúc tác cao, và kinh tế.