Nghiên cứu xử lý khí thải chứa co bằng phương pháp xúc tác ở nhiệt độ thấp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỌ TÊN: NGUYỄN THỊ BÍCH THẢO

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÍ THẢI CHỨA CO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP XÚC TÁC Ở NHIỆT ĐỘ THẤP
LOW TEMPERATURE CATALYTIC OXIDATION OF
CARBON MONOXIDE FROM FLUE GAS
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2019


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: Nguyễn Nhật Huy, Tiến Sĩ
Cán bộ chấm nhận xét 1: Tiến sĩ, NCV Cao cấp – Nguyễn Quốc Bình
Cán bộ chấm nhận xét 2: Tiến sĩ. Lê Anh Kiên
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
ngày 05 tháng 07 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. Nguyễn Phước Dân
2. TS. NCV Cao cấp – Nguyễn Quốc Bình
3. TS. Lê Anh Kiên
4. TS. Võ Thị Thu Hằng
5. TS. Võ Nguyễn Xuân Quế

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

PGS. TS. Nguyễn Phước Dân


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ BÍCH THẢO

MSHV: 1670870

Ngày, tháng, năm sinh: 06/01/1993

Nơi sinh: Quảng Nam

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

Mã số : 60520320

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu xử lý khí thải chứa CO bằng phương pháp xúc tác ở

nhiệt độ thấp
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

-

Tổng quan tình hình nghiên cứu
Xây dựng mơ hình xử lý CO với quy mơ phịng thí nghiệm
Tổng hợp và thử nghiệm các vật liệu xúc tác CuO/Al2O3, CoOx/Al2O3,
Cr2O3/Al2O3, CuO/ OMS-2, CuO-MnOx/ OMS-2 và CuO-MnOx/ Zeolite
bằng phương pháp thủy nhiệt và phương pháp tẩm
Xác định các đặc trưng cấu trúc của vật liệu bằng phương pháp đo diện
tích bề mặt riêng (BET), phổ dao động hồng ngoại (FTIR), phổ nhiễu xạ

tia X (XRD), phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS), hình ảnh (SEM) và phân
tích nhiệt trọng trường (TGA).
- Xác định các điều kiện phù hợp cho q trình oxy hóa CO: nhiệt độ, lưu
lượng, khối lượng xúc tác, nồng độ, và đánh giá độ bền của xúc tác
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2018
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/06/2019
IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN NHẬT HUY
Tp. HCM, ngày . . . tháng .. . . năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN


LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn tới q Thầy, Cơ Trường Đại học Bách Khoa
Tp.HCM nói chung và quý Thầy, Cô trong Khoa Môi trường và Tài Nguyên nói riêng
đã tận tâm truyền đạt kiến thức quý báu và tạo điều kiện để giúp tôi trong thời gian học
tập và làm việc tại trường.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy Nguyễn Nhật Huy là
người đã gợi mở cho tôi các ý tưởng, tạo điều kiện thuận lợi nhất và hướng dẫn tôi trong
suốt thời gian nghiên cứu thạc sĩ bằng tất cả tâm huyết và sự quan tâm hết mực của một
người Thầy đối với học viên.
Tôi xin cảm ơn cán bộ quản lý thí nghiệm tịa nhà H2, cùng các em học viên trong
phịng thí nghiệm tại cơ sở 2 của trường Đại học Bách Khoa đã giúp đỡ tơi trong q
trình làm thực nghiệm.
Tơi cũng xin cảm ơn chân thành Thầy Nguyễn Trung Thành cùng quý Thầy, Cô
trường Đại học An Giang, đặc biệt là Bộ phận quản lý Khu Thí nghiệm – Thực hành
cũng đã tạo điều kiện hỗ trợ cho tơi trong q trình làm thực nghiệm.
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình tơi, những người thân, bạn bè và đồng nghiệp
luôn bên cạnh tôi, động viên tinh thần, thời gian và vật chất để tơi có động lực hồn
thành nghiên cứu như mong muốn.
Trân trọng cảm ơn!

TP.HCM, ngày … tháng… năm 2019
Học viên

Nguyễn Thị Bích Thảo

ii

TĨM TẮT
Khí CO là một trong những khí thải sinh ra từ lò hơi đốt biomass vốn phổ biến ở các
doanh nghiệp vừa và nhỏ ở Việt Nam. Bản thân khí CO là một khí trơ khơng thể xử lý
bằng các phương pháp truyền thống và một trong những phương pháp xử lý CO có hiệu
quả là phương pháp oxy hóa có sử dụng xúc tác. Trong nghiên cứu này, các vật liệu xúc
tác được nghiên cứu là oxit kim loại chuyển tiếp được tổng hợp bằng phương pháp tẩm
trong điều kiện phịng thí nghiệm và được sử dụng với vai trị xúc tác trong phản ứng
oxy hóa CO. Trong đó, vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 với sự kết hợp giữa oxit
đồng và oxit mangan tạo thành các hạt nano lưỡng oxit đồng -mangan (tỷ lệ Cu : Mn =
6:4) được tẩm lên chất mang OMS-2 với tỷ lệ 15% khối lượng vật liệu được chọn là vật
liệu phù hợp cho q trình oxy hóa CO. Các đặc trưng của vật liệu xúc tác được xác
định bằng các phương pháp như đo diện tích bề mặt riêng; nhiễu xạ tia X; phổ tán xạ
năng lượng tia X; phổ dao động hồng ngoại; hiển vi điện tử quét và phân tích nhiệt
trọng trường.
Trong quá trình khảo sát điều kiện phù hợp cho phản ứng oxy hóa CO, thí nghiệm
được tiến hành với vật liệu CuO-MnOx/ OMS-2 cho thấy hiệu quả xử lý giảm nhanh khi
tăng lưu lượng dịng khí từ 0,5 L/phút đến 1,25 L/phút; khối lượng xúc tác phù hợp là 1
g; nồng độ đầu vào khoảng 2300 ppm; và hiệu quả xử lý tăng lên khi tăng nhiệt độ phản
ứng. Các kết quả thí nghiệm chứng tỏ rằng vật liệu CuO-MnOx/OMS-2 có hoạt tính xúc
tác cao nhất với hiệu quả xử lý CO đạt 98,74% tại nhiệt độ phản ứng 200 oC. Điều này
được giải thích tuân theo cơ chế Mars-Van-Krevelen với sự tồn tại của cặp oxy hóa khử Cu2+-O2--Mn4+↔Cu+--Mn3+ + O2 trong cấu trúc của vật liệu. Nồng độ CO sau quá
trình xử lý đạt quy chuẩn QCVN 19: 2009/BTNMT Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về khí
thải cơng nghiệp đối với bụi và các chất vơ cơ. Như vậy, vật liệu xúc tác CuOMnOx/OMS-2 là một chất xúc tác tiềm năng trong việc ứng dụng để xử lý CO trong khí
thải lị hơi đốt biomass.
Từ khóa: oxit cacbon, oxy hóa, chất xúc tác, kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí.

iii

ABSTRACT
CO is one of the most popular pollutants generated by biomass boiler which is popular
in small and medium enterprises in Vietnam. CO gas is an inert gas that cannot be treated
by traditional methods and one of the effective CO treatments is catalytic oxidation. In
this study, we synthesized different catalytic materials of transition metal oxides by
impregnation and applied it for CO oxidation. In particular, CuO-MnOx/OMS-2
catalytic materials with a combination of copper oxide and manganese oxide with
Cu/Mn ratio of 6:4 impregnated with OMS-2 at oxides/OMS2 ratio of 15% was the most
effective catalyst for CO oxidation. The characteristics of catalytic materials were
determined by methods such as Brunauer-emmett - teller measurement, X-ray
diffraction, energy-dispersive X-ray spectroscopy, Fourier transform infrared
spectroscopy, scanning electron microscopy, and thermogravimetric analysis.
In CO oxidation test, the experiment was conducted with CuO-MnOx/OMS-2
material showing that the removal efficiency decreased rapidly with the increase of air
flowrate from 0.5 to 1.25 L/min and temperature from 50 to 500oC. The suitable
condition was found with catalyst amount of 1 g, input concentration of ~ 2300 ppm,
where CO removal efficiency reached 98.74% at 200oC. The reaction follows MarsVan-Krevelen mechanism with the presence of Cu2+-O2--Mn4+ ↔ Cu+--Mn3+ + O2
redox in the structure of the material. Concentration of outlet CO met QCVN 19:
2009/BTNMT National technical regulation on industrial emissions for dust and
inorganic substances. Therefore, CuO-MnOx/OMS-2 catalyst material is a potential
catalyst for treatment of CO in flue gas of boiler.
Index Terms: carbon monoxide, oxidation, catalyst, air pollution control

iv


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu thu thập
và kết quả phân tích trong bài báo cáo là trung thực, không sao chép từ bất cứ đề tài
nghiên cứu khoa học nào khác trừ những phần đã được trích dẫn.

Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tơi đã trình bày trong luận
văn này.
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019
Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Bích Thảo

v


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ...........................................................................................................ii
TÓM TẮT

......................................................................................................... iii

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... v
MỤC LỤC

.......................................................................................................... vi

DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. x
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................xii
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................3

1.3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................3
1.3.1.

Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................3

1.3.2.

Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................3

1.4.

Nội dung nghiên cứu ......................................................................................3

1.5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................4

1.6.

1.5.1.

Ý nghĩa khoa học ..................................................................................4

1.5.2.

Ý nghĩa thực tiễn ..................................................................................4

Tính mới của đề tài .........................................................................................5

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ................................................................................... 6
2.1.

2.2.

Khí thải lị hơi đốt sinh khối ...........................................................................6
2.1.1.

Thành phần và nguồn gốc chất ô nhiễm ...............................................6

2.1.2.

Kiểm sốt ơ nhiễm khí thải lị hơi ........................................................6

2.1.3.

Tác hại của khí thải lị hơi đến mơi trường ..........................................7

Giới thiệu về khí cacbon monoxit (khí CO) ...................................................9
2.2.1.

Cấu tạo phân tử .....................................................................................9

2.2.2.

Tính chất vật lý của CO ......................................................................10

2.2.3.

Tính chất hóa học của CO ..................................................................10

2.2.4.

Các nguồn tạo ra CO ..........................................................................11

2.2.5.

Ảnh hưởng của khí CO .......................................................................13

2.2.6.

Các giới hạn nồng độ cho phép của CO trong mơi trường ................14

2.2.7.

Phương pháp xử lý khí CO .................................................................15
vi


2.2.8.
2.3.

2.4.

Xử lý khí CO bằng phương pháp oxy hóa .........................................17

Xúc tác ..........................................................................................................19
2.3.1.

Các loại xúc tác và ứng dụng trong xử lý khí thải cơng nghiệp .........20

2.3.2.

Cơ chế oxi hóa CO trên hệ xúc tác oxit kim loại [22]........................21

Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ..................................................23
2.4.1.

Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................23

2.4.2.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới .....................................................24

CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 29
3.1.

Sơ đồ nội dung nghiên cứu ...........................................................................29

3.2.

Vật liệu thí nghiệm .......................................................................................30

3.3.

3.4.

3.2.1.

Bình khí CO ........................................................................................30

3.2.2.

Hệ thống thí nghiệm kiểm tra hoạt tính xúc tác .................................30

3.2.3.

Nước cất ............................................................................................. 30

3.2.4.

Các hóa chất, thiết bị và dụng cụ sử dụng trong phân tích ................30

Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................31
3.3.1.

Phương pháp lý thuyết........................................................................31

3.3.2.

Mơ hình nghiên cứu............................................................................31

3.3.3.

Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu ............................................33

3.3.4.

Phương pháp xác định các đặc trưng của vật liệu .............................. 33

3.3.5.

Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................35

3.3.6.

Phương pháp tổng hợp và phân tích vật liệu ......................................35

Tổng hợp và khảo sát ảnh hưởng các loại vật liệu xúc tác khác nhau đến khả

năng xử lý CO................................................................................................................38
3.4.1.

Tổng hợp các loại vật liệu xúc tác ......................................................38

3.4.2.

Khảo sát hiệu quả của các loại vật liệu xúc tác cho q trình xử lý khí

CO
3.5.

38
Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung khác nhau của vật liệu xúc tác CuO-

MnOx/OMS-2 đến hiệu quả xử lý CO ............................................................................39

3.6.

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý khí CO của vật liệu xúc

tác CuO-MnOx/OMS-2...................................................................................................39
3.6.1.

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả xử lý khí CO ............39

vii


3.6.2.

Khảo sát ảnh hưởng cúa nồng độ đầu vào đến hiệu quả xử lý khí CO
40

3.6.3.

Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dịng khí đến hiệu quả xử lý CO 40

3.6.4.

Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng xúc tác đến hiệu quả xử lý CO .41

3.6.5.

Khảo sát ảnh hưởng của cả lưu lượng dịng khí và nồng độ đầu vào với

tổng lượng khí CO khơng thay đổi. .......................................................................41

3.6.6.

Đánh giá độ bền của vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 .................42

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 43
4.1.

4.2.

Đặc trưng vật liệu xúc tác .............................................................................43
4.1.1.

Diện tích bề mặt riêng ........................................................................43

4.1.2.

Kết quả FTIR của vật liệu ..................................................................43

4.1.3.

Đặc trưng XRD của vật liệu ............................................................... 44

4.1.4.

Đặc trưng EDS của vật liệu ................................................................ 45

4.1.5.

Đặc trưng SEM của vật liệu ............................................................... 47

4.1.6.

Đặc trưng TGA của vật liệu ............................................................... 48

Xác định điều kiện thích hợp cho q trình oxy hóa xúc tác CO ở điều kiện

phịng thí nghiệm ...........................................................................................................49
4.2.1.

Tổng hợp và khảo sát ảnh hưởng các loại vật liệu xúc tác khác nhau

đến hiệu quả xử lý CO ...........................................................................................49
4.2.2.

Hiệu quả xử lý CO của vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 được nung

ở các nhiệt độ xúc tác khác nhau ...........................................................................52
4.2.3.

Hiệu quả xử lý CO của vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 theo nồng

độ CO đầu vào .......................................................................................................53
4.2.4.

Hiệu quả xử lý CO của vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 theo lưu

lượng dịng khí .......................................................................................................54
4.2.5.

Hiệu quả xử lý CO của vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 theo khối

lượng vật liệu xúc tác ............................................................................................ 56
4.2.6.

Hiệu quả xử lý CO của vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 khi thay

đổi cả lưu lượng dòng vào và nồng độ đầu vào với tải lượng CO không thay đổi ...
............................................................................................................57
4.2.7.

Đánh giá độ bền của vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 .................57

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................... 59
viii


5.1.

Kết luận.........................................................................................................59

5.2.

Kiến nghị ......................................................................................................59

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 61
PHỤ LỤC

......................................................................................................... 65

ix

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Tính chất vật lý của CO [12] ................................................................... 10
Bảng 2.2. Lượng phát thải CO từ nguồn thiên nhiên và nguồn nhân tạo [13] ........ 12
Bảng 2.3. Lượng phát thải do đốt nhiên liệu, kg/tấn nhiên liệu [13] ....................... 12
Bảng 2.4. Mức độ ảnh hưởng của CO đến con người [8] ........................................ 13
Bảng 2.5. Các giới hạn nồng độ cho phép của CO trong môi trường...................... 14
Bảng 2.6. Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong khơng khí xung quanh ......... 15
Bảng 2.7. Giới hạn nhiệt độ trung bình của các chất hydrocacbon, cacbon oxit và xử
lý mùi bằng oxi hóa [6] ............................................................................................. 18
Bảng 2.8. Giới hạn nhiệt độ trung bình của các chất [6] ......................................... 18
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung khác nhau đến hiệu quả xử lý CO ........... 39
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu quả xử lý khí CO ............... 40
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ đầu vào đến hiệu quả xử lý khí CO ................. 40
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của lưu lượng đến hiệu quả xử lý CO .................................. 41
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của khối lượng xúc tác đến hiệu quả xử lý CO .................... 41
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của cả lưu lượng và nồng độ đến hiệu quả xử lý CO ........... 42
Bảng 3.7. Đánh giá độ bền của vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 ...................... 42
Bảng 4.1. Diện tích bề mặt riêng của chất xúc tác ................................................... 43
Bảng 4.2. Phần trăm nguyên tử của nguyên tố ........................................................ 47
Bảng 4.3. Kết quả tính toán GHSV của vật liệu xúc tác .......................................... 54

x


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Các kĩ thuật xử lý cuối nguồn .................................................................... 7
Hình 2.2. Cấu tạo nguyên tử C và O [10] .................................................................. 9
Hình 2.3. Mơ phỏng ống nano cacbon để hấp phụ CO [6] ...................................... 17

Hình 3.1. Sơ đồ nội dung nghiên cứu ...................................................................... 29
Hình 3.2. Mơ hình nghiên cứu ................................................................................. 32
Hình 3.3. Bộ ép viên xúc tác .................................................................................... 33
Hình 3.4. Quy trình tẩm CuO vào OMS-2 tỉ lệ 15%wt ........................................... 37
Hình 4.1. Phổ FTIR của các vật liệu xúc tác ........................................................... 44
Hình 4.2. Phổ XRD của vật liệu xúc tác .................................................................. 45
Hình 4.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) của vật liệu xúc tác ......................... 46
Hình 4.4. Ảnh SEM của vật liệu xúc tác: (A) OMS-2; (B) CuO/OMS-2; (C) CuOMnOx/OMS-2 48
Hình 4.5. Kết quả phân tích TGA của vật liệu xúc tác ............................................ 48
Hình 4.6. Các vật liệu xúc tác CuO/Al2O3, CoOx/Al2O3, Cr2O3/Al2O3, CuO/OMS-2,
CuO-MnOx/OMS-2 và CuO-MnOx/ Zeolite đã được điều chế ................................... 49
Hình 4.7. Hiệu quả xử lý CO của xúc tác Co3O4, Cr2O3, và CuO trên chất mang Al2O3
tại các nhiệt độ khác nhau ......................................................................................... 50
Hình 4.8. Hiệu quả xử lý CO của các xúc tác theo nhiệt độ phản ứng .................... 51
Hình 4.9. Hiệu quả xử lý CO theo nhiệt độ nung khác nhau ................................... 52
Hình 4.10. Hiệu quả xử lý CO theo nồng độ CO đầu vào ....................................... 54
Hình 4.11. Hiệu quả xử lý CO theo lưu lượng dịng khí ......................................... 55
Hình 4.12. Hiệu quả xử lý CO theo khối lượng xúc tác .......................................... 56
Hình 4.13. Hiệu quả xử lý CO theo lưu lượng và nồng độ đầu vào với tổng lượng khí
CO khơng thay đổi .................................................................................................... 57
Hình 4.14. Độ bền của vật liệu xúc tác CuO-MnOx/OMS-2 ................................... 58

xi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT
TẮT
BET
BTNMT

CO

TIẾNG VIỆT

TIẾNG ANH

Diện tích bề mặt riêng

Brunauer - Emmett - Teller

Bộ Tài nguyên và Môi
trường
Oxit cacbon

Carbon monoxide
Eley - Rideal

ER
EDS

F.O
FTIR

Phổ tán xạ năng lượng tia X
Dầu F.O (còn gọi là dầu
đen)
Quang phổ hồng ngoại

Energy-dispersiveX-ray
spectroscopy

Fuel Oil
Fourier Transform Infrared
Hemoglobin

Hb
OMS-2

Rây phân tử bát diện

Octahedral Molecular Sieve

PPM

Phần triệu

Parts Per Million

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

Scanning Electron Microscope

TGA

Phân tích nhiệt trọng trường

Thermogravimetric Analyzer

VOCs

Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

Volatile Organic Compounds

XRD

Nhiễu xạ tia X

X-Ray Diffraction

xii


CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, mục tiêu chung của đất nước là cơng nghiệp hố, hiện đại hố, việc

đẩy mạnh phát triển kinh tế cơng nghiệp ngày càng quan trọng. Công nghiệp không
ngừng phát triển sẽ thúc đẩy nền kinh tế tăng trưởng và phát triển xã hội. Tuy nhiên,
bên cạnh những tác động tích cực, phát triển công nghiệp đã và đang gây tác động
lớn đến môi trường. Do vậy, phát triển kinh tế song song với giải quyết các vấn đề về
môi trường đang là mục tiêu lớn nhất đồng thời cũng là thách thức khó khăn mà nước
ta đang đối mặt.

Trong các ngành công nghiệp, đáng kể nhất phải kể đến là các xí nghiệp, nhà máy
sản xuất sử dụng lị hơi làm thiết bị chính cho q trình sản xuất của họ. Hơi nước từ
lị hơi trong các nhà máy cơng nghiệp như nhà máy hoá chất, rượu, bia, nước giải
khát, dệt, chế biến thực phẩm… được sử dụng cho các q trình cơng nghệ như đun
nấu, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm. Nhiên liệu đốt trong lị hơi có
thể là nhiên liệu rắn như than, gỗ, bã mía, có thể là nhiên liệu lỏng như dầu FO, dầu
diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí [1]. Trong đó, lị hơi đốt củi thường được sử dụng
nhiều hơn do củi có chi phí rẻ hơn so với các loại nhiên liệu khác. Thành phần của
khói thải bao gồm các sản phẩm cháy của củi, chủ yếu là các khí CO2, CO, N2, H2O
kèm theo một ít các chất bốc trong củi không kịp cháy hết, oxy dư và tro bụi bay theo
dịng khí. Một trong những chất ơ nhiễm khơng khí phổ biến và đặc trưng, khơng thể
khơng nhắc đến đó là khí CO.
Khí CO được tạo thành chủ yếu do q trình đốt cháy khơng hồn tồn những
chất có chứa cacbon. Do CO là khí khơng mùi, khơng màu, khơng kích thích nhiều
nên sự hiện diện của khí CO trong khơng khí rất khó phát hiện. Khi nạn nhân nhiễm
độc khí CO việc chuẩn đốn bệnh cũng rất khó khăn. Tiếp xúc với khí CO lâu dài hay
ở nồng độ cao, cơ thể con người sẽ bị ngộ độc, tổn thương não, tim, cơ và có thể dẫn
đến tử vong khi nồng độ CO trong môi trường trên 650 ppm [2].
Nhận thấy vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng, một số cơ sở sản
xuất quy mơ vừa và nhỏ có áp dụng các phương pháp xử lý khí độc hại đơn giản như
phương pháp hấp thụ, hấp phụ, oxy hóa, khử, ngưng tụ, thu hồi, phương pháp xử lý

1


sinh học nhưng nhìn chung các thiết bị và hệ thống xử lý khí ở các ngành cơng nghiệp
này cịn ở mức thấp do trình độ thiết kế, chế tạo, trình độ vận hành của cơng nhân.
Chỉ có một số rất ít các cơ sở sản xuất mới xây dựng hiện đại có các hệ thống xử lý
kèm theo dây chuyền cơng nghệ, số cịn lại hiện nay mới chỉ xây dựng phương án
hoặc sử dụng các hệ thống thông gió trong nhà xưởng, trồng nhiều cây xanh nên

khơng thể hoàn toàn chủ động trong việc khống chế nồng độ của khí độc này [1]. Bản
thân CO là một khí trơ nên không thể xử lý bằng phương pháp truyền thống, một
trong các phương pháp xử lý khí có hiệu quả đối với khí CO là phương pháp oxy hóa
xúc tác đang rất được quan tâm hiện nay.
Để hạn chế phát thải khí CO vào mơi trường từ những nguồn thải cố định và di
động, thơng thường khí CO được chuyển hóa thành khí CO2 bằng phương pháp oxy
hóa xúc tác [3]. Hệ xúc tác được nghiên cứu nhiều nhất là xúc tác kim loại quý, kim
loại chuyển tiếp như vàng (Au), bạc (Ag), Platin (Pt), Pallidi (Pd), Rutheni (Ru), hay
oxit CuO, NiO, Cr2O3, ZnO mang trên các chất mang như -Al2O3, MnO2, Perovskite,
OMS-2 hay các zeolite… [4]. Qua các nghiên cứu cho thấy, hệ xúc tác kim loại quý
cho hiệu quả xử lý CO cao hơn so với xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp. Tuy nhiên,
giá thành xúc tác kim loại quý cao, tính khả dụng giới hạn và sự nhạy cảm với nhiệt
độ cao của chúng từ lâu đã thúc đẩy việc tìm kiếm các xúc tác thay thế. Các oxit kim
loại chuyển tiếp là sự thay thế khả thi nhất cho các kim loại quý. Chúng cũng có hoạt
tính xúc tác cao đối với sự oxi hóa CO, mặc dù tại các nhiệt độ thấp hoạt tính này
kém hơn so với các kim loại quý. Tuy nhiên tại nhiệt độ cao hơn, sự khác biệt này
không cịn nữa. Nhìn chung, các nghiên cứu đã giải quyết được vấn đề giảm nhiệt độ
đốt cháy CO. Trong đó, có một nghiên cứu có giá trị và tiêu biểu nhất có thể nói đến
là nghiên cứu của X-S Liu và cộng sự về hệ xúc tác nano CuO trên chất mang OMS2 (một dạng khống chất tổng hợp có cấu trúc rây phân tử bát diện). Kết quả thực
nghiệm cho thấy, xúc tác CuO/OMS-2 có thể oxy hóa hồn toàn CO ở nhiệt độ thấp.
Hiệu quả của xúc tác này cho hoạt tính cao đối với phản ứng oxy hóa CO thành CO2
có thể là do tương tác mạnh của oxit đồng và oxit mangan trong chất mang OMS-2
theo cơ chế Mars-Van- Krevelen [5]. Nghiên cứu này đã cho thấy hệ xúc tác oxit kim
loại chuyển tiếp có thể được thay thế xúc tác oxit kim loại quý trong quá trình xử lý

2


CO trong khí thải. Tuy nhiên, khối lượng CuO sử dụng cao vì vậy nhóm nghiên cứu
muốn cải thiện giảm khối lượng CuO trong q trình xử lý và nhóm nghiên cứu cũng

muốn tìm hiểu, khảo sát các loại xúc tác khác trên nền chất mang OMS-2.
Chính vì các ngun nhân nêu trên, việc tiến hành xử lý khí CO trong dịng khí
thải là một trong những nhiệm vụ cấp bách đối với kỹ sư, doanh nghiệp và xã hội.
Trên cơ sở đó, chúng tơi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý khí thải có chứa
CO bằng phương pháp xúc tác ở nhiệt độ thấp”. Nghiên cứu này có thể được xem là
một tiền đề để ứng dụng vật liệu xúc tác vào xử lý khí thải chứa CO một cách rộng
rãi hơn.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài được thực hiện nhằm tìm ra loại xúc tác tốt nhất và điều kiện phản ứng tốt
nhất để xử lý CO.
1.3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Dịng khí thải có chứa khí CO, các loại vật liệu xúc tác CuO/Al2O3, CoOx/Al2O3,
Cr2O3/Al2O3, CuO/OMS-2, CuO-MnOx/OMS-2 và CuO-MnOx/ Zeolite.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Đây là một nghiên cứu có quy mơ phịng thí nghiệm, do vậy phạm vi nghiên cứu
xoay quanh khí thải có chứa khí CO, hiệu quả chuyển hóa khí CO của một số loại vật
liệu xúc tác và ở một số điều kiện vận hành tại phịng thí nghiệm Mơi trường thuộc
trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh.
1.4.

Nội dung nghiên cứu
 Nội dung 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu
 Nội dung 2: Xây dựng mơ hình xử lý với quy mơ phịng thí nghiệm
 Nội dung 3:
-

Chế tạo và thử nghiệm các vật liệu xúc tác CuO/Al2O3, CoOx/Al2O3,
Cr2O3/Al2O3, CuO/ OMS-2, CuO-MnOx/ OMS-2 và CuO-MnOx/ Zeolite.

-

Khảo sát các đặc tính của vật liệu xúc tác như: xác định nhóm chức năng
trong cấu trúc vật liệu bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại (FTIR), xác
định cấu trúc tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), xác định

3


thành phần nguyên tố hóa học của vật liệu bằng phương pháp tán xạ năng
lượng tia X (EDS), xác định khối lượng của vật liệu được đo theo thời gian
khi thay đổi nhiệt độ bằng phương pháp phân tích trọng lượng nhiệt (TGA),
xác định kích thước, hình dạng của vật liệu bằng phương pháp hiển vi điện
tử quét (SEM), xác định diện tích bề mặt riêng của vật liệu bằng phương
pháp hấp phụ (BET).
 Nội dung 4: Xác định các điều kiện phù hợp cho q trình oxy hóa CO ở điều
kiện phịng thí nghiệm:
-

Khảo sát các mẫu vật liệu xúc tác đến hiệu quả xử lý khí CO

-

Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung khác nhau của vật liệu xúc tác đến hiệu
quả xử lý khí CO

-

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu quả xử lý khí CO

-

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CO đầu vào đến hiệu quả xử lý khí CO

-

Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng dịng khí đến hiệu quả xử lý CO

-

Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng xúc tác đến hiệu quả xử lý CO

-

Khảo sát ảnh hưởng của cả lưu lượng đầu vào và nồng độ đầu vào với lượng
khí khơng thay đổi

1.5.

Đánh giá độ bền của vật liệu xúc tác

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.5.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài cung cấp các dữ liệu về khả năng xử lý khí thải chứa CO bằng phương
pháp xúc tác. Kết quả của đề tài sẽ đóng góp và tạo nền tảng cho các nghiên cứu ứng
dụng ở giai đoạn tiếp theo, đưa ra được phương pháp xử lý CO phù hợp với điều kiện

kinh tế và chi phí ở Việt Nam.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài mang lại một số ý nghĩa thực tiễn như sau:
-

Chế tạo được nguyên liệu xúc tác với hiệu quả xử lý cao dùng cho quá trình
xử lý khí thải CO từ q trình đốt.

-

Kết quả nghiên cứu đề tài có thể làm cơ sở ứng dụng cho các cơng trình xử lý
khí thải có chứa CO từ lò đốt biomass.

4


1.6. Tính mới của đề tài
Nghiên cứu áp dụng phương pháp xúc tác sử dụng oxit kim loại chuyển tiếp chưa
được nghiên cứu nhiều tại Việt Nam. Chính vì vậy, nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc
tác sử dụng oxit kim loại chuyển tiếp, thay cho xúc tác kim loại q xử lý khí thải
CO từ lị đốt tạo ra một hướng đi mới cần được thực hiện.
Kết quả nghiên cứu giúp các doanh nghiệp có giải pháp hiệu quả xử lý CO sinh
ra từ nhà máy, giảm được các chi phí xử lý và nâng cao hiệu quả xử lý CO, góp phần
bảo vệ mơi trường.

5


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1.

Khí thải lị hơi đốt sinh khối

2.1.1. Thành phần và nguồn gốc chất ơ nhiễm
Q trình đốt nhiên liệu làm phát sinh những chất khí độc hại ảnh hưởng trực tiếp
tới sức khỏe con người và sinh vật như khí SO2, NOx, CO và một số hydrocacbon.
Khi đốt củi, thành phần các chất trong khí thải thay đổi tuỳ theo loại củi, tuy vậy
lượng khí thải sinh ra là tương đối ổn định. Để tính tốn, có thể dùng trị số như sau
VT20 = 4,23 m3/kg, nghĩa là khi đốt 1 kg củi sẽ sinh ra 4,23m3 khí thải ở nhiệt độ
20oC [6].
Lượng bụi tro có trong khói thải chính là một phần của lượng khơng cháy hết và
lượng tạp chất khơng cháy có trong củi, lượng tạp chất này thường chiếm tỷ lệ khoảng
1% trọng lượng củi khơ. Tro bị khí cháy cuốn theo vào dịng khí lị tạo thành một
lượng bụi nhất định trong khí thải. Lượng bụi này có nồng độ dao động rất lớn vì phụ
thuộc vào các thao tác của cơng nhân đốt lị. Bụi phát sinh lớn nhất khi cơng nhân
nạp thêm củi vào lị hay “chọc ghi”. Nó cịn phụ thuộc vào vận tốc dịng khí cháy
trong lị và cấu tạo lị. Bụi trong khói thải lị hơi đốt củi có kích thước hạt từ 500 μm
tới 0,1 μm, nồng độ dao động trong khoảng từ 200 – 500 mg/m3. Khi củi bị ướt hay
mục, lượng khói với cỡ hạt nhỏ bay ra nhiều hơn [7].
2.1.2. Kiểm sốt ơ nhiễm khí thải lị hơi
Nhiên liệu (ví dụ than đá, củi..) khi cháy tạo ra CO2 và H2O. Khi quá trình cháy
nhiên liệu xảy ra trong điều kiện thiếu oxy, khí CO trong khí thải có nồng độ cao. Để
q trình cháy có hiệu quả, cần cung cấp đủ oxy để nhiên liệu cháy hồn tồn. Do đó,
việc quan trắc O2, CO và CO2 trong khí thải có vai trị quan trọng trong việc kiểm
sốt hiệu quả của q trình cháy.
Có 3 cách tiếp cận có thể được sử dụng trong kiểm sốt ơ nhiễm khí SO2, bụi và
NOx đó là:
-

Tăng mức độ phát tán bằng cách sử dụng các ống khói cao, phát thải gián đoạn,

hoặc quy hoạch lại vị trí đặt nhà máy;

6


Giảm thiểu tại nguồn mục đích là hạn chế việc phát sinh ơ nhiễm tại nguồn

-

đến mức thấp nhất có thể. Việc giảm thiểu có thể được thực hiện bằng các giải
pháp như:
 Xử lý nhiên/ nguyên liệu đầu vào;
 Thay thế nhiên/ nguyên liệu đầu vào;
 Tăng cường hiệu suất sử dụng nhiên/ nguyên liệu, năng lượng đầu vào;
 Tuần hoàn tái sử dụng nguyên vật liệu;
 Tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo.
Xử lý cuối đường ống bằng cách sử dụng các biện pháp tăng mức độ phát tán,

-

giảm thiểu tại nguồn. Nếu mục tiêu kiểm soát ơ nhiễm khơng khí vẫn chưa thể
đạt được thì cần phải thực hiện việc xử lý cuối đường ống. Các kĩ thuật xử lý
cuối đường ống có thể được trình bày như hình 2.1 sau đây:
Kĩ thuật xử lý ơ nhiễm
khơng khí

Xử lý các chất ơ

Xử lý bụi

Phương pháp khơ
-

Buồng lắng
Xyclon
Lắng tĩnh điện
Vật liệu lọc

nhiễm dạng khí

Phương pháp ướt
-

Tháp rửa
Xyclon ướt
Ventury

-

Hấp thụ
Hấp phụ
Ngưng tụ
Oxy hóa
Khử
Sinh học

Hình 2.1. Các kĩ thuật xử lý cuối nguồn
2.1.3. Tác hại của khí thải lị hơi đến môi trường
2.1.3.1. Tác hại của khí SO2 và SO3
Khí SO2 và SO3 thường được sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu có chứa lưu huỳnh

như than, dầu FO, DO. Khí SO2 là loại khí khơng màu, khơng cháy, có vị hăng cay.

7


Khi bị quang hố hay do sự xúc tác, khí SO2 dễ dàng bị oxy hoá và biến thành SO3
trong khí quyển. Khí SO2 và SO3 gọi chung là SOx, là những khí thuộc loại độc hại
khơng chỉ đối với sức khoẻ con người, động thực vật, mà còn tác động lên các vật
liệu xây dựng, các cơng trình kiến trúc.
SOx có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ
quan tiêu hố sau khi được hồ tan trong nước bọt. Sau đó, có thể xâm nhập vào hệ
tuần hồn. Khi tiếp xúc với bụi, SOx có thể tạo ra các hạt acid nhỏ, các hạt này có thể
xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2 – 3 μm. SOx cũng
làm hư hỏng và giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và
giấy… [6].
2.1.3.2. Tác hại của khí NO2
Nitơ dioxit (NO2) là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát
hiện được vào khoảng 0,12 ppm. NO2 là khí có tính kích thích mạnh đường hơ hấp,
nó tác động đến thần kinh và phá huỷ mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm họng.
Khí NO2 với nồng độ 100 ppm có thể gây tử vong cho người và động vật sau một
số phút tiếp xúc. Và với nồng độ 5 ppm sau một số phút tiếp xúc có thể dẫn đến ảnh
hưởng xấu đối với cơ quan hô hấp. Con người tiếp xúc lâu với khí NO2 với nồng độ
khoảng 0,06 ppm có thể gây các bệnh nghiêm trọng về phổi [6].
2.1.3.3. Tác hại của bụi tro và mồ hóng
Trong phổi người, bụi có thể là ngun nhân gây kích thích cơ học gây khó khăn
cho các hoạt động của phổi và có thể gây nên các bệnh về đường hơ hấp. Do đó, bụi
tro và mồ hóng ảnh hưởng đến sức khoẻ con người như gây bệnh hen suyễn, viêm
cuống phổi, bệnh khí thủng và bệnh viêm cơ phổi. Bụi khói được tạo ra trong q
trình đốt cháy nhiên liệu có thể chứa các hydrocacbon đa vòng (như 3,4-benzopyrene)
với độc tố cao và có thể gây ung thư.

2.1.3.4. Tác hại của khí CO
Khí CO là loại khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, tạo ra do sự cháy khơng
hồn tồn của nhiên liệu chứa carbon. Những người mang thai và đau tim tiếp xúc
với khí CO sẽ rất nguy hiểm vì ái lực của CO với hemoglobin cao hơn gấp 250 lần
so với oxy, cản trở oxy từ máu đến mô. Một số nghiên cứu trên người và động vật đã

8


minh hoạ những cá thể tim yếu ở điều kiện căng thẳng trong trạng thái dư CO trong
máu, đặc biệt phải chịu những cơn đau thắt ngực khi lượng CO xung quanh tăng cao.
Ở nồng độ khoảng 5 ppm CO có thể gây đau đầu, chóng mặt. Nồng độ từ 10 ppm đến
250 ppm có thể gây tổn hại đến hệ thống tim mạch, thậm chí gây tử vong. Người tiếp
xúc với CO trong thời gian dài sẽ bị xanh xao, gầy yếu [8].
Khí CO có thể bị oxy hố thành carbon dioxide (CO2) nhưng phản ứng này xảy
ra rất chậm dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. CO có thể bị oxy hố và bám vào
thực vật và chuyển hóa trong q trình diệp lục hố. Một số vi sinh vật trên mặt đất
cũng có khả năng hấp thụ CO từ khí quyển.
Thực vật ít nhạy cảm với CO hơn người, nhưng ở nồng độ cao (100 – 10 000 ppm)
nó làm cho lá rụng, bị xoắn quăn, diện tích lá bị thu hẹp, cây non bị chết yểu. CO có
tác dụng kiềm chế sự ơ hấp của tế bào thực vật [9].
2.2.

Giới thiệu về khí cacbon monoxit (khí CO)
- Danh pháp IUPAC: Carbon monoxide
-

Tên gọi khác: Cacbon oxit

-

Cơng thức phân tử: CO (khí)

-

Phân tử gam: 28,01 g/mol

2.2.1. Cấu tạo phân tử
Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử carbon và nguyên tử oxy đều có hai electron độc
thân ở phân lớp 2p. Cấu tạo nguyên tử C và O được biểu diễn trong Hình 2.2.

Hình 2.2. Cấu tạo ngun tử C và O [10]
Vì vậy, giữa chúng có thể tạo thành hai liên kết cộng hố trị. Ngồi ra, giữa hai
ngun tử cịn hình thành một liên kết cho - nhận. Trong phân tử CO, carbon có số
oxi hoá +2 [10].

9


2.2.2. Tính chất vật lý của CO
CO là chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, nhẹ hơn khơng khí, rất ít tan
trong nước, hố lỏng ở -191,5oC, hố rắn ở -205,2oC, rất bền với nhiệt và rất độc [10].
CO có thể cháy trong khơng khí trong khoảng giới hạn nồng độ rộng, cháy với ngọn
lửa màu xanh. Hỗn hợp khí CO và khơng khí có thể dễ dàng bị đốt cháy bởi nhiệt
trên bề mặt hay ngọn lửa [11]. Tính chất vật lý của CO được thể hiện trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Tính chất vật lý của CO [12]
Tính chất

Giá trị

1

Khối lượng phân tử

28,01

2

Nhiệt độ nóng chảy

-2050C

3

Nhiệt độ sơi

-1920C

STT

+ Ở 0oC, 101,3 kPa

1,25 g/l

+ Ở 25oC, 101,3 kPa

1,145 g/l

4

Tỷ trọng

5

Tỷ trọng hơi (khơng khí = 1)

0,9678

6

Giới hạn cháy nổ trong khơng khí

12,5 – 74 %

7

Nhiệt độ tự bốc cháy

610 oC

8

Độ hòa tan trong
nước

+ Ở 0oC

3,54 ml/100 ml

+ Ở 20oC

2,32 ml/100 ml

+ Ở 25oC

2,14 ml/100 ml

9

Độ hoàn tan trong dung môi

Tan đáng kể trong etyl axetat,
cloroform và axit axetic; tan
trong metanol và etanol gấp 7
lần trong nước; tan trong
benzen.

10

Hằng số Henry ở 25oC

11

Hệ số chuyển đổi + Ở 0 C; 101,3 kPa

57978,5 atm/mol
o

+ Ở 25oC; 101,3 kPa

1 mg/m3 = 0,800 ppm
1 ppm = 1,250 mg/m3
1 mg/m3 = 0,800 ppm
1 ppm = 1,250 mg/m3

2.2.3. Tính chất hóa học của CO
Trong phân tử CO có liên kết ba bền vững nên rất kém hoạt động ở nhiệt độ
thường và trở nên hoạt động hơn ở nhiệt độ cao. CO là oxit trung tính, có tính khử

10


mạnh [10]. Ngồi ra, CO cháy được trong khơng khí tạo thành CO 2, cho ngọn lửa
màu lam nhạt và toả nhiều nhiệt. Vì vậy, CO được dùng làm nhiên liệu khí.
Khi có than hoạt tính làm xúc tác, CO kết hợp được với Clo tạo thành photgen
xt
 COCl2 (photgen)
CO + Cl2 

(2.1)

Khí CO có thể khử nhiều oxit kim loại thành kim loại ở nhiệt độ cao.
t
 CO2 + Cu
CO + CuO 
o

(2.2)

2.2.4. Các nguồn tạo ra CO

Khí CO sinh ra chủ yếu từ q trình đốt cháy khơng hoàn toàn các vật liệu chứa
cacbon trong tự nhiên và trong hoạt động của con người. Tổng lượng phát thải CO
hàng năm vào môi trường khoảng 2000 triệu tấn. Trong đó, các hoạt động của con
người đóng vai trị chủ yếu chiếm 60% khí CO thải vào mơi trường [2].
Nguồn phát sinh khí CO có thể chia thành 2 nguồn chính, đó là nguồn ơ nhiễm tự
nhiên và nguồn ơ nhiễm nhân tạo.
2.2.4.1. Ng̀n ơ nhiễm tự nhiên:
Khí CO được tạo ra chủ yếu từ cháy rừng, hoạt động của núi lửa và thảm thực vật.
Nạn cháy rừng xảy ra do các nguyên nhân tự nhiên như hạn hán kéo dài, khí hậu khơ
và nóng khắc nghiệt làm cho thảm cỏ khơ bị bốc cháy, từ đó lan rộng ra thành đám
cháy lớn. Khu rừng bị cháy chứa nhiều chất độc hại bốc lên và lan toả ra như: khói,
tro bụi, khí SO2, CO và NOx [13]. Khí thải phát sinh từ núi lửa chứa 0,46% CO tính
trên số mol các thành phần khí thải, dữ liệu được đo ở nhiệt độ 1130oC và áp suất
tương đương áp suất khí quyển [14]. Một số chất thải từ thực vật với thành phần hóa
học gồm các nhóm ankyl, vịng thơm, dưới tác động của nhiệt độ môi trường và ánh
sáng mặt trời đã bị phân hủy hóa – lý, sản sinh ra CO thải vào môi trường. Một nghiên
cứu khác của Lee và cộng sự cho thấy, thông qua thảm thực vật, lượng CO thải vào
môi trường là 1,8 – 34 µmol/m2. giờ [15].
Lượng phát thải CO từ nguồn thiên nhiên và nguồn nhân tạo được thể hiện trong
Bảng 2.2 sau:

11