Ứng dụng phương pháp quang xúc tác bằng titania nanotubes xử lý nitrogen dioxide vaf formaldehyde

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

VÕ THỊ THANH THÙY

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUANG XÚC TÁC BẰNG
TITANIA NANOTUBES XỬ LÝ
NITROGEN DIOXIDE VÀ FORMALDEHYDE
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 8520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2020


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

VÕ THỊ THANH THÙY

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUANG XÚC TÁC BẰNG
TITANIA NANOTUBES XỬ LÝ
NITROGEN DIOXIDE VÀ FORMALDEHYDE
PHOTOCATALYTIC REMOVAL OF NITROGEN
DIOXIDE AND FORMALDEHYDE BY TITANIA
NANOTUBES
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 8520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2020


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Nhật Huy

Cán bộ phản biện 1: PGS.TS. Ngô Mạnh Thắng

Cán bộ phản biện 2: TS. Nguyễn Quốc Bình

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM ngày 16
tháng 09 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch Hội đồng: GS.TS. Nguyễn Văn Phước
2. Cán bộ phản biện 1: PGS.TS. Ngô Mạnh Thắng
3. Cán bộ phản biện 2: TS. Nguyễn Quốc Bình
4. Ủy viên Hội đồng: PGS.TS. Lê Đức Trung
5. Thư ký Hội đồng: TS. Võ Nguyễn Xuân Quế
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN


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: VÕ THỊ THANH THÙY

MSHV: 1870073

Ngày, tháng, năm sinh: 25/08/1995
Nơi sinh: Bến Tre
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 8520320
1. Tên đề tài
Ứng dụng phương pháp quang xúc tác bằng Titania nanotubes xử lý Nitrogen dioxide
và Formaldehyde
Photocatalytic Removal of Nitrogen Dioxide and Formaldehyde by Titania Nanotubes
2. Nhiệm vụ đề tài luận văn
- Khảo sát khả năng xử lý HCHO bằng TNT và TNTs biến tính
- Khảo sát ảnh hưởng của việc biến tính TNT bằng các kim loại khác nhau đến
khả năng xử lý HCHO và NO2
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kim loại biến tính đến khả năng xử lý HCHO
và NO2
- Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ HCHO đến khả năng xử lý NO2
- Thử nghiệm xử lý HCHO và NO2 bằng xúc tác biến tính đồng thời với hai kim
loại
- Phân tích một số tính chất vật liệu xúc tác
3. Ngày giao nhiệm vụ (Ghi theo quyết định giao đề tài): 19/08/2019
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ (Ghi theo quyết định giao đề tài): 07/06/2020

5. Cán bộ hướng dẫn (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS. Nguyễn Nhật Huy
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

Tp. HCM, ngày … tháng… năm 2020
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠỌ
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Thanh xuân là khoảng thời gian tươi đẹp và tràn đầy sinh lực mà ai ai cũng đi qua.
Mỗi người sẽ có một cách trải nghiệm riêng để không phải luyến tiếc thời thanh xuân
ấy. Thanh xuân của tôi là Bách Khoa với 4.5 năm của giảng đường đại học và 2 năm
tập tành làm nhà khoa học với chương trình đào tạo thạc sĩ theo hướng nghiên cứu.
Trong suốt q trình học tập, tơi may mắn nhận được sự hỗ trợ và động viên hết
mực từ gia đình. Cha mẹ, anh chị tơi có thể khơng hiểu những ước muốn trong tôi,
nhưng cảm ơn mọi người đã luôn tin tưởng và ủng hộ, luôn là hậu phương vững chắc
để tôi được bay bổng với ước mơ của mình.
Để hồn thành chương trình đào tạo và luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được nhiều
lời động viên từ bạn bè. Cảm ơn tất cả mọi người vì đã ln bên tơi. Bên cạnh đó, tơi
cũng xin được cảm ơn Thầy Lâm Phạm Thanh Hiền, người đã tạo mọi điều kiện để tơi
có thể thực hiện những nghiên cứu của mình một cách thuận lợi nhất.
Và cuối cùng cũng là đặc biệt nhất, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
Thầy Nguyễn Nhật Huy, người thầy, người đã dìu dắt và hỗ trợ tơi trong cơng việc,
trong nghiên cứu và học tập. Thầy luôn là cứu cánh cuối cùng giúp tơi vượt qua những
khó khăn tưởng chừng như khơng thể khắc phục.
Dù đã cố gắng hồn thành tốt luận văn nhưng vẫn không thể tránh khỏi những sai

sót, kính mong nhận được những lời nhận xét và góp ý từ Hội đồng. Đó sẽ là những
đánh giá đúng đắn, hữu ích giúp tơi hồn thiện nghiên cứu của mình hơn nữa. Tơi xin
chân thành cảm ơn!
Trân trọng,

Võ Thị Thanh Thùy

i


TĨM TẮT LUẬN VĂN
NO2 và HCHO là hai chất ơ nhiễm thường trong môi trường không gian giới hạn
như nhà ở, trường học, cơng sở, văn phịng … từ nhiều nguồn khác nhau. Trong nghiên
cứu này, phương pháp quang xúc tác với titan đioxit dạng ống nano (TNTs – titanium
nanotubes) được lựa chọn để xử lý NO2 và HCHO. Trong nội dung đầu tiên, ảnh hưởng
của các điều kiện vận hành cũng như điều kiện biến tính TNTs ở các nhiệt độ nung và
pH khác nhau đến khả năng xử lý HCHO được khảo sát. Kết quả cho thấy, mô hình
dịng liên tục quy mơ phịng thí nghiệm hoạt động hiệu quả với hiệu suất xử lý lên đến
99% ở các điều kiện chiếu sáng, diện tích tiếp xúc, khối lượng xúc tác, khoảng nồng độ
HCHO đầu vào, và thời gian lưu lần lượt là 3 đèn UVA, 4 tấm kính (50 cm2/tấm), 0.11
g xúc tác, 7 đến 25 mg/m3, và 29 giây. Xúc tác TNT tổng hợp ở pH 1.6 và nung ở 400
o
C cho hiệu quả xử lý HCHO tốt nhất. Bên cạnh đó, một thiết bị oxy hóa quang xúc tác
được phát triển với hiệu quả xử lý cao nhất (95.6%) đạt được ở các điều kiện HCHO
đầu vào khoảng 4.63 ppm, tốc độ dịng khí đi qua thiết bị 1 m/s, và khối lượng xúc tác
sử dụng 0.53 g. Tiếp theo, ảnh hưởng của TNTs biến tính bằng các kim loại khác nhau
đến hiệu quả xử HCHO và NO2 được khảo sát. TNT biến tính với vanađi (V/TNT) được
lựa chọn là vật liệu xúc tác thích hợp với hiệu suất xử lý đồng thời HCHO và NO2 nằm
trong nhóm triển vọng. Thí nghiệm thay đổi nồng độ kim loại biến tính được thực hiện
và kết quả cho thấy V/TNT với tỷ lệ mol V/Ti = 1% cho hiệu quả xử lý NO2 cao nhất

(83%). Ảnh hưởng của nồng độ HCHO đến khả năng xử lý NO2 được xem xét. Hiệu
suất xử lý NO2 đạt giá trị lớn nhất tại tỷ lệ HCHO/NO2 ≈ 1.67 với 92.94%. Thí nghiệm
quang xúc tác bằng TNT biến tính với hai kim loại molipđen và kẽm (Zn-Mo/TNT),
vốn là 2 kim loại lần lượt cho kết quả tốt nhất trong xử lý đơn lẻ NO2 và HCHO, cho
kết quả xử lý đồng thời NO2 và HCHO không khả quan. Nghiên cứu cho thấy các yếu
tố vận hành, điều kiện tổng hợp cũng như biến tính xúc tác ảnh hưởng lớn đến hiệu quả
xử lý. Phương pháp quang xúc tác với TNT biến tính vanadi (V/Ti = 1%) có tiềm năng
ứng dụng xử lý cả HCHO và NO2 đạt hiệu quả cao trong khơng khí trong nhà.

ii


ABSTRACT
NO2 and HCHO are the two common pollutants that present in indoor air (i.e.,
homes, schools, and offices) from many different sources. In this study, photocatalysis
with titania nanotubes (TNTs) was chosen for the removal of indoor NO2 and HCHO.
At first, the effects of operating conditions (i.e., light intensity, exposed surface area,
catalyst amount, inlet concentration, and residential time) as well as synthesis condition
(i.e., annealing temperature and treating pH value) on the HCHO removal efficiency
were investigated. Results showed that a lab-scale model worked efficiently with
HCHO removal efficiency up to 99% at the condition of 2 UV light bulbs, 3 glass
substrates, 0.11 g of TNTs, 7 - 25 mg/m3 of HCHO, and 29 seconds of retention time.
TNTs synthesized at pH1.6 and annealed at 400 oC had the highest HCHO removal
efficiency. In addition, a pilot-scale photocatalytic oxidation device was fabricated and
tested for HCHO removal in a closed chamber. The highest HCHO removal efficiency
was achieved at ~4.63 ppm of HCHO, 1 m/s of gas velocity through the device, and
0.53 g of TNTs. Secondly, the effect of metal modification of TNTs on the simultaneous
removal of HCHO and NO2 were investigated. Among the materials, vanadiummodified TNT (V/TNT) was proven as the most suitable photocatalyst for treatment
HCHO and NO2 due to its outstanding performance and the V/Ti molar ratio of 1% gave
the highest NO2 removal efficiency of 83%. The effects of HCHO concentration on the

removal efficiency of NO2 were considered, in which NO2 removal efficiency reached
the highest value of 92.94% at inlet HCHO/NO2 molar ratio of 1.67. Besides, bi-metallic
modification of Mo and Zn, which are individually the best metal modification for NO2
and HCHO removal, respectively, seemed not to be effective for simultaneous removal
of NO2 and HCHO. Results from this study showed that the operating factors, the
synthesis conditions as well as the catalytic modifications by metal greatly affect the
treatment efficiency. Among the photocatalysts, V-modified TNT with a V/Ti molar
ratio of 1% has a great potential for simultaneous removal of HCHO and NO2 in the
indoor environment with high efficiency.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn này là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Nhật Huy. Các kết quả và kết luận trong luận văn
nghiên cứu này là hoàn toàn trung trung thực. Tất cả các kết quả từ những nghiên cứu
khác đã được trích dẫn đầy đủ.
Tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này.
Học viên

Võ Thị Thanh Thùy

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i
TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. iv

MỤC LỤC ............................................................................................................. v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................viii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ ix
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... x
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ......................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 2
1.3 Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 3
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ 3
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 3
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu................................................................................ 4
1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ......................................................... 4
1.5.1 Ý nghĩa khoa học ................................................................................... 4
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................... 4
1.6 Tính mới của đề tài ....................................................................................... 4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ................................................................................. 5
2.1 Các hợp chất oxit của nitơ (NOx) và nitơ đioxit (NO2) ................................ 5
2.2 Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và formandehit ............................ 6
2.3 NOx, VOCs và khói mù quang hóa .............................................................. 8
2.4 NO2 và HCHO trong khơng khí trong nhà ................................................... 8
2.5 Giới thiệu về quá trình quang xúc tác ........................................................ 12
2.6 Xúc tác quang TiO2 và TNTs ..................................................................... 14
2.6.1 Titan đioxit (TiO2) ............................................................................... 14
v


2.6.2 Titan đioxit dạng ống nano (TNTs) ..................................................... 16
2.6.3 Biến tính vật liệu xúc tác bằng pha tạp kim loại .................................. 19
2.7 Quang xúc tác loại bỏ NO2 và HCHO ........................................................ 21
2.7.1 Quang xúc tác loại bỏ HCHO .............................................................. 21

2.7.2 Quang xúc tác loại bỏ NO2 .................................................................. 22
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................... 25
3.1 Hóa chất, thiết bị và mơ hình thí nghiệm ................................................... 25
3.1.1 Hóa chất thiết bị ................................................................................... 25
3.1.2 Cấu tạo mơ hình thí nghiệm ................................................................. 26
3.2 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 28
3.2.1 Phương pháp lý thuyết ......................................................................... 28
3.2.2 Phương pháp thực nghiệm ................................................................... 28
3.2.3 Phương pháp tổng hợp và phân tích vật liệu........................................ 28
3.2.4 Phương pháp xác định HCHO và NO2 trong khơng khí ...................... 30
3.2.5 Phương pháp xử lý số liệu ................................................................... 34
3.3 Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 34
3.3.1 Nội dung 1: Ứng dụng vật liệu xúc tác TNTs xử lý HCHO ................ 34
3.3.2 Nội dung 2: Ảnh hưởng của việc biến tính TNT với các kim loại khác
nhau đến khả năng xử lý HCHO và NO2 ............................................................... 35
3.3.3 Nội dung 3: Ảnh hưởng của hàm lượng ion kim loại đến khả năng loại
bỏ đồng thời HCHO và NO2 .................................................................................. 35
3.3.4 Nội dung 4: Ảnh hưởng của nồng độ HCHO đến quá trình quang xúc
tác xử lý NO2 ......................................................................................................... 36
3.3.5 Nội dung 5: Thử nghiệm pha tạp 2 kim loại ........................................ 36
3.3.6 Nội dung 6: Phân tích TEM, BET, và XRD cho một vài vật liệu ....... 36
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 37
4.1 Ứng dụng vật liệu xúc tác TNTs xử lý HCHO........................................... 37
4.1.1 Ảnh hưởng của các điều kiện vận hành ............................................... 37
vi


4.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng xử lý HCHO của TNTs . 40
4.1.3 Ảnh hưởng của pH rửa đến khả năng xử lý HCHO của TNTs ............ 41
4.1.4 Thực nghiệm xử lý HCHO bằng thiết bị oxy hóa quang xúc tác trong

buồng kín ............................................................................................................... 43
4.2 Ảnh hưởng của việc biến tính TNT với các kim loại khác nhau đến khả
năng xử lý HCHO và NO2......................................................................................... 46
4.2.1 Dịng khí đầu vào chỉ chứa HCHO hoặc NO2 ..................................... 46
4.2.2 Dịng khí đầu vào chứa cả HCHO và NO2........................................... 49
4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng ion kim loại vanađi đến khả năng xử lý đồng
thời HCHO và NO2 ................................................................................................... 54
4.4 Ảnh hưởng của nồng độ HCHO đến quá trình quang xúc tác xử lý NO2 .. 55
4.5 Thử nghiệm pha tạp 2 kim loại .................................................................. 57
4.6 Kết quả phân tích TEM, BET, và XRD ..................................................... 59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 62
Kết luận ............................................................................................................ 62
Kiến nghị .......................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... xii
PHỤ LỤC ..........................................................................................................xvii
PHỤ LỤC 1 – MỘT SỐ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VẬT LIỆU ..................... xvii
PHỤ LỤC 2 – SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM ......................................................... xix

vii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BET
BTEX
CB

:
:
:

EISA
EPA

:
:

IARC

:

ICP

:

PAN
PCO

:
:

PCR

:

SEM

:

TCVN
TEM

:
:

TNT(s)

:

TPD
VB

:
:

VOCs

:

WHO

:

XPS
XRD

:
:

Brunauer-Emmett-Teller
Benzene, Toluene, Ethylbenzene, và o-Xylene

Vùng dẫn
Conduction Band
Evaporation Induced Self Assembly
Cục Bảo vệ Môi trường
Environmental Protection Agency
Tổ chức nghiên cứu về ung thư quốc tế
International Agency for Research on Cancer
Quang phổ phát xạ khối phổ
Inductively coupled plasma
Peroxyacetyl nitrate
Q trình oxy hóa quang hóa
Photocatalytic Oxidation
Q trình khử quang hóa
Photocatalytic Reduction
Hiển vi điện tử quét
Scanning Electron Microscopy
Tiêu chuẩn Việt Nam
Hiển vi điện tử truyền qua
Tunneling Electron Microscopy
Titan đioxit dạng ống nano
Titania nanotube(s)
Temperature programmed desorption
Vùng hóa trị
Valence Band
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi
Volatile Organic Compounds
Tổ chức Y tế Thế giới
World Health Organization
X-ray photoelectron spectroscopy
X-ray diffraction

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Ảnh hưởng của HCHO đến sức khỏe con người theo nồng độ [2] ........ 7
Bảng 2.2 Đặc điểm một số công nghệ xử lý ô nhiễm khơng khí trong nhà [20] . 10
Bảng 2.3 Đặc trưng của anatase và rutile [26] ..................................................... 15
Bảng 2.4 So sánh các phương pháp chế tạo TNTs [30] ...................................... 16
Bảng 3.1 Danh sách hóa chất sử dụng ................................................................. 25
Bảng 3.2 Danh sách thiết bị sử dụng ................................................................... 25
Bảng 4.1 Kết quả đo BET của TNT và V1.0TNT, nung ở 500 oC........................ 60

ix


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Sự chuyển hóa giữa các dạng NOx trong khí quyển [14]....................... 5
Hình 2.2 Cơ chế q trình quang xúc tác [22] ..................................................... 14
Hình 2.3 Ba dạng thù hình của TiO2 [25] ............................................................ 15
Hình 2.4 Cơ chế hình thành TNTs bằng phương pháp thủy nhiệt ....................... 18
Hình 3.1 Mơ hình quang xúc tác dịng liên tục, quy mơ phịng thí nghiệm ........ 27
Hình 3.2 Thiết bị xử lý quy mô pilot: (1) Quạt hút, (2) Đèn UV, (3) Xúc tác .... 27
Hình 3.3 Các bước tổng hợp TNTs từ tiền chất TiO2 .......................................... 29
Hình 3.4 Các bước biến tính TNTs ...................................................................... 29
Hình 3.5 Đường chuẩn HCHO và NO2 ............................................................... 33
Hình 4.1 Ảnh hưởng của các điều kiện vận hành đến khả năng xử lý HCHO: (a)
thời gian xử lý cần thiết, (b) số đèn sử dụng (c) số tấm kinh sử dụng, (d) khối lượng xúc
tác, (e) nồng độ HCHO đầu vào, và (f) lưu lượng dòng khí xử lý ............................... 39
Hình 4.2 Hiệu suất xử lý HCHO theo thời gian với xúc tác TNTs biến tính ở các

nhiệt độ khác nhau ........................................................................................................ 41
Hình 4.3 Hiệu suất xử lý HCHO theo thời gian với xúc tác TNTs tổng hợp ở các
pH khác nhau ................................................................................................................ 42
Hình 4.4 Hiệu quả xử lý HCHO của thiết bị quang xúc tác trong buồng kín khi
thay dổi: (a) xúc tác khác nhau, (b) nồng độ đầu vào, (c) vận tốc dịng khí, và (d) khối
lượng xúc tác ................................................................................................................ 44
Hình 4.5 Hiệu quả xử lý HCHO (a) hoặc NO2 (b) theo thời gian của TNT và các
Me/TNTs ...................................................................................................................... 47
Hình 4.6 Hiệu quả xử lý đồng thời HCHO (a) và NO2 (b) theo thời gian của TNT
và các Me/TNTs ........................................................................................................... 50
Hình 4.7 Tương quan hiệu quả xử lý đồng thời HCHO và NO2 của TNT và các
Me/TNT ........................................................................................................................ 51
Hình 4.8 So sánh hiệu quả xử lý HCHO trong điều kiệu có và khơng có NO2 ... 51
Hình 4.9 So sánh hiệu quả xử lý NO2 trong điều kiện có và khơng có HCHO ... 52
Hình 4.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ mol biến tính (V/Ti) đến hiệu quả xử lý ........... 54

x


Hình 4.11 Các mức Fermi của TiO2, V/TiO2 và V2O5 [67]................................. 55
Hình 4.12 Ảnh hưởng của nồng độ HCHO đến hiệu quả xử lý .......................... 57
Hình 4.13 Hiệu quả xử lý đồng thời HCHO và NO2 khi pha tạp 2 kim loại ....... 58
Hình 4.14 Ảnh TEM của TNT và V1.0/TNT nung ở 500 oC ................................ 59
Hình 4.15 Phân bố kích thước lỗ rỗng của TNT và V1.0/TNT, nung ở 500 oC ... 60
Hình 4.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 của TNT và V1.0/TNT, nung ở
500 oC ........................................................................................................................... 61
Hình 4.17 Kết quả XRD của TNT và V1.0/TNT, nung ở 500 oC ......................... 61

xi

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Các hợp cất oxit của nitơ (NOx) là các chất ô nhiễm phổ biến trong mơi trường
khơng khí. Thơng thường NOx được xem như hỗn hợp của NO và NO2. Trong đó, NO
có thể chuyển hóa thành NO2 khi có mặt các tác nhân oxy hóa ở điều kiện thường. Theo
báo cáo của Chaloulakou và cộng sự [1], nguy cơ mắc các bệnh về hơ hấp, tim mạch
tăng tại những khu dân cư có nồng độ NO2 ngồi trời cao. Ngồi ra, NO2 có thể tham
gia vào q trình oxy hóa hemoglobin với sự có mặt của superoxide effutase, gây cản
trở chức năng vận chuyển O2 của máu [2]. Trong mơi trường có khơng gian giới hạn
(mơi trường khơng khí trong nhà), NO2 có nhiều nguồn gốc khác nhau, như từ khói
thuốc lá, từ các hoạt động đun nấu, sưởi ấm, từ các thiết bị khơng được bảo dưỡng tốt,
hoặc từ bên ngồi xâm nhập vào. Kết quả nghiên cứu của Levy và cộng sự [3] cho thấy
nồng độ NO2 trong môi trường không khí trong nhà tại 15 quốc gia khác nhau dao động
trong khoảng 10 - 81 µg/m3, trong khi ngưỡng NO2 trung bình năm cho phép của tổ
chức Y tế Thế giới - WHO (World Health Organization) là 40 µg/m3 [4]. Vì vậy, có cơ
sở nhận định rằng việc xử lý NOx hay NO2 trong mơi trường khơng khí trong nhà là cần
thiết.
Cùng với NO2, khơng khí trong nhà cũng tồn tại đồng thời nhiều chất ơ nhiễm
khác trong đó có Formaldehyde (HCHO). HCHO được xếp vào nhóm các hợp chất hữu
cơ dễ bay hơi – VOCs (Volatile Organic Compounds), cũng là một andehit điển hình
với độc tính cao, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe. HCHO có thể gây hại cho da và hệ
thống hô hấp, gây ung thư bạch cầu [5], có thể gây ung thư vịm họng, ung thư thanh
quản [6]. Nhìn chung, nồng độ HCHO trong mơi trường khơng khí trong nhà phụ thuộc
vào: (i) độ tuổi của tịa nhà, tồ nhà mới có nồng độ HCHO cao hơn; (ii) nhiệt độ môi
trường và độ ẩm tương đối; (iii) mùa trong năm [7]. Ngoài các vật liệu thuộc về xây
dựng và nội thất như sơn, keo dán, giấy dán tường, vật liệu cách âm, thảm trải sàn…
HCHO trong khơng khí trong nhà cịn có thể xuất phát từ các hoạt động đun nấu, sưởi
ấm, máy photocopy. HCHO được tổ chức nghiên cứu về ung thư quốc tế - IARC
(International Agency for Research on Cancer) đưa vào nhóm 1-nhóm các chất gây ung

thư cho người. Là một chất ơ nhiễm có hoạt tính mạnh, xuất hiện thường trực trong mơi
trường có khơng gian giới hạn, HCHO là một trong những mối nguy trực tiếp đến sức
khỏe con người cần được loại bỏ.
NOx và VOCs là hai nhóm chất ô nhiễm thường được phát hiện trong môi trường
không khí trong nhà. Ngồi ra, trong mơi trường khơng khí xung quanh, NOx và VOCs
1


cịn là hai tác nhân chính gây ra hiện tượng khói mù quang hóa. Trong nghiên cứu này,
NO2 và HCHO là hai đại diện cho nhóm NOx và VOCs bước đầu được lựa chọn làm
đối tượng nghiên cứu chính. Bởi trong hỗn hợp NOx, NO2 có thể tồn tại lâu hơn NO, và
NO có thể dễ dàng chuyển hóa thành NO2 khi tiếp xúc với các tác nhân oxy hóa. Và bởi
vì HCHO là hợp chất hữu cơ dễ bay hơi đơn giản nhất với số nguyên tố cacbon là 1,
hạn chế xuất hiện các sản phẩm trung gian phức tạp trong quá trình xử lý. Và hơn hết,
cả NO2 và HCHO đều được tìm thấy trong mơi trường khơng khí trong nhà như nhà ở,
trường học, cơng sở… với những tác động xấu đến sức khỏe con người.
Quang xúc tác là q trình tăng cường phản ứng quang hóa bằng xúc tác. Trong
lĩnh vực môi trường, quang xúc tác tỏ ra lép vế với những công nghệ truyền thống như
hấp thụ, hấp phụ, sinh học, hay oxy hóa bậc cao bởi tuổi đời non trẻ (~50 năm) và khơng
thích hợp xử lý chất ô nhiễm ở nồng độ cao. Tuy nhiên, trong bối cảnh chất lượng khơng
khí trong nhà ngày càng được chú trọng, với ưu thế xử lý được các chất ô nhiễm với tải
lượng thấp một cách nhanh chóng, hiệu quả, phương pháp quang xúc tác ngày càng
được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn. Một số kết quả cho thấy tìm năng xử lý NOx [8],
VOCs [9, 10], SO2 [11] và mùi [12] của phương pháp quang xúc tác cũng như khả năng
khử trùng, diệt khuẩn nhờ việc sử dụng các xúc tác biến tính [13]. Với ưu điểm thân
thiện với môi trường, giá thành rẻ, ổn định, bền và có hiệu quả xử lý cao, Titanium
dioxite (TiO2) thường được lựa chọn làm chất xúc tác hoặc vật liệu điều chế xúc tác
trong các phản ứng quang hóa. Trong đó, Titania nanotubes (TNTs) là một dạng xúc
tác khá phổ biến được chế tạo từ TiO2. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng ứng dụng
cao của vật liệu TNTs trong nhiều lĩnh vực trong đó có xử lý khơng khí trong nhà.

Khả năng xử lý NO2 và HCHO bằng quá trình quang xúc tác với TNTs đã được
chứng minh trong nhiều nghiên cứu với kết quả khả quan. Việc biến tính xúc tác bằng
phương pháp phù hợp thường cho hiệu quả xử lý riêng lẻ HCHO hoặc NO2 cao hơn nhờ
tác động đến các đặc điểm, tính chất đặc trưng của vật liệu xúc tác. Tuy nhiên, theo kết
quả của quá trình tìm hiểu, việc đánh giá hiệu quả xử lý đồng thời cả NO2 và HCHO
bằng quá trình quang xúc tác với các loại xúc tác khác nhau chưa được cơng bố. Do đó,
đề tài “Ứng dụng phương pháp quang xúc tác bằng titania nanotubes xử lý nitrogen
dioxide và formaldehyde” sẽ cung cấp thêm những cơ sở dữ liệu cần thiết, quan trọng
trong việc xử lý HCHO và NO2 trên tinh thần kế thừa các kết quả đã có.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu xử lý NO2 và HCHO bằng phương
pháp quang xúc tác với vật liệu TNT và TNTs biến tính.
2


1.3 Nội dung nghiên cứu
Để đạt được những mục tiêu đã đề ra, các nội dung nghiên cứu sau đã được thực
hiện:
‐

Khảo sát khả năng xử lý HCHO bằng TNT và TNTs biến tính:
+ Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện vận hành đến hiệu quả xử lý HCHO
bằng xúc tác TNT
+ Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính TNT đến khả năng xử lý HCHO
+ Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện pH tổng hợp TNT đến khả năng xử lý
HCHO
+ Thực nghiệm xử lý HCHO bằng thiết bị oxy hóa quang xúc tác trong buồng
kín

‐

Khảo sát ảnh hưởng của việc biến tính TNT bằng các kim loại khác nhau đến
hiệu quả xử lý HCHO và NO2:
+ Xử lý HCHO bằng xúc tác TNT và TNTs biến tính với các kim loại khác
nhau
+ Xử lý đồng thời NO2 và HCHO bằng xúc tác TNTs và TNTs biến tính với
các kim loại khác nhau

‐

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kim loại tẩm đến khả năng xử lý đồng thời
HCHO và NO2

‐

Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi nồng độ HCHO đến hiệu quả xử lý NO2

‐

Thử nghiệm loại bỏ HCHO và NO2 bằng xúc tác pha tạp hai kim loại

-

Phân tích một số tính chất của vật liệu xúc tác

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
Các đối tượng được quan tâm nghiên cứu gồm có:
‐

Vật liệu xúc tác: TNT và TNTs biến tính

‐

Khí ơ nhiễm: NO2 và HCHO

3


1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện ở quy mơ phịng thí nghiệm. Mơ hình nghiên cứu đặt
tại phòng 710 tòa nhà H2 thuộc cơ sở 2, trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia,
thành phố Hồ Chí Minh. Đề tài nghiên cứu được thực hiện từ tháng 09 năm 2019 đến
tháng 08 năm 2020.
1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
1.5.1 Ý nghĩa khoa học
Đóng góp của đề tài là chế tạo và biến tính TNTs xử lý đồng thời NO2 và HCHO
hiệu quả. Khảo sát hiệu quả xử lý của các xúc tác trong trường hợp dịng ơ nhiễm chỉ
có HCHO hoặc NO2 và trường hợp có cả hai chất ơ nhiễm này. Kết quả đề tài đóng góp
vào cơ sở dữ liệu cho những nghiên cứu ứng dụng xử lý khơng khí trong nhà bằng
phương pháp quang với xúc tác TNTs với nhiều đối tượng chất ô nhiễm.
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn
Trong những thập kỷ gần đây, ơ nhiễm khơng khí trong nhà trở thành một vấn đề
nóng, được quan tâm hàng đầu bởi cộng đồng khoa học quốc tế. Với thành phần phức
tạp và nồng độ chất ô nhiễm thấp, ô nhiễm khơng khí trong nhà đặt ra một bài tốn
khơng hề đơn giản cho công nghệ xử lý. Đề tài này được kỳ vọng góp phần đơn giản
hóa nhiệm vụ đảm bảo mơi trường khơng khí trong nhà an tồn cho sức khỏe, hồn
thiện bức tranh cơng nghệ xử lý cho bài tốn ơ nhiễm khơng khí trong nhà. Xa hơn nữa,
giải pháp công nghệ ứng dụng phương pháp quang xúc tác xử lý chất ơ nhiễm nồng độ
thấp có thể được phát triển và hồn thiện cho mơi trường khơng khí trong nhà (nhà ở,

văn phịng, trường học, xe hơi…), và môi trường lao động tại các nhà máy, xí nghiệp.
1.6 Tính mới của đề tài
Q trình quang hóa với vật liệu xúc tác TNT và TNTs biến tính từ bột TiO2
thương mại được ứng dụng trong việc loại bỏ đồng thời HCHO và NO2. Xu hướng
khử/oxy hóa được dự đốn dựa vào tính chất vật liệu xúc tác và hiệu suất quá trình xử
lý. Kết quả đề tài là cơ sở đầu tiên cho việc ứng dụng phương pháp quang xúc tác trong
xử lý đồng thời HCHO và NO2 trong nhà.

4


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Các hợp chất oxit của nitơ (NOx) và nitơ đioxit (NO2)
NOx là cách gọi chung để chỉ các hợp chất oxit của nitơ, bao gồm: NO, NO2, N2O,
N2O3, N2O4, N2O5 và N(NO2)3. Trong khí quyển các dạng NOx có thể chuyển hóa lẫn
nhau nhờ các tác nhân sẵn có trong mơi trường. Sơ đồ q trình chuyển hóa (Hình 2.1)
được tóm tắt trong nghiên cứu của Skalska và cộng sự [14]. Thông thường, các nguồn
phát thải NOx chính gồm có: từ xe cơ giới và từ các q trình sản xuất cơng nghiệp [15].
Thật vậy, q trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch sản sinh ra một lượng NOx đáng kể
trong khí quyển. Cùng với đó, các hoạt động có sử dụng HNO3 cũng làm gia tăng NOx.

Hình 2.1 Sự chuyển hóa giữa các dạng NOx trong khí quyển [14]

Cùng với NO, NO2 là hợp chất NOx thường được nhắc đến. NO2 có độc tính cao,
màu nâu đỏ ở điều kiện thường, nặng hơn khơng khí, có mùi hăng từ nồng độ 0.1 ppm
[5]. Khi được làm lạnh hoặc nén, NO2 là chất lỏng có màu nâu vàng. NO2 không cháy
nhưng là xúc tác tăng tốc độ cháy của các vật liệu dễ cháy, dễ dàng tham gia phản ứng
trùng hợp tạo N2O4. Ở 150 oC, NO2 bắt đầu phân hủy và phân hủy hoàn toàn ở 600 oC.
NO2 có thể tác dụng với nước tạo hỗn hợp axit nitro và axit nitric. Ngồi ra, khí NO2 là
anhydric hỗn hợp có thể tác dụng với dung dịch kiềm tạo thành 2 muối gốc nitrat và

nitrit. Nguyên tố N thuộc chu kỳ 2, phân nhóm VA, vì vậy khi kết hợp với hai nguyên
tố O, nguyên tố N vẫn còn một electron tự do với số oxy hóa là +4. Do vậy, NO2 vừa
có tính khử vừa có tính oxy hóa. Khi tham gia phản ứng với chất oxy hóa mạnh, NO2
thể hiện tính khử như trong phương trình (2-1), (2-2), và (2-3). Ngược lại, khi gặp các
chất khử mạnh, NO2 đóng vai trị là chất oxy hóa như phương trình (2-4) và (2-5).
5


2NO2 + Cl2 → ClNO2

(2-1)

2NO2 + O3 → N2O5 + O2

(2-2)

2NO2 + H2O2 → 2HNO3

(2-3)

NO2 + CO → CO2 + NO

(2-4)

NO2 + SO2 → SO3 + NO

(2-5)

NO2 có thể ảnh hưởng trực tiếp đến niêm mạc mắt, mũi, họng và đường hô hấp,
gây tổn thương phổi nặng, phù phổi. Nếu tiếp xúc với NO2 trong thời gian dài có thể

gây viêm phế quản cấp tính hoặc mạn tính. Ở nồng độ thấp, NO2 có thể gây ra các bệnh
mạn tính; làm tình trạng hen của bệnh nhân trầm trọng hơn; giảm chức năng phổi với
bệnh nhân mắc bệnh tắc nghẽn phổi mạn tính và tăng nguy cơ nhiễm trùng đường hô
hấp, đặc biệt là với trẻ nhỏ. Theo hướng dẫn của WHO về chất lượng khơng khí trong
nhà, với nồng độ NO2 trong nhà ~15 µg/m3, nguy cơ mắc các bệnh về hô hấp ở trẻ em
tăng 20% [5]. WHO cũng khuyến cáo, giới hạn cho phép của NO2 là 200 µg/m3 trung
bình giờ và 40 µg/m3 trung bình năm [4].
2.2 Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và formandehit
Có nhiều định nghĩa về các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) từ các tổ chức trên
thế giới. Theo Cục Bảo vệ Môi trường – EPA (Environmental Protection Agency),
VOCs là những hợp chất chứa cacbon (trừ CO, CO2, cacbonic axit carbides hoặc
cacbonat kim loại và amoni cacbonat) tham gia đáng kể vào các phản ứng quang hóa
trong khí quyển [16]. Theo chỉ thị 2008/50/EC của Nghị viện châu Âu, VOCs là các
hợp chất hữu cơ từ các nguồn nhân tạo và sinh học (trừ CH4) có khả năng tạo các chất
oxy hóa quang hóa khi phản ứng với NOx dưới ánh sáng mặt trời [17]. Tiêu chuẩn quốc
gia Việt Nam (TCVN 10370-2:2014), thuật ngữ hợp chất hữu cơ dễ bay hơi chỉ những
chất hữu cơ ở dạng rắn và/hoặc lỏng có thể bay hơi một cách tự nhiên khi tiếp xúc trực
tiếp với áp suất khí quyển tại nhiệt độ thường. Hiện nay, đã có hơn mười nghìn VOCs
được biết đến. Hầu hết chúng đều có tác động nhất định đến môi trường và sức khỏe
con người nhất là khi có mặt trong mơi trường khơng khí trong nhà. Trong số đó, có
những chất tồn tại lâu trong mơi trường, cũng có những chất bị phân hủy rất nhanh.
VOCs có khả năng gây đau đầu, viêm nhẹ ở nồng độ thấp, ở nồng độ cao, có thể gây
nhiễm độc thần kinh (bần thần, mệt mỏi…) thậm chí có thể gây tử vong.
Một trong những VOCs thường được biết đến là formandehit (HCHO).
Formandehit có cơng thức phân tử là H2C=O, là một chất khí khơng màu, mùi hăng, dễ
cháy và dễ tham gia vào phản ứng ở nhiệt độ phịng. Trên thị trường, formandehit có
6


sẵn ở dạng lỏng và được gọi là formalin với tỷ lệ 30 – 50% theo khối lượng. HCHO

không những có đầy đủ tính chất của một andehit, mà cịn là andehit hoạt động mạnh
nhất. HCHO có thể tham gia vào phản ứng thế với bezen, phản ứng cộng với các anken.
Trong mơi trường xúc tác có tính kiềm, HCHO tham gia vào phản ứng Cannizzaro tạo
thành axit formic và methanol. Ngồi ra, HCHO bị polyme hóa theo hai hướng khác
nhau tạo sản phẩm là vòng ba nhánh (1,3,5-trioxane) hoặc mạch thẳng
(polyoxymethylene). Với hoạt tính mạnh mẽ, HCHO khơng tn theo phương trình
trạng thái khí lý tưởng một cách rõ nét, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ thấp hay áp
suất cao. HCHO phản ứng với dung dịch kiềm, có phản ứng nổ ở 180 oC với NO2. Hơn
nữa, HCHO cũng có thể phản ứng với HCl tạo thành chất có độc tính cao
bis(chloromethyl) ether ((CH2Cl)2O). Trong mơi trường khơng khí xung quanh, HCHO
có thể bị quang hóa bởi CO2; phản ứng nhanh với gốc hydroxyl tạo axit formic. Thời
gian bán phân hủy ước tính của HCHO trong các phản ứng này là 1 giờ tùy thuộc vào
điều kiện môi trường [7].
HCHO là một khí độc, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Từ năm 2004,
WHO đã đưa HCHO vào danh sách các loại hóa chất độc hại đến sức khỏe con người,
có thể gây hại cho da và hệ thống hô hấp, gây bệnh về bạch cầu [5], có thể gây ung thư
vịm họng, ung thư thanh quản [6]. HCHO cũng được IARC đưa vào nhóm 1-nhóm các
chất gây ung thư cho người. Bảng 2.1 trình bày những ảnh hưởng chính của HCHO ứng
với khoảng nồng độ xác định theo WHO. Là một chất ơ nhiễm có hoạt tính mạnh,
HCHO có mặt phổ biến trong các khơng gian giới hạn là một trong những mối lo ngại
thường trực đối với sức khỏe con người.
Bảng 2.1 Ảnh hưởng của HCHO đến sức khỏe con người theo nồng độ [2]

Nồng độ HCHO (ppm)
0-0.05

Tác động, ảnh hưởng
Không ảnh hưởng

0.05-0.1

Thấy mùi đặc trưng

0.1-2.0

Kích thích mắt

0.1-25

Kích thích đường hơ hấp

5-30
50-100
>100

Tác động đến phổi
Sưng phổi, viêm phổi
Tử vong

7


2.3 NOx, VOCs và khói mù quang hóa
Khói mù quang hóa là vấn đề ơ nhiễm chính ở nhiều khu vực trên thế giới, ảnh
hưởng trực tiếp đến môi trường và sức khỏe, làm giảm tầm nhìn, kích ứng mắt, ăn mòn
vật liệu, giảm khả năng quang hợp của cây xanh… Khói mù quang hóa xuất hiện khi
NO2 hấp thụ năng lượng ánh sáng (λ < 420 nm), cùng với sự hiện diện của các hợp chất
Hydrocarbons, VOCs hình thành các gốc tự do tham gia vào dây chuyền phản ứng tạo
các sản phẩm độc hại như O3, CO, peroxyacetyl nitrate (PAN), khói mù… Q trình
hình thành khói mù quang hóa cơ bản có thể chia thành 4 giai đoạn: (i) phản ứng quang

hóa cơ bản, (ii) phản ứng với oxy, (iii) sự tạo thành các gốc hữu cơ tự do từ
Hydrocarbons, và (iv) phản ứng dây chuyền, phân nhánh và kết thúc quá trình. Các giai
đoạn này lần lượt thể hiện trong các phản ứng từ (2-6) đến (2-12).
NO2 + hv (λ < 420 nm) → NO + O

(2-6)

O2 + O → O 3

(2-7)

O3 + NO → NO2 +O2

(2-8)

O + RH → R• + các sản phẩm khác

(2-9)

O3 + RH → R• + các sản phẩm khác

(2-10)

NO + ROO• → NO2 + các sản phẩm khác

(2-11)

NO2 + R• → sản phẩm (PAN…)

(2-12)

Hoặc có thể mơ tả chung việc hình thành khói mù quang hóa theo phản ứng (213) dưới điều kiện ánh sáng Mặt Trời [18]:
VOCs + NO → O3 + HNO3 + hợp chất hữu cơ

(2-13)

Như vậy, sự có mặt của NOx và VOCs khơng những gây bất lợi cho mơi trường
bởi tác hại của chính nó mà còn tương tác lẫn nhau, tương tác với các yếu tố có sẵn
trong mơi trường, gây ra những vấn đề nghiêm trọng hơn, với tầm ảnh hưởng lớn hơn
như khói mù quang hóa, mưa axit, hiệu ứng nhà kính. Do đó việc áp dụng các biện pháp
từ quản lý đến kỹ thuật nhằm giảm tác động tiêu cực của NOx và VOCs đến môi trường
và sức khỏe cộng đồng là hết sức cần thiết.
2.4 NO2 và HCHO trong khơng khí trong nhà
Chất lượng khơng khí trong nhà ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người đặc
biệt là nhóm dễ bị tổn thương như trẻ em, người già hoặc người bệnh. Khơng khí trong
nhà bị ơ nhiễm khi có sự hiện diện của các tác nhân ô nhiễm (vật lý, hóa học, hoặc sinh
học) trong mơi trường có khơng gian bị giới hạn, với điều kiện các tác nhân này không
8


xuất hiện một cách tự nhiên với số lượng lớn trong khơng khí ngồi trời của hệ sinh
thái. Do các chất ô nhiễm thường phát sinh từ các hoạt động thường nhật với nồng độ
thấp khó có thể nhận diện vơ hình chung làm cơ thể thích nghi với điều kiện ô nhiễm.
Điều này hết sức nguy hiểm, là nguyên nhân gây ra các bệnh mạn tính, ung thư, tăng
nguy cơ tử vong sớm. Vì vậy, vấn đề ơ nhiễm khơng khí trong nhà cần được quan tâm,
kiểm sốt, ngăn ngừa, và xử lý càng sớm càng tốt.
Khói thuốc lá, quá trình đốt hay đun nấu là những nguyên nhân phát sinh NO2
cũng như HCHO trong mơi trường khơng khí trong nhà. Ngồi ra, việc xuất hiện NO2
trong nhà cịn có thể từ các thiết bị khơng được bảo dưỡng, bảo trì tốt, hoặc từ bên ngồi
xâm nhập vào. Kết quả một nghiên cứu cho thấy việc sử dụng bếp gas làm tăng nồng

độ NO2 trong khơng khí trong nhà [3]. Theo WHO, những hộ gia đình sử dụng bếp gas
có nồng độ NO2 trong khơng khí trong nhà cao hơn 28 µg/m3 so với những hộ gia đình
dùng bếp điện [5]. Về HCHO, các vật liệu xây dựng, trang trí, đồ nội thất mới cũng là
một trong những nguồn phát thải HCHO chính trong mơi trường khơng khí trong nhà.
Việc HCHO từ bên ngoài xâm nhập vào gần như khơng đáng kể vì nồng độ HCHO
trong nhà thường có xu hướng cao hơn mơi trường xung quanh. Nhìn chung, nồng độ
HCHO trong khơng khí trong nhà phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có độ tuổi của
tịa nhà và điều kiện thời tiết như nhiệt độ, độ ẩm [7]. Kết quả điều tra của Levy và cộng
sự [3] cho thấy nồng độ NO2 dao động trong khoảng 10 đến 81 μg/m3 trong khi khoảng
nồng độ HCHO chưa được báo cáo. Tuy nhiên, kết quả tổng quan tài liệu cho thấy,
phạm vi nồng độ HCHO và NO2 là khác nhau với các điều kiện thực tế khác nhau. Vì
vậy, các số liệu được ghi nhận chỉ mang tính chất tham khảo, và có giá trị với những
điều kiện hạn hẹp.
Để đảm bảo chất lượng khơng khí trong nhà, đầu tiên các thiết bị, vật dụng thân
thiện với môi trường cần được ưu tiên sử dụng, tránh hoặc hạn chế sử dụng các sản
phẩm có thành phần gây hại cho môi trường và sức khỏe. Trong trường hợp bất khả
kháng buộc phải sử dụng, các sản phẩm này nên được bố trí hợp lý, hạn chế tối đa việc
ảnh hưởng đến sức khỏe. Việc bố trí cây xanh để tái tạo oxy trong không gian giới hạn
cũng cần phải được quan tâm. Các loại cây như: Cúc đồng tiền, Huyết giác, Lan ý, Cọ
lá tre hay Huyết dụ được chứng minh có tác dụng thanh lọc khơng khí nhờ khả năng
loại bỏ được các chất ô nhiễm như: trichloroethylene, benzen, formandehit [19]. Thơng
gió, thống khí cũng là một biện pháp phổ biến được nhiều người lựa chọn để cải thiện
không khí trong nhà. Gió tự nhiên được tận dụng lưu thơng khơng khí trong nhà nhờ hệ
thống các cửa chính và cửa sổ. Các thiết bị thơng gió như quạt hút, quạt đẩy, chụp hút
được bố trí một cách hợp lý để kịp thời loại bỏ chất ô nhiễm, tránh ảnh hưởng đến sức
9


khỏe. Tuy nhiên vị trí các nguồn gây ơ nhiễm cần được chú ý để tránh thơng gió trở
thành việc phát tán chất ô nhiễm, đưa chúng quanh quẩn trong nhà khơng thốt ra được.

Trong một vài trường hợp, các nguồn ơ nhiễm bên ngồi cần được chú ý để hệ thống
thơng gió hoạt động hiệu quả. Cuối cùng, các thiết bị thanh lọc khơng khí được xem
như là một giải pháp hiệu quả được nhiều người tin dùng. Với sự phát triển không
ngừng, các công nghệ làm sạch không khí trong nhà được thương mại hóa với các thiết
bị đa dạng, mang đến nhiều sự lựa chọn cho người tiêu dùng. Một số công nghệ được
ứng dụng phổ biến trong các thiết bị lọc khơng khí có thể kể đến như: hấp phụ bằng
than hoạt tính, plasma nguội/nóng, lọc bụi tĩnh điện… Tuy nhiên, các thiết bị này cần
được vệ sinh và bảo trì đúng cách, tránh việc biến chúng thành nơi tích tụ bụi bẩn và vi
sinh vật gây hại cho sức khỏe.
Trên thế giới, các biện pháp làm sạch khơng khí trong nhà được quan tâm từ rất
sớm. Gần 50 năm phát triển kể từ những năm 1970 bức tranh cơng nghệ xử lý ơ nhiễm
khơng khí trong nhà ngày càng hồn thiện. Bảng 2.2 tóm tắt ưu và nhược điểm của một
số công nghệ xử lý ô nhiễm không khí trong nhà. Ở Việt Nam, chất lượng khơng khí
trong nhà đã và đang được chú trọng nhiều hơn, tuy nhiên việc nghiên cứu tìm ra cơng
nghệ phù hợp với tính chất và mức độ ơ nhiễm với điều kiện trong nước cần có thời
gian.
Bảng 2.2 Đặc điểm một số công nghệ xử lý ô nhiễm không khí trong nhà [20]

Cơng

Đối

nghệ

tượng

Lọc cơ
học

Bụi thơ

Ưu điểm

Nhược điểm

Kỹ thuật đơn giản, giữ được
các hạt lơ lửng kích thước
lớn trong khơng khí, một số
trường hợp có thể giữ được
vi sinh vật (kích thước màng

Hiệu quả lọc giảm theo thời
gian, màng lọc cần được thay
thế; thiết bị có thể là nơi tích
tụ vi sinh vật; kém hiệu quả
với bụi mịn

lọc) và khí ô nhiễm (hấp
phụ)
Lọc tĩnh
điện, ion
hóa

Bụi mịn

Xử lý được bụi mịn, khơng
tích tụ vi sinh vật, cho hiệu
quả xử lý cao, tổn thất áp lực
chậm hơn lọc cơ học

10

Tốn năng lượng, có thể sinh
ra các chất ơ nhiễm thứ cấp
khơng mong muốn, hiệu suất
xử lý bị ảnh hưởng bởi hóa