Nghiên cứu chế tạo xúc tác cho quá trình xử lý các hợp chất polyclobiphenyl PCBS bằng phương pháp khử ở nhiệt độ thấp

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

ĐẶNG QUỐC THẮNG

Đặng Quốc Thắng

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CÁC
HỢP CHẤT POLYCLOBIPHENYL (PCBs) BẰNG PHƯƠNG PHÁP

KỸ THUẬT HOÁ HỌC

KHỬ Ở NHIỆT ĐỘ THẤP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HOÁ HỌC

2014B

Hà Nội – Năm 2017


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

Đặng Quốc Thắng

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CÁC HỢP
CHẤT POLYCLOBIPHENYL (PCBs) BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHỬ Ở

NHIỆT ĐỘ THẤP

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HOÁ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Nguyễn Hồng Liên

Hà Nội – Năm 2017


1 LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, dưới sự hướng dẫn
của PGS.TS Nguyễn Hồng Liên. Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ đúng
nguyên tắc, kết quả trình bày trong luận văn thu thập được trong quá trình nghiên cứu
là trung thực và chưa từng được ai công bố trước đây.
Hà Nội, tháng 3 năm 2017
Tác giả luận văn

Đặng Quốc Thắng

1


LỜI CẢM ƠN
Em xin cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Hồng Liên, là người đã gợi mở các ý tưởng
khoa học và hướng dẫn em trong suốt thời gian nghiên cứu luận văn bằng tất cả tâm
huyết và sự quan tâm hết mực của người thầy đến học viên.

Em cũng xin cảm ơn TS.Chu Thị Hải Nam, là người đã hướng dẫn em rất nhiều
về tác phong, quy trình thực nghiệm, các kỹ thuật phân tích và đánh giá thực nghiệm
trong phịng thí nghiệm.
Em cũng xin cảm ơn các thầy cơ trong Bộ mơn Cơng nghệ Hữu cơ - Hóa dầu,
các anh chị trong PTN Cơng nghệ Lọc hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Viện kỹ
thuật Hóa học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ để em
hồn thành cơng trình nghiên cứu này.
Em cũng xin cảm ơn các em sinh viên nghiên cứu khoa học của nhóm nghiên cứu
hydrodeclo hóa (HDC) đã giúp đỡ em rất nhiều trong nghiên cứu và làm thực nghiệm.
Cuối cùng em cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè là những người đã ở bên cạnh,
giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình học tập nghiên cứu của mình.
Hà Nội, tháng 3 năm 2017
Học viên cao học

Đặng Quốc Thắng

2


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 9
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................................... 11
1.1. Giới thiệu dầu biến thế .............................................................................................. 11
1.2. PCBs .......................................................................................................................... 11
1.3. Quy định về hàm lượng và các tính chất phân loại PCBs ......................................... 16
1.4. Thống kê lượng PCBs tại ngành Điện lực Việt Nam ................................................ 18
1.5. Các phương pháp xử lý PCBs ................................................................................... 18

1.5.1. Xử lý bằng phương pháp hấp phụ............................................................. 19
1.5.2. Xử lý bằng phương pháp nhiệt ................................................................. 19
1.5.3. Xử lý bằng phương pháp chôn lấp ............................................................ 20
1.5.4. Xử lý bằng phương pháp sinh học ............................................................ 20
1.5.5. Xử lý bằng chiết dung môi........................................................................ 21
1.5.6. Xử lý bằng phương pháp khử ................................................................... 22
1.5.7. Xử lý bằng phương pháp nhiệt và khử kết hợp......................................... 22
1.6. Q trình khử trong dịng hydro (HDC)............................................................... 23
1.6.1. Giới thiệu về quá trình HDC..................................................................... 23
1.6.2. Xúc tác cho quá trình HDC ...................................................................... 23
1.7. Vật liệu mao quản trung bình .................................................................................... 23
1.7.1. Giới thiệu chung về vật liệu mao quản trung bình ................................... 23
1.7.2. Vật liệu cacbon mao quản trung bình có trật tự (OMC) ........................... 24
1.7.3. Phương pháp tổng hợp OMC .................................................................... 25
1.7.4. Một số hệ phản ứng HDC điển hình ......................................................... 27
1.8. Hướng nghiên cứu của luận văn ............................................................................. 28
Chương 2. THỰC NGHIỆM ......................................................................................... 30
2.1. Tổng hợp hợp vật liệu cacbon mao quản trung bình (OMC) .................................... 30
2.1.1. Tổng hợp nhựa phenolic ............................................................................. 30
2.1.2. Tổng hợp vật liệu OMC-1 .......................................................................... 31
2.2. Tổng hợp xúc tác ....................................................................................................... 33
2.3. Đánh giá các đặc trưng hóa lý của chất mang và xúc tác .......................................... 34
2.3.1. Phổ hấp thụ phân tử (UV-vis)..................................................................... 34
2.3.2. Plasma cảm ứng ghép nối khối phổ (ICP-MS) ........................................... 34
2.3.3. Kính hiển vi điện tử quét (TEM) ................................................................ 35
2.3.4. Nhiễu xạ tia X (XRD)................................................................................. 35
2.3.5. Hấp phụ và nhả hấp phụ vật lý N2 (BET) ................................................... 35
2.4. Đánh giá khả năng hấp phụ MB của các chất mang.................................................. 35

3

2.5. Nghiên cứu khả năng phản ứng của xúc tác trong quá trình xử lý PCBs trong dầu
biến thế thải ............................................................................................................. 36
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... 39
3.1. Đánh giá đặc trưng các chất mang............................................................................. 39
3.1.1. Chất mang OMC-1 .......................................................................................... 39
3.1.2. Chất mang C* thương mại............................................................................... 40
3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ MB của các chất mang ............................................. 42
3.2.1. Xây dựng đường chuẩn phân tích MB bằng UV-Vis ...................................... 42
3.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ MB của các chất mang thay đổi theo thời
gian ................................................................................................................... 43
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ MB ban đầu đến khả năng hấp phụ
của chất mang OMC-1 ..................................................................................... 44
3.3. Đánh giá đặc trưng hóa lý của các xúc tác ................................................................ 47
3.3.1. Hàm lượng kim loại thực tế trong xúc tác ....................................................... 48
3.3.2. Phân bố kim loại trên bề mặt chất mang ......................................................... 48
3.3.3. Diện tích bề mặt riêng và phân bố mao quản của các xúc tác ......................... 49
3.4. Nghiên cứu khả năng xử lý PCBs trong dầu biến thế thải của xúc tác bằng
phương pháp khử ở nhiệt độ thấp .............................................................................. 51
3.4.1. Xử lý PCB 28 .................................................................................................. 53
3.4.2. Xử lý PCB 52 .................................................................................................. 54
3.4.3. Xử lý PCB 101 ................................................................................................ 55
3.4.4. Xử lý PCB 153 ................................................................................................ 56
3.4.5. Xử lý PCB 138 ................................................................................................ 57
3.4.6. Xử lý PCB 180 ................................................................................................ 58
3.4.7. Khả năng xử lý PCBs trong dầu biến thế thải của xúc tác 5%Pd/OMC-1 ...... 60
3.4.8. Khả năng xử lý PCBs trong dầu biến thế thải của xúc tác 5%Pd/C* .............. 61
KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 65

PHỤ LỤC

4


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
OMC

(Ordered Mesoporous Carbons) Vật liệu cacbon mao quản trung
bình trật tự

C*

Than hoạt tính

EVN

Tổng Cơng ty điện lực Việt Nam

HDC

(Hydrodechorination) Q trình khử trong dịng hydro

IUPAC

(International Union of Pure and Applied Chemistry) Hiệp hội
hóa học tinh vi và ứng dụng quốc tế

kl

Khối lượng

PCBs

(Polychlorinated Biphenyls) Polyclobiphenyl

SBET

Diện tích bề mặt riêng

BET

Phương trình Brunauer – Emmett – Teller

UV-vis

(UV-visible spectrophotometer) Phổ hấp thụ phân tử

XRD

(X-Ray Diffaction) Phổ nhiễu xạ tia X

TEM

(Transmission Electron Microscopy) Kính hiển vi điện tử truyền
qua độ phân giải cao

5

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các cấu tử PCBs có độc tính tương đương dioxin ..............................................14
Bảng 1.2. Tính chất vật lý của một số acrolor ở 25°C ........................................................15
Bảng 1.3. Quy chuẩn Việt Nam về hàm lượng PCBs trong các chất thải ...........................17
Bảng 1.4. Quy định hàm lượng PCBs trong các chất thải nguy hại của một số nước.........17
Bảng 1.5. Quy chuẩn về ngưỡng chất thải nguy hại nhiễm PCBs ở Việt Nam ...................18
Bảng 1.6. Phân loại các dạng vật liệu mao quản theo IUPAC ............................................24
Bảng 3.1. Dung lượng hấp phụ MB trên các chất mang .....................................................43
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ MB tới quá trình hấp phụ MB trên OMC-1 .......45
Bảng 3.3. Nồng độ MB còn lại trong dung dịch sau quá trình hấp phụ theo thời gian .......45
Bảng 3.4. Dung lượng hấp phụ của OMC-1 khi thay đổi nồng độ MB ban đầu .................. 35
Bảng 3.5. Giá trị 1/Ce và 1/Qe tại thời điểm hấp phụ ở 240 phút............................................ 36
Bảng 3.6. Thời gian lưu trên sắc ký đồ (GC) và tỷ lệ mang khối (m/z) của khối phổ
(MS) của các đồng phân PCBs .............................................................................. 41
Bảng 3.7. Hiệu quả phản HDC sau 1 giờ phản ứng đối với từng đồng phân PCBs
trên xúc tác Pd/OMC-1 và Pd/C* ........................................................................ 60

6


2 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của PCBs ...............................................................................12
Hình 1.2. Quá trình xử lý PCBs bằng phương pháp hiếm khí.............................................21
Hình 1.3. Q trình xử lý PCBs bằng phương pháp kị khí .................................................21
Hình 1.4. Các dạng mao quản theo IUPAC .........................................................................24
Hình 1.5. Cấu trúc hình học của vật liệu OMC ...................................................................24
Hình 1.6. Cơ chế tạo khung cấu trúc tinh thê lỏng ..............................................................25
Hình 1.7. Cơ chế tạo khung mẫu cứng ................................................................................26
Hình 1.8. Cơ chế phản ứng HDC xúc tác Pd/C* và hệ H2-Mg-Metanol .............................28
Hình 2.1. Quá trình tổng hợp nhựa phenolic .......................................................................30

Hiǹ h 2.2. Hệ thiết bị phản ứng tổng hợp nhựa phenolic .....................................................31
Hiǹ h 2.3. Quá trình tổng hợp OMC-1 ................................................................................32
Hiǹ h 2.4. Hình ảnh mẫu OMSC ..........................................................................................33
Hình 2.5. Thiết bị nung OMSC trong dịng khí trơ N2 ........................................................33
Hình 2.6. Q trình tổng hợp xúc tác Pd/OCM-1 và Pd/C* ................................................34
Hình 2.7. Sơ đồ thực nghiệm xử lý PCBs trong dầu biến thế thải ...............................36
Hình 3.1. Ảnh TEM của chất mang OMC-1 .......................................................................39
Hình 3.2. Phổ XRD của chất mang OMC-1 ........................................................................39
Hình 3.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ vật lý N2 (a) và đường cong
phân bố mao quản (b) của chất mang OMC-1 ....................................................40
Hình 3.4. Ảnh TEM của chất mang C* ...............................................................................41
Hình 3.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ vật lý N2 (a) và đường cong
phân bố mao quản (b) của chất mang C* ............................................................41
Hình 3.6. Phổ chồng tín hiệu UV-vis của các điểm nơng độ chuẩn MB.............................42
Hình 3.7. Đường chuẩn phân tích MB ................................................................................42
Hình 3.8. Dung lượng hấp phụ MB trên các chất mang ......................................................43
Hình 3.9. Đường cong hấp phụ MB khi thay đổi nồng độ ban đầu theo thời gian .............44
Hình 3.10. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ................................................................46
Hình 3.11. Hàm lượng Pd kim loại thực tế trong xúc tác ....................................................47
Hình 3.12. Ảnh TEM của hai mẫu xúc tác 5%Pd/OMC-1 và 5%Pd/C* .............................48
Hình 3.13. Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ vật lý N2 của hai mẫu xúc tác
5%Pd/OMC-1 (a) và 5%Pd/C* (b) ...................................................................50
Hình 3.14. Đường cong phân bố mao quản của hai mẫu xúc tác 5%Pd/OMC-1 (a) và
5%Pd/C* (b) ....................................................................................................50
Hình 3.15. Sắc đồ của sắc ký khí (GC) xác định hàm lượng PCBs trong dầu biến thế
thải ....................................................................................................................51
Hình 3.16. Sắc đồ của sắc ký khí (GC) của đường chuẩn phân tích các PCBs ..................52

7

Hình 3.17. Đường chuẩn phân tích của từng đồng phân PCB 28 (a); PCB 52 (b);
PCB 101 (c); PCB 138 (d); PCB 153 (e) và PCB 180 (f) ...........................53
Hình 3.18. Nồng độ PCB 28 trước và sau phản ứng khử theo thời gian trên hai
loại xúc tác khác nhau ...................................................................................54
Hình 3.19. Nồng độ PCB 52 trước và sau phản ứng khử theo thời gian trên hai
loại xúc tác khác nhau ...................................................................................55
Hình 3.20. Nồng độ PCB 101 trước và sau phản ứng khử theo thời gian trên hai
loại xúc tác khác nhau ...................................................................................56
Hình 3.21. Nồng độ PCB 153 trước và sau phản ứng khử theo thời gian trên hai
loại xúc tác khác nhau ...................................................................................57
Hình 3.22. Nồng độ PCB 138 trước và sau phản ứng khử theo thời gian trên hai
loại xúc tác khác nhau ...................................................................................58
Hình 3.23. Nồng độ PCB 180 trước và sau phản ứng khử theo thời gian trên hai
loại xúc tác khác nhau ...................................................................................59
Hình 3.24. Khả năng xử lý PCBs của phản ứng khử ở nhiệt độ thấp trên xúc tác
5%Pd/OMC-1 theo thời gian ........................................................................60
Hình 3.25. Khả năng xử lý PCBs của phản ứng khử ở nhiệt độ thấp trên xúc tác
5%Pd/C* theo thời gian.................................................................................62

8


MỞ ĐẦU
PCBs (Polychlorinated Biphenyls), một trong 22 nhóm chất hữu cơ khó phân hủy
sẽ được dừng sử dụng vào năm 2020 và tiêu hủy an toàn vào năm 2028 tại Việt Nam.
PCBs là một nhóm hợp chất thơm của halogen được tạo thành khi thay thế từ 1 đến 10
nguyên tử hydro trong phân tử biphenyl bằng các nguyên tử clo. PCBs có 10 đồng
đẳng và 209 đồng phân [1 – 3, 20].
Do ưu điểm nổi trội là cách điện tốt, không cháy nổ, nên từ những năm 1930,

PCBs đã được sử dụng rộng rãi như một loại phụ gia lý tưởng của chất cách điện trong
các thiết bị điện như máy biến áp, tụ điện, trong chất lỏng thủy lực cho các thiết bị
nâng hạ và một số ứng dụng dân dụng. Đến nay, PCBs khơng cịn được sản xuất
nhưng vẫn còn tồn tại trong những ứng dụng trước đây và mơi trường [8 - 10]. Chính
vì vậy, nghiên cứu các phương pháp để xử lý hiệu quả PCBs trong mơi trường nói
chung và trong dầu biến thế thải nói riêng là một vấn đề có tính cấp thiết.
Trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về quá trình xử lý PCBs theo các
phương pháp khác nhau như đốt, chôn lấp, sinh học, phân hủy bằng hồ quang plasma,
bức xạ bằng năng lượng của lị vi sóng, oxy hóa, khử, nhiệt và khử kết hợp [13]. Mỗi
phương pháp đều có ưu, nhược điểm riêng, trong đó, phương pháp khử trong dòng
hydro là phương pháp mới hiện nay thu hút được sự quan tâm nghiên cứu và ứng dụng
thực tế của các nhà khoa học vì quá trình này cho phép đạt độ chuyển hóa cao, xử lý
triệt để các tiền chất clo hữu cơ, tạo sản phẩm vừa khơng độc, vừa có thể tái sử dụng
làm ngun liệu cho các quá trình tổng hợp hữu cơ [4 – 6].
Trong số các kim loại họa động được sử dụng làm xúc tác cho quá trình thì Pd thể
hiện hoạt tính cao hơn cả để xử lý các hợp chất PCBs. Cịn phần chất mang thì cacbon
hoạt tính (C*) cũng tỏ ra là vật liệu phù hợp bởi ái lực mạnh với các hợp chất hữu cơ
clo [15]. Nhược điểm của C* là hệ thống mao quản trải rộng (từ vi mao quản đến mao
quản trung bình) với tỷ lệ lớn là vi mao quản, trong khi đó PCBs là hợp chất có kích
thước phân tử lớn và cồng kềnh. Chính vì vậy, để đáp ứng được u cầu xử lý các chất
cơ clo có kích thước phân tử lớn như PCBs, cần tổng hợp những vật liệu trên cơ sở
cacbon có mao quản lớn hơn. Do đó, luận văn này sẽ tập trung vào tổng hợp vật liệu
cacbon mao quản trung bình trật tự (OMC - Ordered Mesoporous Carbons) mang tính
chất như C*, nhưng có kích thước mao quản trung bình và có trật tự làm chất mang
9


cho xúc tác Pd kim loại cho quá trình HDC PCBs. Hiệu quả quá trình xử lý sẽ được so
sánh với xúc tác Pd/C* tổng hợp từ chất mang C* thương mại
Các nội dung chính của luận văn gồm: Tổng quan tài liệu và tổng quan lý thuyết;

Tổng hợp chất mang OMC-1; Tổng hợp xúc tác kim loại Pd/OMC-1 và Pd/C*; Đánh
giá đặc trưng hóa lý của chất mang và xúc tác; Đánh giá khả năng hấp phụ của OCM-1
và C*; Thử nghiệm hoạt tính xúc tác Pd/OMC-1 và Pd/C* cho phản ứng khử ở nhiệt
độ thấp để xử lý PCBs trong mẫu dầu biến thế thải; Phân tích sản phẩm phản ứng bằng
GC-MS và đánh giá hiệu quả quá trình.

10


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về dầu biến thế
Dầu biến thế là loại dầu có tính ổn định ở nhiệt độ cao, sử dụng trong các tụ điện,
các thiết bị chuyển mạch, ngắt mạch, … Với khả năng cách nhiệt, ngăn chặn sự phóng
điện nên dầu biến thế là một chất làm mát, chất chống oxy hóa trong các thiết bị điện
[11, 12, 16, 31].
Dầu biến thế thương mại được pha chế từ dầu gốc, tinh chế bằng dung mơi và
hydro, sau đó, khử nước và khơng khí dưới áp suất chân không để triệt tiêu hơi ẩm,
tăng khả năng cách điện và xử lý bằng nitơ để ức chế q trình oxy hóa. Loại dầu này
có chứa các phụ gia chống oxy hóa, do đó có tính làm mát, cách điện và độ bền oxi
hóa cao [19].
Thành phần chính của dầu biến thế là C và H, với những cấu trúc khác nhau, trong
đó chủ yếu là parafin, naphten và aromatic. Ngồi ra trong dầu biến thế cịn có một số
hợp chất chứa N, S và O [17]. Dầu biến thế thường ở 2 dạng chính trái ngược nhau:
dạng ức chế và dạng không bị ức chế (dạng tự do). Dầu biến thế ở dạng ức chế có khả
năng giảm sự oxy hóa và cách điện tốt hơn so với ở dạng tự do. Các tính chất quan
trọng trong dầu biến thế là: độ nhớt, tỷ trọng, hàm lượng nước, tính cách điện, sức
căng bề mặt, độ bền oxy hóa, …
1.2. PCBs
PCBs (Polychlorinated Biphenyls), nhóm hợp chất thơm của halogen được tạo
thành khi thay thế từ 1 đến 10 nguyên tử hydro trong phân tử biphenyl bằng các

nguyên tử clo, công thức tổng quát (C12H10-nCln) [30].
Trong tự nhiên, PCBs không tồn tại. Khoảng những năm 1900 chúng được thải vào
môi trường bởi các Công ty sản xuất và người tiêu dùng. Monsanto là công ty đầu tiên
và duy nhất của Mỹ sản xuất PCBs năm 1929. Ngay sau đó PCBs đã nhanh chóng phát
triển như một bước đột phá với nhiều ứng dụng đa dạng trong công nghiệp [18].
Tuy nhiên, với những độc tính của mình, PCBs được sắp xếp là một trong 22 nhóm
chất hữu cơ khó phân hủy được quy định trong công ước Stockholm và sẽ được dừng
sử dụng vào năm 2020 cũng như tiêu hủy an toàn vào năm 2028 tại Việt Nam [32 36].
11


Năm 1980, các chất trong họ PCBs đã được Ballschmiter và Zell sắp xếp, phân loại
theo số thứ tự từ 1 đến 209, theo quy tắc của Hiệp hội quốc tế các nhà hoá học và ứng
dụng (International Union of Pure and Applied Chemists, IUPAC). PCBs có 10 đồng
đẳng và 209 đồng phân, trong đó 130 cấu tử được đưa vào sản xuất thương mại. Vì
PCBs có 10 đồng đẳng nên chúng được chia thành 10 nhóm, mỗi nhóm chứa các PCBs
có cùng số nguyên tử clo. Số chất có trong nhóm thay đổi tùy theo số lượng và khả
năng thay thế của nguyên tử clo trong các vòng biphenyl [33]. Cơng thức cấu tạo như
sau:

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của PCBs
Cách gọi tên các hợp chất PCBs như sau: vị trí thế của các nguyên tử clo (từ phải
qua trái, từ thấp đến cao) + tổng số nguyên tử clo thế trong phân tử + tên phân tử gốc.
Ví dụ: PCB 28 là 2,4,4'-trichlorbiphenyl.
Các thuật ngữ thường được sử dụng để xác định vị trí của các nguyên tử clo vào
vòng biphenyl như sau: Clo trên cacbon 2 hoặc 2' và 6 hoặc 6' đang ở vị trí ortho; Clo
trên cacbon 3 hoặc 3' và 5 hoặc 5' đang ở vị trí meta; Clo trên cacbon 4 hoặc 4' là ở vị
trí para.
Hai vịng benzen trong phân tử PCBs có thể quay quanh cầu nối liên kết giữa
chúng. Khi hai vòng benzen ở cùng một mặt phẳng, PCBs được gọi là đồng phẳng. Độ

đồng phẳng phụ thuộc nhiều vào số nguyên tử clo ở vị trí ortho. Sự thay thế các
nguyên tử H ở vị trí ortho bằng các nguyên tử clo sẽ làm vòng benzen quay khỏi vị trí
ban đầu. Vịng benzen có thể quay một góc 90o so với vòng benzen còn lại.
Clo gắn với cacbon ở vị trí ortho khó cắt đứt liên kết hơn so với các vị trí khác.
Khi cả 2 nguyên tử đính vào 2 cacbon liền kề đều là clo thì khó cắt đứt liên kết C-Cl
hơn là khi các nguyên tử clo này đính vào 2 cacbon nằm ở vị trí cách xa nhau.
Nếu chỉ có hai clo và cả hai clo là ở cùng một vị trí ortho (chẳng hạn 2 và 2’) sẽ có
xu hướng làm cho đồng phân clo của dạng PCBs này ít độc hơn so với trường hợp
trong đó có chứa 6 clo nhưng vẫn cịn thiếu tất cả bốn vị trí ortho (cacbon 2, 6, 2’ và
12


6’). Số lượng lớn các nguyên tử clo có mặt nhưng khơng đính với cacbon ở vị trí ortho
nào làm cho đồng phân clo này đặc biệt độc hại.

Cấu trúc PCBs ở dạng ít độc hại:

Cấu trúc PCBs ở dạng độc hại:

Độc tính của mỗi một PCBs phụ thuộc khơng chỉ vào số lượng clo có mặt trên cấu
trúc biphenyl, mà cịn phụ thuộc vào vị trí của các clo. Ví dụ, đồng loại với clo ở cả
hai vị trí para (4 và 4') và ít nhất 2 clo ở vị trí meta (3; 5; 3'; 5') được coi như là "chất
độc da cam" và đặc biệt độc hại. Khi chỉ có 1 hoặc khơng có clo thay thế ở vị trí ortho,
các phân tử cùng loại có thể xếp hàng trong một mặt phẳng. Các “cấu hình phẳng” đặc
biệt độc hại. Mức độ đồng phẳng phụ thuộc phần lớn vào nhóm thế ở vị trí ortho do
hiệu ứng án ngữ khơng gian. Các thành phần trong nhóm đồng phẳng có một cấu trúc
khá chắc chắn với 2 vịng phenyl trong cùng một mặt phẳng. Điều này cho phép các
phân tử có cấu trúc tương tự như các cấu tử dioxin độc hại polychlorinated dibenzo-pdioxins (PCDDs) và polychlorinate dibenzofurans (PCDF) [18].
Phân hủy sinh học có liên quan đến số lượng clo của một PCBs cụ thể. Tăng số
lượng nhóm thế clo thì làm giảm khả năng phân hủy sinh học. Nếu có nhóm thế clo

trên cả hai vịng, vịng có ít nguyên tử clo sẽ được hydroxyl đầu tiên. Phân hủy sinh
học ưu tiên vịng khơng có clo thay thế. Vậy ta có thể thấy rằng vị trí của ngun tử
clo thay thế quan trọng hơn số lượng nguyên tử clo thay thế [35]. Bảng 1.1 cho thấy 13
cấu tử PCBs độc hại có độc tính tương đương dioxin [37].

13


Bảng 1.1. Các cấu tử PCBs có độc tính tương đương dioxin
STT
1

PCBs

Số PCB

3,3 ', 4,4'-Tetrachlorobiphenyl

77

2

3,3 ', 4,4' ,5-Pentachlorobiphenyl

126

3

3,3, 4,4, 5,5 '-Hexachlorobiphenyl

169

2,3,3 ', 4,4'-Pentachlorobiphenyl

105

5

2,3,4,4 ',5-Pentachlorobiphenyl

114

6

2,3 ', 4,4' ,5-Pentachlorobiphenyl

118

7

2 ', 3,4,4' ,5-Pentachlorobiphenyl

123

8

2,3,3 ', 4,4' ,5-Hexachlorobiphenyl

156

9

2,3,3 ', 4,4', 5'-Hexachlorobiphenyl

157

10

2,3, 4,4, 5,5 '-Hexachlorobiphenyl

167

11

2,3,3 ', 4,4', 5,5 '-Heptachlorobiphenyl

189

2,2 ', 3,3', 4,4 ',5-Heptachlorobiphenyl

170

2,2 ', 3,4,4', 5,5 '-Heptachlorobiphenyl

180

4

12
13

Non-ortho

Tên

Mono-ortho

Di-ortho

Từng đồng đẳng của PCBs thường là các hợp chất kết tinh khơng màu. Hỗn hợp
PCBs thương mại thường có màu vàng sáng nhạt, trong suốt, có thể ở dạng lỏng dầu,
sáp mềm hoặc trạng thái rắn. Các đồng đẳng của PCBs ít tan trong nước và có tính ái
dầu. Ở nhiệt độ thấp, PCBs không kết tinh nhưng sẽ chuyển sang dạng nhựa dẻo.
PCBs ít tan trong nước nhưng dễ tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực và
chất béo sinh học. Độ hòa tan giảm khi tăng hàm lượng clo trong phân tử. Các hợp
chất PCBs dễ tan trong dầu nên chúng dễ đi vào các chuỗi thức ăn, tích góp trong
các mơ mỡ của sinh vật.
Do có một số tính chất vật lý đặc trưng như: PCBs là chất lỏng ở nhiệt độ phòng,
độ tan trong nước thấp, dễ dàng hòa tan trong các dung mơi hữu cơ, nhiệt độ chớp
cháy cốc kín 170 ÷ 380oC, không nổ, khả năng dẫn điện thấp, khả năng dẫn nhiệt rất
14


cao, độ ổn định cao mà PCBs được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có các chất
lỏng điện môi dùng trong tụ điện và máy biến thế, chất lỏng chuyển nhiệt, chất lỏng
thủy lực, dầu bôi trơn, cũng như các chất phụ gia trong thuốc trừ sâu, sơn, giấy
copy khơng cacbon, chất dính và thuốc hãm cho kính hiển vi,… [34].
Một số tính chất vật lý của các PCBs thương mại (Aroclor) ở 25oC được trình bày
ở bảng 1.2.
Bảng 1.2. Tính chất vật lý của một số Aroclor ở 25°C [34]

Độ nhớt
(g/cm3)
25oC

Áp suất hơi
bão hòa
(mmHg) 25oC

Độ tan trong
nước
(mg/L) 25 oC

Aroclor

M(đvC)

ts ( oC)

logKow

1016

257,9

325-356

5,6

1,33

4,0.10-4

0,42

1221

200,7

275-320

4,7

1,15

6,7.10-3

0,59

1232

232,2

290-325

5,1

1,24

4,1.10-3

0,45

1242

266,5

325-366

5,6

1,35

4,1.10-3

0,24

1254

328

365-390

6,5

1,50

7,7.10-5

0,021

1260

357,7

385-420

6,8

1,58

4,0.10-5

0,0027

Trong công nghiệp PCBs được tổng hợp từ phản ứng clo hóa biphenyl theo
phản ứng sau:

(1.1)

Bên cạnh phản ứng (1.1), ta cũng luôn nhận được hỗn hợp các đồng phân từ
chuyển hóa theo phương trình sau:

(1.2)

3,3’-dichlrobiphenyl

3,5’-dichlrobiphenyl

15

PCBs rất bền, trơ với axit, bazơ ở nhiệt độ thường. Bền vững về mặt hóa học
và sinh hóa cũng như tính hịa tan mạnh trong chất béo, PCBs đã xâm nhập vào chuỗi
thức ăn như một chất tích lũy sinh học. Kết quả là các động vật đứng đầu chuỗi này
như động vật ăn thịt và con người thường bị nhiễm độc cao hơn nhiều so với thực vật.
Có thể tìm thấy PCBs ở khắp nơi trong nước thải, bùn đáy sông, trong nước biển,
trong đất, trong dầu thải, trong khơng khí.... Ở Việt Nam, PCBs được tìm thấy với
hàm lượng cao nhất trong đất là 92 µg/g ở tỉnh Tây Ninh (khu sân bay cũ) và thường
là các hợp chất PCBs có bậc clo cao. PCBs đi vào mơi trường theo ba con đường
chính: do thải bỏ chất thải có PCBs ra các bãi rác rồi từ đó PCBs xâm nhập vào nước
ngầm, ra sông, ra biển; thứ hai là do thiêu đốt khơng hồn tồn chất thải có chứa
PCBs khiến cho PCBs có thể phân tán vào trong khí quyển; thứ ba là do PCBs rị rỉ
từ các thiết bị điện như biến thế, tụ điện. Sự vận chuyển của PCBs trong môi trường
là do tác động của khơng khí, nước, động vật và một số con đường khác… [4].
PCBs, có độc tính thuộc nhóm 2A là nhóm có khả năng gây ung thư. Khi bị phơi
nhiễm PCBs có thể gây ra các bệnh liên quan tới hệ thần kinh như tê liệt, đau đầu, run
rẩy chân tay, … [1].
PCBs được ứng dụng nhiều trong dầu cho các máy biến thế và tụ điện. Ngồi ra,
cịn rất nhiều các ứng dụng khác được biết trên toàn thế giới như: Chất kết dính và
băng keo; Thiết bị điện (như máy điều chỉnh điện áp, nam châm điện); Sơn theo công
nghệ cũ; Dầu sử dụng trong động cơ và hệ thống thủy lực; Vật liệu chống thấm; Các tụ
điện có chứa PCBs trong các dụng cụ và thiết bị điện cũ; Các chấn lưu đèn huỳnh
quang; Cáp cách điện; Nhựa; Các vật liệu cách nhiệt bao gồm sợi thủy tinh, nỉ, bọt và
bấc; Giấy in không chứa cacbon; Vật liệu hoàn thiện bề mặt.
1.3. Quy định về hàm lượng và các tiêu chuẩn phân loại PCBs
Việt Nam đã ban hành các quy định về hàm lượng PCBs trong các chất thải nguy
hại; nước thải công nghiệp; Nhiên liệu đầu vào cho lị đốt xi măng và trong trầm tích.
Các tiêu chuẩn về PCBs ở Việt Nam trong chất thải được trình bày trong bảng 1.3.

16

Bảng 1.3. Quy chuẩn Việt Nam về hàm lượng PCBs trong các chất thải
Quy chuẩn

Ngưỡng áp dụng

Chất thải nguy hại

QCVN 07:2009/BTNMT

5 mg/kg

Nước thải công nghiệp

QCVN 40:2011/BTNMT

0,003 mg/l (loại A)
0,01 mg/l (loại B)

Nhiên liệu đầu vào cho
lò đốt xi măng

QCVN 41:2011/BTNMT

500 mg/kg

Trầm tích

QCVN 43:2012/BTNMT

277 µg/kg (nước ngọt)
189 µg/kg (nước mặn; lợ)

Phạm vi áp dụng

Mức quy định về hàm lượng PCBs trong các chất thải nguy hại ở các nước trên
thế giới có sự khác nhau. Theo báo cáo của World Bank (tháng 7 năm 2008), qui định
về nồng độ PCBs trong chất thải nguy hoại của một số nước trong bảng 1.4.
Bảng 1.4. Quy định hàm lượng PCBs trong chất thải nguy hại của một số nước [24]
STT

Tên nước

Hàm lượng PCBs, mg/kg

1

Công ước Stockholm

50

2

Khối các nước châu âu
(EU)

50

3

Pháp

50

4

Đức

10

5

Canada

2

6

Mỹ

2

7

Hà Lan

1

8

Nhật

0,5

Theo quy chuẩn Quốc gia về ngưỡng chất thải nguy hại số QCVN 07:2009 của
Bộ tài nguyên môi trường Việt Nam, ngày 16/11/ 2009, chất thải nguy hại được phân
theo nồng độ PCBs như trong bảng 1.5.

17


Bảng 1.5. Quy chuẩn về ngưỡng chất thải nguy hại nhiễm PCBs ở Việt Nam [7]
Hàm lượng PCBs

Phân loại chất thải
Khơng nhiễm PCBs

< 5 mg/kg

Có nguy cơ nhiễm PCBs

5 ÷ 50 mg/kg

Bị nhiễm PCBs

> 50 mg/kg

1.4. Thống kê lượng PCBs tại ngành điện lực Việt Nam (EVN)
Trong khuôn khổ Dự án quản lý PCBs tại Việt Nam, hoạt động kiểm kê PCBs tại

Tập đoàn EVN do Ban quản lý dự án PCBs của Tập đồn chủ trì với sự tham gia thực
hiện của Công ty Tư vấn Kĩ thuật Witteveen-Bos (Hà Lan) đã tiến hành kiểm kê các
thiết bị có khả năng nhiễm PCBs tại các cơ sở của EVN tại 63 tỉnh thành trên toàn
quốc [10].
Đối tượng kiểm kê PCBs là các máy biến áp được sản xuất trước năm 2001, tiêu
chuẩn “tuổi” này được áp dụng vì “tuổi” của máy biến áp cho biết khả năng máy đã
được sản xuất, sửa chữa hoặc bảo dưỡng trong giai đoạn PCBs chưa được kiểm soát
triệt để và khả năng lây nhiễm chéo PCBs từ thiết bị có PCBs sang thiết bị khơng có
PCBs tương đối lớn. Trên cơ sở đó, kết hợp với Cơ sở dữ liệu (CSDL) kiểm kê PCBs,
thiết bị chứa dầu của EVN với xấp xỉ 190.000 máy biến áp, một “Danh sách đề xuất
thiết bị cần lấymẫu” đã được thiết lập bao gồm 60.000 máy biến áp, nhưng một số
lượng lớn máy biến áp không thể lấy mẫu tại chỗ được do đó chỉ 50.000 máy biến áp
được lấy mẫu và phân tích nồng độ PCBs trong giai đoạn kiểm kê này của Dự án.
Danh sách này chỉ bao gồm các máy biến áp thuộc sở hữu của EVN được sản xuất
trước năm 2001 và những máy biến áp có năm sản xuất khơng rõ ràng hoặc khơng có
thơng tin.
1.5. Các phương pháp xử lý PCBs
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý PCBs như: hấp phụ, xử lý nhiệt, chôn
lấp, sinh học, dung môi, khử, nhiệt và khử kết hợp. Đối với các khu vực đất bị ô nhiễm
PCBs trong phạm vi lớn, biện pháp đầu tiên được áp dụng là khoanh vùng, cô lập rồi
tiếp tục xử lý bằng phương pháp hấp phụ, nhiệt hoặc hóa học. Với các khu vực trong
18


phạm vi nhỏ, có thể sử dụng hấp phụ, chiết tách phần PCBs rồi xử lý tiếp bằng các
phương pháp hóa học khác.
1.5.1. Xử lý bằng phương pháp hấp phụ
Với các mẫu lỏng (như dầu biến thế) chứa PCBs, hỗn hợp được dẫn qua chất hấp
phụ (ví dụ, tro bay và bentonit). Tro bay cho hiệu quả hấp phụ PCBs đạt 94% và
bentonit đạt 91% [12].

Ưu điểm của phương pháp là hiệu suất xử lý cao, quá trình xử lý khơng độc hại.
Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là rất khó thực hiện, chưa được ứng dụng
rộng rãi, phạm vi xử lý còn thấp và phải tiếp tục xử lý chất hấp phụ sau quá trình sử
dụng.
1.5.2. Xử lý bằng nhiệt
Ngày nay,tại các khu công nghiệp phương pháp xử lý bằng nhiệt đang được sử
dụng chủ yếu.Tuy nhiên, phương pháp này còn tồn tại nhiều nhược điểm như chi phí
cơng nghệ cao,khơng thân thiện với mơi trường vàsản phẩm khơng tái sử dụng được.
Xử lý nhiệt có thể tiến hành theo 3 phương pháp khác nhau: oxy hóa, phân hủy bằng
hồ quang và bức xạ vi sóng.
1.5.2.1. Phương pháp oxy hóa
Phương pháp này có thể sử dụng xúc tác hoặc khơng xúc tác. Nếu khơng có xúc
tác, nhiệt độ của lò phản ứng phải rất cao (lớn hơn 1200oC), do đó tốn lượng lớn nhiên
liệu cho lị đốt. Bên cạnh đó, phương pháp này cịn thải vào mơi trường một lượng lớn
các sản phẩm khí thải khơng mong muốn như: CO, tro bụi, H2O, Cl2, HCl, .... Mặt
khác, rất khó duy trì thiết bị làm việc lâu dài trong mơi trường nhiệt độ cao và có mặt
các hóa chất, và sản phẩm cháy có thể có chứa các chất nguy hiểm như dioxin, furan
hay các hợp chất hữu cơ độc hại khác[22].
Nếu trong q trình xử lý có sử dụng xúc tác(Pt/Al2O3,Al/NaOH,...) thì nhiệt độ
của lị đốt sẽ giảm xuống do tác dụng của xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa,tăng
đột biến các gốc tự do và khơng phát sinh ra các khí thải thứ cấp như SOx,NOx. Tuy
nhiên sự có mặt của xúc tác vẫn khơng kiểm soát được các chất độc thứ cấp phát sinh
trong quá trình cháy.

19


Ưu điểm của phương pháp: Hiệu suất xử lý rất cao (trên 99%) và thời gian phản
ứng nhanh.Nhược điểm: Tốn nhiều chi phí cho nhiên liệu đốt lị, sản phẩm khơng thể
tái sử dụng được và sinh ra nhiều khí thải, sản phẩm thứ cấp độc hại.

1.5.2.2. Phương pháp phân hủy bằng hồ quang Plasma
Theo phương pháp này, các loại dầu biến thế chứa PCBs sẽ bị nung chảy ở nhiệt
độ lớn hơn 1200oC.Tuy nhiên, nhiệt độ đầu đốt có thể lên tới 5000oC và nhiệt độ của
xỉ cũng được duy trì lớn hơn 1400oC. Phương pháp này được đưa vào sử dụng vào
năm 1999, và năng suất thu hồi tro bụi có thể lên đến: 1200kg/h.
Ưu điểm của phương pháp: Hiệu suất cao xấp xỉ 100%, thời gian nhanh (từ
1,6đến 2,4 giây). Nhược điểm: Tốn nhiều chi phí cho nhiên liệu đốt, sản phẩm không
thể tái sử dụng được.
1.5.2.3. Phương pháp bức xạ vi sóng
So với các phương pháp xử lý bằng nhiệt khác thì thời gian gia nhiệt cho quá
trình xử lý dài hơn, nhưng dễ điều khiển, kiểm soát nhiệt độ hơn. Phương pháp này khi
kết hợp với dung mơi etanol, H2O2/TiO2 thì hiệu suất xử lý rất cao (khoảng 96%) [59]
và thời gian xử lý khá nhanh 9 phút.
Ưu điểm của phương pháp: Hiệu suất xử lý khá cao, đặc biệt khi có tác nhân
H2O2/TiO2 trong quá trình xử lý. Nhược điểm: Quá trình này vẫn cần nguồn năng
lượng lớn để gia nhiệt và chỉ áp dụng trên quy mô nhỏ.
1.5.3. Xử lý bằng phương pháp chốn lấp
Phương pháp này có thể gồm nhiều q trình xử lý khác nhau: xử lý sinh học, xử
lý vật lý và xử lý hóa học. Phương pháp này hiện nay vẫn cịn được sử dụng ở Nam
Phi.Tại đây có nhiều bãi chơn lấp PCBs rất nguy hại.
Chi phí cho quá trình xử lý thấp nhưng thời gian xử lý lâu vàhiệu suất xử lý
khơng cao.Một số chất có trong dầu biến thế có thể gây hại cho mơi trường đất.Vì vậy,
ngày nay phương pháp này khơng cịn được khuyến khích sử dụng.
1.5.4. Xử lý bằng phương pháp sinh học
Phương pháp này sử dụng một số vi khuẩn có khả năng phân hủy được PCBs
theo 2 cách: phân hủy hiếu khí và phân hủy kị khí.
20


Phân hủy hiếu khí: Vi khuẩn hiếu khí tấn cơng vào các hợp chất PCBs để phân

hủy thành axit clobenzoic, clorocarechol [35, 36] và có thể chuyển thành CO2, nước
và clo.Quy trình xử lý được trình bày trong hình 1.2. Hiệu suất cũng rất cao và có thể
loại bỏ hơn 95% [52].

Hình 1.2. Quy trình xử lý PCBs bằng phương pháp hiếu khí [38]
Phân hủy kị khí: các vi khuẩn kị khíđược sử dụng trong điều kiện yếm khí, sẽ tấn
công vào các gốc clo trong các PCBs nhằmloại bỏ các vị trí meta, para-clo và thu được
ít sản phẩm có clo ở vị trí ortho.Sản phẩm của q trình này là CO2, nước [39, 40,
41].Quy trình xử lý được trình bày trong hình 1.3.

Hình 1.3. Quy trình xử lý PCBs bằng phương pháp kị khí [54]
Ưu điểm của phương pháp: Hiệu quả xử lý rất cao trên 99%, chi phí hợp lý, có
thể xử lý trong khu vực bị ô nhiễm lớn và thân thiện môi trường và con người.
Nhược điểm: Thời gian xử lý dài và sản phẩm không thể tái sử dụng được.
1.5.5. Xử lý bằng chiết dung môi

21


Phương pháp này dùng dung môi hữu cơ trộn vào dầu biến thế bị nhiễm PCBs để
chiết PCBs ra khỏi dầu. Phương pháp xử lý này cũng đã có nhiều nhóm nghiên cứu và
cho kết quả xử lý khá cao. Ví dụ: khi sử dụng dung mơi dimethyl sulfoxide (DMSO),
hiệu suất xử lý khoảng 80% [60]. Ngồi ra, có thể sử dụng dung môi với hai thành
phần gồm ankan và rượu,mang lại hiệu suất xử lý hơn 90% [61].Ta cũng có thể sử
dụng dung mơi từ hỗn hợp hexan và 5% aceton. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý hơn
95% trong việc loại bỏ các Aroclor 1016 [62].
Ưu điểm:Sản phẩm sau khi xử lý không ảnh hưởng tới sức khỏe con người, hiệu
suất xử lý cao.Nhược điểm: Cần một lượng lớn dung mơi và khó thực hiện trong q
trình xử lý.
1.5.6. Xử lý bằng phương pháp khử

Phương pháp khử trong dòng hydro (HDC) sử dụng nguyên tử H hoặc dịng khí
H2 để cắt bỏ liên kết C-Cl trong hợp chất PCBs có trong dầu biến thế và thay thế
nguyên tử clo bằng nguyên tử hydro.Ví dụ: xúc tác 0,5% Pd/C*, nhiệt độ phản ứng từ
180÷230oC và áp suất thường cho hiệu suất cao và sản phẩm là HCl và biphenyl [43].
Xử lý PCBs trong dầu biến thế có mặt KOH/PEG-600 (Polyethylene glycol), cho phép
đạt hiệu suất đến 97% [56]. Xử lý PCBs có trong dầu điện mơi bằng nano natri hydrua
(Nano-NaH) và các chất xúc tác kim loại chuyển tiếp (TiCl4, CoCl2, Ni(Oac)2) và cho
hiệu suất hơn 89% [57].
Ưu điểm:Phương pháp này có thể áp dụng để xử lý cho nhiều đồng phân của
PCBs: Aroclor 1016, Aroclor 1221, Aroclor 1254, Aroclor1260, Aroclor 1232,
Aroclor1242,..., tốc độ phản ứng nhanh, không hình thành các khí thải thứ cấp độc hại,
có tính khả thi cao về kinh tế và hiệu suất xử lý cao.
Nhược điểm: Xúc tác sử dụng có chứa kim loại quý nên giá thành vẫn còn cao và
nhanh mất hoạt tính.
1.5.7. Xử lý PCBs bằng phương pháp kết hợp nhiệt - khử
Quá trình xử lý PCBs trong dầu biến thế có kết hợp với việc nâng nhiệt độ, dưới
áp suất N2. Khi có mặt của CaO thì hiệu suất phản ứng là 99% và sản phẩm tạo thành
không độc, chủ yếu là CaCl2, cacbon, H2 và CO [58].
PCBs cùng chất mang bentonit giàu mont morinolit với pha hoạt động là hỗn hợp
oxit kim loại kiềm thổ kết hợp cùng với dịng khí O2 và H2 theo tỷ lệ nhất định, được
22


gia nhiệt đến 600oC, cho phép phá hủy cấu trúc PCBs. Sự kết hợp cả quá trình xử lý
nhiệt và quá trình khử này mang lại hiệu suất rất cao đến 99% [13].
Ưu điểm: Quá trình cho hiệu suất xử lý cao, thời gian phản ứng nhanh, sản phẩm
khí hình thành có thể chứa axit 1,2-benzen cacboxylic khơng độc.
Nhược điểm: Lượng nhiệt cần cấp cho phản ứng khá lớn (600oC), nguy cơ cháy
nổ có thể xảy ra và mới chỉ đang thử nghiệm trên quy mô nhỏ.
1.6. Phương pháp khử trong dịng hydro (HDC)

1.6.1. giới thiệu về q trình HDC
Khử trong dịng hydro (HDC) là q trình cắt đứt liên kết R-Cl (R: gốc
hydrocacbon) của hợp chất clo hữu cơ trong dòng H2 và thay thế nguyên tử clo bằng
nguyên tử H theo phản ứng (1.3) với sự có mặt của xúc tác và nhiệt độ.
R – Cl + H2 → R – H + HCl
Phương pháp có lợi thế là sản phẩm sinh ra khơng độc hại và có khả năng tái sử
dụng cho các quá trình tổng hợp hữu cơ.
1.6.2. Xúc tác cho HDC
Xúc tác cho phản ứng thường có hai pha: pha hoạt động và pha chất mang. Pha
hoạt động thì Paladi (Pd) là kim loại được sử dụng trong các phản ứng hydro hóa và
dehydro hóa. Nó cũng được sử dụng trong q trình cracking trong hóa dầu. Trong
phản ứng khử trong dịng hydro (HDC), liên kết C-Cl bị làm yếu và bẻ gãy bởi nguyên
tử kim loại Pd [46 - 48]. Trong nghiên cứu này, với mong muốn thực hiện phản ứng
HDC ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất thường nên Pd là kim loại phù hợp nhất làm
xúc tác cho quá trình.
Pha chất mang, là thành phần quan trọng của xúc tác vì nó tạo điều kiện phân tán
kim loại trên bề mặt chất mang làm tăng số tâm hoạt tính. Càng nhiều tâm hoạt tính thì
hoạt tính của xúc tác càng lớn. Trong các nghiên cứu đã được công bố cho thấy, xúc
tác được sử dụng chủ yếu là 10%Pd/C*.Tuy nhiên vì những ưu điểm của vật liệu OMC
so với C* trong xử lý hợp chất hữu cơ phân tử lớn, trong nghiên cứu này em sẽ tiến
hành tổng hợp vật liệu OMC làm chất mang cho xúc tác Pd.

23