Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang nano tio2 biến tính iridium và ứng dụng xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi độc hại tại các trạm xăng dầu

HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG NANO TIO2

TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ DỄ BAY HƠI (VOCs)

Ô nhiễm hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs)

VOCs (Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) là các chất hữu cơ ở dạng rắn hoặc lỏng có khả năng bay hơi tự nhiên khi tiếp xúc với áp suất khí quyển ở nhiệt độ thường, chứa nguyên tố carbon trong phân tử Nhiều loại VOCs có thể kết hợp hoặc liên kết với các phân tử khác trong không khí tạo thành hợp chất mới Các sản phẩm như sơn móng tay, nước hoa, keo xịt tóc, sơn, nhiên liệu và dung dịch lau chùi chứa VOCs Ví dụ cụ thể là Acetone (C3H6O), được tìm thấy trong nước tẩy sơn móng tay, dễ bay hơi và có mùi đặc trưng Khí thải từ xe cơ giới, nhà máy và các cơ sở sản xuất là nguồn phát thải VOCs chính trong môi trường Ngoài ra, VOCs còn xuất phát từ các nguồn tự nhiên như thảm thực vật, vi khuẩn và mỏ nhiên liệu hóa thạch.

Các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) dễ dàng thoát vào không khí dưới dạng khí hoặc hơi từ các vật liệu rắn hoặc lỏng và có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua việc nuốt phải thức ăn, nước nhiễm bẩn hoặc qua tiếp xúc trực tiếp với da Khi vào cơ thể, VOCs gây kích ứng da, mắt và hệ hô hấp, dẫn đến các triệu chứng như buồn ngủ, chóng mặt, nhức đầu, run rẩy, lú lẫn hoặc mất ý thức trong trường hợp phơi nhiễm ngắn hạn với nồng độ cao Phơi nhiễm lâu dài với VOCs ở nồng độ cao có thể gây tổn thương các cơ quan như hệ thần kinh trung ương, gan và thận, đồng thời tăng nguy cơ dị ứng, bệnh hô hấp, tổn thương hệ sinh sản và có thể dẫn đến ung thư.

Ô nhiễm giao thông tại các thành phố lớn của Việt Nam, đặc biệt là TP Hồ Chí Minh, chiếm khoảng 70% tổng lượng phát thải khí nhà kính, với nồng độ khí thải tại các khu vực đông dân cư vượt quá mức cho phép nhiều lần Theo thống kê mới nhất, TP Hồ Chí Minh có hơn 9 triệu xe máy và 500.000 xe ô tô các loại, sử dụng nhiên liệu dầu diesel, xăng hoặc hóa thạch, gây ra lượng khí NO, CO2 lớn góp phần làm ô nhiễm nghiêm trọng không khí.

Trong 5 năm qua, có đến 98% kết quả từ các trạm quan trắc không khí bán tự động không đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí (QCVN) SO2 cùng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi là các chất khí gây ô nhiễm đáng chú ý, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cộng đồng Việc giám sát và kiểm soát nồng độ các khí này còn gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi các giải pháp hiệu quả để nâng cao chất lượng không khí.

Hoạt động giao thông vận tải, cùng với các ngành công nghiệp, thủ công nghiệp và xây dựng, là những nguồn chính gây ô nhiễm môi trường tại các đô thị lớn ở Việt Nam, trong đó giao thông chiếm tới 70% lượng phát thải Trong phạm vi toàn quốc, hoạt động giao thông đóng góp gần 85% lượng khí CO và 95% các hợp chất dễ bay hơi (VOCs), theo các báo cáo đánh giá chất lượng không khí và kiểm kê khí thải Nghiên cứu tại TP Hồ Chí Minh do Viện Môi Trường và Tài Nguyên thực hiện đã chỉ ra rằng hoạt động giao thông chiếm tỷ lệ phát thải cao nhất, đặc biệt với 97% lượng phát thải NMVOC (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không chứa metan) – trong đó xe máy đứng đầu danh sách gây ô nhiễm Điều này cho thấy rõ tầm ảnh hưởng lớn của phương tiện giao thông, đặc biệt là xe máy, đối với vấn đề ô nhiễm không khí tại các đô thị lớn Việt Nam.

“đóng góp” 65,4% NMVOC vào không khí (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Lượng phát thải NMVOC (các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không chứa metan) của hoạt động giao thông tại TP HCM

(Nguồn: Viện Tài Nguyên và Môi Trường, 2018)

Nguồn phát thải Lƣợng phát thải

Khí thải mô tô, xe máy 65,4%

Xe buýt và xe tải nặng 4,4%

Tình trạng ô nhiễm các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) từ xăng dầu, dung môi và khí thải xe máy tại các trạm xăng ở TP HCM đang ngày càng nghiêm trọng và gây lo ngại lớn Các VOCs có khả năng xâm nhập vào không khí dưới dạng khí hoặc hơi từ các vật liệu rắn hoặc lỏng, và khi tiếp xúc hoặc nuốt phải chúng có thể gây kích ứng da, mắt, hệ hô hấp, cũng như các triệu chứng như buồn ngủ, chóng mặt, nhức đầu, run rẩy, lú lẫn, thậm chí bất tỉnh trong trường hợp phơi nhiễm ngắn hạn với nồng độ cao Phơi nhiễm lâu dài với VOCs còn có thể gây tổn thương các cơ quan quan trọng như hệ thần kinh trung ương, gan và thận, đồng thời làm gia tăng nguy cơ mắc các bệnh dị ứng, bệnh hô hấp, tổn thương hệ sinh sản và có thể dẫn đến ung thư.

(Nguồn: https://biophysics.sbg.ac.at/mexico/air-scan/voc-2.jpg)

Hình 1.1 Ảnh hưởng của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) tới cơ thể con người

Hiện nay, xăng thương mại chứa một số hợp chất hữu cơ dễ bay hơi độc hại như n-hexan và toluene, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người Xăng thương mại là hỗn hợp gồm xăng nền và chất phụ gia, trong đó xăng nền là hỗn hợp hydrocacbon từ quá trình lọc dầu, chủ yếu gồm các hợp chất C5 – C10 và đôi khi có thêm butan Chất phụ gia bao gồm các chất chống kích nổ, chống oxy hóa, chống đóng băng và chất màu nhằm tối ưu hóa chất lượng và tính kinh tế của sản phẩm Tại Việt Nam, hai loại xăng phổ biến là RON 92 và RON 95, phải đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng theo quy chuẩn quốc gia QCVN 1:2015/BKHCN, đặc biệt là các hợp chất dễ bay hơi độc hại Theo nghiên cứu của Tổ chức Nghiên cứu Ung thư Quốc tế, xăng dầu được xếp vào nhóm 2B - nhóm có khả năng gây ung thư cho con người.

Bảng 1.2 đề cập đến các chỉ tiêu chất lượng liên quan đến các hợp chất dễ bay hơi độc hại của xăng RON 92 và RON 95, dựa trên Quy Chuẩn Quốc Gia QCVN 1:2015/BKHCN về xăng Các tiêu chí này nhằm đảm bảo an toàn, giảm thiểu tác động xấu đến sức khỏe con người và môi trường Việc kiểm soát hàm lượng hợp chất dễ bay hơi độc trong xăng giúp nâng cao chất lượng nhiên liệu, đáp ứng quy chuẩn quốc gia và giảm thiểu khí thải ô nhiễm Đây là những tiêu chí quan trọng trong quá trình sản xuất, cung ứng và kiểm tra chất lượng xăng để đảm bảo tiêu chuẩn an toàn và bảo vệ môi trường.

STT Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử

1 Hàm lƣợng benzen, % thể tích, max 2,5 TCVN 3166

2 Hydrocacbon thơm, % thể tích, max 40 TCVN 7330

3 Iso-propyl ancol, % thể tích, max 10 TCVN 7332

Chỉ số octan (RON) đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nhiên liệu xăng dầu Để nâng cao chỉ số octan, các chất phụ gia tăng cường như toluene thường được thêm vào hỗn hợp xăng, trong đó một lượng nhỏ toluen đã đủ để làm tăng đáng kể chỉ số octan của nhiên liệu Nồng độ toluen trong không khí thấp nhất mà con người có thể cảm nhận được là từ 0,64% Trong khi đó, hàm lượng methanol thể tích không phát hiện theo tiêu chuẩn TCVN 7332.

Ngưỡng mùi trong nước dao động từ 0,024 đến 0,17 mg/lít, trong khi khả năng cảm nhận mùi vị là từ 0,04 đến 0,12 mg/lít N-hexan được sử dụng rộng rãi làm dung môi, pha loãng sơn và môi trường phản ứng polyethylene hóa Trong xăng thương mại, n-hexan chủ yếu xuất hiện do quá trình lọc-chưng dầu từ phân đoạn naptha nhẹ, gây ra lượng phát thải đáng kể tại các trạm cung cấp nhiên liệu Theo các nghiên cứu năm 2008 của Isabel, n-hexan có khả năng bay hơi và khuếch tán ra môi trường xung quanh trạm xăng dầu La Fica, với nồng độ có thể lên tới 100 µg/m³ trong phạm vi 100 m Nghiên cứu của Farhad Esmaelnejad và cộng sự năm 2013 tại Iran cho thấy lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, như benzen, toluen, ethylbenzen và xylen, phát thải cao hơn vào mùa hè do nhiệt độ tăng cao, giúp các hợp chất dễ bay hơi này dễ dàng khuếch tán vào không khí Trong đó, toluen chiếm nồng độ cao nhất, đạt khoảng 450 µg/m³ vào mùa đông và trên 500 µg/m³ vào mùa hè, thể hiện rõ sự biến động theo mùa.

Hình 1.2 (a) Nồng độ trung bình (a) trong không khí tại các khu vực trạm xăng trong mùa lạnh và mùa nóng (b) trong các xe sử dụng

Tình trạng ô nhiễm các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) từ xăng dầu, dung môi và khí thải xe máy ở các trạm xăng tại TP.HCM ngày càng trở nên nghiêm trọng và đáng lo ngại Xăng thương mại chứa nhiều hợp phần hữu cơ dễ bay hơi độc hại như n-hexan và toluen, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người N-hexan là hợp chất có nguồn gốc từ dầu thô, dễ bay hơi, dễ cháy và có thể gây nổ, đặc biệt khi rơi vào môi trường tự nhiên như hồ, sông hoặc đất Trong quá trình rò rỉ hoặc đổ vỡ, phần lớn n-hexan bay hơi vào không khí hoặc nổi lên mặt nước, gây ra ô nhiễm không khí và nguồn nước Hợp chất này còn tồn tại trong các sản phẩm tiêu dùng như xăng chứa khoảng 1-3% n-hexan, góp phần làm gia tăng tình trạng ô nhiễm VOCs tại các trạm xăng và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng.

Toluene có thể xâm nhập vào không khí, nước và đất từ quá trình sản xuất và sử dụng, đặc biệt xuất hiện nhiều trong không khí ở các khu vực giao thông đông đúc Dữ liệu giám sát không khí tại Hoa Kỳ cho thấy mức trung bình của toluene nằm trong khoảng 1–35 ppbv, và trong nhà, hàm lượng toluene thường cao hơn do sử dụng các sản phẩm chứa dung môi như sơn, thuốc lá hoặc chất pha loãng Toluene có thể rò rỉ từ các bể chứa ngầm tại trạm xăng hoặc các cơ sở xử lý chất thải, thấm vào đất và nước ngầm từ các sự cố tràn dung môi hoặc rò rỉ từ sản phẩm dầu mỏ Trong môi trường đất và nước, toluene có khả năng phân hủy sinh học nhanh chóng nhờ vi sinh vật k khí, đồng thời dễ bay hơi vào không khí hoặc phân hủy trong nước bề mặt Các bãi chôn lấp chứa sản phẩm có chứa toluene có thể gây ô nhiễm đất và nguồn nước gần đó.

Theo các kết quả thống kê, quá trình bay hơi của toluen tại các trạm cung cấp xăng dầu diễn ra với quy mô lớn, chiếm tỷ lệ lớn hơn so với lượng phát thải từ một số ngành công nghiệp sử dụng toluen Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát khí thải toluen tại các chặng trung chuyển nhiên liệu để giảm thiểu tác động đến môi trường Quá trình bay hơi này có thể góp phần gây ô nhiễm không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng Do đó, việc áp dụng các biện pháp hạn chế bay hơi toluen là cần thiết để đảm bảo tiêu chuẩn khí thải và bảo vệ môi trường.

Nồng độ khí benzen, toluen và xylen tại Hà Nội cao nhất dọc hai bên tuyến đường giao thông chính, đồng thời giảm dần khi xa khỏi các khu vực dân cư nằm xa các trục đường lớn, cho thấy nguồn gốc chủ yếu của các khí này xuất phát từ phương tiện giao thông.

Hình 1.3: Nồng độ của benzen, toluen và xylen trung bình 1 giờ của các khu vực thuộc thành phố Hà Nội (quan trắc trong thời gian 12/01/2007 – 05/02/2007) [3]

- Điểm nóng giao thông: trung bình của 6 điểm quan trắc

- Ven đường giao thông: trung bình của 36 điểm quan trắc

- Điểm nóng sẩn xuất công nghiệp (SXCN): trung bình của 6 điểm quan trắc

- Ngoại thành: trung bình của 5 điểm quan trắc

Tổng quan về các phương pháp xử lý hợp chất hữu cơ dễ bay hơi hiện nay

Phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính và zeolit được sử dụng rộng rãi để xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi nhờ tính hiệu quả kinh tế, khả năng phục hồi và tái chế Khả năng hấp phụ của than hoạt tính thường đạt từ vài chục đến vài trăm mg/g tùy thuộc vào diện tích bề mặt riêng, kích thước lỗ xốp, liên quan đến các nhóm chức hóa học và đặc tính của hợp chất hữu cơ như khối lượng phân tử, độ phân cực, cũng như các điều kiện hấp phụ như nhiệt độ và độ ẩm Than hoạt tính là chất hấp phụ không phân cực, hạn chế hấp phụ các hợp chất hữu cơ ưa nước Ngoài ra, lỗ xốp của than thường nhỏ hơn 2 nm và dễ bị biến tính trong quá trình xử lý lâu dài, làm giảm khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ có kích thước phân tử lớn và ảnh hưởng đến sự khuếch tán do cấu trúc lỗ xốp không đồng đều.

Ngoài phương pháp hấp phụ, các phương pháp oxy hóa bằng nhiệt hoặc xúc tác là những phương pháp phân hủy hiệu quả để xử lý hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, với ưu điểm là hiệu suất cao hơn các phương pháp khác và không bị ảnh hưởng bởi lưu lượng khí thải trong giới hạn cho phép Tuy nhiên, chúng vẫn gặp phải các rào cản như chi phí cao và quá trình xử lý phức tạp, đồng thời sinh ra các sản phẩm phụ hoặc phản ứng không mong muốn, bao gồm vi khuẩn hoặc hợp chất hữu cơ độc hại, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Phương pháp lọc sinh học (Biofilter) là một công nghệ xử lý khí ô nhiễm mới, hiệu quả trong việc loại bỏ mùi hôi và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có nồng độ thấp Hệ thống này cung cấp môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, phân hủy các chất khí gây mùi và các hợp chất hữu cơ độc hại trong không khí Với thiết kế gồm buồng kín chứa vi sinh vật và nguyên liệu lọc có khả năng hấp thụ nước cao, biofilter giúp chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng để phân hủy sinh học Phương pháp này có lợi thế về chi phí thấp, sử dụng ít hóa chất, và hiệu quả xử lý cao, phù hợp với các nguồn phát thải có nồng độ ô nhiễm trung bình đến thấp Tuy nhiên, biofilter gặp khó khăn trong việc xử lý các hợp chất dễ hấp phụ thấp và chất gây ô nhiễm có tốc độ phân hủy sinh học chậm, như các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi Đối với các nguồn ô nhiễm có nồng độ cao, cần hệ thống lớn và diện tích lớn hơn để xử lý hiệu quả Ngoài ra, quá trình thích nghi của vi sinh vật với môi trường ô nhiễm cao có thể mất vài tháng, ảnh hưởng đến thời gian xử lý và hiệu quả chung của hệ thống.

Trong những năm gần đây, vật liệu xúc tác quang ngày càng trở thành phương pháp thay thế tiềm năng trong xử lý ô nhiễm không khí Các ưu điểm nổi bật của công nghệ này bao gồm khả năng xử lý đồng thời nhiều hợp chất ô nhiễm, hiệu suất phân hủy cao, dễ vận hành và bảo trì, cùng với việc tiết kiệm năng lượng trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi Nhờ đó, công nghệ này góp phần cải thiện chất lượng không khí một cách hiệu quả và bền vững.

Hình 1.4 Một số phương pháp truyền thống xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU M-DOPED TIO 2 XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ DỄ BAY HƠI (VOCS)

Tổng quan về vật liệu xúc tác quang TiO 2

Vật liệu xúc tác quang TiO2 được biết đến lần đầu tiên vào năm 1972 bởi nhà nghiên cứu Fujishima và Honda để phân tách nước dưới ánh sáng tử ngoại Kể từ đó, nhiều nghiên cứu về vật liệu TiO2 đã được thực hiện, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như quang điện, quang xúc tác và cảm biến dựa trên màu sắc ánh sáng Nhờ hoạt tính xúc tác cao, độ bền vượt trội, tính không độc hại và chi phí thấp, TiO2 trở thành vật liệu quan trọng trong các công nghệ xanh và bền vững.

2.1.2 Tính chất quang của vật liệu nano TiO 2 :

Hình 2 1: Các dạng thù hình của vật liệu TiO 2 [5]

Vật liệu TiO2 tồn tại dưới ba dạng thù hình chính là anatase, rutile và brookite, trong đó brookite thường khó tổng hợp và chưa được chứng minh có thuộc tính xúc tác quang Hai dạng còn lại, anatase và rutile, đều có cấu trúc gồm các khối bát diện TiO6, nhưng khác nhau về sự biến dạng của các khối bát diện và cách sắp xếp chúng, ảnh hưởng đến các đặc tính vật lý và điện tử của chúng Trong pha rutile, khối bát diện TiO6 biến dạng nhẹ theo hệ trực thoi, còn trong pha anatase, biến dạng đáng kể hơn, dẫn đến không đối xứng hệ trực thoi; liên kết Ti-Ti dài hơn trong anatase, còn liên kết Ti-O ngắn hơn trong rutile Cấu trúc mạng của hai pha này ảnh hưởng đến khối lượng riêng và cấu trúc mức electron, dẫn tới các đặc tính quang học khác nhau Trong ba dạng, pha rutile là dạng bền nhất, và khi nhiệt độ cao, các dạng còn lại đều chuyển sang rutile Pha anatase có năng lượng vùng cấm cao hơn, khả năng hấp phụ lớn hơn và tỉ lệ tái kết hợp electron – lỗ trống thấp hơn, giúp nó phù hợp hơn cho ứng dụng quang điện tử Để tận dụng các ưu điểm của cả hai pha, các nhà sản xuất đã phát triển dạng hỗn hợp, như sản phẩm thương mại Degussa P25 với tỷ lệ 25% rutile và 75% anatase, cho hiệu suất xúc tác quang vượt trội Giải pháp lai này giúp hấp thụ năng lượng tối ưu và ngăn chặn sự tái kết hợp electron-lỗ trống do khả năng bẫy electron của pha rutile, kéo dài thời gian sống của các electron tự do, theo mô phỏng trong hình 2.3 (a) hoặc (b).

Hình 2 2: Cơ chế bẫy điện tích trong hai pha anatase và rutile của TiO 2 [6]

2.1.3 Cơ chế xử lý hợp chất hữu cơ dễ bay hơi của TiO 2 :

Trong phản ứng xúc tác quang, TiO2 pha anatase là loại xúc tác phổ biến, làm tăng hiệu quả quá trình nhờ khả năng hoạt hóa nguyên tử oxy Các nghiên cứu động học đã chứng minh rằng oxy chính là tác nhân oxi hóa chủ yếu, nhẹ nhàng hơn so với H2O2 hoặc O3 Phản ứng diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ phòng, với cơ chế chủ đạo là sự sinh ra các gốc hydroxyl tự do trên bề mặt TiO2, đóng vai trò chính trong việc phân hủy các hợp chất ô nhiễm như chất thơm, ankan, olefin, hợp chất halogen và các chất có mùi khó chịu Các hợp chất này bị oxi hóa mạnh mẽ nhờ các gốc hydroxyl tự do, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý môi trường của phản ứng xúc tác quang.

Electron từ vùng hóa trị (VB) bị kích thích bởi bức xạ ánh sáng lên vùng dẫn trống (CB), tạo ra lỗ trống dương tại VB Các electron và lỗ trống này đóng vai trò chủ đạo trong quá trình phản ứng oxi hóa và khử của hợp chất bị hấp phụ trên bề mặt xúc tác quang Quá trình này là nền tảng cho phản ứng quang xúc tác, góp phần nâng cao hiệu quả phân hủy chất ô nhiễm trong các ứng dụng xử lý môi trường.

TiO 2 + hυ → h VB + + e CB - (2.1) Trong phản ứng trên, h + và e - là những tác nhân oxi hóa – khử mạnh Phản ứng oxi hóa xảy ra:

Phản ứng oxi hóa : hVB +

+ OH - → OH∙ (2.2) Phản ứng khử : eCB -

Trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, các gốc hydroxyl tự do (OH∙) sinh ra từ nước hoặc OH⁻ chính là các tác nhân oxy hóa chủ yếu [8], đóng vai trò quan trọng trong quá trình phản ứng oxy hóa của VOC Phương trình tổng quát của phản ứng phân hủy VOC thể hiện rõ vai trò của các gốc tự do này trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ.

Hình 2 3: Sơ đồ miêu tả quá trình oxy hóa hợp chất VOCs có mặt TiO 2 [8]

Năng lượng vùng cấm của ba dạng thù hình rutile, anatase và brookite tương ứng từ 3,0 đến 3,2 eV, với bước sóng photon từ 413 đến 387 nm, giúp kích thích hiệu quả electron trong các vật liệu này Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định khả năng hấp thụ ánh sáng và hiệu quả hoạt động của các loại TiO₂ trong các ứng dụng quang học và xúc tác Hiểu rõ về năng lượng vùng cấm của các dạng thù hình này góp phần tối ưu hóa các quá trình sử dụng ánh sáng trong công nghiệp và nghiên cứu.

Khi lên CB, VB cần năng lượng tối thiểu của ánh sáng nằm trong khoảng bước sóng của tia cực tím TiO₂ nổi bật với hoạt tính xúc tác mạnh, độ bền hóa học và tương thích sinh học cao, chi phí thấp, cùng thời gian tồn tại của cặp electron – lỗ trống dài, làm cho nó trở thành vật liệu xúc tác quang phổ biến và ưu tiên trong các ứng dụng bán dẫn Tuy nhiên, hiệu suất chung của phản ứng tách nước sử dụng xúc tác TiO₂ vẫn còn nhiều hạn chế do khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến thấp, chiếm khoảng 50% trong phổ điện từ mặt trời, và sự tái kết hợp của cặp electron – lỗ trống làm giảm hiệu quả quá trình chuyển hóa quang học.

Có nhiều phương pháp để thu hẹp khoảng cách năng lượng giữa CBM (điểm đáy dải dẫn) và VBM (điểm đỉnh dải valence) trong các bán dẫn có vùng cấm lớn Việc này giúp cải thiện độ nhạy sáng của thiết bị trong vùng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy Chỉnh sửa cấu trúc vật liệu hoặc pha tạp hợp chất có thể là các giải pháp hiệu quả để giảm độ rộng của vùng cấm, từ đó nâng cao khả năng cảm biến quang học của các bán dẫn này.

- Pha tạp (dopant, bao gồm cả kim loại và phi kim) vào cấu trúc tinh thể của bán dẫn ban đầu (phương pháp này gọi là pha tạp – doping)

- Tạo vật liệu composite của kim loại khác với TiO 2

- Ngoài ra còn có thể cải thiện hiệu suất bằng cách thay thế bề mặt bởi bán dẫn khác

Phản ứng xúc tác quang của bất kỳ bán dẫn nào chủ yếu dựa trên cấu trúc electron cơ bản của vật liệu Các tính chất của điện tử liên kết liên quan chặt chẽ đến thành phần hóa học, sự sắp xếp nguyên tử và kích thước vật lý của vật liệu Vật liệu TiO2 có thể được điều chỉnh tính chất bằng cách doping, trong đó thay thế Ti4+ bằng ion kim loại chuyển tiếp dễ hơn so với thay thế anion O2- bằng ion khác do sự khác biệt về điện tích và bán kính ion Mặc dù doping phi kim cho kết quả bandgap nhỏ hơn nhưng khó thực hiện; tạo vật liệu composite với kim loại hoặc bán dẫn khác dễ hơn nhưng độ bền thấp Chính vì vậy, doping kim loại thường được lựa chọn do dễ thực hiện và cung cấp nhiều vị trí bẫy electron và lỗ trống hơn so với doping phi kim.

2.1.4 Cơ chế bẫy và chuyển dịch điện tử của kim loại biến tính: Để ngăn sự tái tổ hợp của eletron và lỗ trống một cách hiệu quả, xúc tác TiO2 có thể đƣợc biến tính bởi những ion kim loại [9], [10], [11] Sự hiện diện của các ion kim loại trong tinh thể ảnh hưởng đáng kể đến hoạt tính xúc tác quang, tốc độ tái tổ hợp các điện tích và tốc độ truyền tải electron giữa các bề mặt Choi & cộng sự phát hiện rằng biến tính với Fe 3+ ,

Mo 5+ , Ru 3+ , Os 3+ , Re 5+ , V 4+ , và Rh 3+ tại 0,1-0,5% tăng đáng kể hoạt tính xúc tác cho cả sự khử và oxi hóa [9]

Năm 2009, Vendula Houskova và cộng sự đã nghiên cứu phát triển vật liệu xúc tác quang hóa Ru-TiO2 để xử lý hợp chất acetone trong không khí, cho thấy vật liệu này có hiệu suất phân hủy acetone thành CO2 cao hơn so với vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 truyền thống dưới ánh sáng 365 nm và 400 nm Vật liệu Ru-TiO2 chứa 2,878% mol Ru có năng lượng vùng cấm thấp nhất, giảm xuống còn 2,70 eV, trong khi mẫu chứa 0,192% mol Ru đạt hiệu quả cao nhất tại bước sóng 365 nm với năng lượng vùng cấm là 3,1 eV.

Ion của kim loại biến tính M ảnh hưởng đến độ hoạt hóa trong phản ứng quang của TiO₂ bằng cách hoạt động như các "bẫy" electron hoặc lỗ trống, từ đó làm thay đổi tốc độ tái tổ hợp e⁻/h⁺ (electron/lỗ trống) Quá trình này giúp nâng cao hiệu quả của quá trình quang xúc tác của TiO₂, góp phần cải thiện khả năng xử lý chất thải và tạo ra các sản phẩm có ích trong các ứng dụng môi trường và năng lượng.

M n+ + h cb + → M (n+1)+ bẫy lỗ trống (2.6) Trong đó mức năng lượng của Mn+/ M(n-1)+ nằm bên dưới ranh giới vùng dẫn (E< ECB) còn của Mn+/ M(n+1)+ thì nằm trên vùng hóa trị (E > EVB)

Mặc dù phần lớn công nhận rằng hoạt độ phản ứng quang của TiO2 đƣợc biến tính liên quan đến các tâm bẫy, nhưng việc các điện tích bị bẫy cần chuyển lên bề mặt pha để tham gia phản ứng thường bị bỏ qua Theo Choi và cộng sự [9], cơ chế bẫy điện tử, tái tổ hợp và tách điện tử khỏi các tâm bẫy khi có sự hiện diện của ion kim loại M được đề xuất là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình quang xúc tác trên TiO2.

Tái hợp ecb - và hvb + ecb - + hvb + → TiO2 (2.16)

Tái hợp etr - và hvb +

Tái hợp ecb- và htr+ ecb - + M (n+1)+ → Mn + (2.18)

Tái hợp etr- và htr+

M (n-1)+ + OH∙ → Mn + (2.20) Ti3 + + M (n+1)+ → Mn + (2.21) Dịch chuyển và giải phóng điện tử:

Trao đổi điện tử đến tác chất: ecb - (hoặc etr - ) + O → O - (2.22) hcb - (hoặc htr - ) + R → R + (2.23)

(O là tác nhân oxi hóa còn R là tác nhân kh )

Nghiên cứu về vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 chủ yếu tập trung vào kim loại pha tạp như Fe và Ni để phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, mang lại hiệu quả xử lý chất độc hại cao hơn so với vật liệu TiO2 truyền thống Việc doping kim loại Fe hoặc Ni vào cấu trúc TiO2 đã được chứng minh có khả năng nâng cao hiệu suất phân hủy hợp chất hữu cơ độc hại nhờ vào đặc tính xúc tác quang vượt trội Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp bằng kỹ thuật sol-gel kết hợp nung ở nhiệt độ cao trên 500°C thường dẫn đến kích thước hạt lớn và diện tích bề mặt riêng thấp, làm giảm hiệu quả phân hủy các hợp chất độc hại trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về M-doped TiO 2 xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs)

2.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về M-doped TiO 2 xử lý VOCs:

Năm 2017, nhóm nghiên cứu của Zhong đã khảo sát khả năng phân hủy Toluen của hợp chất Nb - TiO₂, đạt hiệu suất phân hủy khoảng 58% Xúc tác này có năng lượng vùng cấm rộng 2,3 eV, cho phép hấp thụ ánh sáng khả kiến, mở ra tiềm năng ứng dụng trong quá trình xử lý ô nhiễm khí Kết quả nghiên cứu này khẳng định tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của xúc tác Nb - TiO₂ trong công nghệ xử lý môi trường dựa trên ánh sáng khả kiến.

Naseem Abbas đã tổng hợp vật liệu nano TiO2 (TNP) bằng phương pháp sol-gel phân hủy toluen với hiệu suất đạt 40% Vật liệu TiO2 biến tính bằng Ni, liên kết bề mặt với SnO2 (Ni – TiO2 – SnO2), cũng được nghiên cứu bởi Khan và Kim, với kết quả cho thấy hiệu suất phân hủy toluen đạt cao, thể hiện tiềm năng ứng dụng trong xử lý ô nhiễm không khí.

Nghiên cứu cho thấy khả năng phân hủy benzen của TiO2 biến tính bởi các kim loại như Mn, Co, Fe, Ni đạt hiệu suất từ 45% đến 58%, trong khi sử dụng Ag3VO4 để thay thế kim loại, J Wang cùng cộng sự đã công bố khả năng phân hủy đạt khoảng 40% Nhiều kim loại chuyển tiếp khác như W, Ag, Cu, Co, Mo, Zn, Mn, Ni, V cũng được các nhà nghiên cứu trên thế giới nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả xúc tác quang Các kết quả trước đó cho thấy hiệu suất xử lý toluene và n-hexan chỉ đạt dưới 60% Các vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 (M = Mn, Co, Cu, Ni, Fe), tổng hợp bằng phương pháp sol-gel và nung ở 550°C trong 4 giờ, có kích thước hạt khoảng 10–40 nm và diện tích bề mặt riêng dưới 50 m²/g Trong đó, Mn-doped TiO2 thể hiện hiệu quả phân hủy benzen lên đến 58% và ozone cao nhất trong các vật liệu khảo sát Gần đây, các nghiên cứu khác tập trung vào xử lý toluene bằng các hạt nano TiO2, V-doped TiO2 hoặc các composite của TiO2, mở ra nhiều tiềm năng mới cho việc xử lý khí ô nhiễm này.

Nghiên cứu cho thấy việc pha tạp kim loại vào mạng lưới TiO2 có thể tăng hiệu quả phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong vùng ánh sáng nhìn thấy, nhờ vào việc giảm tốc độ tái hợp electron và lỗ trống cùng tăng khả năng hấp phụ nhờ giảm năng lượng vùng cấm Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu tập trung vào xử lý khí aceton, ethylbenzen, xylen, ít đề cập đến các hợp chất hữu cơ như n-hexan và toluen Vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 vẫn giữ năng lượng vùng cấm trên 3.0 eV, gây hạn chế trong hiệu quả phân hủy dưới ánh sáng nhìn thấy Phương pháp tổng hợp phổ biến là sol-gel kết hợp nung sau phản ứng, tuy nhiên dẫn đến kích thước hạt lớn và diện tích bề mặt riêng thấp (< 100 m²/g), là những hạn chế chính trong quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

Tình hình nghiên cứu trong nước về M-doped TiO2 xử lý VOCs:

Năm 2010, nhóm nghiên cứu của Anh Tuan Vu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu vật liệu M-doped TiO2 (M= Fe, Cr, V) dùng làm vật liệu xúc tác quang để phân hủy hơi xylen, methylen blue và thuốc nhuộm, với phương pháp tổng hợp thủy nhiệt sử dụng TiO2.nH2O, isopropyl alcohol và axit hydrosulfuric tại nhiệt độ phòng Các vật liệu M-doped TiO2 đều có cấu trúc pha anatase và khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy tăng rõ rệt so với TiO2 thuần, nâng cao hiệu quả xúc tác quang học Ngoài ra, nhóm nghiên cứu của Tai Thien Huynh và Van Thi Thanh Ho đã thành công tổng hợp nano M-doped TiO2 chứa các kim loại như Ru, Mo, Ir bằng phương pháp thủy nhiệt một giai đoạn, trong đó Ti0,7Ir0,3O2 đạt độ dẫn điện cao (0,03 S/cm) và diện tích bề mặt riêng lớn (~100 m²/g), tuy nhiên, các vật liệu này mới chỉ được khảo sát cho ứng dụng xúc tác trong pin nhiên liệu.

Các nghiên cứu về vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 chủ yếu tập trung vào việc pha tạp kim loại Fe nhằm cải thiện khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi Việc doping kim loại Fe hoặc Ni vào mạng lưới TiO2 đã được chứng minh có thể tăng hiệu quả xử lý chất hữu cơ độc hại so với vật liệu xúc tác truyền thống Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp M-doped TiO2 phổ biến bằng kỹ thuật sol-gel kết hợp nung ở nhiệt độ cao (>500°C) dẫn đến kích thước hạt lớn và diện tích bề mặt riêng thấp, gây trở ngại cho hiệu suất phân hủy các hợp chất độc hại trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 chủ yếu được sử dụng để xử lý các chất khí như aceton, ethylbenzene và xylen, tuy nhiên hiệu quả xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi còn hạn chế do năng lượng vùng cấm sau khi doped không giảm đáng kể, thường dưới 3.0 eV so với TiO2 truyền thống có Eg khoảng 3.20 eV Ngoài ra, diện tích bề mặt riêng của vật liệu còn thấp, dưới 100 m²/g, do phương pháp tổng hợp sol-gel kết hợp xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao trên 500°C Hiện nay, việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 để xử lý các hợp chất hữu cơ như n-hexan hay toluen trong môi trường ô nhiễm thực tế còn rất ít hoặc chưa có nhiều, cho thấy tiềm năng phát triển trong lĩnh vực này còn rộng lớn.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung giải quyết các hạn chế của vật liệu xúc tác quang TiO2, đồng thời kế thừa và phát triển các kết quả đã đạt được của nhóm nghiên cứu trước đó Chúng tôi đã tổng hợp vật liệu nano cấu trúc mới Ir-doped TiO2 nhằm nâng cao khả năng phân hủy các hợp chất n-hexan và toluen, các hợp chất chưa từng được nghiên cứu trước đây Vật liệu TiO2 được chọn vì tính bền vững cao, giá thành thấp và an toàn, nhưng vẫn gặp hạn chế về năng lượng vùng cấm lớn (>3.20 eV) và khả năng hấp phụ ánh sáng nhìn thấy yếu Do đó, doping kim loại Ir vào cấu trúc TiO2 được xem là phương pháp hiệu quả để giảm năng lượng vùng cấm và cải thiện khả năng hấp phụ Kim loại Ir có khả năng phản ứng tốt trong quang xúc tác từ tia cực tím đến ánh sáng khả kiến, giúp giảm hơn 25% band-gap của vật liệu, vượt trội so với TiO2 thuần túy Ngoài ra, Ir còn sở hữu các tính chất đặc biệt không có trong các kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm Pt, góp phần nâng cao hiệu quả của vật liệu xúc tác quang.

2.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước về M-doped TiO 2 xử lý VOCs:

Năm 2010, Anh Tuan Vu và cộng sự thuộc Viện Hàn lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã nghiên cứu vật liệu M-doped TiO₂ (M= Fe, Cr, V) làm vật liệu xúc tác quang để phân hủy hơi xylen, methylen blue và thuốc nhuộm, với phương pháp tổng hợp thủy nhiệt sử dụng TiO₂.nH₂O và isopropyl alcohol trong dung môi axit hydrosulfuric tại nhiệt độ phòng Vật liệu M-doped TiO₂ thể hiện cấu trúc pha anatase và khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy tăng đáng kể so với TiO₂ nguyên bản, nâng cao hiệu quả xúc tác quang học Nhóm nghiên cứu của Tai Thien Huynh và Van Thi Thanh Ho đã thành công tổng hợp nano M-doped TiO₂ chứa các kim loại Ru, Mo và Ir bằng phương pháp thủy nhiệt một giai đoạn, trong đó Ti₀,₇Ir₀,₃O₂ nổi bật với độ dẫn điện cao (0,03 S/cm) và diện tích bề mặt riêng lớn (~100 m²/g) Tuy nhiên, các vật liệu này mới chỉ được khảo sát chủ yếu cho ứng dụng xúc tác trong pin nhiên liệu.

Nghiên cứu về vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 chủ yếu tập trung vào việc pha tạp kim loại Fe nhằm mục đích phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, cho thấy việc dop thêm Fe hoặc Ni vào cấu trúc TiO2 có thể nâng cao hiệu quả xử lý chất nguy hại so với vật liệu TiO2 truyền thống Tuy nhiên, các vật liệu này hiện vẫn chủ yếu được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel kết hợp nung ở nhiệt độ cao (>500°C), dẫn đến kích thước hạt lớn và diện tích bề mặt riêng thấp, hạn chế hiệu suất phân hủy hợp chất độc trong điều kiện phòng thí nghiệm.

Vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 chủ yếu được sử dụng để xử lý các chất khí như aceton, ethylbenzene, xylen, nhưng hiệu quả xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi còn hạn chế do năng lượng vùng cấm sau khi doped không giảm đáng kể (Eg < 3.0 eV) so với TiO2 truyền thống (Eg ~ 3.20 eV) Ngoài ra, diện tích bề mặt riêng thấp (< 100 m²/g) do phương pháp sol-gel kết hợp xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao (> 500°C) ảnh hưởng đến hiệu suất xúc tác Hiện nay, chưa có nhiều nghiên cứu về tổng hợp vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 để xử lý các hợp chất hữu cơ như n-hexan hoặc toluen trong môi trường ô nhiễm thực tế.

Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả tập trung vào giải quyết các hạn chế của vật liệu xúc tác quang TiO2 bằng cách tổng hợp vật liệu nano cấu trúc mới Ir-doped TiO2, nhằm nâng cao hiệu quả phân hủy các hợp chất n-hexan và toluen, chưa từng được nghiên cứu trước đây TiO2 được chọn vì tính bền vững, giá thành thấp và tính không độc hại, nhưng vẫn tồn tại những hạn chế về hoạt tính quang Do đó, việc dop kim loại Ir vào cấu trúc TiO2 được xem là phương pháp hiệu quả để cải thiện những hạn chế này, vì Ir có khả năng phản ứng tốt từ tia cực tím đến ánh sáng khả kiến và có khả năng giảm khoảng cách lớn của vùng cấm lên đến 25%, giúp nâng cao hiệu quả quang xúc tác Ngoài ra, Ir còn có các tính chất độc đáo riêng biệt so với các kim loại chuyển tiếp trong nhóm Pt, góp phần nâng cao hiệu suất và tính bền vững của vật liệu xúc tác.

Tổng hợp vật liệu nano TiO 2 biến tính bằng cách doping kim loại Iridium

Kim loại Iridium (Ir) được biết đến là một xúc tác hiệu quả nhờ vào cấu trúc điện tử và khả năng phản ứng từ vùng tia cực tím đến ánh sáng khả kiến, giúp giảm khoảng cách năng lượng của vật liệu xúc tác TiO2 lên tới hơn 25% sau khi doping Ir vào cấu trúc này So với các kim loại nhóm Pt, Ir có những đặc điểm nổi bật như khả năng chống thiêu kết, diện tích bề mặt thấp, tính chất phun điện tích và tính không độc, làm tăng hiệu quả doping và giảm năng lượng vùng cấm của TiO2 Việc biến tính Ir cũng mở rộng dải ánh sáng hoạt động của các oxit, với một số bước sóng lên tới 650 nm, phù hợp cho các ứng dụng quang học và quang xúc tác Tình trạng hóa trị của Ir ảnh hưởng đến tính chất quang hóa, trong đó Ir4+ có hoạt tính cao trong quá trình oxy hóa nước, còn Ir3+ lại trơ trẽn Mật độ oxy trong tinh thể đóng vai trò chính trong việc điều chỉnh trạng thái hóa trị của Ir, với Ir4+ hình thành trong điều kiện áp suất cao và Ir3+ trong điều kiện áp suất thấp, giúp tối ưu hóa khả năng phản ứng của kim loại này trong các quá trình quang xúc tác.

Nhóm nghiên cứu của Menendez đã khảo sát ảnh hưởng của Ir lên hiệu suất phân hủy aceton và toluen, cho thấy rằng năng lượng vùng cấm của xúc tác TiO2 biến tính 0,5% Ir nằm trong vùng khả kiến (1,88 eV) Thêm Ir còn giúp tăng đáng kể diện tích bề mặt riêng của xúc tác lên 208,41 m²/g so với mẫu brookite không có Ir (128,18 m²/g) Ngoài ra, khả năng phân hủy acetaldehyde của xúc tác có chứa Ir cao hơn nhiều so với xúc tác thương mại TiO2 biến tính N hoặc S, cho thấy tiềm năng ứng dụng vượt trội của xúc tác này trong quá trình xử lý khí thải.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào việc phát triển vật liệu xúc tác quang TiO2 mới, Ir-doped TiO2, nhằm giải quyết các tồn tại của vật liệu cũ và nâng cao hiệu quả phân hủy các hợp chất độc hại như toluen và n-hexan Vật liệu nano Ir-doped TiO2 được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt một giai đoạn, không sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc nung sau phản ứng, giúp giảm kích thước hạt và tăng diện tích bề mặt riêng, từ đó cải thiện hiệu suất xúc tác Đồng thời, chúng tôi khảo sát các tỷ lệ Ir-doped khác nhau cùng điều kiện tổng hợp tối ưu để nâng cao tính chất vật liệu, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý khí thải và bảo vệ môi trường không khí.

Hình 0.4: Định hướng nghiên cứu trong đề tài

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hóa chất

Bảng 3 1: Các hóa chất sử dụng

STT Hóa chất Kí hiệu Xuất xứ Độ tinh khiết

1 Iridium tricloride hydrate IrCl3.xH2O Sigma Aldrich 99,9%

2 Titanium (IV) tetrachloride TiCl 4 Aladdin 99%

Dụng cụ thí nghiệm

Trong quá trình chuẩn bị và phân tích mẫu, các dụng cụ cần thiết bao gồm becher, cá từ, ống đong, autoclave, tê-phi-lon, đũa khuấy, muỗng inox, ống ly tâm, cối chày mã não nghiền mẫu, micro pipet 20-200 μL, và túi chuyên dụng chứa khí TEDLAR BAG 3 lít Những thiết bị này đảm bảo quá trình phân tích mẫu chính xác, an toàn và đạt chuẩn, phù hợp với các quy trình phòng thí nghiệm hiện đại Việc sử dụng dụng cụ phù hợp không chỉ tăng hiệu quả mà còn đảm bảo vệ sinh trong từng bước xử lý mẫu.

Thiết bị phòng thí nghiệm của chúng tôi bao gồm cân điện tử OHAUS PA214C có độ chính xác 0.0001g và khả năng tải trọng 210g, bếp khuấy từ Velp Scientia, giúp đảm bảo quá trình pha trộn chính xác Máy đánh siêu âm và máy li tâm HERMLE Labortechnik GmbH Z207A được sử dụng để tách mẫu hiệu quả và chuẩn xác Ngoài ra, chúng tôi cũng trang bị tủ sấy để sấy mẫu tối ưu, bút đo pH Hanna HI98107 cho phép đo pH nhanh chóng và chính xác, cùng với máy bơm định lượng Blue White C6125P để điều phối dung dịch chính xác trong các thử nghiệm Các thiết bị này đảm bảo chất lượng và độ chính xác cao cho các hoạt động nghiên cứu và phân tích của chúng tôi.

- Bảng 3 2: Một số thiết bị, dụng cụ sử dụng trong thí nghiệm

STT Tên thiết bị, dụng cụ Hình ảnh Thông tin chung

Xuất xứ: Trung Quốc Hãng: Shengwin Vật liệu: thép 304 Dung tích: 100 mL

T 220 o C Chiều cao: 160 mm Bán kính ngoài: 75 mm Dày: 7 mm

Vật liệu: nhựa PTFE Chiều cao: 96 mm Đường kính: 48 mm Dày: 5 mm

Túi chứa khí chuyên dụng

Xuất xứ: Mỹ Hãng: CEL Vật liệu: màng PVF (túi khí), nhựa PTFE (bộ nối) Dung tích: 3L

Xuất xứ: Rumani Hãng: Hanna Instrument Thang đo: pH 0,0 đến 14,0; nhiệt độ 0,0 đến 50 o C Độ phân giải: 0,1pH; 0,1 o C Độ chính xác: 0,1pH;

Xuất xứ: Trung Quốc Chất liệu: mã não Đường kính cối: 12 cm Kích thước chày: 19 cm

Máy bơm định lƣợng Blue

Xuất xứ: USA Hãng: Blue White Điện áp: 220V/50Hz Công suất: 45W Lưu lượng max: 30 lít/h Cột áp: 0,6bar

Xuất xứ: Việt Nam Hãng: Ecomax Chiều dài: 60cm Công suất: 25W

Xuất xứ: Nhật Bản Hãng: KOFLOC Khoảng đo: 0 – 5 (lit/phút) Độ chính xác: ± 10% Áp suất tối đa: 0,5 (MPa) Nhiệt độ tối đa: 60 o C

Xuất xứ: Trung Quốc Hãng: NEW – FLOW Khoảng đo: 100 – 1000 (mL/phút) Độ chính xác: ± 3% Áp suất tối đa: 10 (bar) Nhiệt độ tối đa: 60 o C Vật liệu phao: POM

Quy trình tổng hợp vật liệu

Hình 3 1: Quy trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang Ir-doped TiO 2 bằng phương pháp thủy nhiệt một giai đoạn

Vật liệu Ir-doped TiO₂ được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt một giai đoạn, không sử dụng bất kỳ chất hoạt động bề mặt hay chất ổn định nào, đảm bảo quy trình sạch và thân thiện Quá trình bắt đầu bằng việc hòa tan lượng muối IrCl₃·xH₂O (tương ứng các tỉ lệ 0,5%; 1,0%; 1,5%) vào 50 ml nước cất, sau đó khuấy đều và gia nhiệt trên bếp từ đến 70°C để chuẩn bị cho quá trình tổng hợp.

Trong quá trình thực hiện phản ứng, cần duy trì thời gian từ 30 đến 40 phút để lượng muối TiCl₄ hòa tan hoàn toàn Vì TiCl₄ dễ bị thủy phân ngay ở nhiệt độ thường, nên pH của dung dịch được điều chỉnh thấp bằng dung dịch HCl để hạn chế quá trình thủy phân Sau đó, dung dịch đã chỉnh pH được đưa vào chậu đá làm lạnh trong 20 phút, giúp giảm nhiệt độ và ổn định phản ứng Tiếp theo, sử dụng micropipet nhỏ vào dung dịch TiCl₄, mẫu sau đó được chuyển vào autoclave bọc teflon có vỏ bằng thép không gỉ chịu áp lực cao để thực hiện phản ứng thủy nhiệt tại nhiệt độ và thời gian khảo sát Sau phản ứng, hỗn hợp được làm nguội trong không khí, ly tâm tách chất rắn, rửa nhiều lần bằng nước cất đến khi pH trung hòa khoảng 5-6 Chất rắn cuối cùng được sấy ở 80°C, nghiền mịn để tạo mẫu xúc tác, sau đó đóng gói vào các lọ thủy tinh đã được ghi nhãn riêng biệt, đảm bảo quản lý mẫu chính xác.

Hình 3 2: Sơ đồ tổng hợp vật liệu xúc tác Ir-doped TiO 2

Hình 3 3: Một số hình ảnh trong quá trình tổng hợp vật liệu

Khảo sát các điều kiện tổng hợp vật liệu xúc tác quang nano Ir-doped TiO 2

liệu xúc tác quang nano Ir-doped TiO 2 bằng phương pháp thủy nhiệt:

Thời gian phản ứng đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp vật liệu, đảm bảo Ir có thể tích hợp vào mạng tinh thể của TiO₂ và đạt độ tinh thể cao cần thời gian đủ lâu Dựa trên nghiên cứu của tác giả Tai Thien Huynh và cộng sự, các thí nghiệm được thực hiện với thời gian phản ứng là 6, 8 và 10 giờ, giữ pH = 1,5 và nhiệt độ thủy nhiệt ổn định ở 210°C Tỷ lệ Ir duy trì ở mức 1,0% trong cả ba thử nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng thủy nhiệt Kết quả từ các thí nghiệm này giúp xác định thời gian phản ứng tối ưu cho các nghiên cứu tiếp theo, với các thông số đã được trình bày rõ ràng trong bảng 3.3.

Bảng 3 3: Các thông số của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng

(mL) pH của dung dịch tiền chất

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang nano Ir-doped TiO 2 bằng phương pháp thủy nhiệt:

Năm 2018, nhóm của Tai Thien Huynh đã thử nghiệm tổng hợp vật liệu Ir0,3Ti0,7O2 bằng phương pháp thủy nhiệt Kết quả cho thấy, tại 210°C, sau thời gian phản ứng kéo dài, vật liệu có độ kết tụ thấp và thành phần pha gồm anatase và rutile Trong khi đó, phản ứng xảy ra ở 190°C lại tạo ra mẫu chủ yếu là pha anatase với độ kết tinh thấp.

Nhiệt độ phản ứng quá cao có thể gây ra kích thước hạt lớn, làm giảm diện tích bề mặt riêng của vật liệu xúc tác quang, ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của catalyst Nhiều nghiên cứu đã khảo sát và xác định điều kiện tối ưu cho các vật liệu W, Ru, Mo ở nhiệt độ từ 180°C đến 210°C để nâng cao hiệu suất phản ứng Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ thủy nhiệt tại các mức 170°C, 190°C và 210°C cho thấy nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng, với pH giữ ở mức 1,5, tỷ lệ Ir 1,0% và thời gian phản ứng thủy nhiệt tối ưu được chọn dựa trên kết quả trước đó Các thông số của các thử nghiệm này được trình bày rõ ràng trong bảng 3.4 nhằm giúp xác định ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến đặc tính của vật liệu xúc tác.

(mL) pH của dung dịch tiền chất

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch tiền chất đến quá trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang nano Ir-doped TiO 2 bằng phương pháp thủy nhiệt:

Phương pháp thủy nhiệt sử dụng nhiệt độ và áp suất cao hơn điểm sôi của nước để tạo ra quá trình phản ứng hiệu quả, trong đó nước chuyển một phần thành hơi để truyền áp và hòa tan các thành phần phản ứng Các muối vô cơ của titanium thường thủy phân tạo ra TiO2, do đó cần sử dụng môi trường axit mạnh như HCl để ức chế quá trình này Dựa trên các nghiên cứu trước đó của nhóm, thí nghiệm sẽ khảo sát ảnh hưởng của các mức pH khác nhau để tối ưu hóa quá trình điều chế và xử lý các hợp chất titanium.

= 1,0; 1, và 2,0 Phản ứng thủy nhiệt sẽ đƣợc thực hiện nhiệt độ và thời gian dựa trên kết quả tối ƣu của hai thí nghiệm trên

Phản ứng thủy phân TiCl4: TiCl 4 + 2H 2 O → TiO2 + 4HCl

Bảng 3 5: Các thông số của thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH của dung dịch

( o C) pH của dung dịch tiền chất

3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ Iridium đến quá trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang nano Ir-doped TiO 2 bằng phương pháp thủy nhiệt:

Sau khi xác định các thông số tối ƣu của quá trình tổng hợp xúc tác, nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ Ir trong xúc tác đến đặc tính vật liệu Theo nghiên cứu của Menendez và cộng sự, xúc tác Ir-doped TiO2 với tỷ lệ Ir từ 0,5% đến 1,5% phù hợp với vùng ánh sáng khả kiến và cho hiệu suất quang hợp cao hơn các xúc tác biến tính N hoặc S thương mại Thí nghiệm chọn thử các tỷ lệ 0,5%, 1,0% và 1,5%, kết hợp với các giá trị tối ƣu của pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng để đánh giá tính chất vật liệu và hoạt tính xúc tác quang trong phân hủy hợp chất hữu cơ Các kết quả thu được sẽ giúp xác định ảnh hưởng của tỷ lệ Ir đến hiệu suất của xúc tác quang và tối ưu hóa quá trình ứng dụng.

Bảng 3 6: Các thông số của quy trình tổng hợp vật liệu xúc tác nano Ir-doped

TiO 2 với các tỷ lệ Iridium 0,5%; 1,0% và 1,5%

STT pH của dung dịch tiền chất

Thời gian phản ứng (giờ)

1 pHtối ƣu ttối ƣu Ttối ƣu

Các phương pháp khảo sát thành phần và đặc trưng cấu trúc vật liệu

Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chùm tia X nhiễu xạ trên các mặt tinh thể của chất rắn nhờ vào tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể, tạo ra các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ Kỹ thuật nhiễu xạ tia X là phương pháp phân tích cấu trúc chất rắn và vật liệu, giúp xác định chính xác các đặc điểm của cấu trúc tinh thể Đây là công cụ quan trọng trong nghiên cứu vật lý và khoa học vật liệu, cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc tinh thể của các vật thể rắn.

Nguyên lý của nhiễu xạ tia X dựa trên việc xét một chùm tia X có bước sóng λ chiếu tới một tinh thể rắn dưới góc tới Nhờ tính chất tuần hoàn của tinh thể, các mặt tinh thể cách nhau đều đặn một khoảng d, tạo điều kiện cho các mặt này hoạt động như các cặp tử nhiễu xạ, từ đó sinh ra hiện tượng nhiễu xạ của tia X Khi quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản xạ (góc tới), hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt tinh thể tuân theo nguyên lý nhiễu xạ, giúp giải thích quá trình phân tích cấu trúc tinh thể dựa trên nhiễu xạ tia X.

Để đạt được cực đại nhiễu xạ trong hiện tượng tia X tác dụng trên các mặt tinh thể, góc tới cần thỏa mãn điều kiện nλ, trong đó n là số nguyên dương (n = 1, 2, 3, ) Điều này mô tả định luật Vulf-Bragg, quy định các góc nhiễu xạ phù hợp để cộng hưởng phản xạ tăng cường, góp phần quan trọng trong phân tích cấu trúc tinh thể.

Hình 3.4 mô tả hiện tượng các tia X nhiễu xạ trên các bề mặt tinh thể chất rắn, trong đó tính tuần hoàn của tinh thể dẫn đến việc các mặt tinh thể đóng vai trò như các crista nhiễu xạ Quá trình này giúp xác định cấu trúc tinh thể rắn và các đặc điểm của vật liệu thông qua phân tích nhiễu xạ tia X Nhiễu xạ trên bề mặt tinh thể thể hiện sự tương tác quan trọng giữa tia X và các mặt phẳng tinh thể, góp phần vào nghiên cứu cấu trúc vật liệu và chẩn đoán các đặc tính vật lý của tinh thể.

Nhiễu xạ X-ray (XRD) là một kỹ thuật phân tích không phá hủy quan trọng trong việc xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu Phương pháp này cung cấp thông tin chi tiết về các giai đoạn, định hướng tinh thể và các thông số cấu trúc khác như kích thước trung bình hạt và các khuyết tật tinh thể XRD giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về đặc điểm cấu trúc của mẫu vật, từ đó hỗ trợ các ứng dụng trong nghiên cứu vật liệu và khoa học kỹ thuật.

Phương pháp nhiễu xạ bột (Powder X-ray Diffraction) là kỹ thuật phổ biến để xác định cấu trúc tinh thể của các mẫu đa tinh thể, sử dụng chùm tia X song song, đơn sắc để chiếu vào mẫu Trong quá trình phân tích, mẫu được quay trong khi đầu thu chùm tia phản xạ ghi lại cường độ và phổ nhiễu xạ bậc 1, phản ánh sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ vào góc nhiễu xạ 2θ Đối với các mẫu màng mỏng, phương pháp thực hiện có sự điều chỉnh: tia X được chiếu dưới góc rất hẹp để tăng chiều dài tương tác của tia X với màng mỏng, trong khi đó phần quay chỉ tập trung vào việc thu dữ liệu.

Phương pháp nhiễu xạ bột là kỹ thuật hiệu quả trong việc xác định thành phần pha, tỷ phần pha và cấu trúc tinh thể của mẫu vật Đây là phương pháp dễ thực hiện, cho phép phân tích các tham số mạng tinh thể chính xác, góp phần nâng cao hiệu quả nghiên cứu và phân tích vật liệu.

Phổ nhiễu xạ bao gồm các đỉnh có cường độ khác nhau, mỗi đỉnh ứng với một phản xạ của mặt nhất định Thông qua giản đồ nhiễu xạ, người ta có thể xác định được độ rộng, cường độ và vị trí của các đỉnh nhiễu xạ Những thông tin này rất quan trọng để phân tích cấu trúc và đặc tính của vật thể nghiên cứu.

Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến hình dạng của giản đồ nhiễu xạ tia X là kích thước và hình dạng của ô đơn vị cùng với số lượng nguyên tử chứa trong đó Ngoài ra, vị trí của các nguyên tử trong ô đơn vị cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các cực đại và cực tiểu của mẫu nhiễu xạ Hiểu rõ các yếu tố này giúp phân tích chính xác cấu trúc tinh thể và đặc điểm của vật liệu.

Khoảng cách giữa các mặt phụ thuộc vào kích thước ô cơ sở, quyết định vị trí của các đỉnh trong tinh thể Bề rộng và hình dạng của đỉnh phụ thuộc vào điều kiện đo và các thuộc tính của vật liệu như kích thước hạt Cường độ của đỉnh liên quan đến cách sắp xếp cấu trúc tinh thể, ví dụ như vị trí nguyên tử trong ô cơ sở và sự dao động nhiệt của các nguyên tử Ứng dụng nổi bật của phương pháp nhiễu xạ bột tia X là xác định các vật liệu tinh thể chưa biết, như khoáng chất và hợp chất vô cơ, đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu địa chất, khoa học môi trường, kỹ thuật và sinh học.

Ngoài phương pháp nhiễu xạ dạng bột còn có phương pháp Laue và phương pháp đơn tinh thể quay

Các mẫu xúc tác Ir-doped TiO₂ với tỷ lệ 0,5%, 1,0% và 1,5% đã được tổng hợp thành công và tiến hành phân tích XRD để đánh giá cấu trúc vật liệu Quá trình phân tích này được thực hiện tại Chi cục Kiểm định Hải quan 3, địa chỉ 778 Nguyễn Kiệm, phường 3, quận Phú Nhuận, TP Hồ Chí Minh Kết quả XRD giúp xác định sự thay đổi cấu trúc của vật liệu sau khi doping iridium, từ đó đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ iridium đến tính chất của xúc tác TiO₂ Phân tích cấu trúc vật liệu này có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của xúc tác trong các ứng dụng công nghiệp.

3.5.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua - Transmission Electron Microscope (TEM):

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

TEM có cấu trúc tương tự như kính hiển vi quang học, gồm nguồn sáng điện tử, các hệ thấu kính và khẩu độ, giúp mở rộng khả năng quan sát các vật thể cực nhỏ Tuy nhiên, truyền hình điện tử vượt xa giới hạn của kính hiển vi truyền thống nhờ khả năng phân tích đặc biệt dựa trên tương tác giữa chùm điện tử và mẫu vật.

Khảo sát hoạt tính xúc tác trong phản ứng phân hủy hợp chất hữu cơ dễ bay hơi – toluen:31 1 Thông số thí nghiệm khảo sát

3.6.1 Thông số thí nghiệm khảo sát:

Bảng 3 7: Thông số về độ ẩm xác định dựa vào giản đồ Ranzim Độ ẩm tương đối

Khối lƣợng riêng không khí

(kg/m 3 ) Độ ẩm tuyệt đối d

Bảng 3 8: Các thông số của các thí nghiệm khảo sát hiệu suất phân hủy toluen/n- hexan của xúc tác Ir-doped TiO 2

STT Nội dung khảo sát Điều kiện phản ứng

Nồng độ toluen/n-hexan trước phản ứng

2 Ảnh hưởng của tỉ lệ Ti:Ir đến hiệu suất phân hủy toluen/n- hexan

5 Ảnh hưởng của lưu lượng đến hiệu suất phân hủy toluen/n- hexan

7 Ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu suất phân hủy toluen

3.6.2 Phương pháp kiểm tra hiệu quả xúc tác – Sắc ký khí (GC):

Sắc ký khí (Gas Chromatography) là phương pháp phân tích hóa học phổ biến, giúp tách và phân tích các hợp chất bay hơi mà không làm thay đổi mẫu Phương pháp này chủ yếu được ứng dụng trong kiểm tra độ tinh sạch của một chất cụ thể hoặc tách các chất khác nhau khỏi hỗn hợp Ngoài ra, trong một số trường hợp, kỹ thuật sắc ký khí còn được sử dụng để xác định thành phần của hợp chất một cách chính xác và hiệu quả.

Trong sắc ký khí, pha động là khí mang, thường là khí trơ như Helium hoặc khí không hoạt động như Nitơ, giúp vận chuyển mẫu qua cột Pha tĩnh là lớp chất lỏng hoặc polyme phủ trên lớp rắn trong ống thủy tinh hoặc kim loại, gọi là cột, tương tự như cột tách phân đoạn trong chưng cất Thiết bị dùng để thực hiện sắc ký khí được gọi là máy sắc ký khí, giúp tách và phân tích các hợp chất trong mẫu một cách chính xác và hiệu quả.

Phân tích sắc ký khí giúp xác định các hợp chất khí bằng cách dựa trên thời gian lưu của chúng khi tương tác với thành cột phủ pha tĩnh Các hợp chất sẽ được tách ra theo thời gian khác nhau và phát hiện bằng thiết bị điện tử khi ra khỏi cuối cột Các thông số như tốc độ dòng khí, chiều dài cột và nhiệt độ có thể điều chỉnh để thay đổi thứ tự hoặc thời gian lưu của các hợp chất, góp phần nâng cao độ chính xác của phân tích.

Hình 3.8: Sơ đồ hệ thống sắc ký khí [40]

Các mẫu khí chứa toluen và n-hexan được phân tích bằng phương pháp sắc ký khí trước và sau khi xử lý bằng xúc tác để xác định nồng độ hợp chất Quá trình này giúp đánh giá hiệu suất xử lý khí của các mẫu xúc tác dưới các điều kiện khác nhau, từ đó chọn ra điều kiện tối ưu để đạt hiệu quả xử lý cao nhất.

Các mẫu khí sau khi được thu vào túi TEDLAR BAG 3L sẽ được chuyển đến trung tâm phân tích sắc ký khí để xác định chính xác nồng độ toluen và n-hexan Quá trình này diễn ra tại Công ty cổ phần dịch vụ Khoa học Công nghệ Thế Kỷ Mới, địa chỉ số 4, đường số 5, phường Bình Hưng Hòa, quận Bình Tân, TP Hồ Chí Minh, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cao trong kết quả phân tích khí.

Dưới đây là các câu quan trọng từ bài viết được viết lại theo chuẩn SEO: Nồng độ VOCs trong mẫu khí được phân tích bằng phương pháp sắc ký khí theo tiêu chuẩn NIOSH 1501 cho toluen và NIOSH 1500 cho n-hexan Hiệu suất phân hủy n-hexan và toluen được tính toán dựa trên công thức phù hợp nhằm đảm bảo độ chính xác trong đo lường Quá trình phân tích này giúp xác định hàm lượng VOCs chứa trong không khí một cách chính xác, đáp ứng yêu cầu an toàn và kiểm soát chất lượng không khí công nghiệp.

H% = (Cv – Cr)/Cv x 100 Trong đó: C v và C r lần lƣợt là nồng độ đầu vào và nồng độ đầu ra thiết bị xử lí khí của n-hexan (toluen)

3.7 Phương pháp lấy và phân tích mẫu VOCs trong không khí xung quanh

3.7.1 Phương pháp quan trắc không khí xung quanh (NIOSH 1501)

Trong nghiên cứu này, mẫu VOCs ngoài môi trường được lấy theo phương pháp chủ động NIOSH 1501 của Mỹ, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình lấy mẫu Quá trình lấy mẫu được thực hiện có sự hỗ trợ kỹ thuật từ nhóm kỹ sư quan trắc của Công Ty Cổ Phần DV KHCN Thế Kỷ Mới tại địa chỉ 04 Đường Số 5, P Bình Hưng Hòa, Q Bình Tân, TP.HCM Phương pháp lấy mẫu này có ưu điểm vượt trội về tính linh động và thuận tiện, phù hợp để di chuyển lấy mẫu theo ngày hoặc theo giờ, giúp đảm bảo dữ liệu chính xác và phù hợp với các yêu cầu nghiên cứu khí VOCs.

Hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) có thể gây kích ứng mắt, da và gây các vấn đề liên quan đến phổi và đường hô hấp Trong số các VOCs, Benzene, Toluene, Xylene đặc biệt được xác định là có khả năng gây ung thư và các bệnh nghiêm trọng khác Nguyên tắc giảm thiểu tiếp xúc với VOCs đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe và môi trường.

Phương pháp này dùng để lấy mẫu các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong nguồn thải cố định bằng túi khí (TEDLAR bag) có dung tích 15 hoặc 35 lít Các tiêu chuẩn được áp dụng bao gồm USEPA method 1, 2, 3, 4, 0040 và Thông tư 24/2017/TT-BTNMT quy định kỹ thuật quan trắc môi trường Các thiết bị, hóa chất và dụng cụ cần đảm bảo đúng quy trình để thu mẫu chính xác, nhằm đáp ứng yêu cầu phân tích và giám sát chất thải hữu cơ dễ bay hơi.

- Bơm chân không lấy mẫu

- Trống đếm Rotameter có vạch chia nhỏ nhất 0,5 L hoặc bộ đếm thể tích

- Thùng đựng Tedlar chịu áp suất âm tới 10 in H2O (25 cm H2O) và chịu nhiệt độ giữ nhiệt 1200 ± 50C

- Cột chứa sillicagel và than hoạt tính

- Bình khí trơ pha loãng mẫu dùng cho phân tích lâu nhƣng không quá 72 giờ

Dây lấy mẫu silicon chịu nhiệt

- Nước cất 2 lần vệ sinh

- Silicagel tách ẩm bảo quản máy

- Than hoạt tính c) QUY TRÌNH THỰC HIỆN

 Lắp thiết dụng cụ lấy mẫu theo hình:

Hình 3.10: Sơ đồ lấy mẫu VOCs

 Kiểm tra độ kín của hệ thống ống lấy mẫu

 Cài đặt lưu lượng lấy mẫu 0,5 Lít/phút và thể tích lấy mẫu tối thiểu khoảng 15L

 Ghi chép nhiệt độ, áp suất dòng khí và áp suất khí quyển

 Kiểm tra vị trí đo đạc theo yêu cầu thông tƣ 24/2017

 Kiểm tra hàm ẩm trong ngồn thải để đảm bảo an toàn thiết bị, hoặc tách ẩm để đo theo không khí khô

 Khởi động thiết bị đo

 Cài đặt chế độ đo phù hợp, chọn nhiên liệu sử dụng của nguồn phát sinh khí thải

 Điều chỉnh probe, filter trước khi láy mẫu có nhiệt độ 130 0 C-140 0 C

 Nhiệt độ đầu ra (khi gas sau làm lạnh) 0 o C-20 o

 Xác định độ ẩm của khí thải trước và trong suốt quá trình đo

 Đóng van điều chỉnh, dời cần lấy mẫu ra khỏi ống khói, kiểm tra độ kín ghi nhận kết quả và nhật ký

 Kết thúc quá trình lấy mẫu bơm sẽ tự tắt, bịt kín 2 đầu ống hấp phụ, ghi ký hiệu và bảo quản mẫu theo yêu cầu

3.7.2 Địa điểm lấy mẫu không khí xung quanh

Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành lấy mẫu không khí tại Trạm xăng dầu Đường Lê Văn Sỹ, Phường 2, Quận Tân Bình, TP Hồ Chí Minh để đánh giá chất lượng không khí khu vực Các mẫu khí ngoài môi trường cũng được thu thập tại Trạm xăng dầu Petrolimex, Quận Tân Bình, nhằm phân tích các hợp chất ô nhiễm và đảm bảo an toàn môi trường Nghiên cứu này nhằm xác định mức độ ô nhiễm không khí tại các điểm lấy mẫu và cung cấp dữ liệu phục vụ công tác giám sát chất lượng không khí đô thị.

Hồ Chí Minh đã thực hiện lấy mẫu mẫu tại hai địa điểm khác nhau để đảm bảo tính chính xác của kết quả Địa điểm thứ nhất cách các bồn chứa xăng 1 mét, trong khi địa điểm thứ hai cách các bồn chứa xăng 2 mét Mỗi mẫu được lấy ba lần vào lúc 10 giờ sáng tại mỗi điểm, nhằm đảm bảo tính lặp lại và độ tin cậy của dữ liệu.

Hình 3 7: Vị trí quan trắc trên bản đồ tại Quận Tân B nh, TP Hồ Chí

KẾT QUẢ - BÀN LUẬN