Lời mở đầu nghiên cứu , tổng hợp, khảo sát hoạt tính xúc tác khử NOx của hệ OSM2

Lời mở đầu nghiên cứu , tổng hợp, khảo sát hoạt tính xúc tác khử NOx của hệ OSM2

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LỜI MỞ BẦU

Báo cáo hằng năm của Bộ Tài nguyên và Môi trường (Việt Nam) cho biết rằng

lượng khí thải được thải ra môi trường từ các phương tiện giao thông mỗi năm

khoảng 5 triệu tấn CO, 61 nghìn tấn CO, 35 nghìn tấn NO¿, 12 nghìn tấn SO, va hon 22 nghin tấn CmH, Bên cạnh đó, quá trình đốt nhiên liệu trong các nhà máy nhiệt điện, các lò xi-măng, lò gốm sử, các lò hơi, cũng góp phần thải ra bầu khí quyền một lượng rất lớn các khí độc hại trên, Chính điều nay là nguyên nhân trực tiếp gây ra tình trạng ô nhiễm không khí trầm trọng trên khắp mọi nơi: ở TpHCM, các kết quả quang trắc đo được tại 3 trạm ô nhiễm do các phương tiện giao thông là vòng xoay Hàng Xanh, vòng xoay Phú Lâm và ngã tư Định Tiên Hoàng — Điện Biên Phủ, cho thấy nồng độ bụi và các tác nhân SƠ¿, NOx, déu vượt chỉ tiêu cho phép từ 3 đến 7 lần, cao nhất là tại vòng xoay Phú Lâm, tháng sau tãng so với tháng

trước là 1,24 lần [1]

Ô nhiễm không khí cũng gây thiệt hại khoảng 23 triệu USD cho thú đô Hà Nội

mỗi năm Các kết qua quan trắc của Trung tâm Kỹ thuật Môi trường đô thị và các

khu công nghiệp (CEETIA) trong vòng 6 năm qua trên địa bàn thủ đô cho thấy nông các chất ô nhiễm trong không khí ngày cảng gia tăng Cụ thể: nông độ các khí

SO¿, O; trung bình tăng khoảng 10% đến 17%, nồng độ bụi PM10 tăng từ 4% đến

20%, riêng nông độ khí NO; bình quân tăng khoảng 40% — 60% mỗi năm [6] Theo

GS Pham Duy Hiến, cán bộ chương frình Không khí sạch Việt Nam - Thụy Sĩ thì

với 2 vạn lần hít thở mỗi ngày, mỗi người đã đưa vào lá phổi của mình khoảng

20m” không khí ô nhiém [4]

Theo cánh báo của tổ chức Y tế thế gới (WHOQ) [11]: 6 nhiễm không khí làm

chết khoảng 4.6 triệu người trên thế giới mỗi năm, nhiều hơn số người chết do tai

nạn ô-tô Ở Châu Âu [8], có khoảng 310.000 người chết mỗi năm đo các bệnh: hen

suyển, viêm phế quản, các bệnh về phối, tim mạch và các dị ứng đường hô Ngoài

ra, những tác động lâu dải của các chất khí hiện điện trong thành phân khí thải xe cơ

giới có thê dẫn tới vô sinh, ung thư phối và các bệnh về thận.

Bên cạnh đó, các tác nhân ô nhiễm như SO2, NO, (NO, NÓ¿) là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng mưa axít ảnh hướng môi trường và quá trình sản xuất nông nghiệp Tại khu vực thành phố Cần Thơ, mưa axít xuất hiện ngày càng thường xuyên Theo thống kê trong 10 nam trở lại đây, cứ 100 cơn mưa đỗ xuống tại khu vực Cần Thơ thì có 58 cơn mưa được gọi là mưa axít ( độ pH trong nước mưa nhỏ hơn 5.6), cao nhất trong bốn khu vực được tiên hành nghiên cứu về loại mưa nguy hiểm này tại Nam bộ Điều này làm ánh hưởng nghiêm trọng đến việc nuôi trồng thuỷ hải sản Trong những tháng có mưa axít lớn thì tôm thường bị sốc và chết khi

có mưa Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy ứng với nước ao có độ mặn 6 phần nghìn và pH =7.2, khi pH trong nước giảm 0.27 — 0.58 đơn vị thì lô tôm thí nghiệm

chết 50% sau 72 giờ Tương tự, năng xuất rau trồng có thể giảm từ 20% đến 69%

sản lượng do tác động của mưa axit [6]

Hiện nay, trong các nguồn thải ra các khí ô nhiễm thì nguồn thái từ các phương tiện giao thông chiếm tỉ lệ rất lớn, Trong thánh phần khí thái của động cơ thì, tác

nhân NOx được quan tâm xử lý nhiều nhất vì những ảnh hưởng nguy biểm của NOx đỗi với sức khoẻ con người cũng như đối với môi trường sống của chúng ta

Có nhiều phương pháp được sử dụng để loại bỏ NOx trong khí thải động co Trong đó, phương pháp được sử dụng nhiều hiện nay là sử dụng xúc tác kết hợp với dùng chất khử, Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng cũng như khả năng áp dụng và thực tế thì còn tuỳ thuộc vào khí thái của từng loại động cơ Với xe chạy bằng động cơ xăng thì khí NOx được xứ lý bằng hệ xúc tác ba hướng (TWC) với kết quả đạt được rất tốt nên được lắp đặt cho các xe chạy bằng động cơ xăng từ thập niên 80 của thé

kỷ 20 Trong lúc đó, nhu cầu sử dụng động cơ chạy bang diesel tăng mạnh do việc

sử dụng động cơ điesel giúp tiết kiệm chi phí sử dụng nhiên liệu, công suất hoạt

động mạnh mẽ, hiệu suất đốt cháy nhiên liệu cao, nhiệt độ đót chây nhiên liệu thấp

nên lượng NOx được hình thành ít hơn so với động cơ xăng Tuy nhiên, việc xử lý NOx d6i voi déng co diesel thì vẫn chưa đạt được két qua nhu mong muốn Thực

ra, chính lượng oxygen du (oxy du khoảng 5%-15%, còn động cơ xăng chỉ có 0.2 %

- 2% oxy dir) [49], [61] trong hỗn hợp khí xả là nguyên nhân cho việc khử NÓx

_Ơ.Ơ Ơ,ƠỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ

trong khí thải của động cơ điesel xảy ra khĩ khăn Đây là bài tốn hĩc búa đối với các nhà nghiên cứu xúc tác xử lý mơi trường,

Các nghiên cứu nhằm tìm kiếm hệ xúc tác cĩ thể cho khả năng khử NOx tét trong mỗi trường dữ 0XY VỚI Các chất khử khác nhau được các nhà khoa học tiễn hành Íwamoto và các đồng su [85] lan đầu tiên cơng bố việc sử dụng các hydrocacbon làm chất khử cho phản ứng khử NOx trong điều kiện dư oxy trên hệ

xúc tác Cu-ZSM-5 Tuy xúc tác trên cơ sở zeolit này thường cĩ độ bền nhiệt thấp và

để bị mất hoại tính khí khi cĩ mặt hơi nước và SỐ; trong thành phân khí thải nhưng

từ đây một hướng nghiên cứu mới đã được mở ra Và hiện nay hướng nghiên cứu sử dụng lượng hydrocacbon dự cĩ trong khí xả để làm chất khử cho phản ứng khử NOx la rất được các nhà nghiên cứu quan tâm

Nhiều nghiên cứu đã dùng các hệ xúc tác trên cơ sở các kim loại quí như: PU +- AbO; , Pđ/ y-AlO:) trong việc nghiên cứu phản ứng deNOx trong điều kiện đư oxy với chất khử hydrocacbon và kết quả thu được rất cho độ chuyển hố NOx cao, nhiệt độ phản ứng thấp, tuy nhiên phán ứng cĩ độ chọn lọc cho ra NO (NO là một trong ba khí gây hiệu ứng nhà kính) Nhiều nghiên cứu đã chứng mình được hoạt tinh deNOx cia cau ti bac kim loai (Ag) trong điều kiện dư oxygen bằng tác nhân khử Propen trên các giá mang khác nhau y-ÿ, perovskite Két qua thu được cho hiệu suất chuyển hố NOx thành N; trên 90% Tuy nhiên, vùng nhiệt độ phản ứng cén kha cao khoang 400°C - 500°C [5], [7]

Trong những năm gần đây vật liệu oxii mangan rây phân tử bát điện OMS-2, OMS-2 biến tính các cầu tử kim loại được các nhà nghiên cứu sử dụng thử trong việc xử lý NOx, tuy nhiên kết quả thu được cịn khá khiêm tốn Ở Việt Nam, xúc

tác OMS-2 được sử đụng như là một chất oxi hố tốt cho các phản ứng tơng hợp hữu hữu cơ cũng như oxi các VOC (nhu Benzen, toluene, aceton, ) Con đối với hướng sử dụng OMS-2 để khử NOx thì chưa cĩ một nghiên cứu chính thức nào

được tiến hành Trong luận văn này, tơi tiến hành tổng hợp và khảo sát hoạt tính

khử NOx của hệ xúc tác OMS-2 (dạng Cryptomelan) và OMS-2 biến tinh Ag trong

điều kiện du oxy bằng chất khử propen.

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Mục tiêu của nghiên cứu: tìm ra một hệ xúc tác có khả năng khử NOx tốt ở vùng nhiệt độ tháp (dưới 400°C) trong điều kiện dư oxy bằng chất khử propen để phục vụ cho việc xử lý khí thải của động cơ ô tô

Nôi dung cần nghiên cứu:

e Tổng hợp các mẫu xúc tác OMS-2 theo phương pháp thuỷ nhiệt và hồi

lưu nhiêt, OMS-2 biến tính bạc theo ba phương pháp (trao đổi nóng chảy

ở 250°C, trao đổi ở 55°C và phương pháp tâm) và OMS-2 biến tính

strontium theo phương pháp thuý nhiệt

e Khảo sát đặc tính hoá lý để nhận danh các mẫu xúc tác bằng phương

pháp đo nhiễu xạ tia X (XRD) và đo phổ hồng ngoại (IR)

e Khảo sát và đánh giá hoạt tính deNOx của các xúc tác theo các phương pháp tổng hợp

Cơ sở lý luân của nghiên cứu này: là vận dụng cơ chế về xúc tác ba chức năng

do Giáo sư Gérald Djéga-Mariadassou, Berger và các đồng sự đã rút sau nhiều năm nghiên cứu về phản ứng deNOx Cơ chế này mô tá điều kiện cần để một xúc tác có thé thé hiện được hoạt tính deNOx là loại xúc tác đó phải có ba tâm hoạt tính trong thành phần cấu trúc của mình: tâm 1, oxi hóa NO thành NO;; tâm 2, oxi hóa êm dịu

HC thành các C,H/O; với sự có mặt NO;; và tâm 3 khử NO thành Nạ, đồng thời oxi hóa sâu các C,HyO; thành CO; và HO Cơ chế hệ xúc tác ba tâm (ba chức năng) trong phản ứng khử NOx được mô tả như hình 0.1 [36]

_ 2NO + chất khứ(HG)+ Qạ = N, + COa+ HO _

te!

SP bànéai, [j2z>-Co»dndoec==.Llaoyecobo P, of Gh Camis, C96) ST 7024 Crao (70

Hình 0.1: Cơ chế của hệ xúc tác deNOx ba chức năng