Characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons and unregulated emissions of biodiesel blends fueled on diesel generator

Tuy nhiên, các hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng Polycyclic Aromatic Hydrocarbon – PAHs, nhóm chất sinh ra do quá trình đốt cháy không hoàn toàn và có khả năng gây ung thư cho con người

MỤC LỤC TÓM TẮT I ABSTRACT .II DANH MỤC VIẾT TẮT III DANH MỤC BẢNG VI

DANH MỤC HÌNH vi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu về động cơ diesel, nhiên liệu biodiesel, biodiesel dầu cọ 2

1.1.1 Động cơ diesel 2

1.1.2 Nhiên liệu diesel 4

1.1.3 Nhiên liệu biodiesel dầu cọ 5

1.2 Giới thiệu về hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng 7

1.3 Khí thải từ động cơ diesel 9

Phát thải PAHs từ động cơ sử dụng nhiên liệu diesel 10

1.4 Sự tồn tại của PAHs trong khí quyển 12

a Phản ứng oxy hóa quang hóa của PAHs 13

b Các phản ứng hóa học khác 15

1.5 Tác động của PAHs đến sức khỏe con người 15

1.6 Tiêu chuẩn phát thải động cơ diesel 17

1.7 Nghiên cứu về phát thải PAHs từ động cơ diesel sử dụng nhiên liệu diesel và biodiesel trên thế giới và Việt Nam 18

1.7.1 Trên thế giới 18

2.1 Quy trình lấy mẫu PAHs trong pha khí và pha hạt 21

2.1.1 Tiền xử lý mẫu và bảo quản mẫu sau khi lấy 21

2.1.2 Khảo sát hiện tượng “breakthrough” trong lấy mẫu PAHs pha khí 21

2.1.3 Lấy mẫu PAHs từ phát thải máy phát điện diesel 23

2.1.3.5 Đo phát thải khí của nhiên liệu biodiesel trên máy phát điện diesel 28

2.2 Quy trình phân tích mẫu 31

2.2.1 Thiết bị - dụng cụ - hóa chất 31

2.2.2 Quy trình chiết tách PAHs trên giấy lọc 32

2.2.3 Quy trình chiết tách PAHs trên PUF 33

2.2.4 Quy trình phân tích PAHs 34

2.3 Kiểm soát quy trình phân tích PAHs 36

2.3.1 Dựng đường chuẩn 36

2.3.2 Hiệu suất thu hồi 36

2.3.3 Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 38

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40

3.1 Khảo sát tốc độ lấy mẫu, suất tiêu hao nhiên liệu và lưu lượng khí thải 40

3.1.1 Tốc độ lấy mẫu 40

3.1.2 Suất tiêu hao nhiên liệu và lưu lượng khí thải 41

3.2 Phát thải bụi tổng của các nhiên liệu 42

3.3 Nồng độ và sự phân bố của PAHs phát thải từ máy phát điện 45

3.3.1 Nồng độ và sự phân bố PAHs trong pha khí từ phát thải của máy phát điện 46

3.3.2 Nồng độ và sự phân bố PAHs trong pha hạt từ phát thải của máy phát điện 50

3.3.3 Hệ số phân bố khí – hạt của các PAHs trong phát thải 55

3.3.4 Sự biến thiên nồng độ, hệ số phát thải PAHs theo tỉ lệ phối trộn của BDF trong nhiên liệu 1

3.3.5 Sự biến thiên nồng độ và hệ số phát thải PAHs theo tải trọng 5

3.4 Đánh giá độc tính của PAHs phát thải từ nhiên liệu dựa trên BaP 6

3.4.1 Đánh giá độc tính của PAHs phát thải từ nhiên liệu theo phân bố pha khí – hạt9 3.4.2 Đánh giá độc tính của PAHs phát thải từ nhiên liệu theo tỉ lệ phối trộn BDF 10 3.4.3 Đánh giá độc tính của PAHs phát thải từ nhiên liệu theo tải trọng 10

3.6 Đánh giá phát thải khí thông thường của nhiên liệu biodiesel 11

3.6.1 Khí carbon monoxide (CO) 12

3.6.2 Khí sulfur dioxide (SO2) 13

3.6.3 Khí carbon dioxide (CO2) 14

3.6.4 Khí nitrogen oxide (NOx) 15

3.7 Xác định tỉ lệ phối trộn tối ưu của biodiesel 16

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18

Kết luận 18

Kiến nghị 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

PHỤC LỤC 90

i

TÓM TẮT

Nghiên cứu thực hiện việc đo đạc và đánh giá phát thải bụi, PAHs và các phát thải thông thường từ máy phát điện sử dụng nhiên liệu diesel và biodiesel dầu cọ Việc khảo sát thực hiện ở các chế độ không tải, 1.5 kW (50% tải trọng) và tải 2.5 kW (75% tải trọng) với các tỷ lệ phối trộn khác nhau của nhiên liệu diesel và biodiesel dầu cọ (0%, 10%, 20%, 30%, 50%, 75% và 100% ứng với B0, B10, B20, B30, B50, B75 và B100) Kết quả cho thấy nồng độ bụi phát thải từ động cơ giảm khi tăng tỉ lệ biodiesel từ 0% lên 20%, và tăng khi tỉ lệ biodiesel tăng từ 20% lên 100% do nồng

độ các chất hữu cơ hòa tan trong bụi tăng khi tỉ lệ biodiesel trong nhiên liệu tăng dần Với tất cả các loại nhiên liệu, PAHs phát thải trong pha khí nhiều hơn pha hạt, các hợp chất có nồng độ cao trong pha khí là Naphthalene, Fluorene, Phenanthrene

và Pyrene, trong pha hạt là Naphthalene, Phenanthrene và Fluorene Xét về sự phân

bố của PAHs theo số vòng benzene, các PAHs có khối lượng phân tử nhỏ (2 – 3 vòng) phân bố với tỷ lệ lớn trong cả pha khí và pha hạt (chiếm hơn 90% ở pha khí

và 50% ở pha hạt), các PAHs có khối lượng phân tử trung bình (4 vòng) phân bố chủ yếu trên pha hạt và các PAHs có khối lượng phân tử lớn (5 – 6 vòng) chỉ phân

bố trên pha hạt Kết quả tính toán về hệ số phát thải PAHs (EFPAHs) cho thấy so với B0 thì mức giảm lần lượt là 11.4%, 40.2%, 48.3%, 54.5%, 63.6% và 63.6% tương ứng với B10, B20, B30, B50, B75 và B100 ở chế độ không tải Nếu xét ở chế độ tải 1.5 kW, thì mức giảm lần lượt là 12.4%, 30.9%, 44.1%, 47.2%, 54.4% và 79% so với B0 tương ứng với B10, B20, B30, B50, B75 và B100 Còn ở chế độ tải 2.5 kW thì giảm 25.6%, 48.5%, 37.8%, 44.6% và -273.9% tương ứng với B10, B20, B30, B50 và B75 so với B0 Sử dụng hệ số độc hại tương đương để đánh giá độc tính của phát thải PAHs thông qua nồng độ BaPeq Nồng độ BaPeq giảm khi tăng tỉ lệ phối trộn biodiesel Đối với phát thải thông thường của động cơ, ở các chế độ tải, khi tăng thể tích BDF phát thải khí CO, SO2 và hợp chất CxHy giảm; phát thải khí NO,

NO2, CO2 tăng Với cùng một loại nhiên liệu, hệ số phát thải khí CO, SO2, CO2 của động cơ ở chế độ tải 75% thấp hơn chế độ không tải; hệ số phát thải khí NO, NO2

của động cơ cho kết quả ngược lại

Từ khóa: PAHs, biodiesel dầu cọ, máy phát điện

ii

ABSTRACT

This study evaluated PM, total PAHs and regulated emission factor from the exhaust of palm-biodiesel blends fueled on diesel generator The testing was performed under an idling, 1.5 kW and 2.5 kW load state for mixing rate blends between diesel and biodiesel (B0, B10, B20, B30, B50, B75 and B100) The results showed that PM emission decreased as the palm-biodiesel blends increased from 0% to 20%, and increased as the palm-biodiesel blends increased from 20% to 100% because the soluble organic fraction of PM emission was high in blends with high palm-biodiesel content For all fuels, the gas–phase PAHs emissions were higher than particle-phase PAHs emissions and the most abundant PAH compounds from engine exhaust in gas-phase were Naphthalene, Fluorene, Phenanthrene and Pyrene, and in particle-phase were Naphthalene, Phenanthrene and Fluorene As to the contribution of PAHs following a number of benzene ring, the LMW-PAHs (2–3 rings) contributed more than 90% in gas-phase and 50% in particle-phase, the MMW-PAHs (4 rings) distributed mainly in particle phase and the HMW–PAHs (5–6 rings) only distributed

in particle phase Calculated result about PAHs emission factor (EFPAHs) shows the reduction fraction of EFPAHs from the exhaust of diesel generator was 11.4%, 40.2%, 48.3%, 54.5%, 63.6% and 63.6% for B10, B20, B30, B50, B75 and B100, respectively, compared with B0 in idling state and in 1.5 kW load state shows the reduction fraction

of EFPAHs from the exhaust of diesel generator was 12.4%, 30.9%, 44.1%, 47.2%, 54.4% and 79% for B10, B20, B30, B50, B75 and B100, respectively, compared with B0 In 2.5 kW load state shows the reduction fraction of EFPAHs from the exhaust of diesel generator was 25.6%, 48.5%, 37.8%, 44.6% and -273.9% for B10, B20, B30, B50, B75 and B100, respectively, compared with B0 Using the toxic equivalent factor

to evaluate the toxicity of PAHs emission through concentration of BaPeq (CBaPeq) Experimental results indicated that CBaPeq decreased with increasing palm-biodiesel blends For regulated emission factor, at all load modes, when the volume of palm BDF

in the fuel blends grew gradually, the concentration of CO, SO2 and CxHy emission reduced while the concentration of NO and NO2, CO2 went up Emission factors of CO,

SO2 and CO2 at 75% load are higher than those at an idle load, regardless the ratio of palm BDF to diesel fue Conversely, emission factors of NO, NO2 at high load are higher

Keywords: polycyclic aromatic hydrocarbons, regulated emissions, Palm-biodiesel,

diesel generator

Nhóm PAHs có khối lượng phân tử lớn HPLC : High Performance Liquid Chromatography

Sắc ký lỏng cao áp

iv

IARC : International Agency for research on cancer

Cơ quan quốc tế nghiên cứu về bệnh ung thư

LMW-

Nhóm PAHs có khối lượng phân tử thấp MMW-

Nhóm PAHs có khối lượng phân tử trung bình

PAHs : Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

Độ lệch chuẩn tương đối

Độ lệch chuẩn

Hợp phần hữu cơ hòa tan

Hệ số độc tương đương

Tổ chức Y Tế Thế giới

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Phân loại động cơ diesel theo tốc độ vòng quay 2

Bảng 1.2: Thành phần acid béo trong dầu cọ 6

Bảng 1.3: Tính chất lý hóa của nhiên liệu diesel, dầu cọ và BDF dầu cọ 6

Bảng 1.4: Một số thông số hóa lý của PAHs 8

Bảng 1.5: Phần trăm của các hợp chất trong phát thải của động cơ diesel 9

Bảng 1.6: Hệ số phát thải PAHs của một số động cơ diesel 12

Bảng 1.7: Khả năng gây ung thư và gây đột biến gen của một số PAHs 16

Bảng 1.8: Tiêu chuẩn Euro áp dụng cho xe du lịch (đơn vị: g/kW hr) 17

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn nhiên liệu diesel của SAIGONPETRO 23

Bảng 2.2: Thể tích nhiên liệu BDF và diesel trong các loại nhiên liệu 24

Bảng 2.3: Độ tinh khiết của sản phẩm BDF và một số tính chất của nhiên liệu 24

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật máy phát điện KAMA - KDE3500T 25

Bảng 2.5: Chương trình gradient pha động 34

Bảng 2.6: Bước sóng kích thích và bước sóng phát xạ ứng với từng PAH 35

Bảng 2.7: Kết quả HSTH PAHs trên giấy lọc 37

Bảng 2.8: Kết quả HSTH PAHs trên PUF 38

Bảng 3.1: Mức giảm nồng độ bụi phát thải của các loại nhiên liệu so với B0 ở 3 chế độ tải 43

Bảng 3.2: Nồng độ và tỉ lệ PAHs phát thải trong 2 pha khí và pha hạt 51

Bảng 3.3: Giá trị Kp × PM của các PAHs trong pha khí và pha hạt (m3/µg) 57

Bảng 3.4: Tổng nồng độ PAHs và hệ số phát thải PAHs của từng loại nhiên liệu thử nghiệm ứng với các chế độ hoạt động khác nhau 4

Bảng 3.5: Phần trăm thay đổi của ∑CPAHs và EFPAHs của chế độ tải 1.5 và 2.5 kW so với chế độ không tải 5

Bảng 3.6: Giá trị TEFs theo đề nghị của Nisbet và LaGoy 7

Bảng 3.7: Giá trị CBaPeq và EFBaPeq của PAHs phát thải từ 7 loại nhiên liệu 8

Bảng 3.8: Giá trị CBaPeq (µg/m3) của 2 pha khí và hạt của 7 loại nhiên liệu 9

Bảng 3.9: Nồng độ khí thải của máy phát điện tại chế độ không tải 71

Bảng 3.10: Nồng độ khí thải của máy phát điện tại chế độ tải 1.5 Kw 71

Bảng 3.11: Nồng độ khí thải của máy phát điện tại chế độ tải 2.5kW 71

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cấu tạo buồng đốt của động cơ diesel 6

Hình 1.2: Chu kỳ hoạt động của động cơ 4 kỳ 7

Hình 1.3: Cấu trúc phân tử của 15 PAHs điển hình 11

Hình 1.4: Những dẫn xuất từ phản ứng quang hóa của AnT trong khí quyển 18

Hình 1.5: Phân hủy quang hóa PAHs trên hạt bụi diesel mới hình thành 19

Hình 2.1: Mô hình lấy mẫu PAHs bằng denuder 28

Hình 2.2: Hệ thống lấy mẫu PAHs từ khí thải máy phát điện diesel 32

Hình 2.3: Mô hình hiệu chỉnh lưu lượng dòng cho MFC 25

Hình 2.4: Mass Flow Controller và hệ thống điều khiển 26

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của đầu dò carbon monoxide (CO) 28

Hình 2.6: Cấu tạo của dầu dò tín hiệu nhiệt 30

Hình 2.7: Mô hình hệ thống chiết Soxhlet 340

Hình 2.8: Hệ thống máy sắc ký lỏng cao áp HPLC 351

Hình 2.9: Sắc kí đồ của 15 PAHs đang nghiên cứu 362

Hình 3.1: Hệ số B% trung bình trong quá trình khảo sát tốc độ lấy mẫu 406

Hình 3.2: Suất tiêu hao nhiên liệu của 7 hỗn hợp nhiên liệu nghiên cứu 417

Hình 3.3: Tốc độ khí thải của động cơ khi sử dụng 7 loại nhiên liệu nghiên cứu 428

Hình 3.4: Nồng độ bụi phát thải khi sử dụng 7 loại nhiên liệu nghiên cứu 51

Hình 3.5: Hệ số phát thải bụi khi sử dụng 7 loại nhiên liệu nghiên cứu 52

Hình 3.6: Nồng độ PAHs trong pha khí từ phát thải của máy phát điện hoạt động ở chế độ không tải 53

Hình 3.7: Nồng độ PAHs trong pha khí từ phát thải của máy phát điện hoạt động ở chế độ tải 1.5 kW 547

Hình 3.8: Nồng độ PAHs trong pha khí từ phát thải của máy phát điện hoạt động ở chế độ tải 2.5 kW 547

Hình 3.9: Phân bố của các PAHs trong phát thải pha khí 56

vii

Hình 3.10: Nồng độ PAHs trong pha hạt từ phát thải của máy phát điện hoạt động ở chế độ

không tải 59

Hình 3.11: Nồng độ PAHs trong pha hạt từ phát thải của máy phát điện hoạt động ở chế độ tải 1.5 kW 59

Hình 3.12: Nồng độ PAHs trong pha hạt từ phát thải của máy phát điện hoạt động ở chế độ tải 2.5 kW 60

Hình 3.13: Phân bố của các PAHs trong phát thải pha hạt 61

Hình 3.14: Sự thay đổi tổng nồng độ PAHs phát thải và hệ số phát thải PAHs ở chế độ không tải theo %BDF 66

Hình 3.15: Sự thay đổi tổng nồng độ PAHs phát thải và hệ số phát thải PAHs ở chế độ tải 1.5 kW theo %BDF 66

Hình 3.16: Sự thay đổi tổng nồng độ PAHs phát thải và hệ số phát thải PAHs ở chế độ tải 2.5 kW theo %BDF 67

Hình 3.17: Sự thay đổi hệ số phát thải PAHs theo tải trọng của các loại nhiên liệu 71

Hình 3.18: Nồng độ khí CO trong khí thải động 71

Hình 3.19: Nồng độ khí SO2 trong khí thải động cơ 74

Hình 3.20: %CO2 trong khí thải của máy phát điện 75

Hình 3.21: Nồng độ khí NOx trong phát thải của động cơ 77

Đặc biệt, chủ nhiệm đề tài cảm ơn CN Mai Xuân Thưởng và CN Lê Hoàng Giang trong công tác lấy và phân tích mẫu

Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 1 năm 2016

Việt Nam ngày càng trở nên trầm trọng Theo báo cáo của “The Environmental Performance Index - Chỉ số hiệu suất môi trường” gọi tắt là EPI 2012 - do trung

tâm nghiên cứu thuộc trường Đại học Yale và Columbia phối hợp cùng với diễn đàn kinh tế thế giới (WEF) thực hiện thì Việt Nam nằm trong top 10 quốc gia ô nhiễm không khí nhất thế giới Trong đó, thành phố Hồ Chí Minh là một trong những điểm nóng môi trường đặc biệt là ô nhiễm không khí Không khí là yếu tố vô cùng quan trọng đối với sự sống của con người cũng như toàn bộ sinh quyển trên Trái Đất Tuy nhiên, ô nhiễm không khí đang ngày càng trở thành vấn đề đáng lo ngại, đe dọa tới môi trường sống của con người và toàn bộ các hệ sinh thái trên Trái Đất [1] Một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí chủ yếu trên thế giới và cả ở Việt Nam bắt nguồn từ giao thông với việc sử dụng các động cơ đốt trong là nguyên nhân chính Nhiều nghiên cứu dịch tễ học trên công nhân, người lao động phơi nhiễm trực tiếp với khí thải động cơ đã cho thấy rằng họ có nguy cơ mắc các bệnh về đường hô hấp đặc biệt là ung thư phổi cao hơn nhiều so với người thường [31], [38], [58] Phát thải của động cơ đốt trong bao gồm các khí CO, SO2, NOx, hợp chất

CxHy,… đều có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người Trong đó, phải kể đến nhóm các hợp chất chứa vòng benzene (bao gồm benzene, toluene, 1,3-butadiene) Hiện nay, tại Việt Nam có rất nhiều nghiên cứu về phát thải khí CO, SO2, NOx

và hợp chất CxHy từ động cơ đốt trong và các phương pháp giảm thiểu chúng tại nguồn Tuy nhiên, các hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon – PAHs), nhóm chất sinh ra do quá trình đốt cháy không hoàn toàn và

có khả năng gây ung thư cho con người ở nồng độ nhỏ rất ít được quan tâm tại Việt Nam và hầu như chưa có một nghiên cứu về PAHs từ phát thải của động cơ đốt trong, thậm chí ở các vùng tập trung nhiều hoạt động công nghiệp và giao thông như thành phố Hồ Chí Minh Do đó, rất khó khăn trong việc kiểm soát ô nhiễm nếu như không có một tiêu chuẩn về khí thải động cơ Vì vậy, việc nghiên cứu xác định

2

nồng độ PAHs trong khí thải của động cơ là một vấn đề rất bức thiết Hơn nữa, giá nhiên liệu ngày càng tăng cùng với sự khan hiếm nguồn nhiên liệu hóa thạch trong những năm gần đây đã kích thích con người tìm kiếm một nguồn nhiên liệu mới Trong các lựa chọn đó thì biodiesel ngày càng được xem là sự thay thế tiềm năng cho các loại nhiên liệu gây ô nhiễm cao thông thường Tuy nhiên, cũng cần có thêm nhiều nghiên cứu để đánh giá việc sử dụng nhiên liệu biodiesel liệu có ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng không khí vốn đang ngày càng ô nhiễm ở Việt Nam hay không, cũng như hiệu quả về mặt kinh tế cũng như năng lượng mà biodiesel đem lại

so với diesel

Kết hợp từ nhu cầu nghiên cứu về thành phần các khí phát thải đặc biệt là PAHs

từ động cơ diesel sử dụng nhiên liệu là dầu diesel, biodiesel dầu cọ mà đề tài:

“Đánh giá phát thải PAHs và các phát thải thông thường trên động cơ máy phát điện

sử dụng nhiên liệu Biodiesel” được thực hiện

1.1 Giới thiệu về động cơ diesel, nhiên liệu biodiesel, biodiesel dầu cọ

1.1.1 Động cơ diesel

Động cơ diesel là một loại động cơ đốt trong hoạt động theo nguyên tắc nhiên liệu tự bốc cháy khi phun vào buồng đốt chứa không khí bị nén đến áp suất và nhiệt

độ đủ cao

Động cơ diesel do kỹ sư người Đức, Rudolf Diesel phát minh vào năm 1892 và

đầu máy xe lửa, tàu thủy, máy nông nghiệp, máy phát điện… Động cơ diesel được sản xuất thành nhiều loại: với kích thước, công suất, tốc độ khác nhau và có thể được chia thành 3 nhóm như Bảng 1.1

Bảng 1.1: Phân loại động cơ diesel theo tốc độ vòng quay

Loại Tốc độ (rpm) Điều kiện vận hành Phạm vi sử dụng

3

Động cơ diesel có nhiều ưu điểm được thể hiện qua các thông số sau:

- Động cơ diesel có tỉ số nén cao hơn so với động cơ xăng, nên cho công suất lớn hơn khi sử dụng cùng một lượng nhiên liệu

- Nhiên liệu diesel rẻ tiền hơn xăng do không phải qua các quá trình sản xuất

- Khí thải động cơ diesel không độc hại bằng khí thải động cơ xăng, do nhiên

liệu diesel không cần có phụ gia [9]

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel là dựa trên nhiệt nén làm bốc cháy nhiên liệu Khi không khí được nén tới áp lực 41.5 – 45.5 kg/cm2,nhiên liệu được tiêm vào buồng đốt Tại áp lực này nhiệt độ trong buồng nén đạt ít nhất là 500oC, nhiệt độ này đủ làm bốc cháy nhiên liệu và khí dãn nở làm tăng áp lực trên 70 kg/cm2 Áp lực này tác động lên piston và làm động cơ chuyển động [9]

Hình 1.1: Cấu tạo buồng đốt của động cơ diesel Hoạt động của động cơ diesel thực hiện theo 4 chu kỳ: nạp (hút), nén, cháy và giãn nở và thải (xả) Khi piston đi từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD), van nạp mở ra, không khí được hút vào xylanh, sau đó van nạp đóng lại, piston lại đi từ ĐCD lên ĐCT thực hiện quá trình nén không khí Do bị nén, áp suất tăng dẫn đến nhiệt độ trong buồng đốt có thể tăng lên đến 500 - 7000C Khi piston

4

đến gần ĐCT, nhiên liệu được phun vào buồng đốt (nhờ bơm cao áp) dưới dạng sương và được phối trộn với không khí Sau đó, hỗn hợp giữa nhiên liệu và không khí sẽ tự bốc cháy ở nhiệt độ cao Áp suất tăng mạnh đẩy piston từ ĐCT xuống ĐCD thực hiện quá trình giãn nở sinh công có ích và truyền qua hệ thống thanh truyền làm chạy máy Piston lại đi từ ĐCD lên ĐCT để thải sản phẩm cháy ra ngoài

qua van thải và tiếp tục thực hiện quá trình mới [9]

Chu kỳ hoạt động của động cơ diesel 4 kỳ có thể được tóm tắt như Hình 1.2

Hình 1.2: Chu kỳ hoạt động của động cơ 4 kỳ

1.1.2 Nhiên liệu diesel

Nhiên liệu diesel (DO - Diesel Oil) là một loại nhiên liệu lỏng, nặng hơn dầu lửa và xăng, được sản xuất chủ yếu từ phân đoạn gasoil và là sản phẩm của quá trình chưng cất trực tiếp từ dầu thô lấy phân đoạn nhiệt độ sôi từ 250oC đến 350oC Thành phần hóa học chính của nhiên liệu diesel là các n-parafin, iso-prafin và

rất ít hydrocarbon thơm Ngoài hydrocarbon hai vòng còn có những chất có ba vòng

và hỗn hợp phức tạp khác Nồng độ lưu huỳnh chủ yếu ở dạng disulfur dị vòng, các chất chứa oxy ở dạng acid naphthenic và các dạng phenol như dimethylphenol

Để đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel, người ta sử dụng đại lượng trị số cetane Trị số cetane là đơn vị đo quy ước cho khả năng tự bắt lửa của nhiên liệu diesel, là một số nguyên, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp

chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy Hỗn hợp chuẩn này gồm 2 hydrocarbon:

n-cetane (C16H34) quy định là 100 có khả năng tự bắt cháy tốt và -methylnaphlen (C11H10) quy định là 0, có khả năng tự bốc cháy kém

Để đánh giá chất lượng của nhiên liệu diesel ngoài trị số cetane người ta còn sử dụng hàng loạt các thông số khác như: tỉ trọng, độ nhớt, nồng độ lưu huỳnh, nhiệt

độ chớp cháy [9]

5

1.1.3 Nhiên liệu biodiesel dầu cọ

Biodiesel hay còn gọi là “diesel sinh học” (viết tắt là BDF) là những monoalkyl của các acid béo thu được từ nguyên liệu ban đầu là chất béo (dầu thực vật hoặc mỡ động vật) “Bio” chỉ nguồn gốc sinh học của nhiên liệu này, trái ngược với nhiên liệu diesel từ dầu mỏ, còn “diesel” nói lên công dụng của nó là sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel Do đó, BDF có thể dùng ở dạng nguyên chất hay phối trộn với nhiên liệu diesel ở những tỉ lệ thể tích khác nhau [41] Hiện tại, biodiesel được xem là nhiên liệu thay thế nhiên liệu hóa thạch do những đặc tính hóa lý của nó tương thích với nhiên liệu diesel, những lợi ích về môi trường và “khả năng tái tạo” chu trình carbon khép kín của nó Hiện nay, trên thế giới nguồn nguyên liệu chủ yếu để tổng hợp BDF là dầu thực vật (dầu đậu nành, dầu hạt hướng dương, dầu cọ, dầu hạt nho, dầu dừa, dầu mè,…), mỡ động vật (mỡ cá, mỡ gia súc, dầu mỡ phế thải) Trong đó, BDF được tổng hợp từ dầu cọ chiếm hơn 40% tổng BDF được sản xuất từ các nguồn khác nhau

1.1.3.1 Dầu cọ

Dầu cọ được sản xuất từ cây cọ dầu thuộc họ cau (Elaeis) Cọ dầu có hai loài với tên khoa học là Elaeis guineensis (có nguồn gốc từ miền tây Châu Phi) và Elaeis Oleifera (có nguồn gốc từ Trung và Nam Mỹ) Chi cọ dầu Elaeis thuộc họ Arecaceae, bộ Arecales, lớp Liliopsida, ngành Magnoliophyta Cây cọ dầu trưởng thành có thể cao 20 m Lá thuộc loại lá lông chim, dài từ 3 – 5 m Hoa mọc thành cụm; mỗi hoa có ba đài hoa và ba cánh hoa Cọ dầu được trồng để lấy các buồng quả Sau thu hoạch, buồng quả (cùi thịt, hạt) được dùng để sản xuất xà phòng và dầu thực vật trong thực phẩm và làm nhiên liệu để sản xuất BDF Mỗi hecta cọ dầu được thu hoạch quanh năm sẽ cho khoảng 10 tấn quả, từ đó có thể sản xuất được 3 tấn dầu cọ từ vỏ quả và 250 kg dầu cọ từ hạt và 500 kg bã hạt Bã được dùng làm thức ăn cho gia súc, gia cầm Dầu cọ giàu vitamin K và vi lượng magnesium ở dạng

dễ tiêu hoá Dầu cọ chứa khoảng 43% chất béo no, 43% chất béo chưa no đơn chức

và 13% chất béo chưa no đa chức [14]

Hiện tại, Malaysia là nước trồng nhiều cọ dầu nhất trên thế giới, diện tích trồng cọ dầu trên 20 000 km2 với sản lượng 3.7 triệu tấn/năm Lượng dầu cọ do Malaysia xuất khẩu năm 1995 là 2.9 triệu tấn/năm (chiếm 51% tổng sản lượng dầu

cọ của toàn thế giới) [8]

6

Bảng 1.2: Thành phần acid béo trong dầu cọ [59]

1.1.3.2 Một số tính chất của nhiên liệu biodiesel dầu cọ

Kết quả nghiên cứu cho thấy một số tính chất của BDF dầu cọ sau phản ứng transester hóa thích hợp cho động cơ diesel hơn dầu cọ thô Độ nhớt của sản phẩm giảm khoảng 82% so với dầu thô khi mới ép, tỉ trọng gần bằng với tỉ trọng của nhiên liệu diesel và thấp hơn dầu thô ban đầu và acid béo tự do và chỉ số acid cũng giảm

Từ bảng 1.3 ta nhận thấy, BDF dầu cọ có độ nhớt 4.84 mm2/s, điểm chớp cháy

1670C và nhiệt trị 39.9 MJ/kg đạt yêu cầu sử dụng cho động cơ diesel

Bảng 1.3:Tính chất lý hóa của nhiên liệu diesel, dầu cọ và BDF dầu cọ [32, 65]

Chỉ số Nhiên liệu diesel Dầu cọ BDF từ dầu cọ

7

1.2 Giới thiệu về hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng

PAHs là những hydrocarbon thơm đa vòng được cấu tạo từ một số nhân benzene (có ít nhất 2 vòng benzene trong phân tử) đính trực tiếp với nhau Chúng là sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn của một số nhiên liệu như than đá, dầu mỏ, khí đốt hay của một số các chất hữu cơ khác như rác thải sinh hoạt, thuốc lá, từ các hoạt động công nghiệp và các hoạt động khác của con người [15] Hơn 150 loại PAHs đã được phát hiện trong khói thuốc lá và đặc biệt là hơn 100 loại PAHs đã được phát hiện

ở các cấp hạt trong khí quyển Một số PAHs và sản phẩm phân hủy của chúng là các hợp chất có khả năng gây ung thư, đột biến và dị ứng đe dọa đến sức khỏe của con người [34] Trong môi trường tự nhiên PAHs thường tồn tại dưới dạng hỗn hợp phức tạp Ở dạng tinh khiết, PAHs thường tồn tại ở dạng rắn không màu, trắng hoặc màu vàng Chúng có thể có mùi hoặc mùi rất nhạt Mặc dù ảnh hưởng của mỗi PAHs đối với sức khỏe con người không hoàn toàn giống nhau, tuy nhiên Ủy ban Bảo vệ sức khỏe con người Hoa kỳ đã chọn ra 15 PAH điển hình cần quan tâm nhiều là: Naphthalene, Acenaphthene, Fluorene, Phenanthrene, Anthracene, Fluoranthene,

Pyrene, Benzo[a]anthracene, Chrysene, Benzo[b]fluoranthene, Benzo[k]fluoranthene, Benzo[a]pyrene, Dibenz[a,h]anthracene, Benzo[g,h,i]perylene và Indeno[1,2,3-

cd]pyrene Chúng được quan tâm vì phân bố rộng rãi trong môi trường và có khả năng

gây ưng thư cho con người [15]

Hình 1.3: Cấu trúc phân tử của 15 PAHs điển hình

8

Hợp chất hydrocarbon thơm đa vòng là các hợp chất không phân cực hoặc ít phân cực Do đó, chúng ít tan trong nước Một số tính chất chung của nhóm PAHs là:

 Độ tan của PAHs giảm khi khối lượng phân tử tăng

 Sự thay thế của nhóm alkyl trên vòng thơm làm giảm độ tan của PAHs

 Những phân tử có cấu trúc thẳng hàng thường ít tan hơn các phân tử có góc cạnh

Một số thông số hóa lý của PAHs được nêu trong Bảng 1.4

Bảng 1.4: Một số thông số hóa lý của PAHs

vòng Màu

Phân tử lượng

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

Nhiệt

độ sôi (oC)

Áp suất hơi ở

25 oC (Pa)

C14H10 3 Không màu 178.2 216.4 342 8×10-4Fluoranthene

C16H10 4 Vàng nhạt 202.3 108.8 375 1.2×10-2Pyrene

C16H10 4 Không màu 202.3 150.4 393 6×10-4Benz[a]anthracene

C18H12 4 Không màu 228.3 160.7 400 2.8×10-5Chrysene

C18H12 4 Không màu 228.3 253.8 448 8.4×10

-5(20 oC) Benzo[b]fluoranthene

C20H12 5 Không màu 252.3 168.3 481 6.7×10

-5 (20 oC) Benzo[k]fluoranthene

C20H12 5 Vàng nhạt 252.3 215.7 480 1.3×10

-8 (20 oC) Benzo[a]pyrene

C20H12 5 Hơi vàng 252.3 17831 496 7.3×10-7Dibenz[a,h]anthrancene

C22H14 5 Không màu 278.4 278.3 545 1.3×10

-8 (20 oC) Benzo[g,h,i]perylene

C22H12 6 Vàng nhạt 276.4 27833 545 1.4×10-8Indenol[1,2,3-c,d]pyrene C22H12 6 Vàng 276.3 163.6 536 1.3×10-8

Nguồn:[15]

9

- Ở nhiệt độ phòng, tất cả PAHs đều tồn tại ở dạng rắn Chúng có áp suất hơi

thấp và có xu hướng giảm dần theo chiều tăng của khối lượng phân tử PAHs ít tan trong nước và độ tan giảm dần theo chiều tăng của khối lượng phân tử PAHs tan tốt trong nhiều dung môi hữu cơ và rất ưa chất béo [53]

- PAHs là hợp chất tương đối trơ về mặt hoá học Do cấu tạo từ các vòng

benzene nên PAHs có tính chất của hợp chất hữu cơ thơm, gồm phản ứng cộng và phản ứng thế Trong số đó, phản ứng ôxy hóa quang hóa đóng vai trò rất quan trọng đối với việc phân hủy PAHs trong không khí [53]

1.3 Khí thải từ động cơ diesel

Phát thải của động cơ đốt trong (đặc biệt là động cơ diesel) là hỗn hợp của các chất khí và các hạt bụi mịn Thành phần phát thải của động cơ phụ thuộc vào dạng, tuổi thọ và chế độ hoạt động của động cơ, thành phần nhiên liệu, dầu bôi trơn và hệ thống xử lý khí thải của động cơ Khi quá trình cháy nhiên liệu trong động cơ diễn

ra hoàn toàn, hỗn hợp khí thải bao gồm nitrogen (N2), oxygen (O2), carbon dioxide (CO2) và hơi nước (H2O) Tuy nhiên, khi quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn, khí thải bao gồm các chất ô nhiễm như carbon monoxide (CO), sulfur oxides (SOx), nitrogen oxides (NOx), các hợp chất hữu cơ Các hợp chất hữu cơ bao gồm các chất không phân cực (chiếm 57%), các hợp chất ít phân cực (chiếm 9%) và các hợp chất phân cực (32%) cùng với những hợp chất chưa định danh được Các hợp chất không phân cực bao gồm các hydrocarbon thơm đơn vòng và đa vòng (PAHs) Các hợp chất ít phân cực bao gồm các hợp chất PAHs bị oxy hóa hoặc bị nitrate hóa Các hợp chất phân cực bao gồm các acid carboxylic và dicarboxylic của PAHs và các dẫn xuất của PAHs (các hợp chất nitro-PAH (nitroarenes)) [66] Bảng 1.5 trình bày phần trăm của các hợp chất được tìm thấy trong phát thải của động cơ diesel và Bảng 1.6 trình bày hệ số phát thải PAHs của một số động cơ diesel

Bảng 1.5: Phần trăm của các hợp chất trong phát thải của động cơ diesel Chất ô nhiễm % trong phát thải Chất ô nhiễm % trong phát thải

10

Phát thải PAHs từ động cơ sử dụng nhiên liệu diesel

PAHs tồn tại tự nhiên trong nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu thô Đây là kết quả của quá trình tạo ra các hợp chất mới Khoảng 70 – 75% carbon trong than

đá ở dạng vòng thơm; trong đó, phần lớn là các vòng thơm 6 cạnh và một lượng nhỏ

ở dạng vòng thơm 5 cạnh Trong điều kiện tự nhiên, nhiên liệu hóa thạch tạo ra một lượng nhỏ PAHs vào môi trường Vì phần lớn các mỏ nằm sâu trong các lớp đá nên PAHs ít có khả năng xâm nhập lên mặt đất Một số túi dầu nằm gần mặt đất có thể

là nguồn phát thải PAHs vào môi trường không khí và các thủy vực xung quanh Tuy nhiên, loại túi dầu này có số lượng nhỏ nên nhìn chung tạo ra một lượng nhỏ PAHs nhỏ vào môi trường [53]

Phát thải của động cơ diesel là hỗn hợp của các chất khí và các hạt bụi mịn Thành phần phát thải của động cơ phụ thuộc vào dạng, tuổi thọ và chế độ hoạt động, thành phần nhiên liệu, dầu bôi trơn và hệ thống xử lý khí thải của động cơ

Khi quá trình cháy nhiên liệu trong động cơ diễn ra hoàn toàn, hỗn hợp khí thải bao gồm N2, O2, CO2 và H2O Tuy nhiên, khi quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn, khí thải bao gồm các chất ô nhiễm như CO, SOx, NOx, các hợp chất hữu cơ Các hợp chất hữu cơ bao gồm các chất không phân cực (chiếm 57%), các hợp chất ít phân cực (chiếm 9%) và các hợp chất phân cực (32%) cùng với những hợp chất chưa định danh được Các hợp chất không phân cực bao gồm PAHs Các hợp chất ít phân cực bao gồm các hợp chất PAHs bị oxy hóa hoặc bị nitrate hóa Các hợp chất phân cực bao gồm các acid carboxylic và dicarboxylic của PAHs và các dẫn xuất

của PAHs [U.S Department of Health and Human Services Public Health Services, 1998]

Theo nghiên cứu của Esther Borra´s và Yuan- Chung Lin, các PAHs trong phát thải được hình thành từ 3 cơ chế Thứ nhất, các PAHs được tổng hợp từ những phân tử đơn giản sẵn có trong nhiên liệu cụ thể là từ những hợp chất thơm; cơ chế thứ 2, các PAHs tích lũy dưới dạng các cặn lắng trong bình nhiên liệu và sau đó thải

ra dưới dạng phát thải PAHs của động cơ; cơ chế thứ 3, các PAHs được hình thành

11

từ quá trình nhiệt phân dầu bôi trơn và quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu

Kết quả nghiên cứu của Yang và cộng sự (2005) ở xe motor sử dụng động cơ 2

kỳ và 4 kỳ phun nhiên liệu trực tiếp, cho thấy hầu hết các PAHs có trong khí thải của motor 2 kỳ là các hợp chất gây ung thư và hình thành trong giai đoạn nhiên liệu cạn kiệt

Theo Spezzano và cộng sự (2008) thì motor 2 kỳ phát thải PAHs tương đương

thậm chí nhiều hơn so với phát thải của động cơ xăng, xe tải nhẹ và xe tải nặng sử dụng diesel

Theo báo cáo của các nhà khoa học, ô nhiễm do giao thông vận tải sản sinh ra

gần 2/3 lượng khí cacbon oxit và cacbon dioxyt , ½ các hợp chất hydrocacbon và

khí oxit nitrogen Trong đó, khí CO2 là khí nhà kính quan trọng đối với sự biến đổi khí hậu do nồng độ khí CO2 chiếm ưu thế trong khí quyển (0.035% thể tích khí quyển) [1]

Hiện nay, nguồn nhiên liệu thế giới đang sử dụng chủ yếu từ dầu mỏ, trong đó

có hơn 90% dùng cho giao thông và phát điện Trong khi đó, nguồn nhiên liệu này đang ngày càng cạn kiệt

Từ những lý do trên, ta thấy được nhu cầu cần thiết của việc tìm nguồn nhiên liệu mới thay thế nhiên liệu diesel nhằm giảm hàm lượng các thải gây ô nhiễm môi trường Hiện nay, xu hướng nghiên cứu nhiên liệu BDF đang được nhiều nước trên thế giới tiến hành và đưa vào ứng dụng

12

Bảng 1.6: Hệ số phát thải PAHs của một số động cơ diesel [23]

Nguồn phát thải Hệ số phát thải (mg/kg) PAHs

o Phát thải PAHs từ động cơ diesel sử dụng nhiên liệu biodiesel

Hiện nay, trên thế giới có nhiều nghiên cứu về phát thải bụi, NOx, CO, CO2,

CxHy và PAHs từ động cơ diesel sử dụng các hỗn hợp nhiên liệu nhiên liệu diesel phối trộn với nhiên liệu biodiesel từ dầu cọ, dầu đậu nành, dầu chiên đã qua sử dụng… Và nhiều nghiên cứu đã chứng minh khi sử dụng 100% biodiesel trong động

cơ giảm hẳn phát thải CO, CxHy, SO2 Tuy nhiên, nồng độ bụi phát thải thì lại gia tăng đáng kể, cùng với đó là sự gia tăng của khí NOx Đối với PAHs, một số nghiên cứu ghi nhận sự suy giảm PAHs khi tăng tỉ lệ phối trộn biodiesel [24, 72] còn một

số nghiên cứu khác lại kết luận rằng phát thải PAHs giảm khi phối trộn đến tỉ lệ 20% biodiesel sau đó lại tăng khi tăng tỉ lệ phối trộn lên đến 50, 75 hoặc 100% [39]

Do đó, hiện nay cần có những nghiên cứu sâu hơn về mức độ phát thải của động cơ diesel sử dụng nhiên liệu biodiesel

1.4 Sự tồn tại của PAHs trong khí quyển

Trong khí thải, PAHs có thể tồn tại ở hai pha: hấp phụ trên các hạt bụi (pha hạt) và trong các sol khí (pha khí) Các PAHs có phân tử lượng thấp (PAH có 2-3 vòng) có áp suất hơi lớn, dễ bay hơi hơn nên phân bố chủ yếu ở pha khí Trong khi

đó, các PAHs có cấu trúc phân tử từ 5 vòng trở lên kém bay hơi hơn chủ yếu hấp phụ lên các hạt bụi mịn và do đó tồn tại trên pha hạt Theo nghiên cứu của Nikolaou [45] và Peltonen [46], phần chủ yếu của PAHs được tìm thấy trên các hạt bụi có đường kính nhỏ hơn 5 µm Sự phân bố PAHs trên các hạt bụi có kích thước nhỏ này chia thành hai dải (d < 1 µm và d > 1 µm) Dải thứ nhất, có d < 1 µm được hình thành do cơ chế hấp phụ, ứng với các PAHs kém bay hơi Dải thứ hai, có d > 1 µm, được hình thành do cơ chế ngưng tụ, ứng với các PAHs dễ bay hơi trừ Fluo

13

Sự phân bố PAHs giữa pha khí và pha hạt trong khí thải phụ thuộc vào một số yếu tố như áp suất hơi của PAHs, nhiệt độ khí thải và nồng bộ bụi trong khí thải, kích thước hạt bụi, diện tích bề mặt và bản chất của hạt bụi được hình thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu của động cơ Hiện tượng PAHs gắn kết vào các hạt bụi được giải thích theo cơ chế ngưng tụ và hấp phụ Đầu tiên, PAHs được sinh ra trong pha hơi của nguồn phát thải Sau đó, chúng bị hấp phụ lên các hạt bụi đồng thời xảy

ra quá trình ngưng tụ do khí thải bị nguội dần Tuy nhiên, một phần đáng kể PAHs

sẽ không bị hấp phụ trên các hạt bụi mà tiếp tục tồn tại ở pha khí Sau khi được phát tán trong khí quyển, những thành phần trong phát thải của động cơ diesel sẽ trải qua hàng loạt các quá trình chuyển hóa và gây ra những tác hại lên sức khỏe của con người Điển hình là nitro-PAHs và hydroxyl-PAHs được tạo ra từ phản ứng của PAHs với gốc tự do NO3● và OH● có trong khí quyển có khả năng gây ung thư, đột biến gen và hoạt tính sinh học hơn là chất tiền thân PAHs của nó [35]

Các quá trình biến đổi PAHs trong khí quyển

Quá trình biến đổi hóa học của PAHs rất quan trọng vì, một mặt, đây là con đường chính của việc thải loại PAHs trong khí quyển Mặt khác, các sản phẩm của quá trình biến đổi trong một số trường hợp là những chất độc thậm chí độc hơn PAHs ban đầu [3]

a Phản ứng oxy hóa quang hóa của PAHs

Phản ứng quang hóa được coi là phản ứng quan trọng nhất của PAHs ở cả hai pha trong khí quyển vì đây là con đường chính loại bỏ các PAHs PAHs hấp thụ mạnh bức xạ UV ở dải có bước sóng λ = 300 - 420 nm và hầu hết chúng dễ dàng bị oxy quang hóa [54] Một số sản phẩm của các phản ứng oxy hóa quang hóa là những hợp chất có độc tính gây ung thư, các hợp chất PAHs phản ứng với gốc hydroxyl OH●, ozone, gốc hydroperoxyl HO2

●

, hợp chất NOx và acid sulfuric Phản ứng với gốc OH● là phản ứng chủ yếu loại bỏ PAHs ở pha khí, nó diễn ra trong vòng vài giờ dưới ánh sáng mặt trời Trong sự hiện diện của NOx, phản ứng oxy hóa của PAHs sẽ hình thành nitroarene và nitro-PAHs, những hợp chất có khả năng gây ưng thư cao hơn các PAHs ban đầu Hình 1.4 trình bày phản ứng oxy hóa quang hóa của Anthracene và những dẫn xuất của nó

14

Hình 1.4: Những dẫn xuất từ phản ứng quang hóa của AnT trong khí quyển [68] Những PAHs có khối lượng phân tử lớn nằm trong pha hạt bền vững hơn trong khí quyển so với những PAHs nằm trong pha khí, các PAHs này tồn tại trong khí quyển từ vài ngày đến vài tháng Những PAHs này dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời cũng phản ứng với gốc hydroxyl OH●, ozone, nitrate và sulfate Mức độ phân hủy quang hóa PAHs phụ thuộc mạnh vào bản chất của chất nền mà trên đó PAHs hấp phụ Sự ảnh hưởng của độ ẩm, ánh sáng mặt trời và nhiệt độ đến thời gian phân hủy PAHs trên các hạt muội trong khí quyển đã được một số tác giả nghiên cứu Kết quả cho thấy, thời gian bán phân hủy của BaA, BaP, BghiP, InP và BbF trên các hạt muội trong khí quyển tăng lên khi giảm nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng mặt trời [49] Hình 1.5 trình bày kết quả nghiên cứu sự phân hủy quang hóa một số PAH hấp phụ trên hạt bụi phát thải từ động cơ diesel (viết tắt là hạt bụi diesel) mới hình thành

1.1 Tác động của PAHs đến sức khỏe con người

1.1.1 Tác động của PAHs đến sức khỏe

PAHs có thể đi vào cơ thể con người thông qua các con đường:

- Hô hấp: PAHs bị giữ tại phổi khi hít phải khí có chứa PAHs

- Tiêu hóa: qua việc ăn uống, nước, thực phẩm có chứa PAHs là những đường cho chúng đi vào cơ thể nhưng sự hấp thụ thường chậm

- Tiếp xúc trực tiếp qua da với vật liệu chứa PAHs hay đất có nồng độ PAHs cao PAHs có thể đi vào tất cả các tế bào của cơ thể có chứa mỡ Chúng có xu hướng tập trung trong thận, gan và mỡ [27]

Có rất ít nghiên cứu về ảnh hưởng đến con người do phơi nhiễm PAHs Tuy nhiên, các nghiên cứu đều chỉ ra rằng khả năng gây ung thư và đột biến gen của

16

PAHs phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của từng PAHs Những PAHs có từ 2 đến 3 vòng benzene thì khả năng gây ung thư và đột biến gen thường rất yếu Những PAHs có từ 4 đến 5 vòng benzene trở lên khả năng gây ung thư và đột biến gen thường mạnh Khả năng gây ung thư và đột biến gen của PAHs được trình bày trong Bảng 1.7

Bảng 1.7: Khả năng gây ung thư và gây đột biến gen của một số PAHs [27]

đột biến gen

Khả năng gây ung thư

1.1.2 Tác động của PAHs phát thải từ động cơ diesel đến sức khỏe

Theo nghiên cứu của tổ chức y tế thế giới (WHO) về độc tính của PAHs trong khí thải động cơ diesel lên loài chuột Phần lớn các thông tin về độc tính thu được

từ thực nghiệm trên động vật trong các điều kiện phơi nhiễm PAHs có kiểm soát Nghiên cứu được tiến hành trên 2 thí nghiệm song song Thí nghiệm thứ nhất, cho chuột đực và chuột cái phơi nhiễm khí thải của động cơ diesel ở nồng độ 0.35, 3.5

và 7.0 mg/m3 với tần suất 7 giờ/ngày trong 30 tháng Kết quả cho thấy, trong thời gian phơi nhiễm các khối u trong phổi xuất hiện và tăng lên đáng kể Tuy nhiên, những kết quả này không đủ lập luận để chứng minh các PAHs hấp phụ trên các hạt bụi đóng vai trò quan trọng trong hình thành khối u ở phổi chuột Tác động gây ung thư của PAHs trong phát thải diesel được chứng minh bởi thí nghiệm thứ 2: cho một nhóm chuột phơi nhiễm với khí thải lò than với nồng độ khí thải và thời gian phơi nhiễm như nhóm chuột bị phơi nhiễm khí thải diesel (thí nghiệm thứ 1) Kết quả thí

17

nghiệm thứ hai cho thấy tương phản với những con chuột bị phơi nhiễm khí thải động cơ diesel, phổi của những con chuột phơi nhiễm với khí thải của lò than ít có những thay đổi trong tế bào phổi Điều này được giải thích bởi phát thải diesel chứa các PAHs có khả năng gây ung thư nhiều hơn những PAHs từ khí thải lò than đến

75% [29]

1.2 Tiêu chuẩn phát thải động cơ diesel

Vấn đề kiểm soát và giảm thiểu khí thải từ động cơ đốt trong trở nên đáng quan tâm và được thực hiện thông qua các bộ tiêu chuẩn về phát thải khí thải từ các động cơ điển hình là tiêu chuẩn phát thải Euro Tiêu chuẩn phát thải Euro là những giới hạn có thể chấp nhận được về nồng độ khí thải của động cơ ở các nước thuộc

EU Các khí thải bao gồm: NOx, tổng CxHy và bụi PM Đối với mỗi loại động cơ, tiêu chuẩn quy định những giới hạn phát thải khác nhau

Tại Việt Nam, ô nhiễm không khí ở các thành phố lớn đang ở mức báo động, nhưng do khó khăn về kinh tế, kỹ thuật nên Việt Nam chỉ mới áp dụng quy định Euro II cho xe hơi từ 2007 TCVN 6438:2005 (tương đương với tiêu chuẩn Châu

Âu II cho khí thải của các phương tiện giao thông được áp dụng ở Việt Nam từ 1/7/2007)

Thông qua tiêu chuẩn phát thải Euro và một số tiêu chuẩn khác, ta thấy mặc

dù tác hại của PAHs từ phát thải của động cơ đốt trong đã được nghiên cứu nhiều trên thế giới [19, 29] Nhưng các tiêu chuẩn này không có quy định về giới hạn phát thải PAHs từ động cơ

Bảng 1.8: Tiêu chuẩn Euro áp dụng cho xe du lịch động cơ diesel (đơn vị: g/kW hr)

Tiêu chuẩn Thời gian ban

18

1.3 Nghiên cứu về phát thải PAHs từ động cơ diesel sử dụng nhiên liệu diesel

và biodiesel trên thế giới và Việt Nam

Trong hàng trăm PAHs, có những chất đã được EPA liệt kê vào nhóm các chất

có khả năng gây ung thư cao cho con người [15] Một khi phát tán vào không khí PAHs sẽ tồn tại cả ở dạng khí và dạng hạt lơ lửng và được loại bỏ nhờ các phản ứng quang hóa, oxy hóa hay lắng đọng ướt và khô Khi trời mưa, cả PAHs dạng khí và dạng hạt đều được rửa trôi khỏi khí quyển bởi nước mưa [22, 51, 52]

Trong bối cảnh đó, đã có nhiều nghiên cứu về sự phát thải PAHs từ động cơ đốt trong ở nhiều nơi trên thế giới [20, 30, 42, 43, 61, 71, 72] Theo nghiên cứu của Yuan-Chung Lin và các cộng sự, trong bụi thải của máy phát điện động cơ diesel có

21 loại PAHs được chia thành 3 nhóm chính là nhóm PAHs có khối lượng phân tử thấp (Low Molecular Weights, LMW-PAHs), nhóm PAHs có khối lượng phân tử trung bình (Medium Molecular Weights, MMW-PAHs), và nhóm PAHs có khối lượng phân tử cao (High Molecular Weights, HMW PAHs) trong đó có nhiều loại

PAH có khả năng gây ung thư ở con người mà điển hình là benzo[a]pyrene (BaP)

Tô Thị Hiền và các cộng sự chỉ ra rằng, trong bụi thải động cơ diesel có 11 loại PAHs và 8 loại Nitro-PAHs và Nitrobenzanthrone (NBA) [36] Trong khi đó, NBA

là những hợp chất có hoạt tính gây ưng thư cao hơn BaP rất nhiều lần

Kết quả của các nghiên cứu còn cho thấy khi tỉ lệ biodiesel tăng trong hỗn hợp nhiên liệu biodiesel và diesel thì phát thải PAHs giảm Điều này được giải thích do biodiesel được tổng hợp từ dầu thực vật nên thành phần cấu tạo của nó không chứa

Bên cạnh đó, các nghiên cứu còn khẳng định hệ số phát thải PAHs của động

cơ diesel phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu, chế độ hoạt động, loại và tuổi thọ của động cơ [30, 69, 70] Kết quả thử nghiệm chạy động cơ diesel với hỗn hợp nhiên liệu biodiesel và diesel ở bốn chế độ hoạt động (chế độ khởi động – cold start, chế độ không tải – idle, chế độ tăng tốc – acceleration, chế độ ổn định – the steady state condition) cho thấy chế độ khởi động phát thải PAHs có khối lượng phân tử lớn cao hơn chế độ không tải, chế độ tăng tốc (acceleration) phát thải cao hơn chế

độ ổn định Trong phát thải, những PAHs có khối lượng phân tử thấp (Naph, Ace, Flu) có nguồn gốc từ nhiên liệu diesel không bị đốt cháy trong quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ Trong khi đó, những PAH có khối lượng phân tử trung bình như Fluo, Pyr, BaA và những PAHs có khối lượng phân tử lớn như BbF và BaP được hình thành trong quá trình cháy của nhiên liệu và chủ yếu trong chế độ tăng tốc

Còn tại Ấn Độ, P S Khillare và các cộng sự cũng đã nghiên cứu lượng PAHs trong bụi thải từ động cơ xe bus và xe tải Hàm lượng tổng PAHs xác định được lần lượt là 50.76 ± 6.62 và 57.72 ± 4.15 mg/g bụi thải từ xe bus và xe tải [55]

Nhóm nghiên cứu của Hsi-Hsien Yang cũng đánh giá ảnh hưởng của biodiesel lên phát thải các khí ô nhiễm đặc biệt là PAHs của động cơ diesel Họ tiến hành thí nghiệm trên hai động cơ diesel sử dụng nhiên liệu phối trộn giữa diesel và biodiesel

từ dầu chiên đã qua sử dụng Kết quả cho thấy lượng khí phát thải tăng dần theo số

km xe chạy tuy không đáng kể và nhiên liệu B20 (tỉ lệ phối trộn 80% diesel và 20% biodiesel) phát thải ít PAHs hơn cả [33]

1.3.2 Tại Việt Nam

Hiện tại, ở Việt Nam, vấn đề ô nhiễm không khí đã và đang được quan tâm rất lớn từ Nhà Nước và các nhà khoa học, bằng chứng là đã có nhiều nghiên cứu về các

hệ thống xúc tác xử lý khí thải cũng như các nghiên cứu về quan trắc chất lượng không khí tại nhiều địa phương Năm 2005, Nhà Nước đã ban hành tiêu chuẩn Việt

20

Nam (TCVN) 6438:2005 – Phương tiện giao thông đường bộ Giới hạn lớn nhất cho phép của khí thải [13] TCVN này đã quy định giới hạn một số thông số ô nhiễm như CO, CxHy và độ khói… Một số nghiên cứu đầu tiên được tiến hành nhằm khẳng định khả năng giảm phát thải nhà kính của nhiên liệu biodiesel [5, 6, 7, 10] So với nhiên liệu diesel, phát thải CO, CO2, SO2, CxHy của hỗn hợp nhiên liệu biodiesel từ dầu Jatropha và diesel trên động cơ diesel ở điều kiện không tải giảm khi thể tích biodiesel tăng trong hỗn hợp nhiên liệu, trong khi đó, phát thải khí NO và NO2 tăng [10] Hiện chỉ có nghiên cứu của Tôn Nữ Thanh Phương thuộc nhóm nghiên cứu của Khoa Môi Trường, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TPHCM, đã nghiên cứu thực hiện việc đo đạc và đánh giá hệ số phát thải bụi và PAHs từ máy phát điện

sử dụng nhiên liệu diesel và biodiesel dầu cọ Việc khảo sát thực hiện ở chế độ không tải với các tỷ lệ phối trộn khác nhau của nhiên liệu diesel và biodiesel dầu

cọ (0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 50%, 100% ứng với nhiên liệu B0, B5, B10, B15, B20, B50, B100) Kết quả cho thấy nồng độ bụi PM từ phát thải của động cơ biến thiên từ 258.35 đến 374.71 mg/m3 So với B0 (338.43 mg/L), phát thải bụi PM của B5, B10, B15, B20 giảm lần lượt 4.8%, 18.2%, 26.2%, 30.2%; ngược lại, phát thải bụi của B50 và B100 tăng 5.0%, 10.3% Kết quả tính toán về hệ số phát thải PAHs (EFPAHs) cho thấy EFPAHs của B5, B10, B15, B20, B50 và B100 giảm lần lượt 18.0%, 26.6%, 66.3%, 45.0%, 42.5%, 40.5% so với B0 [11] Mặc dù vậy, các nghiên cứu về PAHs phát thải từ động cơ diesel chưa được chú trọng nhiều như các chất ô nhiễm điển hình như NOx, COx, SOx…

Nhìn chung, tại nước ta, tình trạng ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông đã đạt đến mức báo động và cũng đã có sự quan tâm nhất định của Nhà Nước cũng như của nhiều nhóm nghiên cứu trên cả nước thông qua các nghiên cứu về phát thải từ động cơ xe, các nghiên cứu quan trắc chất lượng không khí xung quanh Tuy nhiên, những nghiên cứu sâu hơn về các hợp chất hữu cơ có mức độ ảnh hưởng sức khỏe con người cao như PAHs, carbonyl… vẫn còn rất ít Do đó, vấn đề phát thải cũng như ô nhiễm không khí của PAHs cần được quan tâm và nghiên cứu nhiều hơn nữa, để có thể đưa ra cái nhìn tổng quát nhất về nồng độ của các chất này trong không khí và phát thải từ động cơ, từ đó, có thể đưa ra những giải pháp nhất thời cũng như lâu dài để cải thiện chất lượng nhiên liệu, chất lượng động cơ để giảm thiểu ô nhiễm không khí, cải tạo môi trường ngay tại nguồn phát sinh là hoạt động giao thông

21

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Quy trình lấy mẫu PAHs trong pha khí và pha hạt

2.1.1 Tiền xử lý mẫu và bảo quản mẫu sau khi lấy

Nguyên tắc lấy mẫu bằng denuder được ban hành bởi US-EPA (1999) là phương pháp TO-13A "Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in Ambient Air Using Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS)”

và được tóm tắt như sau: khí thải chứa PAHs đi vào denuder từ phía trên qua filter pack có chứa giấy lọc sợi thủy tinh đường kính 47 mm, PAHs trong pha hạt sẽ được giữ lại trên giấy lọc Sau khi qua giấy lọc, dòng khí thải sẽ qua hệ thống gồm 2 PUF (polyurethane foam) đặt nối tiếp nhau, PAHs trong pha khí sẽ được hấp phụ trên PUF Trước khi được sử dụng để lấy mẫu, các PUF và giấy lọc phải được làm sạch như sau:

- Đối với các PUF: PUF được làm sạch bằng chiết Soxhlet 16 giờ với 250 mL

dung dịch diethyl ether 5% trong n-hexane Sau đó, sấy PUF ở 60oC trong 2 giờ để

làm khô Sau khi làm khô, PUF được bọc trong giấy nhôm đã tráng n-hexane và

đem bảo quản trong tủ lạnh ở -4oC Sau khi lấy mẫu, PUF được bọc trong giấy

nhôm riêng để tránh quang hóa và được bảo quản ở nhiệt độ - 4oC cho đến khi chiết Soxhlet (thời gian bảo quản không quá 4 ngày để tránh sự phân hủy các PAHs) [67]

- Đối với giấy lọc, qui trình xử lý giấy lọc được tác giả Tô Thị Hiền (2007) đề xuất như sau: giấy lọc sợi thủy tinh được nung ở nhiệt độ 4000C trong thời gian 8 giờ để loại bỏ các chất hữu cơ Sau đó, giấy lọc được bọc trong giấy nhôm và đặt vào bình hút ẩm trong 48 giờ Trước khi lấy mẫu, giấy lọc được đem cân để xác định khối lượng Sau khi lấy mẫu, mẫu giấy lọc được gập đôi, bọc trong giấy nhôm

để tránh quang hóa và đặt vào bình hút ẩm ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ Sau đó, giấy lọc được cân trên cân điện tử để xác định khối lượng bụi thu được Sau khi xác định khối lượng bụi, giấy lọc được gói trong giấy nhôm và bảo quản ở nhiệt độ -4oC cho đến khi chiết tách [34]

2.1.2 Khảo sát hiện tượng “breakthrough” trong lấy mẫu PAHs pha khí

Trong quá trình lấy mẫu PAHs trong pha khí và pha hạt thường xuyên xảy ra hiện tượng “breakthrough” Hiện tượng “breakthrough” bao gồm sự bay hơi của

Thiết bị lấy mẫu bụi thể tích thấp URG - 2000 - 30AE được sử dụng để lấy mẫu PAHs trong không khí Tốc độ lấy mẫu khí được khảo sát là 5.0 L/phút, thời gian lấy mẫu là 10 phút Địa điểm khảo sát tại dãy D, cơ sở Linh Trung, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Tp HCM

Mô hình lấy mẫu PAHs bằng denuder được trình bày như Hình 2.1

Hình 2.1: Mô hình lấy mẫu PAHs bằng denuder

Theo nghiên cứu của Hart và các cộng sự, hiện tượng “breakthrough” sẽ được

đánh giá thông qua hệ số B (%): 2

23

2.1.3 Lấy mẫu PAHs từ phát thải máy phát điện diesel

2.1.3.1 Nhiên liệu diesel

Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu diesel 0.05S do công ty dầu khí SAIGONPETRO phân phối trên thị trường Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel được trình bày trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn nhiên liệu diesel của SAIGONPETRO

8 Nồng độ tro, % khối lượng, max 0.01

11 Ăn mòn mảnh đồng ở 50 0C, 3 giờ, max loại 1

12 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3 820 – 860

Nguồn: [2]

2.1.3.2 Hỗn hợp nhiên liệu biodiesel dầu cọ và diesel

Nhiên liệu biodiesel dầu cọ (viết tắt là BDF) sử dụng trong đề tài được tổng hợp bởi nhóm nghiên cứu của Khoa Hóa, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội BDF được tổng hợp theo phương pháp nhiệt với tác chất là MeOH, xúc tác KOH Quy trình sản xuất đạt tiêu chuẩn Biodiesel của Nhật Bản

Phối trộn nhiên liệu BDF và nhiên liệu diesel ở các tỉ lệ: 0% (100% DO + 0% BDF), 10%, 20%, 30%, 50%, 75% và 100% BDF (v/v) Khuấy trộn hỗn hợp ở nhiệt

độ phòng trong 15 phút với vận tốc 500 vòng/phút được nhiên liệu B0, B10, B20, B30, B50, B75 và B100 Hỗn hợp được gia nhiệt để loại trừ hiện tượng nhũ tương

QCVN 01:2009/BKHCN

% Methyl ester EN 590

***

B0 2.68

ASTM D445-10

2 – 4.5 45.59 B10 2.81

1.9 – 6.0 B20 2.96

B50 3.47

*: Mẫu BDF được gửi phân tích tại trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3

**:Mẫu BDF được gửi phân tích tại trung tâm Nghiên cứu và Triển khai - Khu Công nghệ cao - Q9

***:Tiêu chuẩn chất lượng BDF của cộng đồng EU

2.1.3.3 Thiết kế hệ thống lấy mẫu PAHs

Hệ thống lấy mẫu PAHs từ khí thải máy phát điện động cơ diesel được trình bày như Hình 2.2

 Hệ thống lấy mẫu PAHs từ khí thải diesel gồm có các thành phần:

25

Mạch tải gồm 2 chế độ: chế độ tải 1.5 kW và tải 2.5 kW, thiết bị tải là các điện trở sinh nhiệt được nối với aptomat để đóng/ngắt mạch điện và phòng ngừa sự cố chập điện (Hình 2.3)

Hình 2.2: Hệ thống lấy mẫu PAHs từ khí thải máy phát điện diesel

- Máy phát điện KAMA - KDE3500T (Đức, lắp ráp tại Trung Quốc) có các

thông số kỹ thuật cần quan tâm được trình bày trong Bảng 2.4

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật máy phát điện KAMA - KDE3500T

Kiểu động cơ Động cơ diesel 1 xilanh, 4 thì, phun nhiên liệu

[1]: Máy phát điện [6]: Mass flow controller 1 (MFC 1)

[2]: Mạch tải [7]: URG - 2000 - 30AE

[3]: Ống khói [8]: Mass flow controller 2 (MFC 2)

[5]: Cột silicagel- than hoạt tính [10]: Hệ thống điều khiển MFC

[11]: Van điều chỉnh áp suất

26

- Hệ thống điều khiển MFC được sử dụng để điều khiển MFC 1 và MFC 2 đạt đến giá trị lưu lượng dòng mong muốn

 Giới thiệu về mass flow controller (MFC): MFC là thiết bị sử dụng để đo và

kiểm soát lưu lượng dòng khí Cấu tạo MFC gồm 1 cổng vào, 1 cổng ra, 1 cảm biến lưu lượng và van kiểm soát MFC được trang bị hệ thống điều khiển vòng kín Tín hiệu đầu vào được đưa vào bằng máy tính hoặc mạch điện và được so sánh với giá trị đo từ cảm biến lưu lượng tại mạch điện tử (PID) Tiếp theo, PID sẽ xuất tín hiệu

để điều chỉnh đóng/ mở van điện sao cho lưu lượng dòng phù hợp với giá trị tín hiệu đầu vào và cuối cùng xuất tín hiệu đầu ra thông qua bảng điện tử [16]

 Cách hiệu chỉnh lưu lượng dòng cho MFC: sử dụng bơm, hệ thống điều

khiển MFC và bubble meter Mô hình hiệu chỉnh MFC được trình bày như Hình 2.3

Hình 2.3: Mô hình hiệu chỉnh lưu lượng dòng cho MFC

Tiến hành đặt tín hiệu điện - volt (V) lần lượt từ thấp đến cao nằm trong khoảng

0 – 5 V bằng hệ thống điều khiển MFC Sau đó, bật bơm cho dòng khí đi qua bubble meter ghi lại thời gian mà dòng khí thực hiện được 1 đơn vị thể tích (1 mL,

5 mL…) Từ đó, tính được lưu lượng dòng khí – Q (mL/phút), dựa vào các giá trị Q

và V ta dựng được đường chuẩn thể hiện mối quan hệ giữa V và Q Sử dụng đường chuẩn để điều khiển MFC đạt đến lưu lượng mong muốn

- Hệ thống lấy mẫu denuder URG – 2000 - 30AE, ø= 28 mm, URG, Mỹ

- Bơm hút: Shinagawa, model 141-862, 40 L/min, Nhật

- Bơm đẩy: Resun, model: ACO – 001, 38 L/min, Đài Loan

Hình 2.4: Mass Flow Controller và hệ thống điều khiển

2.1.3.4 Lấy mẫu PAHS từ khí thải động cơ máy phát điện

Giấy lọc và PUF trước khi lấy mẫu đã được tiền xử lý theo quy trình đã nêu ở mục 2.1.1 Tiến hành lắp đặt hệ thống lấy mẫu như Hình 2.2, sau đó thêm nhiên liệu diesel (nhiên liệu diesel – 0.05S) và chạy máy phát điện ở điều kiện không tải trong

10 phút để động cơ hoạt động ổn định Tiếp theo sử dụng hệ thống điều kiển MFC điều chỉnh MFC 1 và MFC 2 tương ứng với lưu lượng đường ống khí pha loãng 4.75 L/phút và lưu lượng cuối đường ống là 5.0 L/phút Khí thải được pha loãng 20 lần với khí sạch để ngăn ngừa hơi nước bị ngưng tụ và để giảm nhiệt độ dòng khí [62], nhiệt độ khí thải sau khi pha loãng là 50oC để đảm bảo PAHs không bị giải

28

hấp khỏi PUF Vận tốc khí phụt ra là từ 27 – 33 m/s, còn vận tốc lấy mẫu được giữ

cố định Sau 10 phút chạy ổn định, bắt đầu bật bơm hút và bơm đẩy để tiến hành lấy mẫu PAHs trong khí thải sẽ được giữ bằng giấy lọc và PUF, vận tốc lấy mẫu là hiệu giữa lưu lượng MFC 2 và MFC 1 tương ứng là 0.25 L/phút Hệ số pha loãng là thương số giữa lưu lượng cuối đường ống và lưu lượng lấy mẫu tương ứng là 20 Thời gian lấy mẫu 10 phút, thí nghiệm được lặp lại 3 lần Thực hiện thí nghiệm tương tự với nhiên liệu B10, B20, B30, B50, B75 và B100 ở các chế độ chạy không tải, tải 1.5 kW và tải 2.5 kW so với công suất tối đa của máy phát điện là 3 kW Riêng thí nghiệm ở chế độ tải 2.5 kW sử dụng nhiên liệu B100 không thực hiện được là do khi bật tải hoạt động thì động cơ rung lắc dữ dội và hoạt động được một thời gian ngắn thì tắt Điều này có thể là do khi hoạt động ở chế độ tải cao thì động

cơ hút một lượng lớn nhiên liệu vào buồng đốt dẫn đến hệ số thừa không khí α giảm nhanh (hệ số thừa không khí là lượng không khí thực tế so với lượng không khí lý

thuyết đưa vào buồng đốt của động cơ – ký hiệu là α) [9], và nhiên liệu B100 có

nhiệt trị thấp cho nên trong động cơ xảy ra hiện tượng cháy không hoàn toàn dẫn đến ngưng hoạt động Ngoài ra, cũng có thể do động cơ của máy phát điện đang sử dụng thiết kế không phù hợp để sử dụng nhiên liệu B100 hoạt động ở chế độ tải cao Sau khi lấy mẫu, mẫu giấy lọc được gập đôi, bọc trong giấy nhôm để tránh quang hóa và đặt vào bình hút ẩm ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ Sau đó, giấy lọc được cân trên cân điện tử để xác định khối lượng bụi thu được Sau khi xác định khối lượng bụi, giấy lọc được gói trong giấy nhôm và bảo quản ở nhiệt độ –4oC cho đến khi chiết tách Đối với PUF, sau khi lấy mẫu PUF được bọc trong giấy nhôm riêng để tránh quang hóa và được bảo quản ở nhiệt độ độ –4oC cho đến khi chiết Soxhlet (thời gian bảo quản không quá 4 ngày để tránh sự phân hủy các PAHs) [67]

Mẫu trắng: giấy lọc đã nung và PUF đã được làm sạch được đem ra địa điểm tiến hành chạy mẫu và được phơi nhiễm trong không khí khoảng 1 phút Sau đó, mẫu trắng được giữ trong cùng điều kiện về thời tiết và thời gian bảo quản như các mẫu thật [67]

2.1.3.5 Đo phát thải khí của nhiên liệu biodiesel trên máy phát điện diesel

Nguyên lý hoạt động của máy testo 360, model D–79849 Lenzkirch, Đức

a) Nguyên lý hoạt động của đầu dò 3 điện cực

29

Nồng độ các khí ô nhiễm (khí CO, NO, NO2, SO2) được đo bằng đầu dò 3 điện cực Nguyên tắc hoạt động của những tế bào đo này được giải thích khi sử dụng quá trình đo nồng độ CO làm ví dụ

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của đầu dò carbon monoxide (CO)

Phân tử CO di chuyển qua màng thấm khí đến điện cực cảm ứng của điện cực

3 đầu dò Tại điện cực cảm ứng, phản ứng hóa học xảy ra kết quả là hình thành ion

H+ Các ion H+ này di chuyển từ điện cực cảm ứng đến điện cực đối diện Tại điện cực đối diện, phản ứng thứ hai xảy ra với sự xúc tác của oxy trong không khí sạch, hình thành dòng điện ở mạch ngoài Dòng điện này tỷ lệ thuận với nồng độ của CO Trong quá trình này, điện cực nhiệt nhôm với hệ số nhiệt âm được sử dụng để ổn định tín hiệu của đầu dò Thời gian làm việc của đầu dò 3 điện cực là khoảng 2 năm

 Thiết bị phát hiện sóng hồng ngoại

Khi nguồn phát xạ hoạt động, bộ lọc sẽ loại bỏ các sóng gây nhiễu chỉ những sóng cần cho việc phân tích khí được đi qua màng lọc từ dãy quang phổ của nguồn phát xạ sóng hồng ngoại

Khi sóng hồng ngoại qua cuvet đo (được liên kết với đầu dò), sự tăng lên của nồng độ khí CO2 làm tăng độ hấp thu sóng hồng ngoại do đó làm giảm tín hiệu hồng ngoại tại thiết bị phát hiện sóng hồng ngoại Như vậy, nồng độ khí CO2 tỷ lệ thuận với độ giảm tín hiệu hồng ngoại

c) Nguyên lý hoạt động của đầu dò tín hiệu nhiệt

Thành phần cấu tạo của đầu dò tín hiệu nhiệt gồm dây platin được nối với vật liệu xúc tác Nguyên lý hoạt động của đầu dò tín hiệu nhiệt được miêu tả như sau: – Dây platinum và vật liệu xúc tác bị đốt nóng đến nhiệt độ hoạt động khoảng