Thiết kế và chế tạo mô hình xử lý nước giếng quy mô hộ gia đình sử dụng vật liệu xúc tác quang và ánh sáng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC GIẾNG QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG VÀ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI Mã số đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC GIẾNG QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH SỬ

DỤNG VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG VÀ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI

Mã số đề tài: SV2019 - 138

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC GIẾNG QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH SỬ DỤNG

VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG VÀ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI

Mã số đề tài: SV2019 - 138

Thuộc nhóm ngành khoa học: Môi trường

SV thực hiện: Nguyễn Khoa Điềm Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: 161500A, Khoa CNHH & TP Năm thứ: 3 Số năm đào tạo: 4

Ngành học: Công nghệ kĩ thuật Môi trường

SV thực hiện: Nguyễn Trung Tình Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh

Lớp, khoa: 151501A, Khoa CNHH & TP Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4

Ngành học: Công nghệ kĩ thuật Môi trường

Người hướng dẫn: TS Hoàng Thị Tuyết Nhung

MỤC LỤC

CHƯƠNG : MỞ ĐẦU 2

1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỂ TÀI 2

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 4

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4

6 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 7

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG XỬ LÝ NƯỚC 8

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ TiO 2 9

1.3.1 Tổng quan về TiO 2 9

1.3.2 Tình hình nghiên cứu về vật liệu TiO 2 pha tạp Ag đến hiệu quả diệt khuẩn 14

1.4 TỔNG QUAN MẪU NƯỚC NGẦM QUẬN THỦ ĐỨC 14

1.5 TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ XỬ LÝ NƯỚC HỘ GIA ĐÌNH 16

1.5.1 Thiết bị lọc nước bằng gốm 16

1.5.2 Thiết bị lọc nước tại vòi 17

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ 22

2.1 THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ BẰNG VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG 22

2.1.1 Thiết kế ống chứa vật liệu xúc tác quang Ag-TiO 2 -SiO 2 22

2.1.2 Thiết kế máng phản xạ parabol kép 23

2.1.3 Tính toán giá thành thiết bị 28

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 30

3.1 ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU Ag-TiO 2 -SiO 2 PHỦ LÊN HẠT KÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL………30

3.2 PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT MẪU NƯỚC ĐẦU VÀO 34

3.2.1 Quy trình lấy mẫu nước đầu vào nguồn nước ngầm quận Thủ Đức 34

3.2.2 Phân tích các chỉ tiêu đầu vào 35

3.3 VẬN HÀNH MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC NGẦM QUẬN THỦ ĐỨC 38

3.3.1 Quy trình vận hành 39

3.3.2 Lấy mẫu và xác định lượng Ag và TiO 2 phóng thích của thiết bị xử lý 39

3.3.3 Đánh giá hiệu quả xử lý vi sinh 41

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 43

4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC DÒNG NƯỚC ĐÔI VỚI SỰ PHÓNG THÍCH CỦA Ag và

TiO 2……….43

4.2 KẾT QUẢ CHẠY THỰC NGHIỆM NƯỚC GIẾNG THỦ ĐỨC 44

4.2.1 Khảo sát ánh sáng mặt trời 44

4.2.2 Đánh giá hiệu quả diệt khuẩn ở các vận tốc khác nhau 45

4.2.3 Ảnh hưởng của vận tốc và cường độ mặt trời đến nhiệt độ của nước 48

CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU 50

5.1 Kết quả đạt được 50

5.1.1 Điều chế vật liệu xúc tác quang Ag.TiO 2 SiO 2 50

5.1.2 Thiết kế và lắp ráp thiết bị xử lý 50

5.1.3 Xử lý với nguồn nước giếng Thủ Đức 50

5.2 Kiến nghị 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

Tài liệu tiếng Việt 51

Tài liệu Nước Ngoài 51

PHỤ LỤC 54

Danh mục hình

Hình 1.1: Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển Trái Đất 7

Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể pha Rutile (a), Anatase (b) và Brookite (c) 9

Hình 1.3: Thiết bị lọc nước bằng gốm 16

Hình 1.4: Thiết bị lọc nước tại vòi 18

Hình 1.5: Thiết bị lọc nước tại vòi Panasonic TK CJ21 PN Nhật Bản 18

Hình 1.6: Thiết bị lọc nước Cleansui Mitsubishi Rayon 19

Hình 1.7: Thiết bị lọc nước Torayvino MK303-EG 19

Hình 2.1: Biểu diễn hình học đường truyền tia sáng mặt trời có góc tới bất kỳ tới ống thủy tinh có máng phản xạ parabol kép 24

Hình 2.2: Biểu diễn hình học máng Parabol kép 25

Hình 2.3: Thiết kế 3D thiết bị xử lý 28

Hình 3.1: Quy trình điều chế vật liệu 31

Hình 3.2: Thiết bị phản ứng sol – gel Ag-TiO2-SiO2 33

Hình 3.3: Sản phẩm sau quá trình thuỷ phân 33

Hình 3.4: Quy trình thực hiện phương pháp lọc màng vi sinh 36

Hình 3.5:Vận hành thiết bị xử lý nước ngầm 38

Hình 4.1: Lượng Ag phóng thích tương đương với các vận tốc chảy khác nhau 43

Hình 4.2: Lượng TiO2 phóng thích tương đương với các vận tốc chảy khác nhau 44

Hình 4.3: Đồ thị đường biểu diễn cường độ nắng và năng lượng UV từ 8 giờ đến 15 giờ tại thành phố Hồ Chí Minh 45

Hình 4.4: Hiệu quả diệt khuẩn của thiết bị ứng với vận tốc 6 cm/phút, 8cm/phút, 46

Hình 4.5: Mối quan hệ giữa hiệu suất xử lý và thời gian lưu nước 46

Hình 4.6: Hiệu quả diệt khuẩn của thiết bị với các vận tốc 2 cm/phút, 3 cm/phút, 4cm/phút, 5 cm/phút, 6 cm/phút 47

Hình 4.7: Ảnh hưởng của cường độ năng ánh sáng mặt trời và nhiệt độ của nước 48

Danh mục bảng

Bảng 1.1: Kết quả phân tích một số chỉ tiêu nguồn nước ngầm 15

Bảng 1.2: Giá một số thiết bị lọc nước bằng gốm trên thị trường 17

Bảng 1.3: Giá một số thiết bị lọc nước tại vòi trên thị trường 20

Bảng 2.1: Bảng hiệu suất ánh sáng truyền qua của một số vật liệu trong suốt tính theo cường độ bức xạ mặt trời (W/m2) với bước sóng từ 400 – 700 nm (McMahon, 1990) 22

Bảng 2.2: Thông số ống thủy tinh chứa vật liệu của thiết bị 23

Bảng 2.3: Thông số máng Parabol thiết bị xử lý 27

Bảng 3.1: Các thiết bị phục vụ điều chế vật liệu 30

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu hóa lý phân tích tại phòng thí nghiệm 35

Bảng 3.3.Phân biệt chủng vi khuẩn hiện diện thông qua màu sắc của khuẩn lạc 37

Bảng 3.4: Thông số hiệu chỉnh của thiết bị 39

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình xử lý nước giếng quy mô hộ gia đình sử dụng

vật liệu xúc tác quang và ánh sáng mặt trời

- SV thực hiện: Nguyễn Khoa Điềm Mã số SV: 16150050

- Lớp: 161500A Khoa: CNHH&TP Năm thứ: 3 Số năm đào tạo: 4

- SV thực hiện: Nguyễn Trung Tình Mã số SV: 15150138

- Lớp: 151501A Khoa: CNHH&TP Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4

- Người hướng dẫn: TS Hoàng Thị Tuyết Nhung

4 Kết quả nghiên cứu:

Điều chế thành công vật liệu xúc tác quang Ag.TiO2.SiO2 (1%) bằng phương pháp Sol-Gel

Thiết kế thiết bị xử lý bao gồm các bộ phận: Khung thép, ống thủy tính chứa vật liệu dài 80 cm, máng Parabol kép bằng nhôm, đường ống, van điều chỉnh lưu lượng

Thiết bị có khả năng xử lý tốt vi sinh từ nguồn nước giếng quận Thủ Đức

5 Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

Tạo ra được thiết bị xử lý nước giếng hiệu quả bằng việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời với chi phí thấp phù hợp với người sử dụng Góp phần mang lại nguồn nước sạch cho người dân ở vùng sâu, vùng xa, giảm thiểu bệnh tật từ việc sử dụng nguồn nước bị

nhiễm khuẩn

Ngày 10 tháng 6 năm 2019

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

(kí, họ và tên)

Nguyễn Khoa Điềm

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài

………

………

………

………

………

Ngày 10 tháng 6 năm 2019

Xác nhận của Trường

(kí tên và đóng dấu)

Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)

Hoàng Thị Tuyết Nhung

CHƯƠNG MỞ DẦU

CHƯƠNG : MỞ ĐẦU

Hệ thống khử trùng nước uống SOLWATER được thực hiện năm 2005 [1], sau đó

mở rộng ra các nước Argentina, Ai Cập, Pháp, Hy Lạp, Mexico, Morocco, Perú, Tây Ban Nha, Thuỵ Sĩ và Tunisia Nước được bơm vào hệ thống từ bể chứa đi qua những ống nối với hệ thống điện điều khiển (được cung cấp bởi pin mặt trời) Tổng lượng nước xử lý là

20 lít Nước cũng được tuần hoàn lại nhờ vào bơm li tâm hoạt động dựa vào pin mặt trời [2,4]

Alrousan và cộng sự [3] đã nghiên cứu tìm cách cải thiện hệ thống khử trùng nước

SOLWATER của Navntoft và cộng sự [1] bằng cách nâng cao khả năng tiếp xúc ánh sáng

mặt trời của vật liệu Các tác giả trên đã so sánh hiệu quả khử trùng khi phủ lớp phim mỏng TiO2 ở những vị trí khác nhau của ống dẫn nước và việc có hay không sử dụng tấm phản xạ ánh sáng

Nghiên cứu của Rodríguez-Méndez (2017) [5] đánh giá mô hình khử trùng nước thải dưới điều kiện ánh sáng mặt trời khi sử dụng vật liệu Ag-TiO2 nồng độ 1%w và 10%w để

khử trùng hoàn vi khuẩn Enterobacter, Escherichia, Citrobacter,Salmonella và Klebsiella

trong khoảng thời gian khảo sát từ 11h – 15h ở Mexico Thời gian lưu nước để diện khuẩn lên tới 3h [4]

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về nước sạch ngày càng tăng lên Phổ biến

ở Việt Nam là sử dụng nguồn nước ngầm Nhưng từ nhiều năm nay nguồn nước ngầm ở nước ta đang ngày càng suy giảm về chất lượng Nguồn nước sông cũng như nước ngầm đang ngày càng ô nhiễm về vi sinh, các chất hữu cơ và thuốc bảo vệ thực vật từ hoạt động nông nghiệp sinh ra Đây là mối nguy hại cho sức khoẻ của người dân bởi có thể dẫn đến các bệnh nguy hiểm Nguồn nước sạch phục vụ sinh hoạt ngày càng suy giảm dẫn đến số người chết và mắc các bệnh liên quan đến nguồn nước ô nhiễm tăng cao

Trong những năm gần đây, mặc dù các phương pháp, công nghệ xử lý nước đang ngày một phát triển, tuy nhiên đa phần những người dân ở vùng nông thôn, vùng sâu, vùng

xa không có điều kiện tiếp cận các thiết bị xử lý Các thiết bị xử lý nước này có chi phí

đầu tư và vận hành cao trong khi thu nhập bình quân chỉ là 4,8 triệu đồng/tháng (Theo Tổng

cụ thống kê – Tổng quan Kinh tế - Xã hội Viêt Nam năm 2018) Vì vậy, đa phần người dân

còn sử dụng nguồn nước ngầm chỉ qua lắng tự nhiên hay keo tụ bằng phèn nhôm để sinh hoạt Phương pháp này chỉ loại bỏ một phần chất hữu cơ trong nước chứ không loại bỏ tất

cả các thành phần ô nhiễm mà đặc biệt là vi sinh và chất hữu cơ khó phân hủy Đây là nguy cơ dẫn đến các căn bệnh nguy hiểm cho những người dân sử dụng nguồn nước không đảm an toàn Theo tìm hiểu, ở nhiều vùng trên nước ta người dân vẫn còn sử dụng nguồn nước giếng để phục vụ nhu cầu sinh hoạt hằng ngày với chất lượng nước không được đảm

bảo Đề tài “ Thiết kế và chế tạo mô hình xử lý nước giếng quy mô hộ gia đình sử dụng

vật liệu xúc tác quang và ánh sáng mặt trời” với mong muốn tạo ra một thiết bị xử lý

nước phù hợp với thu nhập, hiệu quả và đảm bảo an toàn cho người sử dụng

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Thiết kế và chế tạo mô hình xử lý nước cho hộ gia đình sử dụng vật liệu xúc tác quang và ánh sáng mặt trời

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu “ Thiết kế và chế tạo mô hình xử lý nước giếng quy mô hộ gia đình

sử dụng vật liệu xúc tác quang và ánh sáng mặt trời” tập trung vào hai nội dung chính

là chế tạo thành công mô hình xử lý nước giếng dựa trên vật liệu xúc tác quang TiO2

và đánh giá khả năng xử lý của thiết bị đối với nguồn nước giếng từ quận Thủ Đức

Đề tài được tiến hành với các nội dung cụ thể sau:

- Điều chế vật liệu 1% Ag-TiO2-SiO2 bằng phương pháp sol-gel và phủ vật liệu dạng lớp phim mỏng lên hạt kính bằng phương pháp nhúng

- Lắp ráp thiết bị xử lý nước bằng vật liệu xúc tác quang Ag-TiO2-SiO2

- Tiến hành chạy thiết bị bằng nước giếng để cố định lưu và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của thiết bị là: cường độ ánh sáng và đánh giá phóng thích của Ag và TiO2

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Đối tượng nghiên cứu

- Vật liệu xúc tác quang 1% Ag-TiO2-SiO2

- Thiết bị xử lý nước bằng vật liệu xúc tác quang Ag-TiO2-SiO2 dạng lớp phim mỏng phủ lên hạt kính

 Phạm vi nghiên cứu

- Nguồn nước ngầm quận Thủ Đức

- Vi khuẩn E.coli, Coliforms

- Các phương pháp tính toán, thiết kế máng Parapol thu ánh nắng mặt trời

- Ống thủy tinh chứa vật liệu

6 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

 Phương pháp hồi cứu

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi sẽ tra cứu,sưu tầm các tài liệu, số liệu, những nghiên cứu có liên quan về đối tượng nghiên cứu trên internet, tạp chí, bài báo khoa học… Để chọn lọc ra những thông tin, số liệu đáng tin cậy

 Các phương pháp thí nghiệm và phân tích

- Các phương pháp phân tích chỉ tiêu E.coli, Coliforms trong nước

- Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu hoá học trong nước: Nitơ, sắt, phospho,

- Phương pháp điều chế sol-gel Ag-TiO2-SiO2

- Phương pháp phủ Ag-TiO2-SiO2 lên kính cường lực

 Phương pháp chế tạo thiết bị

- Tính toán, thiết kế, mô phỏng thiết bị lên bản vẽ

- Dự trù nguyên vật liệu và kinh phí thiết bị

 Phương pháp xử lý số liệu

Sử dụng các phương pháp quy hoạch thực nghiệm để phân tích và tối ưu hoá quá trình thí nghiệm Đồng thời sử dụng các phương pháp thống kê toán học để xử lý số liệu ngnghiên cứu

 Phương pháp đồ thị

Từ các số liệu toán học, dữ liệu thực nghiệm, phương pháp đồ thị đem lại cái nhìn trực quan, toàn diện, dễ dàng phân tích nhận định về các kết quả đạt được, xác định hướng nghiên cứu hợp lý nhất

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Ánh sáng (hay bức xạ điện từ) trên bề mặt mặt trời được xem là nguồn năng lượng chính của Trái Đất Hằng số năng lượng mặt trời khoảng 1370 W/m2 (Nguyễn Xuân Cự,

2008) Theo hình Nguồn năng lượng mặt trời phần lớn bị hấp thụ ở tầng khí quyển Trái Đất,

chỉ một phần nhỏ tới được bề mặt (khoảng 1000 W/m2 trong điều kiện trời quang đãng và mặt trời lên thiên đỉnh) Năng lượng này có thể được sử dụng cho cả quá trình tự nhiên và nhân tạo: quá trình quang hợp của cây, các phản ứng quang xúc tác trong tự nhiên, nguồn nhiệt trực tiếp cho bình nước nóng năng lượng mặt trời hay pin năng lượng mặt trời

Hình 1.1: Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển Trái Đất

Bản chất của bức xạ mặt trời (BXMT) là sóng điện từ có phổ bước sóng trải từ 10

-10m đến 1014m, trong đó mắt người có thể nhận biết được giải sóng có bước sóng từ 0,4 đến 0,7m và được gọi là áng sáng nhìn thấy (vùng khả kiến) Vùng bức xạ điện từ có bước sóng nhỏ hơn 0,4m được gọi là vùng sóng tử ngoại Còn vùng có bước sóng lớn hơn 0,7m được gọi là vùng hồng ngoại Do bản chất của sóng điện từ nên NLMT là nguồn năng lượng không có phát thải, không gây ô nhiễm môi trường hay được gọi là nguồn năng lượng sạch Hầu như các tia BXMT khi vào bầu khí quyển Trái Đất đều bị hấp

thụ và tán xạ bởi tầng ozon, hơi nước và bụi khí quyển Các bức xạ tử ngoại cũng biến đổi thành bức xạ với năng lượng thấp hơn Bức xạ mặt trời lúc này biến đổi thành ba thành phần:

- Thành phần trực xạ: gồm các tia đi thẳng xuống Trái Đất

- Thành phần tán xạ: gồm các tia mặt trời tới Trái Đất từ nhiều phương do các phân

tử khí, hơi nước, các hạt bụi

- Thành phần phản xạ: các tia sáng mặt trời sau khi chiếu tới mặt nền sẽ phản xạ trở lại Thành phần này chỉ được phân biệt khi thiết kế, tính toán các bộ thu NLMT

NƯỚC

Năng lượng mặt trời (NLMT) được con người ứng dụng trong hoạt động sản xuất và trên quy mô lớn từ những năm cuối thể kỷ 18 ở những nước có ánh sáng mặt trời lớn hay những vùng sa mạc Nhưng đến những năm 1968 – 1973 thì năng lượng mặt trời mới đặc biệt quan tâm do cuộc khủng hoảng năng lượng NLMT được quan tâm ở hai lĩnh vực: quá trình biến đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện năng nhờ các tế bào quang bán dẫn (gọi là Pin năng lượng mặt trời), sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt (thu

bức xạ nhiệt và tích trữ dưới dạng nhiệt năng để sử dụng với mục đích mong muốn) (Hoàng

Dương Hùng, 2010)

Phổ biến trong việc sử dụng năng lượng mặt trời trong xử lý nước là phương pháp khử trùng bằng năng lượng mặt trời (SODIS) Phương pháp này đang được sử dụng rộng rải tại các nước đang phát triển, nơi đang chịu gánh nặng từ tiêu chảy và các bệnh đường ruột SODIS được xem là phương pháp có chi phí thấp và đơn giản để nâng cao chất lượng

nguồn nước uống (Jürg Graf et al, 2010) Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu cần phải

có nguồn nước đạt các chỉ tiêu hóa lý trước, đây là một điều rất khó khi nguồn nước sạch đang ngày càng khan hiếu do ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu Vì vậy, SODIS

được sử dụng phụ thuộc vào nguồn nước ở mỗi địa phương (Mark D.Sobsey, 2002)

Ngoài vi sinh vật gây bênh thì các chất hữu cơ bền bỉ hiện diện dưới dạng các chất ô nhiễm trong nước thải từ nhà máy sản xuất, hoạt động nông nghiệp, các hộ gia đình hay các bãi

chôn lấp chất thải (Roland Goslich el at, 1997) Chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy chúng

trong nước ngầm hay nước mặt Nhiều giải pháp được đề xuất để loại bỏ hết những chất

gây ô nhiễm đó Trong đó, quá trình quang oxi hóa bậc cao (PAOPs) được chú ý đến như một phương pháp hiệu quả cao, và giảm lượng hóa chất xử lý Phương pháp giải phóng quang xúc tác được xem xét thay thế để xử lý các chất ô nhiễm trong nước trước những

năm 1976 (JH Carey et al, 1976) Từ đó, các nghiên cứu đã tìm ra các chất bán dẫn như:

TiO2, ZnO, CdS, iron oxides, WO3, ZnS Các chất này có chi phí thấp và một vài chất có sẵn trong tự nhiên Bên cạnh đó, hầu hết các vật liệu này được kích thích bằng ánh sáng

có bước sóng trong dải ánh sáng mặt trời ( 310nm) nên có thể sử dụng ánh sáng mặt

trời để kích thích các chất bán dẫn này (Marta I Litter, 2005)

Titanium dioxide (TiO2) là một chất xúc tác quang đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như mỹ phẩm, điện tử, y học, kiến trúc… Đặc biệt, xúc tác quang TiO2 đang được nghiên cứu ứng dụng trong xử lý môi trường Trong số các chất quang bán dẫn (ZnO, WO3, MoO3, ZrO2, SnO2, -Fe2O3,…), TiO2 có tiền năng thượng mại nhất vì đặc tính ổn định quang hóa, nhạy cảm với ánh sáng mặt trời, chống ăn mòn ở môi

trường nước, an toàn khi sử dụng và có giá thành thấp hơn so với các vật liệu khác (Akira

Fujishima, 1999)

TiO2 có ba dạng thù hình cơ bản: Rutile, Anatase và Brookite

Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể pha Rutile (a), Anatase (b) và Brookite (c)

Rutile: là trạng thái tinh thể bền của TiO2, pha rutile có mức năng lượng miền cấm

là 3,02 eV Rutile có kiểu mạng Bravais tứ phương với các hình bát diện xếp tiếp xúc nhau

ở các đỉnh (Hình 1.3a)

Anatase: là pha có hoạt tính quang hoá mạnh nhất trong 3 pha Anatase có năng lượng miền cấm là 3,23 eV Anatase cũng có kiểu mạng Bravais tứ phương như rutile

nhưng các hình bát diện xếp tiếp xúc cạnh với nhau và trục của tinh thể bị kéo dài (Hình

1.3b)

Brookite: có hoạt tính quang hoá rất yếu Brookite có mức năng lượng miền cấm là 3,4 eV Trong thực tế, pha tinh thể brookite của TiO2 rất ít gặp nên thường ít được đề cập

trong các nghiên cứu và ứng dụng (Hình 1.3c)

Mặc dù có rất nhiều nghiên cứu nói về khả năng diệt khuẩn của chất xúc tác quang TiO2 trong hơn một thập kỷ qua, tuy nhiên, chỉ có một vài bài báo trình bày về những cách thức tác động của chất xúc tác quang TiO2 đến việc tiêu diệt vi sinh vật

Đối với quá trình diệt trùng bằng cách sử dụng chất xúc tác quang TiO2, có một số

cơ chế tiêu diệt tế bào vi sinh vật đã được đề cập đến Cơ chế đầu tiên được đưa ra bởi Matsugana, người chứng minh khả năng oxy hóa coenzyme A (CoA) ở S cereviaiae khi tiếp xúc với chất xúc tác quang TiO2 có pha tạp Pt và ánh sáng mặt trời

Trong điều kiện được chiếu sáng bằng đèn halogen kim loại, với sự hiện diện của TiO2/Pt trong 120 phút, hơn 97% CoA trong thành phần tế bào Saccharomyces cereviaiae

bị mất, trong khi chỉ có 42% CoA bị mất khi không có sự có mặt của TiO2 Dưới cùng những điều kiện tương tự nhau, hoạt động hô hấp ở S cereviaiae cũng bị giảm 42% so với những tế bào không bị xử lý Các tác giả cho rằng sự tiêu diệt CoA nội bào là nguyên nhân dẫn đến việc giảm các hoạt động hô hấp, từ đó làm các tế bào chết đi Theo Matsugana và các đồng sự, CoA nội bào bị oxy hóa thành các dimer có cầu nối sulfur Trong các phản ứng enzyme, CoA trong thành phần tế bào có nhiệm vụ mang các nhóm acyl Các phản ứng này có liên quan đến chuỗi hô hấp và oxy hóa acid béo trong thành phần tế bào vi sinh vật Vì vậy, việc tiêu diệt các nhóm sulfhydryl của chất xúc tác quang cũng đồng thời làm suy giảm khả năng sống của vi sinh vật Hoạt động của các gốc oxy hóa tự do diễn ra trên

bề mặt của TiO2 có tính không chọn lựa, do đó, đối với tế bào vi sinh vật, màng tế bào được cho là thành phần bị oxy hóa đầu tiên Quá trình oxy hóa làm cho màng tế bào bị mất khả năng bán thấm trước khi CoA nội bào bị oxy quang hóa

Một số nhà nghiên cứu khác đã chứng tỏ quá trình oxy hóa đối với vi sinh vật của chất xúc tác quang làm phá hủy thành tế bào, màng tế bào và sự rò rỉ các thành phần nội bào Saito và các đồng sự đã tìm ra sự rò rỉ ion K+ trong quá trình khử trùng Streptococcus sorbrinus AHT bằng TiO2 được chiếu sáng, và chính sự thất thoát ion K+ làm cho các tế bào bị chết đi Khi một nồng độ lớn ion K+ được thêm vào dung dịch sau phản ứng, sự sống của vi sinh vật không thể phục hồi Để xác định mức độ tổn hại màng tế bào, các tác giả đo lường sự rò rỉ K+, từ đó xác định lượng tế bào bị tiêu diệt bằng TiO2 Sau khi được chiếu sáng 120 phút, các phân tử có khối lượng lớn như protein và ARN được tìm thấy ở ngoại bào, chứng tỏ phần lớn tế bào đã bị phá vỡ Các tác giả cũng nhận thấy sự giảm pH tại thời điểm này, được lý giải là do sự rò rỉ của các thành phần nội bào có tính acid và sự khoáng hóa các thành phần này thành CO2.

Một số bằng chứng về sự phá vỡ màng tế bào bởi sự chiếu sáng TiO2 được đưa ra bởi Sakai và các đồng sự khi làm việc với tế bào T-24 ở người với dung dịch TiO2 ([TiO2]

= 100 hoặc 10 μg/ml) trong bóng tối 24 giờ Nghiên cứu trên electron micrograph cho thấy các hạt TiO2 không chỉ phân bố trên bề mặt ngoài của màng tế bào mà còn được tìm thấy trong cytoplasm Phát hiện này được giải thích bằng quá trình “thực bào” Quá trình thực bào là một cơ chế tự vệ mà tế bào các vi sinh vật nhân thật (Eukaryotes) lưu giữ các chất xâm nhập từ bên ngoài trong tế bào cho đến khi tiêu hóa các chất này Ngay cả khi TiO2 tồn tại bên trong tế bào, có hơn 90% lượng tế bào vẫn sống sót trong điều kiện bóng tối Khi ánh sáng được chiếu, phản ứng xúc tác quang xảy ra làm rò rỉ ion Ca2+ trong vòng

10 phút phản ứng Sau 4 phút đầu tiên chiếu sáng bằng tia gần UV, nồng độ Ca2+ tăng lên nhanh chóng trong khi tế bào vẫn duy trì sự sống Khi lượng Ca2+ đạt đến trạng thái cân bằng, lượng tế bào bị tiêu diệt tăng lên nhanh chóng Đây được gọi là giai đoạn hai của cơ chế tiêu diệt tế bào của quá trình oxy hóa bằng chất xúc tác quang TiO2 Các tác giả cũng

đề cập đến tác dụng oxy hóa của các gốc oxygen phản ứng (Reactive oxygen species – ROS) như: gốc hydroxyl, ion superoxide, hay hydrogen peroxide được sinh ra từ quá trình xúc tác quang

Bằng chứng trực tiếp của sự phá hủy màng tế bào được đưa ra bởi Sunada và các đồng sự khi sử dụng màng mỏng TiO2 để đo lường sự phân hủy endotoxin từ E coli Endotoxin là một đại phân tử lipopolysaccharide, có trong thành phần màng ngoài tế bào

vi khuẩn Gram âm, bao gồm cả vi khuẩn E coli Độc chất của endotoxin gây ra phần lớn

do các lipid (điển hình là lipid A) Endotoxin là một thành phần bên trong của lớp vỏ tế bào vi khuẩn, và chỉ được tạo ra khi cấu trúc của tế bào bị phân hủy Do đó, sự giải phóng endotoxin chứng tỏ màng ngoài của tế bào bị phá hủy Kết quả này chứng tỏ quá trình xúc tác quang bằng TiO2 dẫn đến sự phân hủy màng ngoài tế bào vi khuẩn E coli, cũng như

sự phân hủy các độc chất sinh ra khi tế bào vi khuẩn bị tiêu diệt Sự khoáng hóa toàn bộ

tế bào vi khuẩn E coli được chứng minh bởi Jacoby và các đồng sự

Biến tính bằng kim loại

Kim loại pha tạp có khả năng cải thiện hình thái học và hoạt tính quang hóa của hạt nano TiO2 Trong những nghiên cứu trước đây, nhiều kim loại pha tạp như Cobalt, Mangan, Nickel, đồng, kẽm, sắt giúp nâng cao hoạt tính quang hóa dưới điều kiện ánh sáng khả kiến bằng cách mở rộng vùng hấp phụ ánh sáng sang vùng năng lượng thấp

Tuy nhiên, hoạt tính quang hóa của TiO2 pha tạp kim loại phụ thuộc rất lớn vào bản chất và nồng độ ion, phương pháp điều chế, điều kiện vận hành Nhiều nghiên cứu đưa ra kết quả tốt khi pha tạp bằng kim loại nhưng cũng không ít kết quả không tốt Mặc

dù vậy, mục tiêu lớn khi pha tạp bằng ion kim loại trên TiO2 là thay đổi tính chất quang điện của chất xúc tác bằng cách tăng khả năng phân chia điện tích giữa electron và lỗ trống, cũng như bắt giữ electron, hạn chế lượng tái hợp electron-lỗ trống

Nhiều kim loại và oxit kim loại được gắn kết với nhau để kiểm tra khả năng

kháng khuẩn Ví dụ, hạt nano Ag-TiO2, điều chế bằng phương pháp ướt, phương pháp sol-gel và phương pháp chiếu tia UV, thể hiện cho thấy khả năng diệt khuẩn dưới điều kiện ánh sáng UV và mặt trời [T] Do khả năng truyền dẫn electron nên các hạt nano kim loại hoạt động như một chất dẫn và chất mang Chính vì thế hạt nano Ag có thể nâng cao khả năng quang hóa của hạt nano TiO2 bằng cách loại bỏ electron từ hạt TiO2 và không cho sự tái hợp electron Tuy nhiên, hiệu quả cũng như cơ chế khử trùng của hạt nano Ag-TiO2 trong điều kiện không có ánh sáng chưa được công bố

Biến tính bằng phi kim

Nhiều phi kim để biến tính TiO2 như Carbon, Nitơ, và Sulfur giúp cải thiện hình thái và khả năng quang hóa của TiO2 Sự tồn tại của những anion phi kim này giúp tăng

phần trăm của pha anatase trong TiO2, hạn chế tăng kích thước tinh thể của hạt TiO2 và tăng diện bề mặt của sản phẩm Ngoài ra, việc pha tạp bằng phi kim giúp mở rộng năng lượng vùng cấm của TiO2 và cải thiện vùng hấp thu ánh sáng của TiO2 Vì thế, tính chất xúc tác quang hóa học và quang điện hóa học giúp dịch chuyển vùng nhạy ánh sáng của TiO2 từ vùng ánh sáng cực tím sang vùng ánh sáng khả kiến

Nghiên cứu của Raj K.J.A (2009) sử dụng phosphor (P) làm phi kim pha tạp lên

TiO2 giúp nâng cao ổn định nhiệt Ngoài ra, P còn giúp cải thiện tính chất bề mặt của TiO2 và giảm lỗ trống oxygen, do đó cải thiện khả năng của TiO2 trong việc áp dụng trong xúc tác quang Vật liệu biến tính bằng P có diện tích bề mặt lớn hơn và kích thướt hạt nhỏ hơn so với hạt TiO2 nguyên chất

Nghiên cứu dùng Nitơ pha tạp cho thấy sự phân bố hạt đồng đều hơn, kích thướt hạt đồng đều và diện tích bề mặt tốt hơn Senthilnathan và Phillip tạo ra hạt TiO2 biến tính Nitơ kích thướt hạt chỉ có 22 nm Nguyên tử Nitơ thay cho nguyên tử Oxy trong phân tử TiO2 tạo thành O-Ti-N

Với việc pha tạp lưu huỳnh (S), hiệu quả xúc tác quang hóa cũng được cải thiện

đáng kể trong nghiên cứu của Ho W.K., 2006, tổng hợp TiO2 pha tạp S bằng phương pháp

thủy phân nhiệt có khả năng hấp phụ ánh sáng tăng cùng với nồng độ lưu huỳnh Ngoài

ra, lượng lưu huỳnh cũng ảnh hưởng mạnh đến tỉ lệ anatase/rutile, tỉ lệ này tăng khi nồng

độ S tăng, với TiO2 biến tính 1,5% S thì cho kích thướt tinh thể tốt nhất (30nm)

Biến tính TiO2 đồng pha tạp

Để cải thiện hình thái của TiO2, những kỹ thuật đồng pha tạp với hai kim loại, hai phi kim hoặc kim loại với phi kim được nghiên cứu Việc đồng pha tạp này giúp chuyển thành công vùng hấp phụ ánh sáng từ vùng UV sang vùng ánh sáng khả kiến Kỹ thuật đồng kết tủa có thể cải thiện những tính chất vật lý của TiO2 như diện tích bề mặt, kích thướt tinh thể trong khi vẫn giữ ổn định sự chuyển đổi giữa pha anatase sang pha rutile Trong kỹ thuật đồng pha tạp, những kim loại pha tạp chủ yếu được gắn vào chủ yếu để phân tách sự tái hợp của electron/lổ trống Ngược lại, chức năng của phi kim trong pha tạp là chuyển vùng hấp phụ ánh sáng của TiO2 từ vùng cực tím sang vùng ánh sáng khả kiến, ngoài ra còn thu hẹp năng lượng vùng cấm của TiO2 Điều này thể hiện rõ trong

nghiên cứu của Hamadanian và các cộng sự, 2010 khi đồng pha tạp Cu và S trên TiO2

Trong nghiên cứu này, Cu có nhiệm vụ chuyển vùng hấp phụ ánh sáng của TiO2 trong khi S làm giảm năng lượng vùng cấm

Có rất nhiều ưu điểm khi đồng pha tạp với TiO2, tuy nhiên 3 thuận lợi chính là:

- Phần trăm của pha anatase cao

- Sự chuyển đổi từ pha anatase sang pha rutile bị hạn chế

- Kích thướt tinh thể nhỏ và diện tích bề mặt của TiO2 tăng

khuẩn

Hoạt tính quang xúc tác của TiO2 ảnh hưởng rất lớn bởi các kim loại pha tạp, trong

đó Ag được sự quan tâm hàng đầu từ khái niệm khử trùng năm 1985 của Matsunga et al

Những nghiên cứu sau này đưa ra những bằng chứng quan trọng về hiện tượng lý – hóa học này trong hoạt tính khử khuẩn Điều này có thể giải thích là do Ag được biết đến vì bản thân có tính kháng khuẩn Ag+ là chất cho điện tử mạnh nên có thể tương tác với protein và nhóm sulphydryl của tế bào vi khuẩn Nano Ag phóng thích ra Ag (0), cả Ag+

và Ag nguyên tử có khả năng tấn công nhanh vi khuẩn và nấm (Thomas S., 2003) Bạc cũng đóng vai trò quang trọng khi tồn tại trên bề mặt của Titan Kim loại này ảnh hưởng mạnh đến sự phân tách điện tích dưới điều kiện ánh sáng dẫn đến ảnh hưởng hoạt tính quang hóa Ngoài ra, bạc cũng có thể làm thay đổi đặc tính bề mặt cục bộ của Titan

1.4 TỔNG QUAN MẪU NƯỚC NGẦM QUẬN THỦ ĐỨC

2000 lít, đặt cao 3m Giá nước ngầm tính theo đầu người với giá 50.000 đồng/người

Nguồn nước uống chính ở đây là nước đống chai với giá 10.000 đồng/bình Ngoài ra, một

số phòng còn lấy nước ở công ty làm nước uống

1.4.3 Chất lượng nguồn nước ngầm

Nước ngầm được lấy từ vòi của các hộ dân và mang về phòng thí nghiệm phân tích

Ta có kết quả một số chỉ tiêu nguồn nước ngầm tại đây (Bảng 1.1) Theo kết quả phân

tích, ta thấy được nguồn nước ngầm ở đây sạch về hóa lý và đang ô nhiễm vi sinh Nguyên nhân có thể do hệ thống thoát nước hầm cầu ở đây thiết kế không tốt cũng như số lượng nhiều dẫn đến quá tải và làm chất thải phát tán ra môi trường nước ngầm

Bảng 1.1: Kết quả phân tích một số chỉ tiêu nguồn nước ngầm

tính

Nước giếng

P Linh Trung, Q.Thủ Đức

QCVN 02-2009 BYT

1 Màu sắc TCU Không màu 15 15

2 Mùi vị - Không có mùi

1.5 TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ XỬ LÝ NƯỚC HỘ GIA ĐÌNH

Thông thường các thiết bị xử lý nước quy mô hộ gia đình là các thiết bị đòi hỏi nguồn nước đầu vào phải sạch như nước thủy cục hoặc nước qua xử lý sơ bộ Thiết bị xử lý nước càng ít ô nhiễm thì tổi thọ càng lâu

1.5.1 Thiết bị lọc nước bằng gốm

Hình 1.3: Thiết bị lọc nước bằng gốm

- Nguyên lý và cấu tạo:

 Nước cần lọc cho vào khay lọc của thiết bị

 Nước sẽ được lọc qua bộ lọc gốm, chất bẩn được giữ trên bề mặt hoặc trong

lỗ mao quản của bộ lọc gốm Vì lỗ lọc có đường kính rất nhỏ 0,2 micromet nên có thể tiêu diệt được các loài vi khuẩn và giữ các cặn bẩn trong nước

 Tiếp đến, nước được xử bằng bộ lọc 5 tầng Tầng 1 là than hoạt tính để khử mùi lạ trong nước Tầng 2 là cát khoáng chất (Zeolite) Tầng 3 là cát tinh

khiết (Silicat) Tầng 4 là hạt trao đổi ion (Rezin) Tầng 5 là các khoáng vô

6 Bình lọc nước Nissan King 300.000 đồng

7 Bình lọc nước Kangaroo JY2000B 600.000 đồng

- Ưu điểm

 Thiết bị rẻ, dễ sử dụng và sửa chữa

 Thiết kế gọn, nhẹ, phù hợp để lọc nước cho hộ gia đình

 Chất lượng nước đầu vào cần đảm bảo sạch trước khi vào thiết bị

1.5.2 Thiết bị lọc nước tại vòi

Hình 1.4: Thiết bị lọc nước tại vòi

- Nguyên lý và cấu tạo:

 Thiết bị được lắp trực tiếp vào vòi nước và có 2 cấp độ để người dùng chọn (Lọc và không lọc)

 Thiết bị có cấu tạo đơn giản với một quả lọc chứa nhiều lớp vật liệu lọc ở trong Tùy vào từng nhà sản xuất thì cấu tạo của quả lọc lại khác nhau

Hình 1.5: Thiết bị lọc nước tại vòi Panasonic TK CJ21 PN Nhật Bản

Thiết bị lọc nước tại vòi Panasonic TK CJ21 PN Nhật Bản có cấu tạo lõi lọc gồm: Công suất lọc là 2000 lít nước cho mỗi lõi lọc, có đồng hồ báo hiệu thời gian thay lõi lọc Màng lọc bằng vải, than hoạt tính dạng hạt, than hoạt tính dạng bột, lớp sợi rỗng có kích thước 0,1 micromet Giá: 2.500.000 đồng

Hình 1.6: Thiết bị lọc nước Cleansui Mitsubishi Rayon

Thiết bị lọc nước Cleansui Mitsubishi Rayon: Công suất lọc là 900 lít nước cho mỗi lõi lọc Cấu tạo của quả lọc gồm 3 lớp: Lớp sứ đặc biệt, lớp than hoạt tính, lớp màng lọc sợi rỗng

Hình 1.7: Thiết bị lọc nước Torayvino MK303-EG

Thiết bị lọc nước Torayvino MK303-EG: Công suất lọc là 1.500 lít nước cho mỗi lõi lọc Cấu tạo của quả lọc gồm 2 lớp: than hoạt tính, lớp màng lọc sợi rỗng

- Ưu điểm:

 Đơn giản, dễ thay thế bộ lọc

 Giá thành rẻ

 Không sử dụng điện năng nên có thể sử dụng khi mất điện

 Có khả năng lọc được các hợp chất halogen trong nước như: trihalogenmethan, tetrachloroethylen, dibromochloromethane…

 Thời gian thay quả lọc lâu (từ 7-8 tháng)

- Nhược điểm:

 Các thiết bị này được kiến nghị chỉ sử dụng với nước máy Trong khi nguồn nước máy đã tương đối sạch về mặt hóa lý và vi sinh

 Nguồn nước đầu vào đòi hỏi có áp lực khá cao (lớn hơn 70KPA)

 Không có khả năng xử lý các virut, vi khuẩn kích thước nhỏ

 Chi phí thay các quả lọc khá cao (500 – 700 nghìn đồng)

5 VINA WATER (Việt Nam) 1.200.000 đồng

6 Eurolife (Việt Nam) 412.000 đồng

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ

Ống chứa vật liệu xúc tác quang quan trọng trong thiết bị xử lý vì vậy ống cần có những đặc điểm sau:

 Vật liệu làm ống phải đảm bảo ánh sáng có khả năng truyền qua tốt

 Đường kính ống phải đảm bảo để ánh sáng tiếp xúc với toàn bộ vật liệu

 Chiều dài ống đảm bảo thời gian lưu có hiệu quả xử lý tốt nhất

2.1.1.1 Lựa chọn vật liệu làm đường ống chứa vật liệu xúc tác quang

Vật liệu trong suốt có thể làm đường ống chứa vật liệu xúc tác quang Ag-TiO2-SiO2

trên thị trường khá nhiều loại đạt yêu cầu cho ánh sáng truyền qua (Bảng 2.1) Ta thấy sử

dụng vật liệu Acylic thì cho hiệu quả ánh sáng truyền qua tốt nhất, dễ chế tạo, rẽ tiền và khó vỡ Tuy nhiên, các vật liệu từ polymer này tuổi thọ thấp, dễ bị trầy xước trong quá trình vận chuyển dẫn đến làm giảm lượng ánh sáng truyền qua, dễ bị oxi hóa bởi gốc hydroxyl (OH) từ quá trình xúc tác quang của Ag-TiO

2-SiO2 dẫn đến giảm hiệu quả xử

lý và hình thành nhiều chất không mong muốn Vì vậy, vật liệu thủy tinh (SiO2) được xem

là lựa chọn tốt nhất vì đảm bảo tuổi thọ cao và trơ về hóa học với gốc hydroxyl (OH)

Bảng 2.1: Bảng hiệu suất ánh sáng truyền qua của một số vật liệu trong suốt tính theo cường độ bức xạ mặt trời (W/m 2) với bước sóng từ 400 – 700 nm (McMahon,

1990)

1 Thủy tinh (SiO2) 93

2 Polyethylen (PE) 68

3 Polycarbonate (PC) 78

4 Acrylic (PMMA) 95

2.1.1.2 Lựa chọn đường kính và chiều dài ống chưa vật liệu

Theo kết quả nghiên cứu của Hoang Thi Tuyet Nhung (2014), chọn đường kính ống

là 20 mm và chiều dài ống là 800 mm Để ánh sáng có thể xuyên qua và tiếp xúc với các lớp vật liệu thì đường kính ống phải thiết kế thích hợp Ống chọn có đường kính trong là

20 mm Ngoài ra độ dày của ống thủy tinh cũng là một yếu tố quan trọng Độ dày càng nhỏ thì độ truyền sáng càng cao, hiệu suất phản ứng càng cao Lựa chọn độ dày ống thủy tinh bằng 1mm là thích hợp

Chiều dài ống thủy tinh là yếu tố ảnh hưởng đếnvận tốc nước hay lưu lượng Với cùng thời gian lưu nước, ống càng dài thì thời gian lưu càng lâu và ngược lại Ống càng ngắn thì số lượng ống càng nhiều để cung cấp đủ lưu lượng, nên làm tăng số lượng co và các đầu nối vào thiết bị Từ đó, thiết bị trở nên phức tạp và khó kiểm soát lưu lượng đầu vào và đầu ra của thiết bị Vì vậy, chọn chiều dài đường ống 800 mm là thích hợp

Bảng 2.2: Thông số ống thủy tinh chứa vật liệu của thiết bị

2.1.2.1 Lựa chọn hình dạng máng

Hai kiểu máng ta có thể xem xét thiết kế là máng parabol đơn và máng parabol kép Hai loại máng này đang được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị nước nóng khi tập trung một lượng nhiệt lớn vào ống Máng parabol kép được chọn để tăng hiệu quả xúc tác quang của Ag-TiO2-SiO2 vì nó có những ưu điểm: không tạo ra hình ảnh tập trung mà khuếch tán đều năng lượng ra mọi điểm của ống, năng lượng photon được khuếch tán đồng đều trên bề mặt hấp thụ, sử dụng cả năng lượng trực tiếp và bức xạ nên mang lại hiệu quả tiếp nhận năng lượng cao cả khi trời mây và có thể thu được năng lượng cố định tại mọi góc

chiếu của ánh sáng mặt trời (Keane et al 2014)

Hình 2.1: Biểu diễn hình học đường truyền tia sáng mặt trời có góc tới bất kỳ tới ống

thủy tinh có máng phản xạ parabol kép