33 Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 63(6) 6 2021 Đặt vấn đề Mặt đường hấp thụ khí thải có sử dụng chất xúc tác quang hóa Titan dioxit (TiO2) đã và đang được nghiên cứu, triển khai áp dụng tại nhiều nước[.]
Khoa học Kỹ thuật Công nghệ DOI: 10.31276/VJST.63(6).33-36 Mặt đường hấp thụ khí thải đề xuất áp dụng Việt Nam Nguyễn Văn Nam*, Vũ Đức Sỹ, Phạm Huy Khang Trường Đại học Giao thông Vận tải Ngày nhận 15/1/2021; ngày chuyển phản biện 18/1/2021; ngày nhận phản biện 22/2/2021; ngày chấp nhận đăng 26/2/2021 Tóm tắt: Mặt đường hấp thụ khí thải có sử dụng phụ gia chất xúc tác quang hóa Titan dioxit (TiO2) nghiên cứu áp dụng nhiều nước tiên tiến giới Tuy nhiên, đến loại mặt đường chưa nghiên cứu áp dụng Việt Nam Bài báo trình bày kết nghiên cứu cho loại mặt đường bê tông nhựa hấp thụ khí thải thực điều kiện thực tiễn để đưa đề xuất kiến nghị việc áp dụng loại mặt đường Việt Nam Từ khóa: bê tơng nhựa (BTN), mặt đường hấp thụ khí thải, phụ gia xúc tác quang hóa Chỉ số phân loại: 2.1 Đặt vấn đề Mặt đường hấp thụ khí thải có sử dụng chất xúc tác quang hóa Titan dioxit (TiO2) nghiên cứu, triển khai áp dụng nhiều nước tiên tiến giới Mỹ, Nhật Bản, Hà Lan, Bỉ, Anh… Đây loại mặt đường đại, có khả hấp thụ phân hủy phần lớn khí thải độc hại phương tiện giao thông giới phát thải khí NOx (NO NO2), CO hợp chất hữu dễ bay (VOCs) [1] Các lợi ích mặt mơi trường mặt đường bề mặt có sử dụng TiO2 việc hấp thụ phân hủy khí thải khẳng định nghiên cứu phòng thí nghiệm ngồi trường nhiều nước châu Âu, nơi mà có triệu mét vng bề mặt hấp thụ khí thải xây dựng, có triệu mét vng mặt đường hấp thụ khí thải Hiệu hấp thụ phân hủy khí NOx cơng bố lên đến 60%, hiệu phụ thuộc vào điều kiện môi trường công nghệ áp dụng để phân tán TiO2 vào bề mặt mặt đường Tại Mỹ, mặt đường hấp thụ khí thải sử dụng TiO2 áp dụng với mặt đường bê tông xi măng (BTXM), bề mặt ghép khối vỉa hè nơi đỗ xe, bê tông rỗng lớp bê tông nhựa (BTN) tạo nhám bề mặt [1] Ví dụ tuyến đường có sử dụng mặt đường hấp thụ khí thải Mỹ tuyến Cermak Chicago, tuyến Route 141 gần thành phố St Louis bang Missouri, đại lộ Blue Island Chicago có đường cho xe đạp với lớp mặt hấp thụ khí thải xây dựng xong vào tháng năm 2013 mệnh danh tuyến đường phố xanh nước Mỹ Tại Bỉ, mặt đường hấp thụ khí thải áp dụng tỉnh Antwerp cho 10.000 m2 mặt đường đỗ xe tuyến đường trục Leien of Antwerp xây dựng vào năm 2004-2005 khối BTXM có lớp phủ BTXM TiO2 dày từ đến mm Sau áp dụng loại mặt đường này, lượng khí thải NOx đo giảm từ 20 đến 70% Ngoài ra, đường hầm Leopold II * thành phố Brussels áp dụng lớp phủ xi măng TiO2 bề mặt hầm gồm vách mái hầm với diện tích khoảng 2.700 m2 để xử lý khí thải phương tiện giao thông phát thải lưu thông hầm [2] Tại Nhật Bản, cơng nghệ mặt đường hấp thụ khí thải áp dụng thí điểm với 14 địa điểm nhiều năm qua Một tuyến đường áp dụng thí điểm tuyến đường vành đai số thủ đô Tokyo với diện tích mặt đường hấp thụ khí thải khoảng 300 m2 Kết quan trắc cho thấy, lượng NOx bị hấp thụ phân hủy khu vực thí điểm ước tính đạt từ 50 đến 60 mg ngày hàm lượng tương đương với lượng NOx phát thải 1.000 ô tô qua [3] Hà Lan triển khai áp dụng mặt đường hấp thụ khí thải cho số nơi thành phố Hengelo có xây dựng khối BTXM TiO2 để lát đường Tại Ba Lan, thành phố Nowa Sól xây dựng đường xe đạp có mặt đường hấp thụ khí thải vào năm 2012 Tại Anh, mặt đường hấp thụ khí thải áp dụng cho tuyến đường Kendal’s High Street thị trấn Kendal, hạt Cumbria Tuy vậy, loại mặt đường hấp thụ khí thải chưa nghiên cứu áp dụng Việt Nam Hiện nay, nhiễm khơng khí, đặc biệt khí thải phương tiện giao thông giới gây đô thị lớn nước ta Hà Nội TP Hồ Chí Minh mức báo động, gây ảnh hưởng lớn tới môi trường sức khỏe người dân đô thị Do vậy, việc nghiên cứu đề xuất loại mặt đường vừa đảm bảo tính khai khác tốt lại có khả hấp thụ phân hủy khí thải cho Việt Nam có ý nghĩa lớn mơi trường bảo vệ sức khỏe cho người dân Bài báo trình bày kết nghiên cứu loại mặt đường BTN hấp thụ khí thải thực điều kiện thí nghiệm Việt Nam, từ đưa đề xuất kiến nghị việc áp dụng loại mặt đường cho đô thị lớn nước ta Tác giả liên hệ: Email: ngvnamgtvt@yahoo.com 63(6) 6.2021 33 dụng lĩnh vực môi trường xử lý khí thải, phân hủy hợp chất hữu Khoa học Kỹ thuật Công nghệ độc hại,dụng xử lýtrong nước,các diệt khuẩn lĩnh vực [3, môi4] trường xử lý khí thải, phân hủy hợp chất hữu Cơ quang xúc vàmơi hấptrường thụ thảixử đường có hủy sử dụng TiOchất dụng lĩnh vực lý khí phân hữu độcchế hại, xử lý nước, diệt khuẩn [3,khí 4].như dụng lĩnhtác vực mơi trường xửcủa lý mặt khí thải, thải, phân hủy hợp hợp chất hữu cơ dụng dụng trong các lĩnh lĩnh vực vực môi môi trường trường như xử xử lý lý khí khí thải, thải, phân phân hủy hủy các hợp hợp chất chất hữu hữu cơ dụng lĩnh vực mơi trường xử lý khí thải, phân hủy hợp chất hữu chiếu Khi mặt đường có sử dụng phụ gia chất xúc tác quang hóa TiO độc hại, xử lý nước, diệt khuẩn [3, 4] dụng lĩnh vực môi trường xử lý khí thải, phân hủy hợp chất hữu Cơ chế quang xúckhuẩn tác hấp thụ khí thải mặt đường có sử dụng TiO độc độc hại, hại, xử xử lý lý nước, nước, diệt diệt khuẩn khuẩn [3, [3, 4] 4] độc hại, xử lý nước, diệt [3, 4] độc hại, xử lý nước, khuẩn 4] ánh thích códiệt thể tạo loạt quy giống phảnhóa ứng oxy hố Cơ quang xúc tácra và[3, hấp thụ khí thải đường có sử dụng TiO độcsáng hại,Khi xửchế lý hợp nước, diệt [3, 4] chiếu mặt đường cókhuẩn sử dụng phụ gia làtrình chấtcủa xúcmặt tácnhư quang TiO Cơ TiO Cơ chế chế quang quang xúc xúc tác tác và hấp hấp thụ thụ khí khí thải thải của mặt mặt đường đường có có sử sử dụng dụng TiO 222 Cơ chế quang xúc tác hấp thụ khí thải mặt đường có sử dụng TiO Cơ chế quang xúc tác hấp thụ khí thải mặt đường có sử dụng TiO loạt quy trình giống phản ứng oxy hoá khử phân tử khử vàbằng phân tửmặt ởquang dạng chuyển tiếp cóphụ oxy hố khử mạnh là2ứng chiếu Khi đường cócó sử dụng gianăng thải chất xúc tác quang hóa TiO 2dụng Cơsáng chế xúc tácthể vàtạo hấp thụ khí mặt đường cóTiO sử TiO ánh thích hợp rakhả loạt quy trình giống phản oxychiếu hố Khi chiếu Khi mặt mặt đường đường có có sử sử dụng dụng phụ phụ gia gia là chất chất xúc xúc tác tác quang quang hóa hóa TiO TiO 222 được chiếu Khi mặt đường có sử dụng phụ gia chất xúc tác quang hóa TiO dạng chuyển tiếp có khả oxy hoá khử mạnh TiO chiếu Khi mặt đường có sử dụng phụ gia chất xúc tác quang hóa TiO chất xúc tác quang hóa mạnh nên chiếu ánh sáng mặt trời có tia cực tím (UV) ánh sáng thích hợp tạo loạt quy trình giống phản ứng oxy hố Khi mặt đường cócó sửchuyển dụng phụ gia làkhả chất xúc tácgiống quang hóa TiO 2ứng khử phân tử ởhợp dạng tiếpmột có loạt oxy hoá khử mạnh TiO làchiếu ánh sáng thích thể tạo quy trình phản oxy hố ánh sáng thích hợp có tạo loạt quy giống phản ứng ánhxúc sángtác thích hợp hóa thể tạo ranên mộtkhi loạtđược quy trình trình giống phản ứng oxy oxy hố hố chất quang mạnh chiếu ánh sáng mặt ánh sáng thích hợp tạo loạt quy trình giống phản ứng oxy hố với bước sóng nhỏ 390 nm, lượng photon ánh sáng (hv) lớn khử phân tử dạng chuyển tiếp có khả oxy hố khử mạnh TiO ánh sáng thích hợp tạo loạt quy trình giống phản ứng oxy hố chất xúc tácphân quangtửhóa mạnhchuyển nên khitiếp chiếu ánh sáng mặt khử trời có tia cực tím (UV) khử dạng có khả oxy hố mạnh TiO khửtrời các phân tử ởtím dạng chuyển tiếp có sóng khả năng oxy hố khử mạnh TiO 222 là một có tia cực (UV) với bước nhỏ 390 nm, khử phân tử dạng chuyển tiếp có khả oxy hoá khử mạnh TiO khử phân tử dạng chuyển tiếp có khả oxy hố khử mạnh TiO là(UV) kích điện từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn lượng vùng cấm TiO chất xúc tác quang hóa mạnh nênkhi khitiếp chiếu ánh sáng mặt trời có tia cực tím khử bước phân dạng chuyển cótử khả oxymơi hố khử mạnh TiO hóa với sóng nhỏtử 390 thích nm, lượng photon ánh sáng (hv) lớn 2khí(UV) chất tác mạnh nên chiếu ánh sáng mặt trời tia cực dụng vực thải, phân lượng photon sáng (hv) lớnlĩnh lượng vùng chấtđóxúc xúc tác quang quang hóa mạnhánh nên chiếu ánh sáng mặttrường trời có cónhư tia xử cựclýtím tím (UV) chất xúc tác quang hóa mạnh nên chiếu sáng mặt trời có tia cực tím (UV) – + ánh chất xúc tác quang hóa mạnh nên chiếu ánh sáng mặt trời có tia cực tím (UV) tạo điện tử (e )nhỏ ởcủa vùng dẫn lỗ trống (h ) ánh ởvùng vùng hố trị, thể vớicấm bước sóng nhỏ 390 nm, lượng photon ánh sáng (hv) lớn chất xúc tác quang hóa mạnh nên chiếu sáng mặt trời có tia cực tím (UV) kích thích điện tử từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn lượng vùng cấm TiO sẽ kích thích điện tử từ hóa trị nhảy lên TiO với bước sóng 390 nm, lượng photon ánh sáng (hv) lớn xử lýlượng nước,photon diệt khuẩn 4].(hv) lớn với bước bước sóng sóng nhỏ nhỏ 390 390 nm, nm,độc hại, năng ánh [3, sáng với lượng photon ánh sáng (hv) lớn –đó + lớn với bước sóng nhỏ 390 nm, lượng photon ánh sáng (hv) –TiO + vùng * phản ứng sau [3, 4]: kích thích điện tử từ hóa trị nhảy lên vùng dẫn lượng vùng cấm vớivùng bước sóng nhỏ nm, lượng photon ánh (hv) lớn ) Cơ ởnăng vùng dẫn vàxúc lỗ trống (h thể )khí điện tử (e 2vùng Van Nam Nguyen , Duc Sy Vu, Huy Khang Pham tạo cácdẫn điệntạo tử (e ) ở390 dẫn lỗđiện trống (h )vùng ởtác vùng hoá trị, kích thích tử từ hóa trị nhảy lên vùng dẫn lượng chế quang vàsáng hấp thụ thải mặt đư kích thích điện tử từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn lượng vùng vùng cấm cấm của –TiO TiO222 sẽ kích thích điện tử từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn lượng vùng cấm TiO + kích thích điện tử từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn lượng vùng cấm TiO vùng hoá trị, thể phản ứng sau [3, 4]: 2vùng – + tạo điện tử (e ) dẫn lỗ trống (h ) vùng hoá trị, thể (1) kích thích điện tử từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn tác qu lượng vùng cấm TiO phảnraứng sau [3,tử4]:(e––) 2vùng dẫn Khi +có tạo điện lỗ trống (h University of Transport and Communications ) vùng hoá trị, thể mặt đường sử dụng phụ gia chất xúc + tạo ra các điện điện tử tử (e (e–)) ở vùng vùng dẫn dẫn và các lỗ lỗ trống trống (h (h+)) ở vùng vùng hoá hoá trị, trị, thể thể hiện bằng tạo + –) vùng dẫn lỗ trống (h+) vùng hoá trị, thể tạo điện phảnra ứng sau [3,tử 4]:(e O),) trống (hhiện ) Như biết, khơng khí códẫn nhiều nước (H2(h tạo rađã điện tử4]: (e ) vùng vàánh cácsáng lỗ trống ởcóvùng hốlỗ trị, thểloạt (1) (1) phản ứng sau [3, thích hợp thể tạo quy trình giố Received 15 January 2021; accepted 26 February 2021 phản ứng ứng sau sau [3, [3, 4]: 4]: phản phản ứng sau [3, 4]: + (1) phản ứng trực tiếp H 2O để tạo gốc hydroxyl ) có hoạt tính oxy hóa sauđã[3, 4]:với O), lỗ trống (h ) Như biết, khơng khí có nhiều nước (H (1) khửkhí vàcó cácnhiều phân tử ởnước dạng(H chuyển tiếp có khả O), Như biết, không (1)oxy ho Abstract: (1) + (1) + + O), lỗ trống (h Như biết, khơng khí có nhiều nước (H cao có theo ứng 4]: (1) thểphản phản ứngdưới trực)trong tiếp[3, với H2chất O đểxúc tạotrực quang gốc hydroxyl ) córahoạt tính oxy (h hóa)) phản tiếp với O2O), đểnên tạo gốc lỗ trống (h trống Như khơng khí có (H tác hóaHmạnh mặ 22O), O), lỗ lỗchiếu trốngánh (h+++sáng Như biết, biết, khơng khíứng có nhiều nhiều nước nước (H lỗ trống (h )) Như biết, khơng khí có nhiều nước (H The pollution-absorbing pavement using titanium +) lỗ trống (h Như khơng khí có nhiều nước 2O), phản ứng trực tiếp với H[3, O để tạo gốc hydroxyl )) có hoạt tính oxy hóa ) cótiếp hoạt tính oxy hóa cao theo(H phản ứng ( biết, lỗ (2) trống (h ) Như biết, khơng khí cótạo nhiều nước (H 2với 2O), hydroxyl cao phản theo phản ứng 4]: có hoạt tính oxy hóa ứng trực với H O để gốc hydroxyl bước sóng nhỏ 390 nm, lượng photon án thể phản ứngcác trựclĩnh tiếpvực với mơi H22O Otrường để tạo tạo gốc gốc hydroxyl dioxide (TiO2) photocatalyst additive has been studied có phản ứng trực tiếp với H để hydroxyl có hoạt tính oxy hóa dụng xử hydroxyl lý khí thải, phân))) có hủyhoạt cáctính hợp oxy chấthóa hữu phản ứng trực tiếp với H để tạo gốc có hoạt tính oxy hóa [3, 4]: 2O cao theo phản ứng [3, 4]: Trong không khí có nhiều ơxy, ơxy khơng khí nhận điện phản ứng trực tiếp với H O để tạo gốc hydroxyl ) có hoạt tính oxy hóa 2lượng theo phản ứng [3, 4]: and applied in many developed countries around the từ vùng vùng cấm TiO2 kích thích điện tử (2) cao cao theo phản ứng [3, 4]: cao [3, 4]: độctheo hại,phản xử lýứng nước, diệt khuẩn [3,–4] cao theo phản ứng [3, 4]: – ion superoxit(2) (2) world However, this type of pavement has not tử been (e–) ởrất dẫn tạo thành ion superoxit (O ) Phản ứng tạo sau rấtvùng cao Trong theo phản ứng [3, 4]: khơng khí cótạo nhiều ôxy, tử vậy(eôxy (2) điện ) vùng khơng dẫn khí cácsẽlỗnhận trốngđiện (h+) vù (2) (2) Cơ chế quang xúc tác hấp thụ –khí thải mặt đường có sử dụng TiO studied and applied in Vietnam until the present [3, This (2) – 4]: tử (e ) Trong Trong khơng khí cóphản nhiều ơxy, ơxy khơng khí sẽ nhận nhận điện (2) vùngkhơng dẫn tạokhí thành ion superoxit (O ).do Phản ứng tạotrong ionkhông superoxit nhưđiện sau ứng sau 4]:vậy 2[3, có nhiều ơxy, ơxy khơng khí Trong khơng khí có nhiều ơxy, ơxy Trong khơng khí có nhiều ơxy, ơxy khơng khí nhận điện paper presents the research results for the pollutionđược chiếu Khi mặt đường có sử dụng phụ gia chất xúc tác quang hóa TiO Trong khơng khí có nhiều ơxy, ơxy khơng khí nhận điện – ơxy khơng khí – không nhiều ôxy, nhận – ion – –) Trong tử (e (e ởsẽvùng vùng dẫn tạokhí thành superoxit (Odo ).vậy Phản ứng tạo ra ion(O superoxit nhưđiện sau khơng khí cóvùng nhiều ơxy, ơxy khơng khí nhận điện 2– 4]: ) ion ởcó dẫn tạo thành ion superoxit ).sẽ (3) khí nhận điện tửthành (e tử )) Trong dẫn superoxit (O Phản ứng tạo superoxit sau 2– – ) absorbing asphalt pavement carried out in Vietnamese [3, tử (e (e–––bằng vùng vùng dẫn tạo tạo thành ion superoxit (O ).loạt Phản ứng tạo giống ion ion superoxit oxy sau hố 2– ) ánh sáng thích hợp tạo quy trình phản ứng tử ) dẫn tạo thành ion superoxit (O Phản ứng tạo ion superoxit sau – ).4]: –) vùng tử (e dẫn tạo thành ion superoxit (O Phản ứng tạo ion superoxit sau Phản ứng tạo ion superoxit sau [3, [3, 4]: Ion superoxit tạo từ phản ứng (3) tham gia vào số phản ứng khác tử (e ) vùng dẫn tạo thành ion superoxit (Ođã2 ) Phản ứngkhơng tạo khí ion có superoxit nhưnước sau (3) (H2O conditions to provide proposals and recommendations [3, Như biết, nhiều 4]: [3, 4]: 4]: khử phân tử dạng chuyển tiếp có khả oxy hoá khử mạnh TiO [3, [3, 4]: for the application of this pavement in Vietnam để tạo (3) gốcsuperoxit hydroxylđược ( ) sau [3, 4]: [3,thêm 4]: Ion tạo racó từ thể phản ứngứng (3) tham phản ứnghydroxyl khác (3) (3) phản trực tiếpgia vớivào H 2O đểsố tạo gốc (3)(UV) chất xúc tác quang hóa mạnh nên chiếu ánh sáng mặt trời có tia cực tím (3) (3) Ion superoxit tạo từ phản ứng (3) tham gia vào số phản ứng khác (4) (3) Keywords: asphalt concrete (AC), photocatalyst additive, để tạo thêm gốc hydroxyl ( ) sau [3, 4]: Ion superoxit tạo từ phản ứng (3) tham gia vào số phản ứng khác cao theo phản ứng [3, 4]: Ion superoxit tạo từ phản ứng (3) tham gia vào Ion superoxit tạo390 từ từ phản ứng (3) sẽlượng thamphoton gia vào vàoánh mộtsáng số phản phản ứng khácnăng vớiIon bước sóng nhỏ nm, (hv) lớn superoxit tạo phản ứng (3) tham gia số ứng khác Ion superoxit tạo từ phản ứng (3) tham gia vào số phản ứng khác pollution-absorbing pavement sau [3, 4]: để số tạophản thêm gốc hydroxyl Ionthêm superoxit tạo((rarathêm từ))phản ứng (3)4]: tham gia vào một[3, số phản(5) ứng khác (4) để tạo hydroxyl sau [3, ) ứnggốc khác để tạo gốc hydroxyl )) như sau [3, để tạo thêm gốc hydroxyl (( kích thích các4]: điện( tử từ vùngsau hóa trị4]: nhảy lên vùng dẫn lượng vùng cấm TiO sau [3, 4]: để tạo thêm gốc hydroxyl để tạo thêm gốc hydroxyl ( ) sau [3, 4]: (4) ) sau [3, 4]: khí để tạo thêm gốc hydroxyl ( (6) (4) Classification number: 2.1 (5) không nhiều ôxy, ôxy tron (4) (4) tạo điện tử (e–) vùng dẫnTrong lỗ trống (h+) ởcóvùng hố trị, thể (4) (4) – – (5) (4) (6) tử (e ) vùng dẫn tạo thành ion superoxit (O(7) (5) (5)ứng tạ phản ứng sau [3, 4]: (5) ) Phản (5) (5) (6) (5) (8) (7) [3, 4]: (6) (6) (1) (6) (6) – (6) (7) (6) Cả gốc hydroxyl ) ion superoxit (O2 ) tạo từ phản ứng nêu Nội dung nghiên cứu mơ hình thí nghiệm (8) (7) (7) (h+) Như biết, khơng khí có nhiều nước (H2O), lỗ trống (7) (7) (7) – phản ứng oxy hố (8) (7) gia có tính oxy hóa mạnh, chúng tham gia vào khử để Ion superoxit từ tham hydroxyl superoxit (O2được ) tạotạo từ cácphản phản ứng(3) nêu (8) Chất xúc tác quang hóa TiO2 cóCả thểgốc phản ứng trực tiếp )vớivàHion ) cóứng hoạt tính oxy (8) hóa 2O để tạo gốc hydroxyl (8) – (8) Cả hydroxyl vàtạo ion superoxit (O )giới tạocác ra(phản từthải phản ứng (8) (8) phân hủy phầnCả lớngốc cáchydroxyl khí thải phương tiện giao thơng cơ2–vào phát thêm gốcgia hydroxyl )ứng sau [3,nêu 4]: tính oxy hóa rấtứng mạnh, córa4]: thể tham oxy hố khửtrên để ))) để superoxit rấtCả caogốc theo phản dướichúng [3, Cả gốc hydroxyl ion ion superoxit (O (O222–––))) tạo tạo ra từ từ các phản phản ứng ứng nêu nêu trên TiO2 chất bột màu trắng bền nhiệt, khơng độc giá thành có gốc hydroxyl )) ion superoxit (O tạo từ phản ứng nêu –) tạo từ phản ứng nêu Cả gốc hydroxyl ion superoxit (O (NO NO ) động phương tiện phát Nếu khơng khí có khí NO có tính oxy hóa mạnh, chúng tham gia vào phản ứng oxy hoá khử để Cả gốc hydroxyl ) ion superoxit (O ) tạo từ phản ứng nêu x 2 phân hủy phần lớn khí thải phương tiện giao thơng giới phát thải – tính oxy hóa thể ứng oxy phù hợp nên sử dụng rộng rãi đời sống hàng ngày TiO2 ( )chúng ioncó (O2vào ) tạo từ phản có có Cả tínhgốc oxyhydroxyl hóa rất mạnh, mạnh, chúng cósuperoxit thể tham tham gia gia vào cácraphản phản ứng oxy hoá hoá khử khử để để (2) có tính oxy hóa mạnh, chúng có tham gia vào phản ứng oxy hoá khử để – thể có tính oxy hóa mạnh, chúng tham gia vào phản ứng oxy hoá khử để thảinó chúng bị phân hủy thành ion NO theo phản ứng [5]: phân hủy phần lớn khí thải phương tiện giao thơng giới phát thải có tính oxy hóa mạnh, chúng tham gia vào phản ứng oxy hoá khử để (NO NO ) động phương tiện phát Nếu không khí có khí NO dùng nhiều cơng nghiệp chất độn, cụ thể x phân hủy phần lớn khí thải phương tiện giao thơng giới phát thải ứng nêu trênlớnđều oxy hóa tiện mạnh, chúng có tham gia khí Trong khơng khí có nhiều ơxy, ơxy khơng phân hủy phần cáccó khítính thải phương phương giao thông thể giới phát thải nhận điện phân hủy phần lớn khí thải tiện giao thông giới phát thải phân hủy phần lớn khí thải phương tiện thơng giới phát thải –giao dùng nhiều sơn, mỹ phẩm, men gốm sứ… Năm 1972, thải (NO NO ) động phương tiện phát Nếu khơng khí có khí NO phân lớn khí thải phương tiện hủy giao thông cơđộng giới thải phản vào cácphần phản oxy hố khử để lớn khí rahủy chúng sẽứng bị phân hủy thành ionxxphân NO theophần ứngphát dướithải đâyra [5]: (NO tiện có 2) tử Nếu (e–) ởtrong vùngkhơng dẫn tạokhí thành ion4NO superoxit ) Phản tạocơ ion superoxit sau (NO3–(O và2–NO NO doứng động cơra phương phương tiện phát phát Nếu khơng khí có khí khí NO (NO NO )) do động phương tiện phát Nếu khơng khí có khí NO xx (NO 22) NO động phương tiện Nếu khơng khí có khí NO Fujishima Honda phát khả quang xúc tác thảidoraphương xphát 2) phản tiện giao thông giới thải – chúng bị phân hủy thành ion NO theo ứng [5]: (NO NO động phương tiện phát phát Nếu khơng khí có khí NO x NO3–– theo phản ứng [5]: thải chúng bị phân hủy thành ion [3,thì 4]:chúng thải ra chúng sẽ bị bị phân phân hủy hủy thành thành ion ion NO NO theo các phản phản ứng ứng dưới đây [5]: [5]: 33– theo TiO2 Sự kiện đánh dấu bắt đầu kỷ nguyên thải thải chúng bị hủy thành ion NO phản ứng 3– theo thải ra thì chúng khơng bị phân phânkhí hủy có thành ion NO(NO cácNO phản ứngđộng [5]: [5]: theo ) Nếu khí NO x (3) ứng dụng quang xúc tác vật liệu TiO2 [3, 4] 44 – 4bị phân hủy thành ion NO3 – phương tiện phát thải chúngCảsẽgốc hydroxyl ) superoxit tạo ) khác Ion superoxit tạo từ phản (3) tham gia vàoion số phản(O ứng ứng Pollution-absorbing pavement and proposals for the application in Vietnam TiO2 có hoạt tính xúc tác quang cao, khơng độc hại với người mơi trường, trơ mặt hóa học hồn tồn ứng dụng mơi trường tự nhiên chế phản ứng quang hóa xảy tác dụng nguồn chiếu xạ tia tử ngoại tự nhiên từ ánh sáng mặt trời TiO2 tinh thể thường tồn ba dạng thù hình Anatase, Rutile Brookite Trong đó, dạng thù hình Anatase có hoạt tính quang hố mạnh Với hoạt tính quang xúc tác cao nên vật liệu TiO2 ứng dụng lĩnh vực mơi trường xử lý khí thải, phân hủy hợp chất hữu độc hại, xử lý nước, diệt khuẩn [3, 4] Cơ chế quang xúc tác hấp thụ khí thải mặt đường có sử dụng TiO2 Khi mặt đường có sử dụng phụ gia chất xúc tác quang hóa TiO2 chiếu ánh sáng thích hợp tạo 63(6) 6.2021 theo phản ứng [5]: để tạo thêm gốc hydroxylđều ( có )tính nhưoxy sauhóa [3, 4]: mạnh, chúng tham gia vào (9) (9) (9) phân hủy phần lớn khí thải phương tiện giao thông (4) (10) (10) (10) ) đ Nếu khơng khí có khí NOx (NO NO (9) (5) – Các ứng bị hút bám lại bề mặt đường – Các ion ion NO NO33– – tạo tạo ra từ từ phản phản ứng bị hút bám lại bề mặt đường thải chúng bị bị hút phânbám hủy lại thành ion (6) phản theo (10) Cácnhanh ion NO tạo racótừnước phảnra ứng trênnước bềNO bị trơi chóng mưa rửa đường bề mặt đường bị rửa rửa trơi nhanh chóng có nước mưa nước rửa đường bề mặt đường – mặtCác đường 3sẽ tạo bị rửa nhanh chóng nước mưabềhoặc ion NO từtrơi phản ứng bịkhi hútcó bám lại mặt đường (7) Nếu khơng khí có khí CO Nếu khơng khí có khíđường CO do động động cơ phương phương tiện tiện phát phát thải thải ra chúng chúng sẽ bị bị nước rửa đường bề mặt bị rửa trơi nhanh chóng có nước mưa nước rửa đường bề mặt đường (8) xử lý lý theo theo phản phản ứng ứng dưới đây [6]: [6]: xử – Nếu khí khíkhí CO doion động phương tiện phát bị NếuCả khơng khícócó CO dosuperoxit động cơ(Ophương tiệnthải phátra chúng sẽnêu gốckhông hydroxyl ) ) tạo từ phản ứng(11) CO CO (11) racóchúng bị xử lý theo phản ứng [6]: xử thải lýđều theo phản ứng [6]: tính oxyứng hóa mạnh, chúng tham gia vào phảnmột ứng oxy hố khử để Ngồi Ngồi phản phản ứng (11) (11) nêu nêu trên, trên, khí khí CO CO cịn cịn bị bị xử xử lý lý thơng thơng qua qua số số phản phản ứng ứng CO (11) phânkhác hủykhi phần lớn khíquang thải phương tiện giao thơng giới phát thải ra.(11) hóa học có hiệu ứng xúc tác xảy [7] hóa học khác có hiệu ứng quang xúc tác xảy [7] Ngồi phản ứngkhơng (11) nêu trên,khí khíNO CO cịn bị xử lý thông qua số phản tiện ứng phát (NO động phương Nếu xCO Ngoài ứng BTN (11) khí nêucóthụ trên,khí khíthải cịnvàbịNO xử2)lýdothơng qua Chế tạophản hỗn hợp BTN hấp thụ khí thải Chế tạo hỗn hợp hấp – hóamột học khác có hiệu quang xảy raứng [7].quang số ứng hóabịứng học khác tác cóion hiệu xúc tác thảiHỗn raphản thìkhi chúng phân hủy xúc thành NO phản ứngxảy [5]: theo Hỗn hợp hợp BTN BTN có có khả khả năng hấp hấp thụ thụ khí khí thải thải để để làm làm lớp lớp phủ phủ siêu siêu mỏng mỏng tạo tạo Chế tạo hỗn hợp BTN hấp thụ khí thải [7] nhám cho mặt đường BTN chế tạo Phịng thí nghiệm Cơng trình Trung Phịng thí nghiệm Cơng trình - Trung nhám cho mặt đường BTN chế tạo Hỗn hợp BTN có khả hấp thụ khí thải để làm lớp phủ siêu mỏng tạo tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải bằng cách cách phối phối trộn trộn hỗn hỗn hợp hợp BTN BTN tạo tạo nhám cho mặt đường BTN chế tạo Phịng thí nghiệm Cơng trình - Trung với các hàm hàm lượng lượng là 10 10 và 20% 20% nhám thông thông thường thường với với chất chất xúc xúc tác tác quang quang hóa hóa TiO TiO2 với nhám tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải bằng2cách phối trộn hỗn hợp BTN tạo 34 khối lượng theo theo khối lượng nhựa nhựa Chất Chất xúc xúc tác tác quang quang hóa hóa TiO TiO2 dạng dạng bột bột được sử sử dụng dụng trong thí thí nhám thơng thường với chất xúc tác quang hóa TiO22 với hàm lượng 10 20% nghiệm sản phẩm thương mại TiO Korea KA-100 Anatase xuất xứ từ Hàn Quốc nghiệm sản phẩm thương mại TiO2 Korea KA-100 Anatase xuất xứ từ Hàn Quốc có có theo khối lượng nhựa Chất xúc tác quang hóa TiO2 dạng bột sử dụng thí kích cỡ hạt từ 0,25-0,35 μm, độ tinh khiết 98,5% (theo công bố nhà sản xuất) kích cỡ hạt từ 0,25-0,35 μm, độ tinh khiết 98,5% (theo công bố nhà sản xuất) Khoa học Kỹ thuật Công nghệ Chế tạo hỗn hợp BTN hấp thụ khí thải Hỗn hợp BTN có khả hấp thụ khí thải để làm lớp phủ siêu mỏng tạo nhám cho mặt đường BTN chế tạo Phịng thí nghiệm Cơng trình - Trung tâm Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải cách phối trộn hỗn hợp BTN tạo nhám thông thường với chất xúc tác quang hóa TiO2 với hàm lượng 10 20% theo khối lượng nhựa Chất xúc tác quang hóa TiO2 dạng bột sử dụng thí nghiệm sản phẩm thương mại TiO2 Korea KA-100 Anatase xuất xứ từ Hàn Quốc có kích cỡ hạt từ 0,25-0,35 μm, độ tinh khiết 98,5% (theo công bố nhà sản xuất) Các vật liệu sử dụng chế tạo hỗn hợp BTN tạo nhám bao gồm cốt liệu, bột khoáng, nhựa đường Polymer PMB III đáp ứng Tiêu chuẩn TCVN 12759-1:2020 “Bê tông nhựa tạo nhám - Thi công nghiệm thu - Phần 1: Lớp phủ siêu mỏng tạo nhám” [8] Hình mơ tả loại hỗn hợp BTN với hàm lượng chất xúc tác quang hóa TiO2 20, 10 0% sau q trình phối trộn phịng thí nghiệm từ ống xả xe máy vào bình chứa mẫu thí nghiệm giữ cho khí bình ổn định sau khoảng thời gian định Sau đem bình ngồi ánh nắng mặt trời nhằm kích hoạt chế quang xúc tác TiO2 Tiếp theo, tiến hành đo nồng độ khí thải NOx CO bình theo thời điểm thí nghiệm định thiết bị đo khí thải Wưhler A550 Industrial CHLB Đức thể hình Hình Mơ hình thí nghiệm đánh giá khả hấp thụ khí thải mặt đường Kết thảo luận Đánh giá khả hấp thụ xử lý khí NOx mặt đường Kết thí nghiệm đánh giá khả hấp thụ khí thải NOx (NO NO2) cho mẫu BTN với hàm lượng phụ gia xúc tác quang hóa TiO2 0, 10 20% thể biểu đồ hình Hình Hỗn hợp BTN với hàm lượng TiO2 20, 10 0% Các nhóm mẫu thí nghiệm Có hai loại nhóm mẫu thí nghiệm chế tạo gồm: - Các mẫu BTN hình hộp chữ nhật có kích thước 320 x 260 x 80 mm, lớp phủ tạo nhám phía dày 30 mm BTN tạo nhám có hàm lượng TiO2 0, 10 20% (theo khối lượng nhựa) để phục vụ cho việc đánh giá khả hấp thụ khí thải mặt đường - Các mẫu BTN hình trụ có hàm lượng TiO2 0, 10 20% (theo khối lượng nhựa) để xác định số tính chất học mặt đường BTN Mơ hình thí nghiệm đánh giá khả hấp thụ khí thải mặt đường Mơ hình thí nghiệm phục vụ đánh giá khả hấp thụ khí thải chế tạo cách đặt mẫu thí nghiệm mặt đường BTN bình thủy tinh kín khí có bố trí hai lỗ trịn nhỏ hai mặt bên bình (kết hợp nút bịt kín khí) để đưa ống bơm khí thải đầu đo khí thải vào bình Tiến hành bơm khí thải 63(6) 6.2021 Hình Biểu đồ thay đổi nồng độ khí NOx theo thời gian thí nghiệm Nhận xét khả hấp thụ xử lý khí NOx mặt đường: Đối với mẫu BTN có thêm thành phần phụ gia chất xúc tác quang TiO2 với hàm lượng 10 20% cho khả hấp thụ phân hủy khí thải đáng kể sau từ 1,5 đến đồng hồ Đối với mẫu BTN 10% TiO2: sau 1,5 tiếng nồng độ NOx giảm tương ứng 53,3 76,7% Đối với mẫu BTN 20% TiO2: sau 1,5 tiếng nồng độ NOx giảm tương ứng 61,8 85,3% Kết thí nghiệm mẫu BTN 20% TiO2 sau thời gian 4,5 tiếng mẫu BTN 10% TiO2 sau thời gian tiếng cho thấy khí NOx bị xử lý hồn tồn Đánh giá khả hấp thụ xử lý khí CO mặt đường Kết thí nghiệm khả hấp thụ khí thải CO thể biểu đồ hình 35 Khoa học Kỹ thuật Công nghệ Kết luận kiến nghị Vấn đề ô nhiễm môi trường khí thải phương tiện giao thơng gây vấn đề nóng cấp thiết, cần phải giải thành phố lớn nước ta Hà Nội TP Hồ Chí Minh Vì vậy, việc triển khai áp dụng loại mặt đường có khả hấp thụ khí thải mở cánh cửa cho việc giải hiệu tốn nhiễm mơi trường thị lớn nước ta Hình Biểu đồ thay đổi nồng độ khí CO theo thời gian thí nghiệm Nhận xét khả hấp thụ xử lý khí CO mặt đường: Đối với mẫu BTN 10% TiO2: sau 1,5 tiếng, nồng độ CO giảm tương ứng 2,3% (tương ứng giảm 582 ppm) 8,4% (tương ứng giảm 2157 ppm) Đối với mẫu BTN 20% TiO2: sau 1,5 tiếng, nồng độ CO giảm tương ứng 4,9% (tương ứng giảm 1621 ppm) 13,8% (tương ứng giảm 4601 ppm) Thí nghiệm đánh giá độ ổn định Marshall BTN hấp thụ khí thải Kết thí nghiệm độ ổn định Marshall mẫu BTN (0, 10, 20% TiO2) thể bảng Bảng Độ ổn định Marshall loại mẫu BTN (0, 10, 20% TiO2) STT BTN với hàm lượng TiO2 Độ ổn định Marshall (kN) Giá trị trung bình mẫu thí nghiệm Giá trị quy định theo TCVN 8819:2011 [9] 0% 12,18 ≥8 10% 11,40 ≥8 20% 12,16 ≥8 + Làm lớp tạo nhám lớp mặt có tính hấp thụ khí thải cho mặt đường thành phố lớn, khu đông dân cư, đô thị, khu vực thường xuyên ùn tắc có mật độ giao thơng cao + Làm lớp tạo nhám lớp mặt hấp thụ khí thải cho khu vực đường lăn, sân đỗ, khu vực mặt đường gần nhà ga cảng hàng không, đặc biệt cảng hàng không nằm khu vực đô thị Từ kết nghiên cứu trên, kiến nghị cần tiếp tục thực nghiên cứu sâu nghiên cứu áp dụng thí điểm đánh giá thực nghiệm trường cho số tuyến đường để đánh giá khả hấp thụ xử lý khí thải phạm vi rộng Trên sở đó, sớm triển khai áp dụng loại mặt đường hấp thụ khí thải cho thị lớn nhằm góp phần xử lý ô nhiễm môi trường nâng cao chất lượng khơng khí cách bền vững hiệu TÀI LIỆU THAM KHẢO Theo kết thu được, ta thấy kiểm tra độ ổn định Marshall với mẫu có thêm thành phần phụ gia TiO2 (mẫu thêm 10 20%) đặc tính BTN độ ổn định không thay đổi đáng kể so với mẫu BTN thông thường đáp ứng theo tiêu chuẩn hành Thí nghiệm đánh giá độ dẻo Marshall BTN hấp thụ khí thải Kết thí nghiệm độ dẻo Marshall mẫu BTN (0, 10, 20% TiO2) thể bảng Bảng Độ dẻo Marshall cho loại BTN (0, 10, 20% TiO2) Độ dẻo Marshall (mm) STT BTN với hàm lượng TiO2 Giá trị thí nghiệm nhỏ Giá trị thí nghiệm lớn Giá trị quy định theo TCVN 8819:2011 [9] 0% 2,13 2,74 2÷4 10% 2,56 3,06 2÷4 20% 2,32 2,80 2÷4 Với kết thí nghiệm độ dẻo Marshall thu thấy mặt đường BTN hấp thụ khí thải đáp ứng theo tiêu chuẩn hành 63(6) 6.2021 Các đề xuất áp dụng mặt đường hấp thụ khí thải xây dựng mặt đường ô tô sân bay Việt Nam gồm: [1] The Federal Highway Administration (2015), Towards sustainable pavement systems: a reference document, Report No FHWA-HIF-15-002, Washington, DC [2] Elia Boonen and Anne Beeldens (2014), “Recent photocatalytic applications for air purification in Belgium”, Coatings, 4, pp.553-573 [3] A Fujishima, X.T Zhang, and D.A Tryk (2008), “TiO2 photocatalysis and related surface phenomena”, Surface Science Reports, 63, pp.515-582 [4] A Khataee and G.A Mansoori (2012), Nanostructured titanium dioxide materials: properties, preparation and applications, World Scientific Publishing Co., Hackensack, NJ [5] Joel K Sikkema (2013), Photocatalytic degradation of NOx by concrete pavement containing TiO2, PhD Dissertation, Iowa State University, USA [6] The National Aeronautics and Space Administration (1967), Reaction rates of carbon monoxide with hydroxyl radicals and oxygen atoms, NASA Technical Note D-4162 [7] Carlos Yousse, Eric Puzenat, et al (2013), “Photocatalytic oxidation of CO in presence of TiO2: Influence of humidity and oxygen on the kinetic and the mechanism”, Scientific Journal of Environment Pollution and Protection, 2(4), pp.64-73 [8] Bộ Khoa học Công nghệ (2020), TCVN 12759-1:2020 - Bê tông nhựa tạo nhám - Thi công nghiệm thu - Phần 1: Lớp phủ siêu mỏng tạo nhám [9] Bộ Khoa học Công nghệ (2011), TCVN 8819:2011: Mặt đường bê tông nhựa nóng - u cầu thi cơng nghiệm thu 36 ... tác và hấp hấp thụ thụ khí khí thải thải của mặt mặt đường đường có có sử sử dụng dụng TiO 222 Cơ chế quang xúc tác hấp thụ khí thải mặt đường có sử dụng TiO Cơ chế quang xúc tác hấp thụ khí thải. .. dẻo Marshall thu thấy mặt đường BTN hấp thụ khí thải ? ?áp ứng theo tiêu chuẩn hành 63(6) 6.2021 Các đề xuất áp dụng mặt đường hấp thụ khí thải xây dựng mặt đường tô sân bay Việt Nam gồm: [1] The... xúc vàmơi hấptrường thụ thảixử đường có hủy sử dụng TiOchất dụng lĩnh vực lý khí phân hữu độcchế hại, xử lý nước, diệt khuẩn [3 ,khí 4].như dụng lĩnhtác vực mơi trường xửcủa lý mặt khí thải, thải,