Tiểu luận : Các chất ô nhiễm chính phát thải từ động cơ diesel và tác hại

Tiểu luận Các chất ô nhiễm chính phát thải từ động cơ diesel và tác hại trình bày: khái quát chung (tổng quan về ô nhiễm khí thải, ô nhiễm khí thải động cơ diesel); các phương pháp; kết luận,... Mời các bạn cùng tham khảo.

TIÊU LUÂN : CAC CHÂT Ô NHIÊM CHINH PHAT ̉ ̣ ́ ́ ̃ ́ ́  THAI T ̉ Ừ ĐƠNG C ̣ Ơ DIESEL VA TAC HAI ̀ ́ ̣ I.Khai quat chung: ́ ́ Ơ nhiễm khơng khí là hậu quả từ các hoạt động của cuộc sống hiện đại như :  sự gia tăng tiêu thụ năng lượng, sự phát triển của các ngành cơng nghiệp mũi  nhọn : cơng nghiệp luyện kim, hóa học, giao thơng đường bộ và hàng khơng, v.v.  Ơ nhiễm có nguồn gốc từ ba nguồn chính : nguồn gốc thiên nhiên (thực vật,  đất), nguồn gốc cố định (sưởi ấm gia đình, sản xuất điện, cơng nghiệp), và giao  thơng. Thực vậy, ơtơ và các phương tiện vận chuyển là một phần ngun nhân  trong tình trạng mơ trường ơ nhiễm như ngày nay.  1. Ơ nhiễm khí thải : tổng quan Các hợp chất ơ nhiễm chính trong khí thải có thể chia làm hai nhóm : khí và hạt  rắn. Người ta phân biệt các chất ơ nhiễm sơ cấp được thải ra từ các nguồn xác  định (CO, HC,…) với các chất ơ nhiễm thứ cấp (O3, …) được sản sinh ra từ các  phản  ứng giữa các chất ơ nhiễm sơ  cấp với nhau dưới tác động của điều kiện  mơi trường như bức xạ mặt trời Nhìn chung chất gây ơ nhiễm mơi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau : Dioxyde de carbone (CO2), sản phẩm của q trình oxi hóa hồn tồn nhiên  liệu Monoxyde de carbone (CO), đến từ q trình oxi hóa khơng hồn tồn  nhiên liệu Oxyde d’azote (NOx), bao gồm monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d’azote  (NO2) Các hạt rắn, sản phẩm của các q trình hình thành phức tạp Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV­composés organiques volatils), là  các hợp chất hóa học hữu cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện  bình thường có thể bay hơi một lượng đáng kể vào khơng khí. Về thành  phần COV là sự kết hợp giữa các hydrocarbure (như alcane,  alcène, aromatique, …) và các hợp chất chứa oxi (aldéhyde, kétone, …) Các hợp chất hữu cơ đa vòng (hydrocarbures aromatiques polycycliques –  HAP), như benzoapyrene Dioxyde de sulfure (SO2), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu Các kim loại, có trong dầu và nhiên liệu Những   chất     nhiễm     thải     môi   trường     dẫn   đến     nhiều   ảnh  hưởng taihại cho sức khỏe và mơi trường. Một vài chất trong đó sẽ  góp phần  hình thành sương mù trong đơ thị  (brouillards urbains), mưa acide từ  SO2 và  NOx. Trong đó NOx và VOCs là ngun nhân gây ra các phản ứng khác nhau dẫn   đến sự  hình thành ozone   tầng đối lưu của khí quyển. Các hydrocarbon chưa  cháy gây ra bệnh ung thư, còn các hạt rắn, đặc biệt là các hạt rắn nhỏ, rất nguy   hiểm cho sức khỏe, vì nó có thể đi vào trong phổi, gây ra các bệnh về hơ hấp 2. Ơ nhiễm khí thải động cơ Diesel : Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành năng  lượng cơ học. Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong q trình cháy  lý tưởng, nó chỉ sinh ra CO2 và H2O. Trong thực tế người ta quan sát thấy một  vài sản phẩm khí và rắn khác. Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của  các tạp chất chứa trong các HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác  liên quan đến sự phức tạp của các phản ứng hóa học xảy ra trong q trình  cháy.  2.1. Cấu trúc suie Diesel Suie Diesel được tạo thành từ nhiều hạt rắn có kích thước khoảng 0,3  mm. Các  hạt rắn này lại được tạo thành từ các hạt carbone nhỏ hơn có bán kính khoảng  10 – 60 nm liên kết lại với nhau thành dạng chuỗi hay agrégat, có hình thù « kết   túm » (floconneux) đặc trưng, và có thể coi hạt suie Diesel là một hỗn hợp của   các cấu tử hữu cơ và vơ cơ  Suie được tạo nên từ một pha rắn ở tâm và một pha ngưng tụ trên bề mặt. Tâm  của suie là than carbone, pha ngưng tụ thực chất là các chất hữu cơ gồm các  hydrocarbon ngưng tụ trong pha lỏng trên bề mặt (SOF) và các sufates Các sulfates trong khí thải động cơ Diesel có nguồn gốc từ các chất hữu cơ chứa  lưu huỳnh trong nhiên liệu. Khi nhiên liệu cháy, lưu huỳnh trong các hợp chất  hóa học này chuyển thành SO2, và sau đấy một phần (khoảng 2%) sẽ bị oxi hóa  thành SO3. SO3 sau đó sẽ  phản  ứng với nước để  tạo thành các giọt lỏng acide   sulfurique 2.2. Ảnh hưởng của hạt rắn suie lên mơi trường và sức khỏe Các hạt suie thải ra từ động cơ Diesel có ảnh hưởng xấu đến mơi trường cũng   như sức khỏe con người. Thực vậy, các hạt rắn này góp phần tạo thành các đám  bụi lơ  lửng trong mơi trường đơ thị. Kích thước của hạt suie đóng một vai trò  quan trọng. Hạt càng nhỏ, chúng càng lơ lửng lâu trong khơng khí, và khi đi vào  phổi, thời gian chúng lưu lại càng lâu. Đối với những hạt có đường kính lớn hơn  10 mm, chúng dễ  dàng bị  đẩy ra khỏi đường hơ hấp; các hạt có từ  3 – 10 mm,  chúng dễ  dàng lưu lại  ở khí quản và phế  quản; dưới 3 mm, các hạt này có thể  thâm nhập vào tận các phế  nang của phổi (les alvéoles pulmonaires), và có thể  thâm nhập vào máu. Rõ ràng các hạt rắn này là nguồn gốc của các bệnh về  hơ  hấp thường gặp như: hen suyễn, viêm phế quản, và ung thư phổi II.Cac ph ́ ương phap: ́ 1.Các cơng nghệ xứ lý suie : Người ta đã nghiên cứu nhiều cơng nghệ lọc suie thải ra từ động cơ Diesel. Một   số thiết bị lọc cho kết quả khá tốt như : bộ lọc vách xốp bằng ceramique dạng  monolithe (cordiérithe), vải kim loại (toiles métalliques), hoặc bọt kim loại hoặc   ceramique. Co cac ph ́ ́ ương phap sau : ́ ­Phương pháp nhiệt      Ngun tắc cơ bản của phương pháp này là cả bộ lọc và khí thải động cơ  sẽ được gia nhiệt đến một nhiệt độ tối thiểu cần thiết để có thế bắt đầu  q trình cháy của hạt rắn. Để nâng nhiệt độ của bộ lọc, người ta có thể  dùng một trong các cách sau : + Sử dụng năng lượng điện để gia nhiệt nhờ vi sóng (micro­ondes), bằng  cách dùng một bộ lọc làm bằng vật liệu bán dẫn, hoặc bằng cách lắp đặt  bộ lọc ceramique có dây gia nhiệt + Người ta có thể gia nhiệt bộ lọc bằng một brûleur với hệ thống tự động có  hai lớp lọc : khí thải được nạp qua lớp lọc thứ nhất, trong khi đó lớp thứ  hai chứa đầy hạt rắn sẽ được tái sinh đồng thời nhờ brûleur       Các phương pháp này gặp khá nhiều vấn đề  về  mặt  ứng dụng, như  hệ  thống chống nhiều chỗ lắp đặt trên ơtơ, và cũng khá đắt ­Phương pháp xúc tác      Mục đích của phương pháp này là giảm nhiệt độ tối thiểu cần thiết cho  q trình đốt cháy suie nhờ sử dụng các xúc tác oxi hóa tồn phần  (oxidation totale). Tuy nhiên hiệu quả của các vật liệu này khơng những  phụ thuộc vào hoạt tính oxi hóa của xúc tác, mà còn phụ thuộc vào tính  chất tiếp xúc (qualité de contact) của chúng với suie. Sự tiếp xúc của hai  pha rắn (suie – catalyseur) càng « chặt », hiệu quả xúc tác càng ca 2. Các phương pháp khử suie bằng xúc tác Ngày nay người ta đều cơng nhận rằng nếu tiếp xúc giữa xúc tác và suie khơng  « bền chặt » (contact intime intense), hiệu quả của xúc tác trong q trình cháy   suie là khơng đáng kể. Và những nghiên cứu để đạt được sự tiếp xúc tốt nhất có   thể  giữa hai pha rắn này đã làm nảy sinh ra hai dạng xúc tác : xúc tác nội   (catalyse interne) và xúc tác ngoại (catalyse externe) Xúc tác nội : o Giải pháp đầu tiên là thêm trực tiếp vào nhiên liệu một lượng rất bé   (0,03 đến 0,1 g/l) các phụ gia có nền tảng là các hợp chất cơ kim nhằm   cải thiện q trình cháy trong động cơ. Các phụ gia này đóng vai trò  xúc tác vì các kim loại được sinh ra sau khi nhiên liệu cháy (Ni, Cu,   Mo, Mn, Zn, Ca, Ba…) [3] sẽ bám trên hạt suie dưới dạng các oxide vơ   và có hoạt tính xúc tác cao. Các xúc tác này   trong các hạt rắn và  hồn tồn đảm bảo sự tiếp xúc chặt với suie, tuy nhiên cũng khơng thể  tránh khỏi phụ gia sẽ bám lên bộ lọc. Điều này sẽ làm cho các lỗ xốp   của nó bị nghẽn trong một thời gia ngắn o Giải pháp thứ hai là thêm phụ  gia vào dòng khí thải của động cơ  một  cách liên tục hoặc gián đoạn. Người ta dùng các đồng phân hữu cơ của   đồng (Cu) làm phụ  gia. Và nhược điểm của phương pháp này cũng  giống như phương pháp thứ nhất Xúc tác ngoại :         o Giải pháp này liên quan đến việc dùng một bộ lọc xúc tác có khả năng   giảm nhiệt độ  cháy của suie, cũng như  có thể  đốt một cách liên tục   nhằm tránh việc các lỗ  xốp của bộ  lọc bị  bít lại do suie bám lên q  nhiều. Với phương pháp này người ta khơng phải thêm vào một hệ  thống tái sinh phụ, mà nó cũng khơng  ảnh hưởng đến hoạt động của  động cơ như các phương pháp thêm phụ gia ở trên o Nhưng vấn đề  đặt ra với bộ lọc xúc tác là việc đảm bảo tiếp xúc tốt  giữa hai pha rắn suie­xúc tác. Hiện nay, đây là ngun nhân chính cản  trở  khả  năng  ứng dụng của phương pháp này vào thực tế, chứ  khơng  phải vấn đề  hoạt tính của xúc tác khơng đảm bảo. Tuy nhiên ở  phạm   vi nghiên cứu người ta đã đề ra rất nhiều dạng xúc tác dùng cho bộ lọc  xúc tác. Các xúc tác này có thể là các kim loại hiếm (Ni, Pt, …)  [4], các  xúc tác đơn (MnOx, La2O3, CeO2, MgO, Fe2O3, Al2O3, VOx) [5­8], hoặc    xúc   tác   phức   tạp     đặc   biệt     xúc   tác  dạng pérovskite (chromites [9­11],   lanthanides [9],   cobaltites [11],  manganites [3, 11]) o Trong các nghiên cứu gần đây người ta quan tâm nhiều đến các xúc tác  có cấu trúc phức tạp,  đặc biệt là xúc tác dựa trên các oxyde dạng  pérovskite. Các   oxyde   đặc   biệt   này,   thường   có   cơng   thức   chung   là  ABO3, thu hút sự quan tâm ở chỗ người ta có thể tác động vào vị trí A  và/hoặc vị trí B để  thay thế  (riêng phần) bằng một ion của ngun tố  khác III.Kêt ln: ́ ̣ Ngày nay ơ nhiễm mơi trường ngày càng trở thành một vấn đề nhức nhối với  con người. Trong đó một phần khơng nhỏ ngun nhân có nguồn gốc từ khí thải  động cơ. Động cơ Diesel được cơng nhận có nhiều ưu thế vượt trội nhưng loại  động cơ này vẫn tồn tại nhiều nhược điểm ở khía cạnh mơi trường, đặc biệt là  việc thải suie. Suie Diesel là một hợp chất có cấu trúc phức tạp mà q trình  hình thành của nó vẫn còn là một vấn đề đang nghiên cứu. Việc nắm rõ cấu  trúc, đặc điểm, và q trình hình thành của suie có vai trò quan trọng trong việc  nghiên cứu các phương pháp khử suie. Người ta đã và đang nghiên cứu nhiều  phương pháp khác nhau để oxy hóa suie, như phương pháp nhiệt, xúc tác, … Nói  chung mỗi phương pháp đều có nhưng ưu và nhược điểm nhất định. Trong đó  bộ lọc xúc tác có vẻ là một phương pháp tối ưu nhất. Phương pháp này thể hiện  nhiều ưu điểm vượt trội, tuy nhiên việc tái sinh bộ lọc sau một thời gian sử  dụng vẫn còn là một vấn đề cần được tiếp tục cải thiện. Và trong các chất xúc  tác dùng cho bộ lọc xúc tác, các oxyde dạng perovskite chiếm được nhiều quan  tâm vì hoạt tính xúc tác cao, và kinh tế ... hấp thường gặp nh : hen suyễn, viêm phế quản, và ung thư phổi II.Cac ph ́ ương phap: ́ 1.Các cơng nghệ xứ lý suie : Người ta đã nghiên cứu nhiều công nghệ lọc suie thải ra từ động cơ Diesel.  Một  ... hiểm cho sức khỏe, vì nó có thể đi vào trong phổi, gây ra các bệnh về hơ hấp 2. Ơ nhiễm khí thải động cơ Diesel : Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành năng  lượng cơ học. Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong q trình cháy ... con người. Trong đó một phần khơng nhỏ ngun nhân có nguồn gốc từ khí thải  động cơ.  Động cơ Diesel được cơng nhận có nhiều ưu thế vượt trội nhưng loại  động cơ này vẫn tồn tại nhiều nhược điểm ở khía cạnh mơi trường, đặc biệt là  việc thải suie. Suie Diesel là một hợp chất có cấu trúc phức tạp mà q trình