Nghiên cứu và đánh giá khả năng xử lý một số hóa chất hữu cơ độc hại dễ bay hơi như acetone, benzen, butanol, dietyl ete của thiết bị làm sạch không khí bằng xúc tác quang

Nội dung bài viết trình bày nghiên cứu và đánh giá khả năng xử lý một số hóa chất hữu cơ độc hại dễ bay hơi như acetone, benzen, butanol, dietyl ete của thiết bị làm sạch không khí bằng xúc tác quang. Mời các bạn tham khảo!

K t qu nghiên c u KHCN NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ MỘT SỐ HÓA CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI DỄ BAY HƠI NHƯ ACETONE, BENZEN, BUTANOL, DIETYL ETE CỦA THIẾT BỊ LÀM SẠCH KHƠNG KHÍ BẰNG XÚC TÁC QUANG TS Lê Thanh S
n Vi n Công ngh Môi tr
ng, Vi n Hàn Lâm Khoa h c Công ngh Vi t Nam I MỞ ĐẦU ợp chất hữu dễ bay (Volatile organic compounds VOC) nhóm chất hữu có áp suất lớn nhiệt độ thường, dễ dàng hóa cách tự nhiên khơng khí, ví dụ acetone, benzen, butanol, dietyl ete, cloroform, formaldehyt… Khi lẫn vào khơng khí, nhiều VOC có khả liên kết lại với nối liên kết với phần tử khác khơng khí tạo hợp chất Các chất VOC tồn phổ biến nhà môi trường xung quanh Chúng diện nhiều sản phẩm sử dụng hàng ngày chất tẩy rửa, thuốc diệt trùng, mỹ phẩm, nước hoa xịt phịng, vật liệu xây dựng (sơn, gỗ H 12 ghép, keo chống thấm) Chúng phát sinh từ thiết bị văn phòng máy photocopy, máy in [1-3] Rất nhiều số VOC độc hại sức khỏe người động, thực vật Chúng gây kích ứng cho mắt, mũi, họng, gây nhức đầu, chống váng, rối loạn thị giác, hủy tế bào máu, tế bào gan, thận, gây viêm da, tổn hại đến hệ thần kinh trung ương, ảnh hưởng đến khả sinh sản (hiếm muộn, vơ ảnh Minh họa nguồn internet Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2015 K t qu nghiên c u KHCN sinh, khó đậu thai, sinh con) chloroform hợp chất có vịng benzen, toluen, xylen có tiềm gây ung thư cao gây nên bệnh bạch cầu tiếp xúc thời gian dài [2,4,5,6] Hiện nay, để làm khơng khí (LSKK) phịng kín, VOC, phương pháp xử lý khơng khí cơng nghệ xúc tác quang (XTQ) trở thành giải pháp hữu hiệu thân thiện với môi trường khả diệt khuẩn xử lý hóa chất độc hại mạnh, khơng cần đưa vào hóa chất khơng sinh sản phẩm phụ độc hại, sử dụng nguồn điện lọc XTQ ống thạch anh xốp phủ bột nano TiO2 [8-11] Viện Công nghệ môi trường (CNMT) sau thực nhiệm vụ hợp tác quốc tế với LB Nga [12], nắm bắt công nghệ LSKK XTQ sở chế tạo thành cơng loại thiết bị có cơng suất từ 25m3/h đến 500m3/h [7, 13] Để đưa vào sử dụng thực tế cách hiệu quả, cần tiến hành đánh giá khả xử lý thiết bị số độc chất khơng khí vi khuẩn, hóa chất hữu dễ bay VOC Trong báo này, giới thiệu kết đánh giá hiệu xử lý số loại VOC thường gặp khơng khí acetone, benzen, butanol, dietyl ete thiết bị LSKK XTQ công suất 250m3/h Viện CNMT chế tạo box thí nghiệm thể tích 10m3 Đây chất đại diện cho nhóm chất VOC thường gặp sống, đó: acetone dung mơi sử dụng nhiều ngành sản xuất sơn, mực in, keo dán, nước rửa móng tay, chất tẩy rửa, thành phần bay số loại sơn vecni; benzen thường sinh khói thuốc lá, khói thải xe cộ, khói thải nhà máy sản xuất thuốc lá; butanol dùng làm dung môi pha sơn, hòa tan loại nhựa tự nhiên, tổng hợp, thành phần nước hoa; dietyl ete thành phần thuốc gây mê sử dụng y tế, dung môi sản xuất nhựa cellulose II THỰC NGHIỆM 2.1 Giới thiệu thiết bị LSKK XTQ công suất 250m3/h Thiết bị cấu tạo lọc sơ cấp đặt cửa vào dịng khí, lọc tĩnh điện, khối lọc XTQ than hoạt tính Bộ lọc sơ cấp (2) gồm tầng lọc thơ có tác dụng giữ lại hạt bụi hạt lơ lửng kích thước 3µm tầng lọc tinh để loại bỏ hạt bụi có kích thước lên đến 0,5µm Bộ lọc tĩnh điện (3) có tác dụng giữ lại hạt bụi hạt lơ lửng nhỏ hơn, kích thước lên đến 0,1µm Khối lọc XTQ (4) gồm ống thạch anh xốp (φ = 74mm; l = 418mm, Sbề mặt = 971,3cm2) phủ lớp mỏng bột XTQ nano TiO2 (kích thước hạt nano < 20nm, khối lượng phủ 250g/m2), tâm ống bố trí đèn tử ngoại UV-A (360nm, Philippe) Lớp lọc than hoạt tính (6) có tác dụng hấp phụ để loại bỏ mùi số siêu ơxit sinh q trình XTQ Khơng khí quạt (5) hút vào từ bên hông thiết bị mặt sau phía thiết bị Hình 1b (a) (b) Hình H nh nh bên (a) s
đ nguyên lý ho t đ ng (b) c a thi t b LSKK 250m3/h Vi n CNMT ch t o Taïp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2015 13 K t qu nghiên c u KHCN Bảng tóm tắt thông số kỹ thuật thiết bị LSKK XTQ công suất 250m3/h viện CNMT chế tạo lắp ráp Thông số Giá trị Năng suất làm không khí (m3/h) 250 Kích thước thiết bị (mm) 570 x 374 x 1160 Kích thước lọc thô (mm) 328 x 480 Kích thước lọc tinh (mm) 328 x 480 Điện áp lọc tónh điện (KV) 10 Số bóng đèn UV (loại 36W) Số ống lọc xúc tác quang Công suất điện quạt gió (W) 72 Dải nhiệt độ làm việc (0C) 10 – 50 Nguoàn AC 50 Hz (V) 220V ± 10% Công suất tiêu thụ điện toàn thiết bị (W) ~ 240 Độ ồn (Db) ~ 50 Khả loại bỏ bụi (%) > 90 Khả diệt khuẩn Giảm 90% tổng vi khuẩn môi trường không khí sau lần không khí qua thiết bị 2.2 Đánh giá khả xử lý VOC thiết bị Dùng pipet hút xác 2,5ml dung dịch VOC (acetone, benzen, dietyl ete, butanol) cho vào buồng box Bên buồng box có bố trí quạt nhỏ để đối lưu khơng khí Hàm lượng VOC suy giảm theo thời gian đo máy đo VOC sử dụng cảm biến TGS2602 (Figaro, Nhật Bản) Hiệu suất oxy hóa VOC xác định theo cơng thức: Trong C0 C nồng độ chất VOC box thời điểm trước chạy máy sau chạy máy 14 III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Khả xử lý acetone Kết xử lý acetone box thực nghiệm thiết bị LSKK XTQ công suất 250m3/h thể đồ thị Hình Kết thu cho thấy khoảng 20 phút đầu tiên, tốc độ xử lý acetone thiết bị cao (đường cong gần thẳng đứng), đạt hiệu suất xử lý 70% Tuy nhiên, sau 20 phút, hàm lượng acetone tiếp tục giảm, tốc độ giảm khơng cịn cao trước (độ dốc đường cong nhỏ) Từ sau thời điểm 90 phút, giá trị nồng độ không giảm Điều giải thích thời điểm ban đầu nồng độ acetone box cao, lượng acetone tiếp xúc với vật liệu XTQ nhiều nên tốc độ xử lý nhanh, sau lượng acetone cịn lại thấp, lượng acetone tiếp xúc với vật liệu XTQ nhỏ nên tốc độ xử lý khơng cịn cao 3.2 Khả xử lý butanol Kết xử lý butanol box thực nghiệm thiết bị LSKK XTQ thể đồ thị Hình Kết thu trường hợp tương tự acetone, khoảng 20 phút đầu tốc độ xử lý butanol thiết bị cao (độ dốc đường cong lớn), đạt hiệu suất xử lý đến 86% Tuy nhiên sau 50 phút, thiết bị xử lý 90% butanol sau khơng thay đổi Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2015 K t qu nghiên c u KHCN Hình Kh x lý acetone c a thi t b LSKK b ng XTQ cơng su t 250m3/h Hình Kh x lý butanol c a thi t b LSKK b ng XTQ cơng su t 250m3/h Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Soá 1,2&3-2015 15 K t qu nghiên c u KHCN 3.3 Khả xử lý dietyl ete Kết xử lý dietyl ete box thực nghiệm thiết bị LSKK XTQ công suất 250m3/h thể đồ thị Hình Kết thu cho thấy tốc độ xử lý dietyl ete 30 phút đầu tương đối cao, nồng độ dietyl ete box giảm đặn Tuy nhiên, sau 30phút hàm lượng dietyl ete giảm chậm sau 125 phút khơng thay đổi, trì mức 17,5ppm, tức hiệu suất xử lý đạt 70% 3.4 Khả xử lý benzen Kết xử lý benzen box thực nghiệm thiết bị LSKK XTQ công suất 250m3/h thể đồ Hình Kh x 16 thị Hình Kết thu cho thấy hiệu suất xử lý benzen thiết bị không cao, khoảng 15 phút đầu, hàm lượng benzen giảm đặn sau 30 phút hàm lượng benzen box không thay đổi hiệu suất xử lý đạt 43% Điều cho thấy hợp chất vòng thơm benzen hợp chất bền, phản ứng XTQ xử lý không hiệu hợp chất 3.5 So sánh giải thích khả xử lý VOC thiết bị Trên Hình đồ thị so sánh hiệu suất xử lý VOC thiết bị LSKK XTQ công suất 250m3/h Từ Hình ta thấy butanol đạt hiệu suất xử lý cao nhất, vòng 50 phút xử lý 91% lượng butanol bơm vào Box ban đầu Ngược lại, benzen có hiệu xuất xử lý khơng hiệu quả, đạt 43% 150 phút Acetone dietyl ete xử lý hiệu với benzen, vòng 100 phút acetone xử lý 80%, dietyl ete xử lý 70% 120 phút Kết tương tự kết công bố Rosana et al [14] Wang et al [1] Kết giải thích sau: khả hấp thụ xúc tác quang TiO2 khác VOC có chất khác Butanol lý dietyl ete c a thi t b LSKK b ng XTQ cơng su t 250m3/h Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2015 K t qu nghiên c u KHCN Hình Kh x lý benzen c a thi t b LSKK b ng XTQ công su t 250 m3/h Hình So sánh kh x lý VOC c a thi t b LSKK b ng XTQ công su t 250m3/h Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2015 17 K t qu nghiên c u KHCN với nhóm chức rượu –OH hợp chất dễ bị phản ứng số VOC nghiên cứu nên hiệu suất xử lý butanol cao Acetone dietyl ete hợp chất khó phản ứng butanol (nhóm chức ete –O- xeton –C=O bền –OH) bị phân hủy phản ứng XTQ butanol Trong số chất này, acetone có phân tử lượng thấp dietyl ete, mạch cacbon ngắn nên dễ bị phân hủy phản ứng XTQ dietyl ete Trong nhân thơm phân tử benzen bền, khó bị cơng nên hiệu suất phân hủy XTQ benzen thấp quan sát thấy thí nghiệm Ngồi ra, số nhà nghiên cứu cho benzen gây tượng vô hoạt chất xúc tác [15, 16] IV KẾT LUẬN Các kết đánh giá cho thấy thiết bị LSKK XTQ Viện CNMT chế tạo có khả xử lý tốt VOC dạng ancol rượu butanol, với hiệu suất xử lý đạt 86% sau 20 phút Với hợp chất VOC có nhóm chức bền acetone, dietyl ete hiệu suất xử lý thấp hơn, 80% acetone bị phân hủy sau 100 phút với dietyl ete, sau 120 phút xử lý 70% Các VOC có nhóm chức bền vịng thơm benzen hiệu suất xử lý thấp nữa, sau 150 phút phân hủy 43% Kết giúp cho việc sử dụng thiết bị LSKK hiệu hơn, cụ thể cần xử lý chất ô nhiễm không khí cồn, acetone cần thời gian chạy máy ngắn đủ, xử lý chất ete, benzen cần phải chạy máy lâu để đảm bảo xử lý tốt chất ô nhiễm Ảnh minh họa: nguồn Internet 18 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2015 K t qu nghiên c u KHCN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Wang, H.M Ang, M.O Tade “Volatile organic compounds in indoor environment and photocatalytic oxidation: State of the art" Environment International 33: 694–705 (2007) [2] R Dales, L Liu, A.J Wheeler, N L Gilbert “Quality of indoor residential air and health" Canadian Medical Association Journal 179: 147–52 (2008) [3] C Yu, D Crump A review of the emission of VOCs from polymeric materials used in buildings Building and Environment 33: 357–74 (1998) [4] M J Mendell “Indoor residential chemical emissions as risk factors for respiratory and allergic effects in children: A review" Indoor Air 17(4): 259–77 (2007) [5] P Wolkoff, C.K Wilkins, P.A Clausen, G.D Nielsen Organic compounds in office environments - sensory irritation, odor, measurements and the role of reactive chemistry Indoor Air 16(1): 7–19 (2006) [6] EPA An Introduction to Indoor Air Quality Pollutants and Sources of Indoor Air Pollution Volatile Organic Compounds (VOCs) [7] L.T Sơn Nghiên cứu đánh giá khả làm việc thiết bị làm khơng khí cơng nghệ xúc tác quang điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam Tạp chí hoạt động khoa học cơng nghệ, An tồn Sức Khỏe & Môi trường lao động số 1,2&3: 83-88 (2014) [8] K G McGuigan, T M Joyce and R.M Conroy Solar disinfection: use of sunlight to decontaminate drinking water in developing countries J Med Microbiol, 48: 785-787 (1999) [9] A Martin-Dominguez, M T Alarson-Herrera, I R MartinDominguez et al Efficiency in the disinfection of water for human consumption in rural communities using solar radiation Solar Energy, 78: 31-40 (2005) [10] J.-M Herrmann, C Guillard, J Disdier et al New industrial titania photocatalysts for the solar detoxication of water containing various pollutants Applied catalysis B: Environmental, 35 (4): 281294 (2002) [11] J I Gole, J D Stout, C Burda et al Highly efficient formation of visible light tunable TiO2-xNx photocatalysts and their transformation at the nanoscale J Phys Chem B, 108(4): 1230-1240 (2004) [12] Nguyễn Việt Dũng, Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ đề tài “Nghiên cứu phát triển ứng dụng hệ thống xử lý ô nhiễm khơng khí TIOKRAFT sở vật liệu xúc tác quang TiO2, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam (2013) [13] L.T Sơn Nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý ô nhiễm không khí sở xúc tác quang hóa Tạp chí hoạt động khoa học cơng nghệ, An tồn - Sức Khỏe & Mơi trường lao động số 4,5&6: 18-23 (2013) [14] M A Rosana and F.J Wilson Photocatalytic destructions of VOCs in the gas-phase using titanium dioxide Appl Catal B-Environ 14: 55-68 (1997) [15] X Fu, W.A Zeltner and M.A Anderson The gas-phase photocatalytic mineralization of benzene on porous titaniabased catalysts Appl Catal B: Environ 6: 209-224 (1995) [16] S Sitkiewitz and A Heller Photocatalytic oxidation of benzene and stearic acid on sol-gel derived TiO2 thin films attached to glass New J Chem 20: 233-241 (1996) Lời cảm ơn: Cơng trình ủng hộ dự án sản xuất thử nghiệm Bộ Công thương “Chế tạo triển khai áp dụng thiết bị xử lý ô nhiễm không khí phương pháp xúc tác quang” (02/HĐ SXTN.13/CNMT) Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 1,2&3-2015 19 ... thành cơng loại thiết bị có cơng suất từ 25m3/h đến 500m3/h [7, 13] Để đưa vào sử dụng thực tế cách hiệu quả, cần tiến hành đánh giá khả xử lý thiết bị số độc chất khơng khí vi khuẩn, hóa chất hữu. .. khuẩn môi trường không khí sau lần không khí qua thiết bị 2.2 Đánh giá khả xử lý VOC thiết bị Dùng pipet hút xác 2,5ml dung dịch VOC (acetone, benzen, dietyl ete, butanol) cho vào buồng box Bên buồng... làm khơng khí (LSKK) phịng kín, VOC, phương pháp xử lý khơng khí cơng nghệ xúc tác quang (XTQ) trở thành giải pháp hữu hiệu thân thiện với môi trường khả diệt khuẩn xử lý hóa chất độc hại mạnh,