Nghiên cứu sử dụng chất xúc tác đồng oxit để xử lý hợp chất clo hữu cơ bằng phương pháp oxi hóa hoàn toàn

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT COC

Các tiêu chí để lựa chọn công nghệ xử lý các chất COC là: công nghệ đã được áp dụng, chi phí cần thiết cho quá trình xử lý, giới hạn nồng độ tối thiểu đạt được sau quá trình xử lý, thời gian làm sạch cần thiết, độ tin cậy của công nghệ xử lý, tính an toàn của công nghệ, hướng phát triển của công nghệ, các sản phẩn của quá trình công nghệ và các ảnh hưởng tiêu cực khác [98]. Công nghệ này sử dụng các chu kỳ kị khí và ưa khí để phục hồi các khu đất ô nhiễm, sử dụng các vi sinh vật bản địa có mặt trong khu đất nhiễm theo điều kiện môi trường sống nuôi cấy vào các đất nhiễm cần phải xử lý, chất dinh dưỡng được tạo ra bằng việc bổ sung phân, rơm hoặc vật liệu tương tự.

SỰ PHÂN HỦY NHIỆT CỦA CÁC CHẤT COC

Sản phẩm cháy là hỗn hợp khí rất phức tạp, ngoài CO2, H2O và HCl (hoặc Cl2) còn có mặt của các chất khác như cacbon monoxit (CO), các oxit của nitơ (NOx), HC và các đồng phân của dioxin và furan vv… Các sản phẩm CO2 và hơi nước có thể xả vào môi trường, một số khác là những chất gây ô nhiễm cần có biện pháp giảm thiểu hoặc xử lý triệt để trước khi thải. Như vậy, nếu trạng thái ban đầu của đồng là CuO thì hoá trị của đồng trong chu kỳ xúc tác trên bề mặt thay đổi giữa II và 0, còn trạng thái ban đầu của đồng là Cu2O thì hoá trị của đồng thay đổi từ I đến II trong quá trình xúc tác đầu và giữa II và I trong quá trình xúc tác thứ hai.

HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM COC TẠI VIỆT NAM VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Việc thêm ion crôm trên bề mặt xúc tác có khả năng điều tiết sự khử của CuO, với hàm lượng tối ưu của crôm oxit trong xúc tác dạng spinel CuCr2O4 được tạo thành, cho hoạt độ oxi hoá xấp xỉ các kim loại quí hiếm (Pt; Pd; Au…) nhưng có độ bền nhiệt, bề hoá học cao hơn [62, 87]. Chất độc từ hậu quả của việc sử dụng tới 72 triệu lít thuốc diệt cỏ trong thời kỳ chiến tranh 1961-1971 do Mỹ sử dụng tại chiến trường Việt Nam gồm: chất da cam, chất xanh và chất trắng, trong đó chất da cam là chất có độc tính cao (chứa dư lượng các chất dioxin và furan) cho môi trường đất ở các điểm nóng tại các sân bay quân sự: Đà Nẵng, Biên Hoà, Phù Cát vv. Để đánh giá khả năng oxi hoá hoàn toàn các chất COC trong lò thiêu đốt khi có mặt của các chất xúc tác trên cơ sở đồng oxit, chất hữu cơ được lựa chọn gồm: chlorobenzen (CB), toluen (TOL), Dicloro- - diphenyltricloetan (DDT), dichlorometan (DCM) và naphtalene (NAP).

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Các số liệu đo độ hấp phụ và diện tích bề mặt riêng của chất xúc tác trong luận án thu được trên cân hấp phụ động Mark – Bell (Trung Quốc) tại VILAS -319 và thiết bị đo hấp phụ bề mặt NOVA 2200 (QuantaChrome, Mỹ) tại Phân Viện NBC/Viện Hoá học - Vật liệu. Ngoài việc xác định hình dạng và kích thước, còn có một số ứng dụng khác của SEM như phổ tán xạ tia X (EDX) cho phép phân tích thành phần hóa học của mẫu rắn dựa vào việc ghi phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác bức xạ của vật chất. Thiết bị SEM thường có độ phân giải 5nm, ảnh SEM của xúc tác nghiên cứu trong luận án được chụp trên máy JSM 5410 của hãng JEOL (Nhật Bản) tại phòng thí nghiệm của Trung tâm Khoa học Vật liệu/ Viện KH&CN Việt Nam.

SPLT

Khử hoá học chất xúc tác với H 2 theo chương trình nhiệt độ

Kết quả phân tích này cũng cho thấy không có sự tương tác giữa dạng CuO, Cr2O3 và CeO2 với chất mang và chất mang chỉ đóng vai trò làm tăng diện tích bề mặt và độ bền cơ học của xúc tác. Ngoài ra còn giải thích sự hình thành spinel CuCr2O4 có hoạt độ cao [58,79], vai trò của Cr2O3 trong việc bảo vệ CuO không tạo thành dạng không có hoạt tính như CuAl2O4 như đã được chỉ ra trong mẫu xúc tác Cu/Al [40]. Cường độ pic khử oxi hấp phụ có liên quan đến tính chất bề mặt của các tâm hấp phụ, các chất xúc tác có cường độ các pic khử hấp phụ lớn chứng tỏ chúng có khả năng hấp phụ oxi lớn trên các tâm hoạt động, do đó có khả năng cung cấp oxi cho phản ứng oxi hoá hoàn toàn các chất COC.

QUÁ TRÌNH OXI HOÁ HOÀN TOÀN CÁC CHẤT COC

Như vậy, vai trò của xúc tác trong quá trình xử lý các hợp chất COC bằng phương pháp nhiệt là hết sức quan trọng, ngoài việc làm tăng độ chuyển hoá các chất COC, chất xúc tác còn cho phép thực hiện các phản ứng oxi hoá hoàn toàn với độ chuyển hoá cao, ở vùng nhiệt độ thấp hơn so với không có chất xúc tác. Trong sản phẩm cháy, ngoài sự có mặt của CB do sự chuyển hoá không hoàn toàn, các kết quả phân tích còn chỉ ra sự có mặt của các hợp chất hữu cơ ứng với các ion có số khối m/z = 146 và m/z = 182 với các chất 1,3 dichlorobenzene và 1,2,3 trichlorobenzene được tìm thấy trong thư viện phổ NIST 2005 tương ứng. Từ các kết quả thu được có thể nhận thấy rằng, trong trường hợp không xúc tác sắc đồ chọn lọc ion tương ứng với số khối m/z=146 và m/z=182 có chiều cao pic rất lớn, đồng nghĩa với sự hình thành 1,3 dichlorobenzene và 1,2,3 trichlorobenzene với nồng độ lớn trong pha khí.

LỰA CHỌN CHẤT XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG OXI HOÁ HOÀN TOÀN CÁC CHẤT COC

Trong tất cả các trường hợp, mẫu sản phẩm cháy được đưa trực tiếp vào thiết bị sắc kí khí, độ chuyển hoá được tính từ hai giá trị đo chiều cao pic chất của hai lần bơm mẫu liên tiếp mỗi lần cách nhau 5 phút và sau đó lấy giá trị chiều cao pic trung bình để xác định nồng độ của DCM còn lại trong sản phẩm cháy. Như đã phân tích ở mục 2.1.2 quá trình oxi hoá hoàn toàn các chất POP nói chung và các chất COC nói riêng bằng phương pháp nhiệt thông thường sẽ tạo ra các chất vô cơ do phân hủy nhiệt, các chất hữu cơ do tái kết hợp của các phân tử trong thành phần sản phẩm cháy như : các VOC (phố biến là toluen) và các chất đa vòng ngưng tụ (phổ biến là naphtalene). Toluene - C7H8 (TOL) là chất hữu cơ rất bền với nhiệt độ, ngoài các đặc điểm chung trong cấu trúc phân tử có chứa một vòng thơm chúng có một điểm khác biệt là nhóm thế - CH3 tại vị trí octo làm thay đổi độ bền liên kết trong phân tử, dẫn tới khả năng oxi hoá hoàn toàn cũng khác nhau so với CB.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG OXI HOÁ HOÀN TOÀN COC TRONG KHễNG KHÍ, KHI Cể MẶT CỦA CHẤT XÚC TÁC

Trong mục này, luận án sẽ tiến hành xem xét ảnh hưởng của các phương pháp điều chế khác nhau (phương pháp đồng kết tủa, phương pháp trộn cơ học và phương pháp tẩm xúc tác trên chất mang) đến độ chuyển hoá của phản ứng oxi hoá hoàn toàn các chất COC trên các chất xúc tác khác nhau. Nghiên cứu phổ XRD của các mẫu chất xúc tác S12, S15 và S22 cho thấy với các phương pháp điều chế khác nhau sự hình thành các tinh thể oxit kim loại trong chất xúc tác khác nhau, thể hiện ở các độ hẹp của chân các pic đặc trưng và chiều cao pic, mẫu S15 có độ tinh thể cao nhất, cường độ các tia phản xạ tại các góc quét đặc trưng cho các chất hoạt động và các chất phụ trợ cũng lớn nhất. Oxi trong trường hợp này là để tái sinh các chất xúc tác sau khi đã tham gia vào phản ứng oxi hoá CB, nhờ có quá trình tái sinh chất xúc tác nên phản ứng oxi hoá hoàn toàn các chất COC mới có thể được duy trì một cách thuận lợi và cho độ chuyển hoá khá cao.