Tập trung vào các loại xe máy của Honda, Yamaha và toàn bộ các xe đều sử dụng nhiên liệu là xăng A92.
Bảng 3 Các loại xe máy đăng ký trước năm 2010, được thử nghiệm
TT Tên xe Loại xe Dung tắch Vc
(cm3)
Số km đã đi được
Hãng
1 Super Dream Xe số 97 56.320 Honda
2 Wave RS Xe số 109,1 48.650 Honda
3 Wave XRS Xe số 109,1 42.986 Honda
4 Jupiter Xe số 113,7 60.256 Yamaha
5 Lead Xe ga 108 53.240 Honda
35
Bảng 4 Các loại xe máy đăng ký sau năm 2010, được thử nghiệm
TT Tên xe Loại xe Dung tắch Vc
(cm3) Số km đã đi được Hãng 1 Super Dream 2013 Xe số 97 20.560 Honda 2 Wave S Deluxe Xe số 109,1 27.350 Honda 3 Wave RSX FI Xe số 109,1 18.652 Honda 4 Jupiter Xe số 113,7 24.960 Yamaha 5 Lead Xe ga 108 15.320 Honda 6 Vision Xe ga 108,2 14.260 Honda 2. 4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu về phát thải khắ nhà kắnh N2O từ các loại xe máy đã được lựa chọn. Toàn bộ các thắ nghiệm đều được thực hiện trên các xe máy chạy không tải.
Các thắ nghiệm đo đạc được thực hiện tại Viện Hóa học Ờ Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam
2. 5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thống kê: thu thập và xử lý các số liệu, tài liệu liên quan đến luận văn
Phương pháp kế thừa: Từ các nghiên cứu trước đây về lĩnh vực giảm thiểu khắ nhà kắnh đối với các phương tiện giao thông
Phương pháp đo đạc, lấy mẫu, phân tắch phục vụ thu thập các số liệu về chất lượng khắ thải từ xe máy.
36
Phương pháp đánh giá: Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng các cách đánh giá khác nhau như : đánh giá hiện trạng khắ thải xe máy, đánh giá và so sánh với các nghiên cứu trước đây...
2. 5. 1. Lấy mẫu và phân tắch
a. Lấy mẫu
Hình 3 Túi Tedlar lấy mẫu khắ thải
Các mẫu khắ thải từ xe máy thử nghiệm được thu thập trong túi Tedlar (dung tắch 6 lắt) có gắn phụ kiện kết nối nhanh, và được kết nối trực tiếp với máy sắc khắ trước khi phân tắch. Sự ổn định của nitơ oxit trong túi TedlarTM ắt nhất bốn ngày.
b. Phân tắch
Theo Leo Zafonte et al (2010) Sự phát triển sớm của phương pháp phân tắch bắt giữ electron hoặc đầu dò ECD đã cách mạng hóa trong hóa học phân tắch để phân tắch môi trường, bao gồm cả việc phân tắch các oxit nitơ.
Việc đo nồng độ nitơ oxit bằng sắc ký khắ kết hợp với các đầu dò ECD cung cấp tắnh chọn lọc do cột sẵn có tốt và độ nhạy cao khi sử dụng của máy dò ECD.
Các báo cáo liên quan đến lựa chọn đo khắ thải xe của oxit nitơ sử dụng sắc ký khắ đầu dò ECD liên quan đến việc nghiên cứu trên nhiều các loại xe bao
37
gồm cả xe xăng-nhiên liệu và nhiên liệu diesel. Cơ chế cho sự hình thành của oxit nitơ trong khắ thải từ CO và NO trên chất xúc tác ở nhiệt độ cao. Trong cơ chế này, sự hình thành N2O xảy ra trong đầu giai đoạn khi các chất xúc tác đang ấm dần lên (ở 280C - 330C), nhưng chấm dứt khi các chất xúc tác được làm nóng. Lượng NO cao trong khắ thải ủng hộ việc hình thành N2O.
Vì vậy, phương pháp sắc ký khắ (GC Ờ ECD) được sử dụng trong nghiên cứu này nhằm xác định lượng N2O trong khắ thải xe máy.
Sơ lược về hệ thống GC
Mẫu được bơm vào trong và theo dòng khắ mang (khắ mang thường là N2) đưa đến cột sắc ký (pha tĩnh). Mẫu khi qua cột này sẽ được hấp phụ lên trên pha tĩnh đó. Sau đó, các chất lần lượt tách khỏi cột theo dòng khắ ra ngoài được ghi nhận bởi đầu dò. Từ các tắn hiệu nhận được máy tắnh sẽ xử lý và biểu hiện kết quả bằng sắc ký đồ. Các chất được xác định nhờ giá trị thời gian lưu trên sắc ký đồ.
Hình 4 Sơ đồ hệ thống sắc ký khắ
Hệ thống sắc ký khắ bao gồm các thành phần cơ bản như sau:
1.1. Nguồn cung cấp khắ mang: Có thể sử dụng bình chứa khắ hoặc các thiết bị sinh khắ (thiết bị tách khắ N2 từ không khắ, thiết bị cung cấp khắ H2 từ nước cất,Ầ).
38
1.2. Lò cột: dùng để điều khiển nhiệt độ cột phân tắch 1.3. Bộ phận tiêm mẫu
Bộ phận tiêm mẫu dùng để đưa mẫu vào cột phân tắch theo với thể tắch bơm có thể thay đổi. Khi đưa mẫu vào cột, có thể sử dụng chế độ chia dòng (split) và không chia dòng (splitless).
Có 2 cách đưa mẫu vào cột: bằng tiêm mẫu thủ công và tiêm mẫu tự động (Autosamper Ờ có hoặc không có bộ phận hóa hơi - headspace).
1.4. Cột phân tắch
Có 2 loại cột: cột nhồi và cột mao quản.
- Cột nhồi (packed column): pha tĩnh được nhồi vào trong cột, cột có đường kắnh 2-4mm và chiều dài 2-3m.
- Cột mao quản (capillary): pha tĩnh được phủ mặt trong (bề dày 0.2-0.5ộm), cột có đường kắnh trong 0.1-0.5mm và chiều dài 30-100m.
Hình 5 Cột nhồi và cột mao quản
1.5. Đầu dò
Đầu dò dùng phát hiện tắn hiệu để định tắnh và định lượng các chất cần phân tắch. Có nhiều loại đầu dò khác nhau tùy theo mục đắch phân tắch như đầu
39
dò ion hóa ngọn lửa (FID-Flame Ioniation Detetor), đầu dò dẫn nhiệt (TCD- Thermal Conductivity Detector), đầu dò cộng kết điện tử (ECD-Electron Capture Detector), đầu dò quang hóa ngọn lửa (FPD-Flame Photometric Detector), đầu dò NPD (NPD-Nitrogen Phospho Detector), đầu dò khối phổ (MS-Mass Spectrometry).
1.6. Bộ phận ghi nhận tắn hiệu
Bộ phận này ghi tắn hiệu do đầu dò phát hiện.
Đối với các hệ thống hiện đại, phần này được phần mềm trong hệ thống ghi nhận, lưu các thông số, sắc ký đồ, các thông số liên quan đến peak như tắnh đối xứng, hệ số phân giải,Ầ đồng thời tắnh toán, xử lý các thông số liên quan đến kết quả phân tắch.
1.7. In dữ liệu
Sau khi phân tắch xong, dữ liệu sẽ được in ra qua máy in kết nối với máy tắnh có cài phần mềm điều khiển.
40
Thiết bị sử dụng
Máy sắc ký khắ Model GC-2010 Shimadzu; cột mao quản DB624, dài 30m, đường kắnh 0,25 mm; detector micro ECD; lò nung AWF13/5 - Anh, 5000C đến 30000C, độ chắnh xác ổ1oC; tủ sấy Binder, 250C đến 600C, độ chắnh xác ổ1oC;
- Micropipet, xyranh các loại, các dụng cụ như chai, nắp và vành nhôm chuyên dùng cho kỹ thuật không gian hơi của Agilent; dụng cụ thủy tinh của Nhật, Đức.
- Khắ nitơ 99,99% của Singapore; các hóa chất tinh khiết phân tắch khác của Merck.
41
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3. 1. Thực nghiệm
3. 1. 1. Các loại xe máy thử nghiệm
Các loại xe tham gia thử nghiệm tập trung vào 2 hãng lớn, thông dụng nhất tại Việt Nam là Honda và Yamaha. Trong đó có cả các xe số và xe ga với dung tắch buồng cháy khác nhau và thử nghiệm theo các chu trình khác nhau. Trong đó các xe số đều có hệ thống cung cấp nhiên liệu là xăng và dùng chế hòa khắ, còn lại xe ga dùng hệ thống phun xăng điện tử FI.
Thời gian sử dụng xe được phân chia làm 2 giai đoạn là xe được sử dụng trước năm 2010 và xe được sử dụng sau năm 2010, chi tiết các loại xe và đời xe được thể hiện trong 2 bảng sau:
Bảng 5 Các loại xe máy đăng ký trước năm 2010, được thử nghiệm
TT Tên xe Loại xe Dung tắch Vc
(cm3)
Hãng
1 Super Dream Xe số 97 Honda
2 Wave RS Xe số 109,1 Honda
3 Wave XRS Xe số 109,1 Honda
4 Jupiter Xe số 113,7 Yamaha
5 Lead Xe ga 108 Honda
42
Bảng 6 Các loại xe máy đăng ký sau năm 2010, được thử nghiệm
TT Tên xe Loại xe Dung tắch Vc
(cm3)
Hãng
1 Super Dream
2013
Xe số 97 Honda
2 Wave S Deluxe Xe số 109,1 Honda
3 Wave RSX FI Xe số 109,1 Honda
4 Jupiter Xe số 113,7 Yamaha
5 Lead Xe ga 108 Honda
6 Vision Xe ga 108,2 Honda
3. 2. Chế độ vận hành thử nghiệm
Chế độ vận hành thử nghiệm để xác định hàm lượng khắ N2O trong khắ thải của xe máy được thực hiện theo các chế độ khác nhau.
- Đối với loại xe số, thử nghiệm chế độ vận hành:
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 30 km/h
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h - Đối với loại xe ga, thử nghiệm chế độ vận hành:
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h
3. 3.Tắnh toán phát thải khắ N2O từ phương tiện xe máy
Hệ số phát thải của phương tiện giao thông là mức độ phát thải một thành phần độc hại nào đó trong khắ thải của phương tiện (CO, HC, NOx, PM, CO2) tắnh trên mỗi km di chuyển hoặc trên mỗi đơn vị nhiên liệu tiêu thụ.
43
3. 3. 1.Kết quả thực nghiệm đối với xe đăng ký trýớc nãm 2010
a. Đối với loại xe số
- Đối với loại xe số, thử nghiệm chế độ vận hành:
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 30 km/h
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h
Kết quả phân tắch nồng độ khắ N2O trong khắ thải xe máy đăng ký trước năm 2010 trong các chế độ vận hành tại các tốc độ khác nhau được trình bày trong các bảng sau:
Bảng 7 Kết quả phân tắch nồng độ khắ N2O (ppm) trong khắ thải xe máy trong chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20km/h
N2O Super Dream
Wave RS Wave XRS Jupiter
1 0,327 0,279 0,297 0,321 2 0,328 0,273 0,309 0,327 3 0,327 0,297 0,299 0,329 4 0,317 0,275 0,306 0,303 5 0,306 0,290 0,299 0,300 Trung bình 0,321 0,283 0,302 0,316
Bảng 8 Kết quả phân tắch nồng độ khắ N2O (ppm) trong khắ thải xe máy trong chế độ chạy vận hành tại tốc độ 30 km/h
N2O Super
Dream Wave RS Wave XRS Jupiter
1 0,364 0,336 0,325 0,360
2 0,370 0,304 0,369 0,340
3 0,340 0,281 0,329 0,363
44
N2O Super
Dream Wave RS Wave XRS Jupiter
5 0,366 0,299 0,327 0,337
Trung bình 0,359 0,312 0,334 0,347
Bảng 9 Kết quả phân tắch nồng độ khắ N2O (ppm) trong khắ thải xe máy trong chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h
N2O Super
Dream Wave RS Wave XRS Jupiter
1 0,344 0,328 0,347 0,332 2 0,347 0,277 0,303 0,381 3 0,364 0,299 0,342 0,345 4 0,362 0,309 0,356 0,354 5 0,364 0,307 0,351 0,372 Trung bình 0,356 0,304 0,340 0,357
Từ các kết quả phân tắch tại các chế độ vận hành khác nhau, ta có bảng giá trị nồng độ khắ N2O trung bình của xe máy số.
Bảng 10 Giá trị nồng độ khắ N2O trong khắ thải xe máy, loại xe số (ppm)
TT Tên xe Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 30 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h Trung bình 1 Super Dream 0,321 0,359 0,356 0,346 2 Wave RS 0,283 0,312 0,304 0,300 3 Wave XRS 0,302 0,334 0,340 0,325 4 Jupiter 0,316 0,347 0,357 0,340
45
Hình 7 Kết quả đo đạc nồng độ khắ N2O của xe máy trước năm 2010
Từ hình trên, chúng ta có thể thấy nồng độ khắ N2O tăng lên khắ vận hành tại tốc độ 30 km/h và giảm xuống khi vận hành tại tốc độ 40 km/h và nồng độ dao động trong khoảng từ 0,300 Ờ 0,346 ppm.
Để tắnh toán ra lượng khắ N2O thải ra không khắ, ta có công thức chuyển đổi từ ppm sang mg/m3 tại điều kiện chuẩn 250C như sau:
- ở 25oC, 1 atm ta có: C (mg/m3) = Mp x C (ppm)/ 24,45 Trong đó, Mp: là khối lượng phân tử
Bảng 11 Giá trị nồng độ khắ N2O trong khắ thải xe máy, loại xe số (mg/m3)
TT Tên xe Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 30 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h Trung bình 1 Super Dream 0,5777 0,6468 0,6410 0,6218 2 Wave RS 0,5093 0,5608 0,5471 0,5390 3 Wave XRS 0,5435 0,6003 0,6115 0,5851 4 Jupiter 0,5687 0,6241 0,6421 0,6116
46
Hình 8 Kết quả tắnh toán nồng độ khắ N2O (mg/m3)
Với lưu lượng xả của khắ thải xe máy trung bình đo đạc được là 0,043 m3/giây, ta có tải lượng ô nhiễm trung bình của các loại xe số là
Bảng 12 Tải lượng khắ N2O trong khắ thải xe máy, loại xe số (mg/s)
TT Tên xe Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 30 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h Trung bình 1 Super Dream 0,0248 0,0278 0,0276 0,0267 2 Wave RS 0,0219 0,0241 0,0235 0,0232 3 Wave XRS 0,0234 0,0258 0,0263 0,0252 4 Jupiter 0,0245 0,0268 0,0276 0,0263
Từ kết quả lưu lượng xả thải trung bình của xe máy số, ta tắnh được lượng phát thải trung bình của xe máy (lấy trung bình tại tốc độ 30 km/h) là:
Bảng 13 Lượng phát thải khắ N2O trong khắ thải xe máy, loại xe số (mg/km)
TT Tên xe Lưu lượng (mg/s) Lượng phát thải (mg/km)
47
TT Tên xe Lưu lượng (mg/s) Lượng phát thải (mg/km)
2 Wave RS 0,0232 2,781 3 Wave XRS 0,0252 3,019 4 Jupiter 0,0263 3,156
Trung bình 3,041
Hình 9 Lượng phát thải N2O của xe máy số
Lượng phát thải của xe máy số dao động trung bình là 3,041 mg/km và thấp nhất là xe Wave RS và cao nhất là xe Super Dream.
b.Đối với loại xe ga
- Đối với loại xe ga, thử nghiệm chế độ vận hành:
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h
48
Bảng 14 Kết quả phân tắch nồng độ khắ N2O (ppm) trong khắ thải xe máy Ờ xe ga Lead SCR N2O Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h 1 0,270 0,381 0,295 0,415 2 0,364 0,340 0,316 0,372 3 0,256 0,340 0,328 0,374 4 0,285 0,375 0,365 0,369 5 0,251 0,334 0,318 0,390 Trung bình 0,285 0,354 0,324 0,384
Tương tự như cách tắnh toán đối với xe số, ta có lưu lượng thải (mg/s) và lượng phát thải (mg/km) của loại xe ga với lưu lượng khắ thải là 0,045 (m3/s), như sau:
Bảng 15 Tổng hợp nồng độ khắ N2O trong khắ thải xe máy Ờ xe ga
Lead SCR N2O Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h Trung bình Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h Trung bình ppm 0,285 0,354 0,320 0,324 0,384 0,354 mg/m3 0,513 0,637 0,575 0,583 0,691 0,637
Lưu lượng thải
(mg/s) 0,023 0,029 0,026 0,026 0,031 0,029 Lượng phát
49
Hình 10 Lượng phát thải khắ N2O của xe máy ga
Từ kết quả thực nghiệm đối với xe ga ta có nồng độ khắ trung bình dao động trong khoảng từ 0,285 Ờ 0,384 ppm và lượng phát thải là 2,770 mg/km (Xe Lead chế độ chạy 20km/h) Ờ 3,732 (xe SCR chạy tại chế độ 40 km/h).
Như vậy, đối với các xe máy Ờ xe ga và xe số, được đăng ký trước năm 2010, ta có lượng phát thải trung bình là:
- Xe số: Từ 2,781 Ờ 3,208 mg/km - Xe ga: Từ 3,105 Ờ 3,440 mg/km
3. 3. 2.Kết quả thực nghiệm đối với xe đăng ký sau năm 2010
a. Đối với loại xe số
- Đối với loại xe số, thử nghiệm chế độ vận hành:
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 20 km/h
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 30 km/h
o Chế độ chạy vận hành tại tốc độ 40 km/h
Kết quả thực nghiệm đối với các xe máy đăng ký sau năm 2010 với các chế độ vận hành khác nhau được trình trong các bảng sau:
50
Bảng 16 Kết quả phân tắch nồng độ khắ N2O (ppm) trong khắ thải xe máy