PCO (photo-catalytic oxidation) là viết tắt của quá trình oxi hóa xúc tác quang hóa. Với mục đích làm sạch không khí, quá trình PCO có nhiều ưu điểm:
- Sử dụng ít năng lượng,
- Khả năng oxy hóa cao đối với phản ứng pha khí và khử mùi,
- Sản phẩm của quá trình PCO là CO2 và H2O, không sinh ra các hóa chất phụ và ozone thừa với hiệu suất phân hủy chất hữu cơđộc cao ởđiều kiện thường,
- Có thể làm việc trong điều kiện môi trường có độẩm cao.
Nguyên lý hoạt động của phần tử quang xúc tác (photocatalytic reactor) trong quá trình làm sạch không khí là chuyển hóa năng lượng của ánh sáng thành năng lượng hóa học - khả năng oxy hóa cho quá trình phân hủy chất độc hại. Điểm mấu chốt của quá trình quang xúc tác là khi được chiếu sáng với ánh sáng có bước sóng thích hợp thì chất hóa học trở nên có hoạt tính cao. Kỹ thuật PCO phân hủy chất ô nhiễm cả trong không khí và nước, do đó thiết kế cho lọc khí và nước có thể khác nhau, nhưng về nguyên lý cơ bản thì như nhau. Chất quang xúc tác đặc trưng là TiO2. Lớp phủ TiO2 được chiếu bởi ánh sáng tử ngoại, có thể từ đèn tử ngoại hoặc ánh sáng mặt trời. Khi luồng khí ô nhiễm đi qua hệ phản ứng, chất ô nhiễm sẽ bi phân hủy thành CO2 và H2O theo không khí sạch thoát ra ngoài.
- 31 -
Phương pháp làm sạch không khí bằng PCO rất linh hoạt và kinh tế. Tính linh hoạt là do đặc tính vận hành mền dẻo. PCO là phương pháp có hiệu quả nhất xử lí các chất ô nhiễm có nồng độ thấp và dòng khí chậm, không bị hạn chế bởi nhiệt độ cũng như áp suất của môi trường. Hệ PCO thường được thiết kế rất gọn, nhẹ và lý tưởng cho phương án xử lí tại chỗ với quy mô vừa và nhỏ. Kỹ thuật PCO rất thích hợp khi xử lý chất ô nhiễm phân tán ở các cơ sở sản xuất như xưởng là khô, phun sơn, hiệu ảnh, …
Thiết kế các phần tử quang xúc tác phải bảo đảm hiệu quả 02 yếu tố:
- Sự tiếp xúc giữa luồng không khí đi qua phin lọc và lưới quang xúc tác phải tối đa.
- Ánh sáng kích thích phải đến lưới quang xúc tác nhiều nhất.
Phương án đơn giản nhất của phin lọc chủđộng quang xúc tác gồm 01 lưới quang xúc tác (photocatalytic grid) và nguồn đèn cực tím (UV lamp). Một hệ như vậy thường được thiết kế thành một modul thống nhất. Phương án thiết kế này sẽ làm cho hệ thiết bị lọc khí PCO có tính linh hoạt và dễ thay thế cũng như bảo trì trong quá trình sử dụng.
Thiết kế hệ thống lọc khí theo nguyên tắc PCO cần đảm bảo hệ xúc tác có thể làm việc tốt trong điều kiện đặc thù của Việt Nam. Do đó, cần thiết kế hệ thống lọc bụi thô cho luồng khí đi qua hệ quang xúc tác để tránh lợp bụi bám dính lên vật liệu làm giảm khả năng xử lý.
Hình 1.4 là nguyên lý hoạt động của hệ màng lọc quang xúc tác TiO2. Không khí bị ô nhiễm được hút vào bên trong thiết bị thông qua lối vào sẽ qua lớp màng lọc thô (gồm vải sợi bông, vải sợi bông có phủ than hoạt tính) nhằm giữ lại những hạt bụi bẩn, sau đó đến màng lọc quang xúc tác TiO2. Tại đây, các chất ô nhiễm như benzen, toluen, xylen, CO, NO,… sẽ bị khử dưới nguồn sáng kích hoạt.
- 32 -
Hình 1.4. Nguyên lý xử lý ô nhiễm của màng lọc quang xúc tác