2.4.2.1. Sinh học
Sự phân huỷ sinh học các chất thơm bao gồm hai bước: sự hoạt hóa vòng và sự phá vỡ vòng[31]:
+ Sự hoạt hóa vòng: Sự hoạt hóa vòng là sự thu nhận oxy phân tử vào vòng, tức là sự hydroxyl hóa nhân thơm. Bước này được thực hiện nhờ các oxygenase. Về sự hoạt hóa có tính tiền đề cho sự phân huỷ này của các chất thơm, liên quan đến các oxygenase, các nhóm vi sinh vật có các tiềm năng khác nhau:
• Nấm và các eukaryote khác chứa các mono oxygenase xúc tác cho sự thu nạp một nguyên tử oxy riêng lẻ vào vòng của chất thơm, để tạo thành một epoxit bị hydrat hóa về sau mà sinh ra trans dihydrodiols.
• Còn vi khuẩn thì chứa các dioxygenase xúc tác sự thu nạp cùng lúc hai nguyên tử của oxy phân tử để tạo thành một dihydrodiol. Những phản ứng của các dioxygenase này hay xảy ra đối với benzene, các benzene halogen hóa, toluene, pchlorotoluene, các xylene, biphenyl, naphtalen, antraxen, phenantren, benzo[a]– pyren và 3- metylcolantren.
Sự phá vỡ vòng: Các dihydrodiol bị oxy hóa tiếp với các dẫn xuất dihydroxyl hóa, như các catechol chẳng hạn, đó là những chất trực tiếp chịu sự phá vỡ vòng. Catechol có thể bị oxy hóa qua một trong hai con đường sau đây:
+ Con đường orto: sự phá vỡ vòng xảy ra tại cầu nối giữa các nguyên tử carbon của hai nhóm hydroxyl và do đó sinh ra muconic acid.
+ Con đường meta: vòng bị phá vỡ tại cầu nối giữa một nguyên tử carbon có nhóm hydroxyl và một nguyên tử carbon liền kề, do vậy tạo thành 2-hydroxymoconic semialdelhyt. Cả hai sản phẩm của hai kiểu phân huỷ này bị các vi sinh vật phân huỷ tiếp sau đó để tạo thành các acid lại được chính chúng và cả các vi sinh vật khác dùng
làm nguồn năng lượng.
Nhược điểm của phương pháp này là thời gian phân hủy chậm, hiệu quả xử lý không cao, chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, pH, ánh sáng.
2.4.2.2. Oxy hóa
Trong phương pháp phân hủy thì phương pháp oxy hóa bằng xúc tác [32] hoặc oxy hóa nhiệt (thiêu đốt)[33], hoặc oxy hóa nhiệt kết hợp với xúc tác được sử dụng nhiều nhất. Phương pháp này được áp dụng khá phổ biến và thường được áp dụng trong một số trường hợp sau: thành phần lớn có trong khí thải là những chất có mùi khó chịu và có thể cháy được, hoặc có thể kết hợp với oxy ở điều kiện thích hợp để thành chất ít độc hại hơn.
Xử lý VOCs bằng phương pháp oxy hóa bằng nhiệt hoặc oxy hóa bằng xúc tác là các phương pháp phân hủy để xử lý các dung môi hữu cơ dễ bay hơi được dùng nhiều nhất hiện nay. Đặc biệt khi lưu lượng khí thải thay đổi trong giới hạn cho phép không ảnh hưởng
nhiều đến hiệu quả xử lý khi áp dụng phương pháp này. Ngoài ra, phương pháp này còn có hiệu quả cao đối với việc xử lý các chất ô nhiễm mà các phương pháp khác xử lý không hiệu quả. Tuy nhiên, quá trình xử lý bằng phương pháp oxy hóa nhiệt hoặc oxy hóa bằng xúc tác thường đòi hỏi chi phí cao cho thiết bị, thường thì phải bổ sung thêm các nhiên liệu và xúc tác cho quá trình thiêu đốt để đảm bảo sự oxy hóa hoàn toàn các chất cần xử lý. Ngoài ra, phương pháp này có thể phát sinh quá trình ô nhiễm thứ cấp khó kiểm soát do quá trình đốt cháy không hoàn toàn.
Các tác nhân thường được sử dụng làm chất xúc tác trong xử lý VOCs như: các kim loại quý, các oxit kim loại chuyển tiếp, oxit hỗn hợp peroskit hay spinen,… hoặc các tác nhân này được mang trên các chất nền như carbon hoạt tính, zeolite, nhôm oxit, ceri oxit,…
Ưu điểm: Có hoạt tính và độ chọn lọc cao, giá thành thấp, độ bền cơ học cao, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong xử lý khí thải động cơ đốt trong và công nghiệp.
Nhược điểm: Chi phí cao cho thiết bị, phát sinh quá trình ô nhiễm thứ cấp khó kiểm soát.
Trong đề tài này, em sử dụng phương pháp oxy hóa xúc tác để xử lý các hợp chất BTEX. Vì nano vàng có hoạt tính tốt, có khả năng phân tán cao trên các chất mang oxit kim loại và quá trình oxy hóa có thể diễn ra ở nhiệt độ thấp. Đây là một trong những ưu điểm của nano vàng mà chúng ta có thể dùng để hạn chế các nhược điểm của quá trình oxy hóa xúc tác thông thường.