3.3 Nghiên c ứu ứng dụng bột TiO 2 nano làm ch ất xúc tác quang hóa
3.3.2 Kh ảo sát khả năng xử lý của TiO 2 v ới từng cấu tử
Việc xử lý các cấu tử riêng biết benzene, toluen, xylen được thực hiện bằng cách cho lần lượt các hơi hữu cơ tương ứng đi qua cột đệm chứa các hạt TiO2 nano phủ trên hạt nhưa PE. Nồng độ hơi dung môi hữu cơ đi vào và ra khỏi hệ thống được phân tích bằng sắc ký khí. Kết quả thí nghiệm được trình bày trên các Bảng 3.4, 3.5, 3.6 và các Hình 3.22, 3.23, 3.24.
a) Xử lý benzen (nồng độkhí đầu vào (đơn vị diện tích): 202327)
Bảng 3.4 Kết quả xử lý benzen bằng TiO2 nano phủ trên hạt nhựa Thời gian Nồng độ khí đầu ra
(đơn vị diện tích)
Hiệu suất xử lý khí (%)
30 140633 30,49
60 140430 30,59
90 145601 28,03
120 146936 27,38
150 150586 25,57
180 159342 21,24
210 143134 29,25
240 152774 24,49
270 155319 23,23
300 154952 23,41
330 147247 27,22
360 144806 28,42
390 140528 30,54
420 138734 31,43
Trung bình 27,23
77
Hình 3.22 Kết quả xử lý benzen trên cột chứa TiO2/nhựa theo thời gian b) Xử lý toluen (nồng độkhí đầu vào (đơn vị diện tích): 19810)
Bảng 3.5 Kết quả xử lý toluen bằng TiO2 nano phủ trên hạt nhựa
Thời gian
Nồng độ khí đầu ra (đơn vị diện
tích)
Hiệu suất xử lý khí (%)
30 8320 49,11
60 9088 47,34
90 9492 46,40
120 10080 44,96
150 10431 45,17
180 10618 46,73
210 10903 48,22
240 10861 43,89
270 10551 46,55
Trung bình 46,49
Nồng độ khí (đvdt)
78
Hình 3.23 Kết quả xử lý Toluen trên cột chứa TiO2/nhựa theo thời gian c) Xử lý xylen (nồng độkhí đầu vào (đơn vị diện tích): 1310)
Bảng 3.6 Kết quả xử lý Xylen bằng TiO2 nano phủ trên hạt nhựa Thời gian Nồng độ khí đầu ra
(đơn vị diện tích)
Hiệu suất xử lý khí (%)
30 207 84,2
60 171 87,0
90 178 86,4
120 211 83,9
150 203 84,5
180 202 84,6
210 187 85,7
240 200 84,8
270 216 83,5
300 198 84,9
330 197 84,9
360 200 84,7
Trung bình 198 84,9
(s) Nồng độ khí (đvdt)
79
Hình 3.24 Kết quả xử lý xylen trên cột chứa TiO2/nhựa theo thời gian d) Khảo sát khả năng xử lý đồng thời của TiO2 với cả ba cấu tử:
Việc xử lý đồng thời 3 cấu tử được thử nghiệm với chế độ sau:
- Lượng benzen, toluen, xylen bằng nhau: VB = VT = VX = 35 ml - Lưu lượng oxy là 8 ml/ph, nitơ là 36 ml/ph (tỉ lệ oxy/nitơ là 1/4,5)
Kết quả thực nghiệm được trình bày trên Bảng 3.7 và Hình 3.25.
Bảng 3.7 Kết quả xửlý đồng thời cả 3 cấu tử Nồng độ các khí vào hệ
thống (đvdt) Nồng độ các khí ra khỏi hệ thống (đvdt)
Thời gian lấy mẫu (s)
Hiệu suất (%)
Benzen Toluen Xylen Benzen Toluen Xylen Benzen Toluen Xylen
93238 6331 122 78353 4428 30 30 28,18 58,16 85,84
109859 9663 181 86651 5274 41 60 25,63 52,21 81,48
125402 12305 261 73499 4223 32 90 24,07 48,10 78,28
115908 12906 318 89726 6025 54 120 29,91 52,82 79,90
120655 12605 290 91610 6542 63 150 25,25 49,72 78,04
84567 5947 58 180 21,27 43,96 74,15
90185 6338 64 210 22,19 43,33 73,34
94990 7064 75 240 25,32 43,40 71,44
93879 7144 77 270 27,70 46,54 73,99
90101 7135 83 300 25,50 48,69 77,39
87233 6739 75 330 28,18 58,16 85,84
(s) Nồng độ khí (đvdt)
80
Hình 3.25 Kết quả xử lý đồng thời cả 3 cấu tử BTX trên cột chứa TiO2/nhựa theo thời gian
Đồ thị mô tả nồng độ của các hơi BTX trên cột đệm chứa TiO2/nhựa cho thấy nồng độ các hơi đi ra khỏi hệ thống ổn định và hầu như không đổi. Điều đó chứng tỏ rằng tại đầu ra thiết bị, các hạt nhựa đã hấp phụ bão hòa các VOC và chỉ còn quá trình xử lý bằng xúc tác TiO2 dưới tác dụng của tia cực tím với tốc độ xử lý không đổi do lượng TiO2 trên nhựa đã được họat hóa hoàn toàn.
Biểu đồ cũng chỉ ra rằng đồ thị của benzen nằm cao hơn nhiều so với toluen và xylen, do benzen có khả năng bay hơi mạnh hơn , và do đó hơi benzen chiếm diện tích lớn nhất, kế đến là toluen và sau cùng là xylen.
Dựa vào hiệu suất xử lý đối với mỗi loại hơi cấu tử BTX, ta thấy quá trình xử lý xylen, toluen mạnh hơn benzen nhiều. Trong cấu trúc của phân tử xylen và toluen, ngoài vòng thơm còn có thêm nhóm CH3 nên khả năng tham gia các phản ứng linh động hơn benzen. Ngoài ra, do xylen chứa 2 nhóm CH3 nên khả năng bị oxy hóa của xylen là cao nhất, kế đến là toluen với 1 nhóm CH3 và thấp nhất là benzen.
(s) Nồng độ khí (đvdt)
81
Ngoài ra, do lượng hơi xylen trong dòng hỗn hợp thấp hơn nhiều so với benzen và toluen nên hiệu suất xử lý xylen do đó cũng cao hơn.
Như vậy, các kết quả thực nghiệm thu được khi xử lý riêng biệt từng cấu tử với lưu lượng tương đối như đã chỉ ra, đồ thị diện tích peak vẫn không thay đổi nhiều so với khi xử lý đồng thời cả 3 cấu tử. Điều đó cho thấy khả năng xử lý của TiO2đối với từng cấu tử là tương đối độc lập, phụ thuộc không nhiều vào sự có mặt của các cấu tử còn lại. Điều này cho thấy khả năng xử lý của chất xúc tác quang TiO2 phụ thuộc vào các tâm hoạt động và cường độ tia cực tím.
Các kết quả này giúp cho việc hình thành phương pháp tính toán khả năng sử dụng chất xúc tác quang TiO2để xử lý các hơi dung môi hữu cơ. TiO2 nano có khả năng xử lý được benzen, toluen, xylen khi được họat hóa bằng đèn UV. Đồng thời, hiệu suất xử lý giảm dần theo thứ tự xylen, toluen và benzen.
82