TIÊU LUÂN : CAC CHÂT Ô NHIÊM CHINH PHAT
THAI T ĐÔNG C DIESEL VA TAC HAI Ư Ơ
I.Khai quat chung:
Ô nhi m không khí là h u qu t các ho t đng c a cu c s ng hi n đi nh : ễ ậ ả ừ ạ ộ ủ ộ ố ệ ạ ư
s gia tăng tiêu th năng l ng, s phát tri n c a các ngành công nghi p mũi ự ụ ượ ự ể ủ ệ
nh n : công nghi p luy n kim, hóa h c, giao thông đng b và hàng không, v.v.ọ ệ ệ ọ ườ ộ
Ô nhi m có ngu n g c t ba ngu n chính : ngu n g c thiên nhiên (th c v t, ễ ồ ố ừ ồ ồ ố ự ậ
đt), ngu n g c c đnh (s i m gia đình, s n xu t đi n, công nghi p), và giaoấ ồ ố ố ị ưở ấ ả ấ ệ ệ
thông. Th c v y, ôtô và các ph ng ti n v n chuy n là m t ph n nguyên nhân ự ậ ươ ệ ậ ể ộ ầ
trong tình tr ng mô tr ng ô nhi m nh ngày nay.ạ ườ ễ ư
1. Ô nhi m khí th i : t ng quanễ ả ổ
Các h p ch t ô nhi m chính trong khí th i có th chia làm hai nhóm : khí và h tợ ấ ễ ả ể ạ
r n. Ng i ta phân bi t các ch t ô nhi m s c p đc th i ra t các ngu n xácắ ườ ệ ấ ễ ơ ấ ượ ả ừ ồ
đnh (CO, HC,…) v i các ch t ô nhi m th c p (Oị ớ ấ ễ ứ ấ 3, …) đc s n sinh ra t cácượ ả ừ
ph n ng gi a các ch t ô nhi m s c p v i nhau d i tác đng c a đi u ki nả ứ ữ ấ ễ ơ ấ ớ ướ ộ ủ ề ệ
môi tr ng nh b c x m t tr i.ườ ư ứ ạ ặ ờ
Nhìn chung ch t gây ô nhi m môi tr ng th i ra t đng c g m các ch t sau :ấ ễ ườ ả ừ ộ ơ ồ ấ
Dioxyde de carbone (CO2), s n ph m c a quá trình oxi hóa hoàn toàn nhiênả ẩ ủ
li uệ
Monoxyde de carbone (CO), đn t quá trình oxi hóa không hoàn toàn ế ừ
nhiên li uệ
Oxyde d’azote (NOx), bao g m monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d’azote ồ
(NO2).
Các h t r n, s n ph m c a các quá trình hình thành ph c t p.ạ ắ ả ẩ ủ ứ ạ
Các h p ch t h u c d bay h i (COV-composés organiques volatils), là ợ ấ ữ ơ ễ ơ
các h p ch t hóa h c h u c có áp su t h i đ cao đ d i các đi u ki n ợ ấ ọ ữ ơ ấ ơ ủ ể ướ ề ệ
bình th ng có th bay h i m t l ng đáng k vào không khí. V thành ườ ể ơ ộ ượ ể ề
ph n COV là s k t h p gi a các hydrocarbure (nh alcane, ầ ự ế ợ ữ ư
alcène, aromatique, …) và các h p ch t ch a oxi (aldéhyde, kétone, …).ợ ấ ứ
Các h p ch t h u c đa vòng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – ợ ấ ữ ơ
HAP), nh benzoapyreneư
Dioxyde de sulfure (SO2), hình thành t l u hu nh có s n trong nhiên li u.ừ ư ỳ ẵ ệ
Các kim lo i, có trong d u và nhiên li u.ạ ầ ệ
Nh ng ch t ô nhi m này th i ra môi tr ng s d n đn r t nhi u nhữ ấ ễ ả ườ ẽ ẫ ế ấ ề ả
h ngưở taih i cho s c kh e và môi tr ng.ạ ứ ỏ ườ M t vài ch t trong đó s góp ph nộ ấ ẽ ầ
hình thành s ng mù trong đô th (brouillards urbains), m a acide t SO2 vàươ ị ư ừ
NOx. Trong đó NOx và VOCs là nguyên nhân gây ra các ph n ng khác nhau d nả ứ ẫ
đn s hình thành ozone t ng đi l u c a khí quy n.ế ự ở ầ ố ư ủ ể Các hydrocarbon ch aư
cháy gây ra b nh ungệ th , còn các h t r n, đc bi t là các h t r n nh , r t nguyư ạ ắ ặ ệ ạ ắ ỏ ấ
hi m cho s c kh e, vì nó có th đi vào trong ph i, gây ra các b nh v hô h p.ể ứ ỏ ể ổ ệ ề ấ
2. Ô nhi m khí th i đng c Dieselễ ả ộ ơ :
Đng c Diesel chuy n đi năng l ng hóa h c (carburant, gazole) thành năng ộ ơ ể ổ ượ ọ
l ng c h c.ượ ơ ọ Gazole là h n h p c a các hydrocarbure mà trong quá trình cháy ỗ ợ ủ
lý t ng, nó ch sinh ra COưở ỉ 2 và H2O. Trong th c t ng i ta quan sát th y m t ự ế ườ ấ ộ
vài s n ph m khí và r n khác.ả ẩ ắ Đi u này liên quan m t ph n đn s có m t c a ề ộ ầ ế ự ặ ủ
các t p ch t ch a trong các HC (nh các h p ch t ch a l u hu nh), và m t khácạ ấ ứ ư ợ ấ ứ ư ỳ ặ
liên quan đn s ph c t p c a các ph n ng hóa h c x y ra trong quá trình ế ự ứ ạ ủ ả ứ ọ ả
cháy.
2.1. C u trúc suie Dieselấ
Suie Diesel đc t o thành t nhi u h t r n có kích th c kho ng 0,3ượ ạ ừ ề ạ ắ ướ ả mm. Các
h t r n này l i đc t o thành t các h t carbone nh h n có bán kính kho ngạ ắ ạ ượ ạ ừ ạ ỏ ơ ả
10 – 60 nm liên k t l i v i nhau thành d ng chu i hay agrégat, có hình thù « k tế ạ ớ ạ ỗ ế
túm » (floconneux) đc tr ng, và có th coi h t suie Diesel là m t h n h p c aặ ư ể ạ ộ ỗ ợ ủ
các c u t h u c và vô c ấ ử ữ ơ ơ
Suie đc t o nên t m t pha r n tâm và m t pha ng ng t trên b m t. Tâm ượ ạ ừ ộ ắ ở ộ ư ụ ề ặ
c a suie là than carbone, pha ng ng t th c ch t là các ch t h u c g m các ủ ư ụ ự ấ ấ ữ ơ ồ
hydrocarbon ng ng t trong pha l ng trên b m t (SOF) và các sufates.ư ụ ỏ ề ặ
Các sulfates trong khí th i đng c Diesel có ngu n g c t các ch t h u c ch aả ộ ơ ồ ố ừ ấ ữ ơ ứ
l u hu nh trong nhiên li u. Khi nhiên li u cháy, l u hu nh trong các h p ch tư ỳ ệ ệ ư ỳ ợ ấ
hóa h c này chuy n thành SOọ ể 2, và sau đy m t ph n (kho ng 2%) s b oxi hóaấ ộ ầ ả ẽ ị
thành SO3. SO3 sau đó s ph n ng v i n c đ t o thành các gi t l ng acideẽ ả ứ ớ ướ ể ạ ọ ỏ
sulfurique.
2.2. nh h ng c a h t r n suie lên môi tr ng và s c kh e.Ả ưở ủ ạ ắ ườ ứ ỏ
Các h t suie th i ra t đng c Diesel có nh h ng x u đn môi tr ng cũngạ ả ừ ộ ơ ả ưở ấ ế ườ
nh s c kh e con ng i.ư ứ ỏ ườ Th c v y, các h t r n này góp ph n t o thành các đámự ậ ạ ắ ầ ạ
b i l l ng trong môi tr ng đô th .ụ ơ ử ườ ị Kích th c c a h t suie đóng m t vai tròướ ủ ạ ộ
quan tr ng.ọ H t càng nh , chúng càng l l ng lâu trong không khí, và khi đi vàoạ ỏ ơ ử
ph i, th i gian chúng l u l i càng lâu.ổ ờ ư ạ Đi v i nh ng h t có đng kính l n h nố ớ ữ ạ ườ ớ ơ
10 mm, chúng d dàng b đy ra kh i đng hô h p; các h t có t 3 – 10ễ ị ẩ ỏ ườ ấ ạ ừ mm,
chúng d dàng l u l i khí qu n và ph qu n; d i 3ễ ư ạ ở ả ế ả ướ mm, các h t này có thạ ể
thâm nh p vào t n các ph nang c a ph i (les alvéoles pulmonaires), và có thậ ậ ế ủ ổ ể
thâm nh p vào máu. Rõ ràng các h t r n này là ngu n g c c a các b nh v hôậ ạ ắ ồ ố ủ ệ ề
h p th ng g p nh : hen suy n, viêm ph qu n, và ungấ ườ ặ ư ễ ế ả thư ph i.ổ
II.Cac ph ng phap: ươ
1.Các công ngh x lý suie :ệ ứ
Ng i ta đã nghiên c u nhi u công ngh l c suie th i ra t đng c Diesel. M tườ ứ ề ệ ọ ả ừ ộ ơ ộ
s thi t b l c cho k t qu khá t t nh : b l c vách x p b ng ceramique d ngố ế ị ọ ế ả ố ư ộ ọ ố ằ ạ
monolithe (cordiérithe), v i kim lo i (toiles métalliques), ho c b t kim lo i ho cả ạ ặ ọ ạ ặ
ceramique. Co cac ph ng phap sau : ươ
-Ph ng pháp nhi tươ ệ
Nguyên t c c b n c a ph ng pháp này là c b l c và khí th i đng c ắ ơ ả ủ ươ ả ộ ọ ả ộ ơ
s đc gia nhi t đn m t nhi t đ t i thi u c n thi t đ có th b t đu ẽ ượ ệ ế ộ ệ ộ ố ể ầ ế ể ế ắ ầ
quá trình cháy c a h t r n. Đ nâng nhi t đ c a b l c, ng i ta có th ủ ạ ắ ể ệ ộ ủ ộ ọ ườ ể
dùng m t trong các cách sauộ :
+ S d ng năng l ng đi n đ gia nhi t nh vi sóng (micro-ondes), b ng ử ụ ượ ệ ể ệ ờ ằ
cách dùng m t b l c làm b ng v t li u bán d n, ho c b ng cách l p đt ộ ộ ọ ằ ậ ệ ẫ ặ ằ ắ ặ
b l c ceramique có dây gia nhi tộ ọ ệ .
+ Ng i ta có th gia nhi t b l c b ng m t brûleur v i h th ng t đng cóườ ể ệ ộ ọ ằ ộ ớ ệ ố ự ộ
hai l p l c : khí th i đc n p qua l p l c th nh t, trong khi đó l p th ớ ọ ả ượ ạ ớ ọ ứ ấ ớ ứ
hai ch a đy h t r n s đc tái sinh đng th i nh brûleur.ứ ầ ạ ắ ẽ ượ ồ ờ ờ
Các ph ng pháp này g p khá nhi u v n đ v m t ng d ng, nh hươ ặ ề ấ ề ề ặ ứ ụ ư ệ
th ng choáng nhi u ch l p đt trên ôtô, và cũng khá đtố ề ỗ ắ ặ ắ .
-Ph ng pháp xúc tácươ
M c đích c a ph ng pháp này là gi m nhi t đ t i thi u c n thi t cho ụ ủ ươ ả ệ ộ ố ể ầ ế
quá trình đt cháy suie nh s d ng các xúc tác oxi hóa toàn ph n ố ờ ử ụ ầ
(oxidation totale). Tuy nhiên hi u qu c a các v t li u này không nh ng ệ ả ủ ậ ệ ữ
ph thu c vào ho t tính oxi hóa c a xúc tác, mà còn ph thu c vào tính ụ ộ ạ ủ ụ ộ
ch t ti p xúc (qualité de contact) c a chúng v i suie. S ti p xúc c a hai ấ ế ủ ớ ự ế ủ
pha r n (suie – catalyseur) càng « ch t », hi u qu xúc tác càngắ ặ ệ ả ca
2. Các ph ng pháp kh suie b ng xúc tácươ ử ằ
Ngày nay ng i ta đu công nh n r ng n u ti p xúc gi a xúc tác và suie khôngườ ề ậ ằ ế ế ữ
« b n ch t » (contact intime intense), hi u qu c a xúc tác trong quá trình cháyề ặ ệ ả ủ
suie là không đáng k . Và nh ng nghiên c u đ đt đc s ti p xúc t t nh t cóể ữ ứ ể ạ ượ ự ế ố ấ
th gi a hai pha r n này đã làm n y sinh ra hai d ng xúc tác : xúc tác n iể ữ ắ ả ạ ộ
(catalyse interne) và xúc tác ngo i (catalyse externe).ạ
Xúc tác n i :ộ
oGi i pháp đu tiên là thêm tr c ti p vào nhiên li u m t l ng r t béả ầ ự ế ệ ộ ượ ấ
(0,03 đn 0,1 g/l) các ph gia có n n t ng là các h p ch t c kim nh mế ụ ề ả ợ ấ ơ ằ
c i thi n quá trình cháy trong đng c . Các phả ệ ộ ơ ụ gia này đóng vai trò
xúc tác vì các kim lo i đc sinh ra sau khi nhiên li u cháy (Ni, Cu,ạ ượ ệ
Mo, Mn, Zn, Ca, Ba…) [3] s bám trên h t suie d i d ng các oxide vôẽ ạ ướ ạ
c và có ho t tính xúc tác cao. Các xúc tác này trong các h t r n vàơ ạ ở ạ ắ
hoàn toàn đm b o s ti p xúc ch t v i suie, tuy nhiên cũng không thả ả ự ế ặ ớ ể
tránh kh i ph gia s bám lên b l c. Đi u này s làm cho các l x pỏ ụ ẽ ộ ọ ề ẽ ỗ ố
c a nó b ngh n trong m t th i gia ng nủ ị ẽ ộ ờ ắ .
oGi i pháp th hai là thêm ph gia vào dòng khí th i c a đng c m tả ứ ụ ả ủ ộ ơ ộ
cách liên t c ho c gián đo n. Ng i ta dùng các đng phân h u c c aụ ặ ạ ườ ồ ữ ơ ủ
đng (Cu) làm ph gia. Và nh c đi m c a ph ng pháp này cũngồ ụ ượ ể ủ ươ
gi ng nh ph ng pháp th nh tố ư ươ ứ ấ .
Xúc tác ngo i :ạ
oGi i pháp này liên quan đn vi c dùng m t b l c xúc tác có kh năngả ế ệ ộ ộ ọ ả
gi m nhi t đ cháy c a suie, cũng nh có th đt m t cách liên t cả ệ ộ ủ ư ể ố ộ ụ
nh m tránh vi c các l x p c a b l c b bít l i do suie bám lên quáằ ệ ỗ ố ủ ộ ọ ị ạ
nhi u. V i ph ng pháp này ng i ta không ph i thêm vào m t hề ớ ươ ườ ả ộ ệ
th ng tái sinh ph , mà nó cũng không nh h ng đn ho t đng c aố ụ ả ưở ế ạ ộ ủ
đng c nh các ph ng pháp thêm ph gia trên.ộ ơ ư ươ ụ ở
oNh ng v n đ đt ra v i b l c xúc tác là vi c đm b o ti p xúc t tư ấ ề ặ ớ ộ ọ ệ ả ả ế ố
gi a hai pha r n suie-xúc tác. Hi n nay, đây là nguyên nhân chính c nữ ắ ệ ả
tr kh năng ng d ng c a ph ng pháp này vào th c t , ch khôngở ả ứ ụ ủ ươ ự ế ứ
ph i v n đ ho t tính c a xúc tác không đm b o. Tuy nhiên ph mả ấ ề ạ ủ ả ả ở ạ
vi nghiên c u ng i ta đã đ ra r t nhi u d ng xúc tác dùng cho b l cứ ườ ề ấ ề ạ ộ ọ
xúc tác. Các xúc tác này có th là các kim lo i hi m (Ni, Pt, …)ể ạ ế [4], các
xúc tác đn (MnOx, Laơ2O3, CeO2, MgO, Fe2O3, Al2O3, VOx) [5-8], ho cặ
các xúc tác ph c t p h n đc bi t là xúc tácứ ạ ơ ặ ệ
d ngạ pérovskite (chromites [9-11], lanthanides [9], cobaltites [11],
manganites [3, 11])
oTrong các nghiên c u g n đây ng i ta quan tâm nhi u đn các xúc tácứ ầ ườ ề ế
có c u trúc ph c t p, đc bi t là xúc tác d a trên các oxyde d ngấ ứ ạ ặ ệ ự ạ
pérovskite. Các oxyde đc bi t này, th ng có công th c chung làặ ệ ườ ứ
ABO3, thu hút s quan tâm ch ng i ta có th tác đng vào v trí Aự ở ỗ ườ ể ộ ị
và/ho c v trí B đ thay th (riêng ph n) b ng m t ion c a nguyên tặ ị ể ế ầ ằ ộ ủ ố
khác.
III.Kêt luân:
Ngày nay ô nhi m môi tr ng ngày càng tr thành m t v n đ nh c nh i v i ễ ườ ở ộ ấ ề ứ ố ớ
con ng i. Trong đó m t ph n không nh nguyên nhân có ngu n g c t khí th i ườ ộ ầ ỏ ồ ố ừ ả
đng c . Đng c Diesel đc công nh n có nhi u u th v t tr i nh ng lo i ộ ơ ộ ơ ượ ậ ề ư ế ượ ộ ư ạ
đng c này v n t n t i nhi u nh c đi m khía c nh môi tr ng, đc bi t là ộ ơ ẫ ồ ạ ề ượ ể ở ạ ườ ặ ệ
vi c th i suie. Suie Diesel là m t h p ch t có c u trúc ph c t p mà quá trình ệ ả ộ ợ ấ ấ ứ ạ
hình thành c a nó v n còn là m t v n đ đang nghiên c u. Vi c n m rõ c u ủ ẫ ộ ấ ề ứ ệ ắ ấ
trúc, đc đi m, và quá trình hình thành c a suie có vai trò quan tr ng trong vi c ặ ể ủ ọ ệ
nghiên c u các ph ng pháp kh suie. Ng i ta đã và đang nghiên c u nhi u ứ ươ ử ườ ứ ề
ph ng pháp khác nhau đ oxy hóa suie, nh ph ng pháp nhi t, xúc tác, … Nóiươ ể ư ươ ệ
chung m i ph ng pháp đu có nh ng u và nh c đi m nh t đnh. Trong đó ỗ ươ ề ư ư ượ ể ấ ị
b l c xúc tác có v là m t ph ng pháp t i u nh t. Ph ng pháp này th hi nộ ọ ẻ ộ ươ ố ư ấ ươ ể ệ
nhi u u đi m v t tr i, tuy nhiên vi c tái sinh b l c sau m t th i gian s ề ư ể ượ ộ ệ ộ ọ ộ ờ ử
d ng v n còn là m t v n đ c n đc ti p t c c i thi n. Và trong các ch t xúc ụ ẫ ộ ấ ề ầ ượ ế ụ ả ệ ấ
tác dùng cho b l c xúc tác, các oxyde d ng perovskite chi m đc nhi u quan ộ ọ ạ ế ượ ề
tâm vì ho t tính xúc tác cao, và kinh t .ạ ế