CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Khái niệm pin, ắc quy và bóng đèn huỳnh quang - Chất thải nguy hại là chất thải có chứa các chất hoặc hợp chất có một trong các đặc tính gây nguy hại trực tiếp (dễ cháy, dễ nổ, làm ngộ độc, dễ ăn mòn, dễ lây nhiễm và các đặc tính nguy hại khác), hoặc tương tác chất với chất khác gây nguy hại đến môi trường và sức khỏe con người”. [1] - Pin là một thiết bị dùng để lưu trữ, cung cấp điện năng. Pin điện hóa chuyển hóa năng (năng lượng phản ứng hóa học) thành điện năng.
Pin là nguồn cung cấp năng lượng hoạt động cho hầu như tất cả các thiết bị cầm tay hiện nay vì nó có những ưu điểm như, nhỏ, nhẹ, cung cấp điện áp ổn định. [13] - Nguồn điện thứ cấp hay ắc quy (gốc tiếng Pháp accumulateur) hay pin sạc, pin thứ cấp là loại pin có thể tái sử dụng nhiều lần bằng cách cắm điện và đặt vào bộ sạc để sạc lại. Ắc quy là một dạng nguồn điện hóa học, dùng để lưu trữ điện năng dưới dạng hóa năng. Ắc quy hiện nay trên thị trường chủ yếu là ba loại sử dụng các chất hóa học khác nhau gồm: NiCd, NiMH và Lithium.
Ngoài ra, người ta còn bơm vào đèn một ít hơi thủy ngân và khí trơ (neon, argon.) để làm tăng độ bền của điện cực và tạo ánh sáng màu. Cấu tạo và hoạt động của pin, ắc quy và bóng đèn huỳnh quang 1. Pin [9] Cấu tạo của Pin Hình 1.1 Cấu tạo của Pin 3 Luan van Phân loại Pin - Pin điện hóa Zinc Carbon: Đây là loại pin có từ rất lâu. Pin carbon kẽm có giá rẻ.
Đây là lựa chọn tốt cho các thiết bị tiêu thụ ít điện năng (điều khiển tivi, đồng hồ treo tường, đèn pin, đồ chơi…) Hình 1. Pin Zinc Carbon - Pin điện hóa Alkaline (Pin kiềm): Đây là loại pin dùng một lần thông dụng nhất hiện nay bởi giá thành thấp mà dung lượng đủ cao. Pin kiềm có đủ hình dáng, từ loại thông dụng AA (pin tiểu) đến AAA (pin đũa, pin mini) hoặc C (pin trung), D (pin đại). Pin điện hóa Alkaline - Pin điện hóa Niken Cadimi (Ni-Cd) : Đây là loại pin có số lần sạc lại nhiều nhất, lên tới 1000 lần, tuy nhiên phải cẩn thận khi sử dụng vì pin Ni-Cd rất độc.
Một trong các yếu điểm của pin Ni-Cd là điện thế giảm đột ngột ở cuối chu kì xả. 4 Luan van Hình 1. Pin điện hóa Niken Cadimi (Ni-Cd) - Pin điện hóa Ni-MH (Nikel matal hidride): Pin Ni-MH dạng AA có thể dùng với hầu như tất cả các thiết bị đang dùng pin Alkaline và Ni-Cd. Pin Ni-MH có khả năng lưu trữ năng lượng tốt và nội trở nhỏ.
Đây là lựa chọn phổ biến vì pin Ni-MH có hiệu ứng nhỏ ít hơn Ni-Cd và có dung lượng pin cao hơn hai lần pin Ni-Cd. Pin điện hóa Ni-MH - Pin điện hóa silver oxide (oxit bạc): Đây là loại pin không thông dụng do giá rất đắt. Có thể thấy loại pin này trong một số loại đồng hồ, máy trợ thính và các máy ảnh tiêu thụ ít năng lượng. Ngoài ra, do Pin khi hết không chảy nước nên rất được ưu chuộng khi gắng trực tiếp lên bo mạch Pin CMOS trong máy vi tính.
5 Luan van Hình 1. Pin điện hóa silver oxide - Pin điện hóa Lithium-Ion (Li-Ion): Loại pin này được đánh giá là loại pin tốt với nhiều tính năng ưu việt như mật độ năng lượng cao, thời gian sử dụng lâu, suy hao năng lượng thấp và đặc biệt loại bỏ hẳn tình trạng nhớ. Đây là dòng pin thân thiện với môi trường, không có các yếu tố kim loại độc hại trong vấn đề xử lý thải. Pin điện hóa Lithium-Ion 1.
Ắc quy [9] Cấu tạo của ắc quy 6 Luan van Hình 1. Cấu tạo bình ắc quy - Vỏ: Giữ vai trò bảo vệ các bộ phận bên trong ăc quy. Chia làm nhiều ngăn và tạo khoảng trống phía đáy để đựng dung dịch và các cặn bẩn. Những chiếc vỏ trong suốt cho phép chúng ta kiểm tra mức dung dịch điện phân mà không cần tháo nút thông hơi.
- Nắp: Được gắn cố định với vỏ, có lỗ thoát khí để bảo vệ ăc quy (đối với ăc quy chì hở), kiểm tra dung dịch điện phân, thêm nước. - Bản cực: Làm từ hợp kim chì và atimon (Sb), cực dương là chì dioxit (PbO2) và cực âm là chì. Trên mặt bản cực có gắn các xương dọc và xương ngang để tăng độ cứng vững và tạo ra các ô cho chất hoạt tính bám trên bản cực, số tấm cực và kích thước của các cực càng lớn thì điện thế sinh ra càng lớn. - Tấm chắn: Mỏng, cách điện xốp (dệt thủy tinh hoặc nhựa) đặt giữa hai bản cực âm và dương, ngăn chặn việc phóng điện giữa 2 bản cực.
- Hộc bình: Một cụm bản cực tích điện âm và dương gắn với tấm chắn ở giữa. Khi ngâm trong chất điện phân, một ngăn sản xuất khoảng 2.1V (không phân biệt số lượng và kích thước của bản cực), hộc acquy được nối thành hàng, vì vậy số lượng các ngăn xác định điện áp của ăc quy. Một ăc quy 12V có 6 ngăn. - Thanh nối: Là đai kim loại nặng và dày, được hàn vào các cực âm của 6 ngăn, giúp kết nối thành một mạch.
- Ngăn bình: Là 1 phần của vỏ, nó ngăn cách các ngăn. - Cọc bình: Đó là 2 đầu cực âm và dương,điểm nối với thanh nối của cực tương ứng. Là nơi nối với tải ngoài và để sạc điện. 7 Luan van - Nút thông hơi: Giúp kiểm soát sự thoát khí H2 trong quá trình nạp.
Kiểm tra dung dịch điện phân và cho thêm nước nếu cần thiết. - Dung dịch: Là một hỗn hợp axit H2SO4 và Nước. Nó phản ứng hóa học với các vật liệu tại 2 cực trong các bản cực để tạo ra một điện áp .Nó dẫn các e từ tấm này sang tấm kia. Một pin sạc đầy sẽ có khoảng 36% axit và 64% nước.
Phân loại Trên thị trường ắc quy tại Hà Nội nói riêng và ắc quy toàn quốc nói chung hiện tại có rất nhiều tên gọi Ắc quy khác nhau như: ắc quy nước, ắc quy axít, ắc quy axít kiểu hở, ắc quy kín khí, ắc quy không cần bảo dưỡng, ắc quy khô, ắc quy GEL, ắc quy kiềm.Thực ra thì cách nói như trên là các cách gọi khác nhau của vài loại ắc quy cơ bản mà thôi, cách gọi như trên chính là cách gọi có thể bao hàm vào nhau mà nếu nghe qua bạn đừng hoang mang rằng tại sao có nhiều loại ắc quy như vậy. Trên thực tế thường phân biệt thành hai loại ắc quy thông dụng hiện nay là: - Ắc quy sử dụng điện môi bằng A-xít gọi tắt là ắc quy A-xít (hoặc ắc quy Axít- Chì) và cũng được chia làm 2 loại chính sau: + Ắc quy A-xít chì hở (Vented Lead-Acid Batteries) + Ắc quy A-xít chì kín (Valve-Regulated Lead- Acid) Hai loại này đang bị gọi nhầm một cách thông dụng là: ắc quy nước và ắc quy khô (đúng ra thì ắc quy điện môi dạng keo mới gọi là ắc quy khô). Để hiểu chi tiết hơn về phân loại ắc quy axit-chì, mời các bạn đọc bài viết "Phân loại ắc quy axit-chì" Hình 1. Ắc quy A-xit chì 8 Luan van - Ắc quy sử dụng điện môi bằng kiềm gọi tắt là ắc quy kiềm (Nickel-Cadmium Batteries) Hình 1.
Ắc quy kiềm 1. Bóng đèn huỳnh quang [9] Đèn huỳnh quang hay gọi đơn giản là đèn tuýp gồm điện cực (vonfram) vỏ đèn và lớp bột huỳnh quang. Ngoài ra, người ta còn bơm vào đèn một ít hơi thủy ngân và khí trơ (neon, argon.) để làm tăng độ bền của điện cực và tạo ánh sáng màu. Theo thống kê từ tạp chí khoa học và công nghệ (ngày 22/04/2016), trong mỗi huỳnh quang compact có chứa khoảng 5 mi - li - gam thuỷ ngân.
Đèn huỳnh quang có cấu tạo gồm hai bộ phận chính đó là ống tuýp đèn và hai điện cực ở hai đầu. Cơ chế phát sáng của đèn huỳnh quang khá phức tạp điễn ra bên trong ống thủy tinh hình trụ bịt kín. Mặt bên trong ống được tráng một lớp lớp huỳnh quang tức là bột phốt pho. Ống có hai điện cực ở hai đầu, được nối với mạch điện xoay chiều.
Khi ta bật công tắc đèn sẽ xảy ra hiện tượng hồ quang điện tức là sự phóng điện trong khí trơ để kích thích tạo ra ánh sáng. Hiện tượng này như sau: Khi dòng điện đi vào và gây ra một hiệu điện thế lớn giữa các điện cực thì các dây tóc trên các đầu điện cực nóng lên, phát xạ ra các hạt electron di chuyển trong ống với vận tốc cao từ đầu này đến đầu kia. Trên đường vận động, chúng va chạm vào các phân tử khí trơ làm phóng ra nhiều các hạt ion hơn. Quá trình này tỏa nhiệt sẽ làm thủy ngân trong ống hóa hơi.
Khi các electron và ion di chuyển trong ống, chúng sẽ va chạm vào các nguyên tử khí thủy ngân. Những va chạm này sẽ làm các nguyên tử thủy ngân phát xạ ra các photon ánh sáng cực tím tức là các tia tử ngoại mà mắt thường không thấy được. Do đó, loại ánh sáng này cần phải được chuyển 9 Luan van đổi thành ánh sáng nhìn thấy để thắp sáng bóng đèn và đây chính là nhiệm vụ của lớp huỳnh quang trong ống. Khi những tia cực tím này va chạm vào mặt trong bóng đèn, nó sẽ làm cho các nguyên tử phốt pho giải phóng ra các hạt photon dạng tia hồng ngoại với ánh sáng trắng mắt thường có thể thấy được mà không sinh ra nhiệt lượng lớn.
Các nhà sản xuất có thể thay đổi màu sắc của ánh sáng bằng cách sử dụng các hợp chất huỳnh quang khác nhau. Bóng đèn huỳnh quang 1. Tác động của chất thải nguy hại (pin, ắc quy, bóng đèn huỳnh quang) tới môi trường và sức khỏe 1. Tác động của pin và ắc quy Pin và ắc quy chứa rất nhiều chất độc hại, đặc biệt là chì.
Chì là kim loại nặng, đặc biệt độc hại đối với não, thận, hệ thống sinh sản và tim mạch của con người. Hợp chất chì có thể hấp thụ qua đường ăn uống và thở. Nhiễm độc chì sẽ gây hại đến các chức năng của trí óc, thận, gây vô sinh, sẩy thai và tăng huyết áp. Với trẻ em, chì là mối nguy hại có thể làm giảm chỉ số thông minh.
Các kim loại nặng trong pin rất độc hại đối với con người,có khả năng gây ung thư và các vấn đề về sức khỏe khác.