I. Giới thiệu về vấn đề ô nhiễm không khí từ khí thải động cơ đốt trong
Ô nhiễm không khí từ khí thải động cơ đốt trong đã trở thành vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Khí thải từ các phương tiện giao thông chứa các chất ô nhiễm như carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), hydrocarbon (HC), và sulfur oxides (SOx). Việc kiểm soát các chất này là cấp thiết để bảo vệ môi trường. Xúc tác trong bộ chuyển đổi xúc tác là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để xử lý đồng thời NOx, CO và HC. Các bộ chuyển đổi xúc tác thường bao gồm ba thành phần chính: chất nền, chất mang, và pha hoạt tính. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng các kim loại chuyển tiếp như Co, Ni, Mn thay thế cho các kim loại quý như Pt, Pd, Rh trong xử lý khí thải.
1.1. Tình hình ô nhiễm không khí tại Việt Nam
Tại Việt Nam, số lượng phương tiện giao thông tăng nhanh chóng, đặc biệt là xe máy, đã gây áp lực lớn lên môi trường không khí. Theo thống kê, khí thải từ xe máy chiếm phần lớn lượng CO và VOC phát thải. Việc áp dụng các tiêu chuẩn khí thải như Euro 2 và kế hoạch chuyển sang Euro 5 vào năm 2022 là cần thiết để kiểm soát ô nhiễm. Tuy nhiên, việc thực thi các tiêu chuẩn này vẫn còn nhiều thách thức do chất lượng phương tiện và hệ thống xử lý khí thải chưa đạt chuẩn.
1.2. Các chất ô nhiễm chính trong khí thải
Các chất ô nhiễm chính trong khí thải động cơ đốt trong bao gồm CO, NOx, HC, và SOx. CO là chất gây ngạt, trong khi NOx và SOx góp phần hình thành mưa axit và ô nhiễm không khí. HC là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính. Việc xử lý các chất này đòi hỏi sử dụng các xúc tác hiệu quả, đặc biệt là các xúc tác chứa CeO2 và γ-Al2O3 để tăng cường khả năng chuyển hóa.
II. Quá trình chế tạo xúc tác xử lý khí thải
Quá trình chế tạo xúc tác xử lý khí thải bao gồm các bước chính: chuẩn bị chất nền, chất mang, và pha hoạt tính. Chất nền thường được làm từ cordierite hoặc hợp kim FeCr, trong khi chất mang phổ biến là γ-Al2O3 và CeO2. Pha hoạt tính thường là các kim loại chuyển tiếp như Mn, Co, Ni. Quá trình này đòi hỏi sự chính xác trong việc lựa chọn phương pháp tổng hợp và kỹ thuật lắng đọng để đảm bảo hiệu quả xúc tác cao.
2.1. Chuẩn bị chất nền
Chất nền là thành phần quan trọng trong bộ chuyển đổi xúc tác, thường được làm từ cordierite hoặc hợp kim FeCr. Cordierite được tổng hợp từ kaolin với các phụ gia như cellulose và dolomite để cải thiện cấu trúc và diện tích bề mặt. Quá trình xử lý bề mặt bằng HCl cũng được áp dụng để tăng độ bám dính của chất mang và pha hoạt tính.
2.2. Tổng hợp chất mang
Chất mang như γ-Al2O3 và CeO2 được tổng hợp bằng các phương pháp như sol-gel và kết tủa. Việc sử dụng các chất hoạt động bề mặt như CTAB và SDS giúp cải thiện cấu trúc xốp và diện tích bề mặt của chất mang. Các phương pháp lắng đọng như suspension và double deposition được nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình tạo lớp chất mang trên chất nền.
III. Đánh giá hiệu quả xúc tác
Hiệu quả của xúc tác được đánh giá thông qua khả năng chuyển hóa CO, NOx, và HC trong khí thải. Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, và BET được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất bề mặt của xúc tác. Kết quả cho thấy các xúc tác chứa MnO2-Co3O4-CeO2 trên cordierite và FeCr đạt hiệu suất cao trong việc xử lý khí thải.
3.1. Đo lường hoạt tính xúc tác
Hoạt tính xúc tác được đo lường bằng các thiết bị như micro-reactor kết nối với GC. Kết quả cho thấy các xúc tác chứa MnO2-Co3O4-CeO2 trên cordierite đạt hiệu suất chuyển hóa CO và HC lên đến 90%. Các xúc tác trên FeCr cũng cho thấy hiệu quả tương tự, đặc biệt khi sử dụng AlCe0.05O2 làm chất mang.
3.2. Ứng dụng thực tế
Các xúc tác được thử nghiệm trên xe máy cho thấy khả năng giảm thiểu đáng kể lượng CO và HC trong khí thải. Việc áp dụng các xúc tác này trong thực tế có thể góp phần cải thiện chất lượng không khí tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh.
