CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Hiệu ứng nhà kính: 1. Khái niệm Hiệu ứng nhà kính dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức xạ của tia sáng mặt trời, xuyên qua các cửa sổ hoặc mái nhà bằng kính, được hấp thụ và phân tán trở lại thành nhiệt lượng cho bầu không gian bên trong, dẫn đến việc sưởi ấm toàn bộ không gian bên trong chứ không phải chỉ ở những chỗ được chiếu sáng. Hiệu ứng này đã được sử dụng từ lâu trong các nhà kính trồng cây.
Ngoài ra hiệu ứng nhà kính còn được sử dụng trong kiến trúc, dùng năng lượng mặt trời một cách thụ động để tiết kiệm chất đốt sưởi ấm nhà ở. Trái đất và bầu khí quyển của chúng ta cũng tương tự như một nhà kính nên cũng xảy ra hiệu ứng nhà kính khí quyển. được giải thích như sau: SVTH: Nguyễn Quốc Huy Trang 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Quốc Thiết Các tia bức xạ sóng ngắn của mặt trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài. Một số phân tử trong bầu khí quyển, trong đó trước hết là điôxít cacbon và hơi nước, có thể hấp thụ những bức xạ nhiệt này và thông qua đó giữ hơi ấm lại trong bầu khí quyển.
Hàm lượng ngày nay của khí đioxit cacbon vào khoảng 0,036% đã đủ để tăng nhiệt độ thêm khoảng 30 °C. Nếu không có hiệu ứng nhà kính tự nhiên này nhiệt độ trái đất của chúng ta chỉ vào khoảng –15 °C. Như vậy lượng nhiệt này làm cho nhiệt độ bầu khí quyển bao quanh trái đất tăng lên. Lớp khí CO2 có tác dụng như một lớp kính giữ nhiệt lượng tỏa ngược vào vũ trụ của trái đất trên quy mô toàn cầu.
Bên cạnh CO2 còn có một số khí khác cũng được gọi chung là khí nhà kính như NOx, Metan, CFC. Vai trò gây nên hiệu ứng nhà kính của các chất khí được xếp theo thứ tự sau: CO2 => CFC => CH4 => O3 =>NO2[6]. Sự gia tăng nhiệt độ Trái đất do Hiệu ứng nhà kính có tác động mạnh mẽ tới nhiều mặt của môi trường Trái đất. Sự ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính: Tăng nhiệt độ trung bình của toàn cầu Tăng nhiệt độ của đại dương Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm tan băng và dâng cao mực nước biển.
như vậy nhiều vùng sản xuất lương thực trù phú, các khu dân cư, các đồng bằng lớn, nhiều đảo thấp sẽ bị chìm dưới nước biển. Sự nóng lên của trái đất sẽ làm thay đổi điều kiện sống bình thường của các sinh vật trên trái đất. Khí hậu trái đất sẽ bị biến đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hướng thay đổi. toàn bộ điều kiện sống của các quốc gia bị xáo động.
Hoạt động sản suất Nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy hải sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Nhiều loại bệnh tật mới đối với con người xuất hiện, các loại dịch bệnh lan tràn, sức khỏe con ngừơi bị suy giảm. … SVTH: Nguyễn Quốc Huy Trang 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Quốc Thiết 1. Khí nhà kính là những khí có khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài (hồng ngoại) được phản xạ từ bề mặt trái đất khi được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho trái đất, gây nên hiệu ứng nhà kính.
Các khí nhà kính chủ yếu bao gồm: hơi nước, CO2, CH4, N2O, O3, các khí CFC. Trong luận văn này tập trung nghiên cứu phản ứng chuyển hóa của hai loại khí nhà kính đó là CO2 và CH4 nhằm tái sử dụng lại CO2 tạo ra sản phẩm có lợi hơn đồng thời góp phần giảm bớt lượng khí nhà kính. Cacbon đioxit -Tính chất Là chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí khoảng 1,5 lần, tỷ trọng riêng của nó ở 25 °C là 1,98 g/ml hóa lỏng ở -57 °C, hóa rắn ở -78 °C. Độ tan của CO2 trong nước là 1,45 g/l (tại 25 °C áp suất 100 kPa) Nó có mặt trong khí quyển Trái Đất với nồng độ thấp và tác động như một khí gây hiệu ứng nhà kính.
Ở nồng độ cao khoảng trên 50000 ppm (5% theo thể tích ) được xem là rất nguy hiểm cho đời sống động vật. -Hóa tính Phân tử điôxít cacbon (O=C=O) chứa hai liên kết đôi và có hình dạng tuyến tính. Nó không có lưỡng cực điện. Do nó là hợp chất đã bị ôxi hóa hoàn toàn nên về mặt hóa học nó không hoạt động lắm và cụ thể là không cháy.
Hấp thu trong nước một lượng nhất định, và nhiều hơn lượng này khi khí bị nén ở áp suất cao. Khoảng 1% điôxít cacbon hòa tan chuyển hóa thành axít SVTH: Nguyễn Quốc Huy Trang 5 Luuận văn tốt nghiệp G GVHD: TS.Nguyễn Quốc Q Thiết caacbonic. Axít A cacbonnic phân lyy một phầần thành các HCO3-) vàà c ion biccacbonat (H CO3-2). caacbonat (C CO2 + H2O H2CO3 Phảản ứng với các oxit, hiđroxit h cù ùa kim loạii kiềm và kkiềm thổ tạạo ra muốii caacbonat O + CO2 CaCO3 CaO Ca(O O2 CaCO OH)2 + CO O3 + H2O 2NaaO + CO2 Na2CO3 2NaaOH + CO2 Na2CO O3 + H2O -C Các nguồn n phát thảii CO2 CO2 được sinhh ra trong các c trường hợp sau: 1- các chất hữu cơ nhhư giấy, than, xăng dầu, d khí đốt… bị đốt cháy hoànn tooàn sinh ra CO2 ví dụụ : 6 2 6nnCO2 + 5nH (C6H10O5)n + 6nO H2O C + O2 CO2 CH4 + O2 CO C 2 + H2O 2- khí thoátt ra từ núi lửa l cũng ch hứa hàm lư ượng CO2 ccao.
3- hoạt độnng hô hấp của c các sinh h vật sống hiếu khí. 4- CO2 cũnng được mộột số vi sin nh vật sản xuất x từ quáá trình lên men và sự ự hôô hấp của tế t bào ví dụụ : C6H12O6 → 2 CO C 2 + 2 C2H5OH 5- CO2 sinhh ra từ các quá trình sản s xuất troong công nnghiệp. SV VTH: Nguuyễn Quốc Huy Trang 6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Quốc Thiết Tình hình gia tăng lượng CO2 trên trái đất:[8] Mặc dù nồng độ thấp nhưng CO2 là một thành phần cực kỳ quan trọng trong khí quyển Trái Đất, do nó hấp thụ bức xạ hồng ngoại và làm tăng hiệu ứng nhà kính. Điôxít cacbon nguyên thủy trong khí quyển của Trái Đất được tạo ra trong hoạt động của các núi lửa, nó làm ấm và ổn định khí hậu dẫn đến sự sống.
Hoạt động núi lửa ngày nay giải phóng khoảng 130-230 triệu tấn điôxít cacbon mỗi năm. Lượng khí này xấp xỉ 1% lượng điôxít cacbon do các hoạt động của con người tạo ra. Từ đầu thời kỳ cách mạng công nghiệp,nồng độ CO2 trong khí quyển đã tăng khoảng 110 ppm hay khoảng 40%, phần lớn trong số này được giải phóng từ năm 1945 đến nay. Các đo đạc hàng tháng tại Mauna Loa (là ngọn núi lửa lớn nhất trái Đất tính theo số lần phun và diện tích.
Đây là một trong năm núi lửa hình thành nên đảo Hawaii thuộc bang Hawai'i của Hoa Kỳ tại Thái Bình Dương.) SVTH: Nguyễn Quốc Huy Trang 7 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Quốc Thiết từ năm 1958 chỉ ra sự tăng từ 316 ppm trong năm đó tới 376 ppm năm 2003, tổng thể tăng 60 ppm trong lịch sử 44 năm đo đạc. Các nhiên liệu hóa thạch như than và dầu mỏ bị đốt là nguyên nhân chính trong sự gia tăng của CO2 do con người tạo ra; Sự tàn phá rừng là nguyên nhân thứ hai. Lượng cacbon phát thải toàn cầu: sự gia tăng lượng CO2 trong khí quyển có xu hướng làm trầm trọng thêm hiệu ứng nhà kính và vì thế góp phần vào sự ấm toàn cầu. SVTH: Nguyễn Quốc Huy Trang 8 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Quốc Thiết 1.
Mêtan -Tính chất : Mêtan, với công thức hóa học là CH4, là một hydrocacbon nằm trong dãy đồng đẳng ankan. Mêtan là hydrocacbon đơn giản nhất. Ở điều kiện tiêu chuẩn, mêtan là chất khí không màu, không mùi, không vị. Nó hóa lỏng ở −162 °C, hóa rắn ở −183 °C, và rất dễ cháy.717g/ml Mêtan nguyên chất không mùi, nhưng khi được dùng trong công nghiệp, nó thường được trộn với một lượng nhỏ các hợp chất chứa lưu huỳnh có mùi mạnh như etyl mecaptan để dễ phát hiện trong trường hợp bị rò rỉ.
Mêtan là một khí gây hiệu ứng nhà kính, trung bình cứ 100 năm mỗi kg mêtan làm ấm Trái Đất gấp 23 lần 1 kg CO2. -Hóa tính: Phản ứng cháy Mêtan rất dễ cháy và có thể tác dụng với không khí tạo ra sản phẩm dễ cháy nổ. Mêtan rất hoạt động đối với các chất ôxi hoá, halogen và một vài hợp chất của halogen Mêtan cháy trong không khí sinh ra CO2 và hơi nước CH4 + O2 → CO + H2 + H2O Tác dụng với Halogen Mêtan phản ứng với Halogen cho ra Mêtylhalogenic và axít Halogenhidric, ví dụ mêtan phản ứng với Clo trong ánh sáng khuếch tán theo nhiều giai đoạn : CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl SVTH: Nguyễn Quốc Huy Trang 9 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Quốc Thiết CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl Phản ứng phân hủy Metan có thể bị phân hủy ở nhiệt độ trên 1000 °C : CH4 → C + 2H2 hoặc khi tác dụng với Cl2 dưới ánh sáng trực tiếp : CH4 + 2Cl2 → C + 4HCl -Nguồn phát thải ra mêtan: Mêtan được giải phóng trong quá trình vận chuyển và khai thác than, khí đốt tự nhiên và dầu mỏ. sự giải phóng mêtan cũng xảy ra trong quá trình phân hủy các chất thải hữu cơ trong các đống rác thải rắn của thành phố, và nó cũng được phát sinh từ gia súc và gia cầm qua quá trình bài tiết của chúng.
Nó cũng được sinh ra từ các đầm lầy nơi có nhiều mỏ than bùn… 1. Các phương pháp xử lý khí cacbon đioxit: 1. Xử lý CO2 bằng phương pháp hấp thụ. hấp thụ bằng các dd Etanolamin Phản ứng hấp thụ CO2 bằng dd monoetanolamin diễn ra như sau: 2RNH2 + CO2 + H2O ↔ (RNH3)2CO3 (RNH3)2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2RNH3HCO3 2RNH2 + CO2 ↔ RNHCOONH3R Dung dịch hấp thụ được phục hồi bằng cách đun nóng.
SVTH: Nguyễn Quốc Huy Trang 10 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.Nguyễn Quốc Thiết Ưu điểm của phương pháp hấp thụ bằng monoetanolamin là: Giá rẻ, khả năng phản ứng cao, ổn định, dễ phục hồi. Nhược điểm là: áp suất hơi cao và dung dịch tham gia phản ứng không thuận nghịch với COS (cacbonyl sunfit). Để giảm áp suất hơi người ta dùng nước rửa khí để thu hồi hơi monoetanolamin. Khí có chứa COS, người ta sử dụng dietanolamin.
hấp thụ bằng dung dịch amoniac.