Luận án tiến sĩ kỹ thuật môi trường nghiên cứu làm sạch co2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật xúc tác hấp thụ để làm nguồn cacbon nuôi vi khuẩn lam spirulina platensis giàu dinh dưỡng

Luận án tiến sĩ kỹ thuật môi trường nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật xúc tác hấp thụ, ứng dụng nuôi vi khuẩn lam Spirulina platensis giàu dinh dưỡng.

• Tác giả: Đoàn Thị Oanh
• Người hướng dẫn: GS. Đặng Đình Kim
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kĩ thuật Xúc tác-Hấp phụ để làm nguồn cac bon nuôi vi khuẩn lam Spirulina platensis giàu dinh dưỡng
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1. CO2. CO2 - KHÍ THẢI ĐỐT THAN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH CO2
• 1. Khí CO2. Khí CO2 – một loại khí gây hiệu ứng nhà kính nguy hiểm có trong khí thải đốt than
• Thành phần khí thải đốt than. Thành phần khí thải đốt than
• Công nghệ làm sạch khí CO2 trong khí thải đốt than. Công nghệ làm sạch khí CO2 trong khí thải đốt than
• Công nghệ làm sạch CO2 bằng hấp thụ và hấp phụ. Công nghệ làm sạch CO2 bằng hấp thụ và hấp phụ
• Công nghệ làm sạch CO2 bằng phương pháp màng. Công nghệ làm sạch CO2 bằng phương pháp màng
• Làm sạch CO2 bằng công nghệ xử lý khí đồng hành trong quá trình đốt than 6. Làm sạch CO2 bằng công nghệ xử lý khí đồng hành trong quá trình đốt than 6
• 1. CÔNG NGHỆ XÚC TÁC – HẤP PHỤ XỬ LÝ CÁC KHÍ THẢI ĐỒNG HÀNH VỚI CO2 TRONG KHÍ THẢI ĐỐT THAN. CÔNG NGHỆ XÚC TÁC – HẤP PHỤ XỬ LÝ CÁC KHÍ THẢI ĐỒNG HÀNH VỚI CO2 TRONG KHÍ THẢI ĐỐT THAN
• Vật liệu hấp phụ. Vật liệu hấp phụ
• Vật liệu xúc tác oxi hóa. Vật liệu xúc tác oxi hóa
• Vật liệu xúc tác chuyển hóa NOx. Vật liệu xúc tác chuyển hóa NOx
• Vật liệu xúc tác quang. Vật liệu xúc tác quang
• NGUỒN CO2 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN CHO SINH TRƯỞNG VI TẢO VÀ VI KHUẨN LAM. NGUỒN CO2 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN CHO SINH TRƯỞNG VI TẢO VÀ VI KHUẨN LAM
• Vi tảo và nguồn các bon vô cơ. Vi tảo và nguồn các bon vô cơ
• Vi tảo và nguồn cacbon vô cơ. Vi tảo và nguồn cacbon vô cơ
• Vi tảo và nguồn CO2 từ khí thải đốt than. Vi tảo và nguồn CO2 từ khí thải đốt than
• Vi tảo và ảnh hưởng của khí đồng hành. Vi tảo và ảnh hưởng của khí đồng hành
• Vi khuẩn lam – Spirulina platensis và nguồn CO2 từ khí thải đốt than 26. Vi khuẩn lam – Spirulina platensis và nguồn CO2 từ khí thải đốt than 26
• 2. CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
• Thiết bị và dụng cụ. Thiết bị và dụng cụ
• PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• Phương pháp tổng hợp vật liệu hấp phụ - xúc tác và các phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu. Phương pháp tổng hợp vật liệu hấp phụ - xúc tác và các phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu
• Quy trình tổng hợp vật liệu. Quy trình tổng hợp vật liệu
• Phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu. Phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu
• Các phương pháp phân tích thành phần hóa học của than. Các phương pháp phân tích thành phần hóa học của than
• Các phương pháp phân tích khí. Các phương pháp phân tích khí
• Các phương pháp phân tích các khí ở quy mô phòng thí nghiệm. Các phương pháp phân tích các khí ở quy mô phòng thí nghiệm
• Các phương pháp phân tích các khí ở quy mô pilot và nhà máy. Các phương pháp phân tích các khí ở quy mô pilot và nhà máy
• Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý
• Các phương pháp nghiên cứu Spirulina platensis. Các phương pháp nghiên cứu Spirulina platensis
• Xác định tốc độ sinh trưởng của Spirulina platensis. Xác định tốc độ sinh trưởng của Spirulina platensis
• Phương pháp xác định phycocyanine, chlorophyll a, carotenoid của Spirulina platensis. Phương pháp xác định phycocyanine, chlorophyll a, carotenoid của Spirulina platensis
• Tách chiết lipit từ sinh khối tảo theo phương pháp Bligh và Dyer (1959) đã cải biên. Tách chiết lipit từ sinh khối tảo theo phương pháp Bligh và Dyer (1959) đã cải biên
• Phương pháp xác định hàm lượng HCO3- và CO32- trong môi trường nuôi45. Phương pháp xác định hàm lượng HCO3- và CO32- trong môi trường nuôi45
• 2. Phân tích thành phần và hàm lượng các axit béo bão hòa và không bão hoà đa nối đôi. 2. Phân tích thành phần và hàm lượng các axit béo bão hòa và không bão hoà đa nối đôi
• Phân tích thành phần dinh dưỡng. Phân tích thành phần dinh dưỡng
• Phân tích hàm lượng carbon trong sinh khối vi tảo. Phân tích hàm lượng carbon trong sinh khối vi tảo
• Đánh giá hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis. Đánh giá hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis
• Sơ đồ 1: Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật Xúc tác - Hấp phụ. Sơ đồ 1: Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật Xúc tác - Hấp phụ
• Sơ đồ 2: Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than nuôi để nuôi Spirulina platensis. Sơ đồ 2: Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than nuôi để nuôi Spirulina platensis
• CÁC MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM. CÁC MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
• Thiết bị nghiên cứu chức năng của từng vật liệu. Thiết bị nghiên cứu chức năng của từng vật liệu
• Hệ thống xử lý khí thải quy mô phòng thí nghiệm. Hệ thống xử lý khí thải quy mô phòng thí nghiệm
• Hệ thống xử lý khí thải quy mô nhà máy. Hệ thống xử lý khí thải quy mô nhà máy
• Mô hình thực nghiệm nuôi Spirulina platensis. Mô hình thực nghiệm nuôi Spirulina platensis
• CÁC PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM. CÁC PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM
• 1 Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu khả năng xử lý của vật liệu xúc tác/ hấp phụ. 1 Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu khả năng xử lý của vật liệu xúc tác/ hấp phụ
• Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu Spirulina platensis. Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu Spirulina platensis
• PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
• KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• NGHIÊN CỨU LÀM SẠCH CO2 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN BẰNG KỸ THUẬT XÚC TÁC – HẤP PHỤ. NGHIÊN CỨU LÀM SẠCH CO2 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN BẰNG KỸ THUẬT XÚC TÁC – HẤP PHỤ
• Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật liệu xúc tác-hấp phụ. Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật liệu xúc tác-hấp phụ
• Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ trên cơ sở Fe2O3 - MnO2 và các hợp chất chứa Canxi/ Natri nhằm giảm thiểu hơi kim loại nặng và hơi axit. Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ trên cơ sở Fe2O3 - MnO2 và các hợp chất chứa Canxi/ Natri nhằm giảm thiểu hơi kim loại nặng và hơi axit
• Nghiên cứu vật liệu xúc tác để xử lý khí độc. Nghiên cứu vật liệu xúc tác để xử lý khí độc
• Chế tạo xương gốm – chất mang. Chế tạo xương gốm – chất mang
• Nghiên cứu thử nghiệm hệ modun hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modun hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than
• Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ/xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than quy mô phòng thí nghiệm. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ/xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than quy mô phòng thí nghiệm
• Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel
• NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CO2 LÀM SẠCH TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN ĐỂ NUÔI SPIRULINA PLATENSIS. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CO2 LÀM SẠCH TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN ĐỂ NUÔI SPIRULINA PLATENSIS
• Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis SP8 ở điều kiện phòng thí nghiệm quy mô 1 Lít. Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis SP8 ở điều kiện phòng thí nghiệm quy mô 1 Lít
• Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp
• Nghiên cứu lựa chọn nồng độ CO2 phù hợp cho sinh trưởng của Spirulina platensis. Nghiên cứu lựa chọn nồng độ CO2 phù hợp cho sinh trưởng của Spirulina platensis
• Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục nguồn CO2 khác nhau lên sinh trưởng của SP8. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục nguồn CO2 khác nhau lên sinh trưởng của SP8
• Nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi Spirulina platensis sử dụng các nguồn CO2 khác nhau. Nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi Spirulina platensis sử dụng các nguồn CO2 khác nhau
• Nghiên cứu biến động CO32- và HCO3- trong môi trường nuôi Spirulina platensis SP8. Nghiên cứu biến động CO32- và HCO3- trong môi trường nuôi Spirulina platensis SP8
• Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis SP8 ở điều kiện phòng thí nghiệm quy mô 10L. Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis SP8 ở điều kiện phòng thí nghiệm quy mô 10L
• Ảnh hưởng của thời gian sục khí CO2 từ khí thải đốt than. Ảnh hưởng của thời gian sục khí CO2 từ khí thải đốt than
• Nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi Spirulina platensis ở các thời gian sục khí CO2 từ khí thải đốt than khác nhau. Nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi Spirulina platensis ở các thời gian sục khí CO2 từ khí thải đốt than khác nhau
• Nghiên cứu biến động CO32- và HCO3- trong môi trường nuôi Spirulina platensis SP8 khi sục CO2 từ khí thải đốt than. Nghiên cứu biến động CO32- và HCO3- trong môi trường nuôi Spirulina platensis SP8 khi sục CO2 từ khí thải đốt than
• Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis SP8 tại nhà máy gạch tuynel. Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis SP8 tại nhà máy gạch tuynel
• Nghiên cứu sinh trưởng của Spirulina platensis trong điều kiện bổ sung CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel. Nghiên cứu sinh trưởng của Spirulina platensis trong điều kiện bổ sung CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel
• Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ sục khí CO2 1,2% khác nhau lên khả năng sinh trưởng của Spirulina platensis SP8. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ sục khí CO2 1,2% khác nhau lên khả năng sinh trưởng của Spirulina platensis SP8
• Giá trị dinh dưỡng của sinh khối Spirulina platensis nuôi trong điều kiện sử dụng CO2 từ khí thải đốt than. Giá trị dinh dưỡng của sinh khối Spirulina platensis nuôi trong điều kiện sử dụng CO2 từ khí thải đốt than
• Đánh giá hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis SP8. Đánh giá hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis SP8
• 145 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Làm sạch CO2 từ khí thải đốt than

Nghiên cứu tập trung vào việc làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật xúc tác hấp thụ. Khí thải đốt than chứa nhiều thành phần độc hại như NOx, SOx, CO và các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs), gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Công nghệ làm sạch được đề xuất sử dụng các vật liệu xúc tác và hấp thụ như CaO-Na2CO3, Fe2O3-MnO2, và La0.1CoO3 để loại bỏ các khí độc hại và tách CO2 tinh khiết. Quá trình này không chỉ giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn CO2 sạch để tái sử dụng.

1.1. Vật liệu xúc tác và hấp thụ

Các vật liệu xúc tác và hấp thụ được nghiên cứu bao gồm CaO-Na2CO3, Fe2O3-MnO2, và La0.1CoO3. Những vật liệu này có khả năng hấp thụ hơi axit và chuyển hóa các khí độc hại như NOx, CO, và VOCs thành các chất ít độc hơn như H2O, N2, và CO2. Đặc biệt, vật liệu V2O5/TiO2 được sử dụng như xúc tác quang để xử lý triệt để khí CO. Kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu suất làm sạch CO2 đạt trên 90%, đồng thời giảm đáng kể nồng độ các khí độc hại trong khí thải.

1.2. Ứng dụng công nghệ làm sạch

Công nghệ làm sạch CO2 được áp dụng thử nghiệm tại nhà máy gạch tuynel, nơi khí thải đốt than có nồng độ CO2 cao. Hệ thống xử lý khí thải sử dụng các modun xúc tác-hấp thụ đã chứng minh hiệu quả trong việc thu hồi CO2 sạch. CO2 thu được sau quá trình xử lý được sử dụng làm nguồn cacbon cho nuôi vi khuẩn lam Spirulina Platensis, góp phần tạo ra sinh khối giàu dinh dưỡng và giảm thiểu phát thải khí nhà kính.

II. Nuôi vi khuẩn lam Spirulina Platensis

Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi vi khuẩn lam Spirulina Platensis, một loại vi tảo giàu dinh dưỡng. Spirulina Platensis có khả năng hấp thụ CO2 thông qua quá trình quang hợp, tạo ra sinh khối chứa nhiều protein, vitamin và khoáng chất. Việc sử dụng CO2 từ khí thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn thực phẩm bổ dưỡng với chi phí thấp.

2.1. Quá trình nuôi cấy Spirulina

Quá trình nuôi cấy Spirulina Platensis được thực hiện trong môi trường có bổ sung CO2 làm sạch từ khí thải đốt than. Nghiên cứu xác định nồng độ CO2 tối ưu (1-5%) và thời gian sục khí phù hợp để đạt hiệu suất sinh trưởng cao nhất. Kết quả cho thấy, Spirulina Platensis phát triển tốt trong môi trường có nồng độ NaHCO3 ổn định và pH dao động từ 9-10. Sinh khối thu được có hàm lượng protein cao (60-70%) và giàu các axit béo không bão hòa.

2.2. Giá trị dinh dưỡng của Spirulina

Sinh khối Spirulina Platensis nuôi bằng CO2 làm sạch có giá trị dinh dưỡng cao, bao gồm protein, chlorophyll, phycocyanin và các axit béo thiết yếu. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc sử dụng CO2 từ khí thải không ảnh hưởng đến chất lượng sinh khối, đồng thời giúp giảm chi phí sản xuất. Spirulina có tiềm năng ứng dụng trong ngành thực phẩm chức năng, dược phẩm và thức ăn chăn nuôi, góp phần thúc đẩy năng lượng tái tạo và bảo vệ môi trường.

III. Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc kết hợp công nghệ làm sạch CO2 và nuôi vi khuẩn lam Spirulina Platensis trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng. Công nghệ này không chỉ giúp xử lý khí thải đốt than mà còn tạo ra giá trị kinh tế từ việc sản xuất sinh khối Spirulina. Đây là một giải pháp bền vững, góp phần ứng phó với biến đổi khí hậu và thúc đẩy năng lượng tái tạo.

3.1. Giảm thiểu biến đổi khí hậu

Việc làm sạch CO2 từ khí thải đốt than và sử dụng nó để nuôi Spirulina Platensis giúp giảm thiểu lượng khí nhà kính thải ra môi trường. Quá trình này góp phần kiểm soát biến đổi khí hậu và bảo vệ hệ sinh thái. Đồng thời, việc tái sử dụng CO2 làm nguồn nguyên liệu cho quá trình quang hợp của vi tảo giúp tạo ra sinh khối giàu dinh dưỡng, hỗ trợ phát triển bền vững.

3.2. Ứng dụng trong công nghiệp

Công nghệ này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như năng lượng, thực phẩm và dược phẩm. Việc sản xuất Spirulina Platensis từ CO2 làm sạch không chỉ giúp giảm chi phí mà còn tạo ra sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu thị trường. Đây là một hướng đi mới trong việc kết hợp công nghệ xử lý khí thải và sinh học, mang lại lợi ích kép về kinh tế và môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật môi trường của tác giả Đoàn Thị Oanh mang tiêu đề "Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kĩ thuật Xúc tác-Hấp phụ để làm nguồn cac bon nuôi vi khuẩn lam Spirulina platensis giàu dinh dưỡng", được thực hiện tại Viện Công nghệ môi trường thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, bảo vệ tại Học viện Khoa học và Công nghệ năm 2019 dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Đặng Đình Kim và TS. Trần Thị Minh Nguyệt.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Khí cacbon dioxit ($\text{CO}_2$) chiếm khoảng một nửa khối lượng các khí nhà kính và đóng góp tới 60% vào hiện tượng gia tăng nhiệt độ khí quyển toàn cầu. Tại Việt Nam, quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch trong các ngành công nghiệp như nhiệt điện, sản xuất xi măng và sản xuất gạch tuynel phát thải lượng $\text{CO}_2$ rất lớn. Theo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia (Quy hoạch điện VII), mức phát thải $\text{CO}_2$ ước tính của Việt Nam trong các năm 2010, 2020 và 2030 lần lượt là 169,2 triệu tấn; 300,4 triệu tấn và 515,8 triệu tấn. Các giải pháp truyền thống như cô lập $\text{CO}_2$ vào đại dương, giam giữ địa chất hoặc hấp thụ hóa học bằng dung dịch amin tiêu tốn nhiều năng lượng, phát sinh chất thải thứ cấp và chưa đáp ứng tiêu chí phát triển bền vững.

Chuyển hóa $\text{CO}_2$ từ khí thải thành nguồn cacbon cho sinh khối vi tảo và vi khuẩn lam là hướng đi có tính kinh tế và môi trường. Tế bào vi tảo chứa khoảng 50% cacbon, khả năng quang hợp và cố định $\text{CO}_2$ cao gấp 10 đến 50 lần so với thực vật trên cạn. Tuy nhiên, khí thải đốt than là hỗn hợp đa thành phần, ngoài $\text{CO}_2$ (thường chiếm 4–14%) còn chứa bụi lơ lửng ($\text{PM}$), các hợp chất hữu cơ bay hơi ($\text{VOCs}$), hydrocacbon ($\text{C}_x\text{H}_y$), các khí axit ($\text{SO}_x$, $\text{NO}_x$, $\text{HCl}$, $\text{HF}$), khí độc ($\text{CO}$) và hơi kim loại nặng ($\text{Hg}$, $\text{As}$). Các khí đồng hành này, đặc biệt là $\text{SO}_2$ ở nồng độ trên 100 ppm, làm giảm mạnh $\text{pH}$ môi trường nuôi cấy xuống dưới 3,0, gây ức chế hoặc tiêu diệt tế bào tảo. Đồng thời, trong công nghệ nuôi vi khuẩn lam Spirulina platensis, việc sử dụng môi trường dinh dưỡng tiêu chuẩn Zarrouk đòi hỏi lượng natri bicacbonat ($\text{NaHCO}_3$) lên tới 16,8 g/L, chiếm tới 60% tổng chi phí hóa chất dinh dưỡng. Do đó, việc nghiên cứu một hệ thống làm sạch đồng thời các khí độc hại đồng hành để thu hồi $\text{CO}_2$ sạch cấp cho quá trình nuôi Spirulina platensis nhằm cắt giảm lượng $\text{NaHCO}_3$ là yêu cầu cấp thiết từ thực tiễn.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định 02 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Làm sạch $\text{CO}_2$ từ khí thải đốt than bằng kĩ thuật xúc tác - hấp phụ.
2. Sử dụng $\text{CO}_2$ từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu:
  1. Hệ vật liệu hấp phụ - xúc tác (05 loại): Vật liệu hấp phụ $\text{CaO} - \text{Na}_2\text{CO}_3$; vật liệu hấp phụ $\text{Fe}_2\text{O}_3 - \text{MnO}2$; vật liệu xúc tác $\text{La}{0,1}\text{CoO}3$ (hoặc hệ $\text{La}{1-x}\text{K}_x\text{CoO}_3$); vật liệu xúc tác $\text{V}_2\text{O}_5 + \text{WO}_3 / \text{TiO}_2 + \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{SiO}_2$; vật liệu xúc tác quang $\text{V}_2\text{O}_5 / \text{TiO}_2$ rutil.
  2. Nguồn khí: Khí $\text{CO}_2$ tinh khiết ($\ge 95%$) và khí $\text{CO}_2$ được làm sạch từ khí thải đốt than (quy mô phòng thí nghiệm và quy mô lò nung thực tế).
  3. Chủng vi sinh vật: Chủng vi khuẩn lam Spirulina platensis SP8 (Gomont) Geitler do Phòng Thủy sinh học môi trường, Viện Công nghệ môi trường phân lập và lưu giữ.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Không gian: Thí nghiệm chế tạo vật liệu, phân tích đặc trưng và nuôi cấy tảo quy mô 1 Lít, 10 Lít (bể phản ứng quang sinh PBR) thực hiện tại Viện Công nghệ môi trường. Thí nghiệm làm sạch khí thải thực tế và nuôi cấy tảo quy mô pilot ngoài trời thực hiện tại lò nung của Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng, thành phố Hà Nội.
  • Thời gian: Các nội dung nghiên cứu thực nghiệm được triển khai trong khuôn khổ Đề tài KC08.08/11-15 thuộc Chương trình KH&CN trọng điểm cấp Nhà nước KC.08/11-15 và hoàn thiện luận án năm 2019.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu tiền đề

Tổng quan y văn của luận án hệ thống hóa các nhóm công trình trong nước và quốc tế theo 3 trục nội dung:

1. Công nghệ thu hồi và làm sạch $\text{CO}_2$ từ khí thải:

   • Hấp thụ và hấp phụ: Sayari và cộng sự (2011) tổng kết các ưu thế của công nghệ hấp phụ $\text{CO}_2$ về mặt động học, nhiệt dung và độ chọn lọc. Các dung dịch hấp thụ hóa học phổ biến gồm nhóm alkanolamin như monoethanolamin, diethanolamin, N-methyldiethanolamin, AMP (2-amino-2-methyl-1-propanol) và dung dịch hấp thụ vật lý như Selexol, methanol, sulphinol.
   • Xử lý khí đồng hành: Sử dụng các hợp chất của canxi ($\text{CaO}$, $\text{Ca(OH)}_2$, $\text{CaCO}_3$) và natri ($\text{NaHCO}_3$, $\text{Na}_2\text{CO}_3$) trong xử lý khô/bán khô hơi axit ($\text{SO}_2$, $\text{HCl}$, $\text{HF}$). Chuỗi ái lực phản ứng được xác định theo thứ tự $\text{SO}_3 > \text{HF} > \text{HCl} > \text{SO}_2 \gg \text{CO}_2$ đối với hợp chất canxi và $\text{SO}_3 > \text{HCl} > \text{SO}_2 \gg \text{HF} > \text{CO}_2$ đối với hợp chất natri. Hệ $\text{Fe}_2\text{O}_3 - \text{MnO}_2$ được ứng dụng để hấp phụ hơi kim loại nặng ($\text{Hg}$, $\text{As}$) và khí halogen ở nhiệt độ cao lên đến 400°C.

2. Vật liệu xúc tác chuyển hóa khí độc ($\text{CO}$, $\text{NO}_x$, $\text{VOCs}$, bụi muội):

   • Xúc tác perovskit oxi hóa $\text{CO}$: Libby (1971), Tascon và cộng sự (1981) nghiên cứu cơ chế oxi hóa $\text{CO}$ trên cấu trúc $\text{ABO}3$. Wei và cộng sự (2005, 2006) chế tạo $\text{La}{0,1}\text{CoO}_3$ bằng phương pháp sol-gel và phản ứng pha rắn, đánh giá khả năng xử lý $\text{CO}$, $\text{NO}_x$ và hạt muội than ($\text{PM}$). Jian và cộng sự (2014) khảo sát hệ $\text{La}x\text{K}{1-x}\text{CoO}3$. Tại Việt Nam, Quách Thị Hoàng Yến và cộng sự (2011) nghiên cứu $\text{La}{1-x}\text{Na}_x\text{CoO}3$; Trần Thị Minh Nguyệt và cộng sự (2012) chế tạo $\text{La}{1-x}\text{M}_x\text{CoO}3$ ($\text{M} = \text{Li}, \text{Na}, \text{K}$) bằng phương pháp sol-gel citrate, chỉ ra $\text{La}{0,1}\text{CoO}_3$ có hoạt tính oxi hóa $\text{CO}$ ở nhiệt độ thấp.
   • Xúc tác $\text{deNO}_x$ và $\text{VOCs}$: Djerad và cộng sự (2004), Chen và cộng sự (2010), Zhong và cộng sự (2011), Dong và cộng sự (2014) khảo sát xúc tác oxit hỗn hợp $\text{V}_2\text{O}_5 - \text{WO}_3 / \text{TiO}_2$. Debecker và cộng sự (2007), Bertinchamps và cộng sự (2006), Stefania và cộng sự (2008), Pan và cộng sự (2013), Peng và cộng sự (2013) làm rõ vai trò của tỷ lệ tâm axit Brønsted ($\text{B}$) và Lewis ($\text{L}$) trong phản ứng chuyển hóa $\text{NO}_x$ và ức chế các dẫn xuất Dioxin/Furan, xác định hàm lượng $3%\ \text{V}_2\text{O}_5$ trên $\text{TiO}_2/\text{WO}_3$ cho hiệu quả tối ưu.
   • Xúc tác quang: Trần Thị Minh Nguyệt và cộng sự (2013) chế tạo nano rutil $\text{TiO}_2$ pha tạp $\text{V}_2\text{O}_5$ bằng phương pháp nghiền phản ứng cơ năng lượng cao, mở rộng dải hấp thụ quang sang vùng ánh sáng khả kiến (400–600 nm) phục vụ phân hủy chất ô nhiễm.

3. Đồng hóa cacbon vô cơ và nuôi cấy vi tảo / Spirulina platensis:

   • Longmuir và cộng sự (1966), Berry và cộng sự (1976), Beardall và cộng sự (1976), Lehman (1978), Miller và cộng sự (1980), Sikes và cộng sự (1980), Amoroso và cộng sự (1998), Klinthong và cộng sự (2015) xác lập các con đường hấp thu cacbon vô cơ hòa tan ($\text{DIC}$: $\text{CO}_2$, $\text{HCO}_3^-$, $\text{CO}_3^{2-}$) và vai trò của enzyme Carbonic Anhydrase ($\text{CA}$).
   • Nghiên cứu nuôi cấy chịu $\text{CO}_2$ và khí đồng hành trên vi tảo: Negoro và cộng sự (1991), Matsumoto và cộng sự (1995), Hirata và cộng sự (1996), Cheng và cộng sự (2006), De Morais và cộng sự (2007), Yoo và cộng sự (2010), Sydney và cộng sự (2010).
   • Nghiên cứu nuôi Spirulina platensis: Zarrouk (1966), Wouters (1969), Pandey và cộng sự (2010), Kumar và cộng sự (2011), Ogbonda và cộng sự (2007), Vincent và Silvester (1979), Binh và Bruce (2015), Kim và cộng sự (2004), Ravelonandro và cộng sự (2011), Shabani và cộng sự (2016), Xianhai Zeng và cộng sự (2012). Costa và cộng sự (2015) nuôi Spirulina sp. LEB 18 với khí thải đốt than thô chứa $102\text{ g/L}\ \text{CO}_2$, kết quả cho thấy các khí độc ($\text{CO}$, $\text{NO}_x$) làm suy giảm hàm lượng protein và lipit của sinh khối, chứng minh sự bắt buộc phải làm sạch khí thải trước khi cấp vào bể nuôi.
   • Tại Việt Nam: Nguyễn Hữu Thước (thập niên 1970) phát triển quy trình nuôi Spirulina tại Vĩnh Hảo (Bình Thuận) tận dụng nguồn nước khoáng giàu bicacbonat; Đặng Đình Kim và cộng sự (1992, 1994) thử nghiệm nuôi tảo bằng nước thải biogas và nước khoáng Đắc Min bổ sung 1–3% $\text{CO}_2$; Trần Văn Tựa (1993) nghiên cứu dinh dưỡng cacbon của S. platensis, chỉ ra khả năng giảm $\text{NaHCO}_3$ khi sục $\text{CO}_2$ kiểm soát $\text{pH}$.

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết

Luận án giải quyết mắt xích kết nối giữa công nghệ làm sạch khí thải khô/bán khô bằng vật liệu cấu trúc tổ ong và công nghệ sinh học cố định cacbon. Cụ thể:

• Chế tạo và tích hợp hệ modul xúc tác - hấp phụ hoạt động liên hoàn để loại bỏ đồng thời bụi, hơi axit, hơi kim loại nặng, $\text{NO}_x$, $\text{VOCs}$ và chuyển hóa hoàn toàn $\text{CO}$ ở điều kiện nhiệt độ vận hành linh hoạt kết hợp xúc tác quang.
• Đưa trực tiếp dòng $\text{CO}_2$ sạch tách từ khí thải lò nung công nghiệp thực tế vào hệ thống nuôi Spirulina platensis SP8, xác định tỷ lệ cắt giảm $\text{NaHCO}_3$ trong môi trường nuôi và chứng minh chất lượng an toàn dinh dưỡng của sinh khối thu được.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình tiếp cận

• Cơ chế xúc tác - hấp phụ dị thể: Phản ứng trung hòa và hấp phụ pha rắn giữa các hợp chất mang tính kiềm ($\text{CaO}$, $\text{Na}_2\text{CO}_3$) với khí axit ($\text{SO}_2$, $\text{HCl}$, $\text{HF}$); tương tác hấp phụ - tạo liên kết bề mặt của oxit sắt - mangan với hơi kim loại nặng; cơ chế oxi hóa khử $\text{CO}$ và $\text{C}_x\text{H}y$ trên tâm ion $\text{Co}^{3+}/\text{Co}^{2+}/\text{Co}^{4+}$ của mạng tinh thể perovskit $\text{La}{0,1}\text{CoO}_3$; cơ chế oxi hóa $\text{NO} \rightarrow \text{NO}_2$ và khử $\text{NO}_x \rightarrow \text{N}_2$ trên xúc tác đa thành phần $\text{V}_2\text{O}_5 - \text{WO}_3 / \text{TiO}_2$ điều khiển bởi tỷ lệ tâm axit Brønsted/Lewis; phản ứng quang xúc tác sinh gốc tự do oxi hóa $\text{CO}$ dưới ánh sáng khả kiến trên mạng $\text{TiO}_2$ rutil biến tính vanadi.
• Cơ chế tập trung cacbon vô cơ (CCM): Tế bào Spirulina platensis hấp thu $\text{HCO}_3^-$ qua màng tế bào, dưới sự xúc tác nội bào của enzyme Carbonic Anhydrase ($\text{CA}$), $\text{HCO}_3^-$ chuyển hóa thành $\text{CO}_2$ cung cấp cho enzyme RuBisCO trong chu trình Calvin tổng hợp chất hữu cơ: $$\text{H}^+ + \text{HCO}_3^- \xrightarrow{\text{CA}} \text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$ $$\text{HCO}_3^- \xrightarrow{\text{CA}} \text{CO}_2 + \text{OH}^-$$

Phương pháp tổng hợp và đặc trưng vật liệu

1. Tổng hợp vật liệu:

   • Gốm hấp phụ $\text{CaO} - \text{Na}_2\text{CO}_3$: Phối trộn $35%\ \text{CaO}$, $10%\ \text{Na}_2\text{CO}_3$, $40%$ bột gốm cordierit ($\text{Mg}_2\text{Al}_4\text{Si}5\text{O}{18}$) và $15%$ cao lanh ($\text{Al}_2\text{Si}_2\text{O}_5(\text{OH})_4$), nhào trộn với nước, ép tạo hình viên gốm, sấy ở 300°C trong 180 phút.
   • Gốm hấp phụ $\text{Fe}_2\text{O}_3 - \text{MnO}_2$: Phối trộn $\text{Fe}_2\text{O}_3$, $\text{MnO}_2$ với bột gốm cordierit và cao lanh, tạo hình viên gốm.
   • Xúc tác perovskit $\text{La}_{0,1}\text{CoO}_3$: Tổng hợp bằng phương pháp sol-gel citrate từ các tiền chất $\text{La(NO}_3)_3$, $\text{KNO}_3$ và $\text{Co(CH}_3\text{COO)}_2$.
   • Xúc tác $\text{V}_2\text{O}_5 + \text{WO}_3 / \text{TiO}_2 + \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{SiO}_2$: Tổng hợp từ $\text{Ti(NO}_3)_4$, $\text{NH}_4\text{VO}_3$, $(\text{NH}4)6\text{W}{12}\text{O}{39}\cdot x\text{H}_2\text{O}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiO}_2$, axit oxalic và $\text{H}_2\text{SO}_4$.
   • Xúc tác quang $\text{V}_2\text{O}_5 / \text{TiO}_2$ rutil: Tổng hợp từ $\text{TiO}_2$ rutil thương phẩm và $\text{V}_2\text{O}_5$ bằng phương pháp nghiền phản ứng cơ năng lượng cao (Spex 8000 M) trong 4 giờ với dung môi butanol và dung dịch $\text{HCl}\ 3\text{M}$.
   • Xương gốm tổ ong (chất mang): Chế tạo từ $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiO}_2$, $\text{CaO}$, $\text{Fe}_2\text{O}_3$, thiêu kết ở 950°C trong 3 giờ.

2. Phương pháp phân tích đặc trưng vật lý - hóa học:

   • Nhiễu xạ tia X ($\text{XRD}$): Xác định pha tinh thể và kích thước hạt tinh thể.
   • Kính hiển vi điện tử quét ($\text{SEM}$): Quan sát hình thái bề mặt và kích thước hạt.
   • Đo đẳng nhiệt hấp phụ nitơ ($\text{BET}$): Xác định diện tích bề mặt riêng và độ xốp.
   • Khử hấp phụ theo chương trình nhiệt độ ($\text{TPD}$): Định lượng tâm axit Brønsted và Lewis.
   • Quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến ($\text{UV-Vis}$ Shimadzu 2450): Xác định bước sóng hấp thụ và năng lượng vùng cấm ($E_g$).

Phương pháp phân tích khí và sinh học

• Phân tích thành phần khí: Đo online bằng thiết bị Testo 350-XL Emission Analyzer tại hiện trường và trích mẫu hấp thụ hóa học phân tích trong phòng thí nghiệm ($\text{SO}_2$ đo màu PRA; $\text{CO}$ đo quang với thuốc thử $\text{PdCl}_2 / \text{Na}_2\text{MoO}_4$; $\text{HCl}$ chuẩn độ $\text{AgNO}_3$).
• Đánh giá sinh trưởng S. platensis SP8: Xác định mật độ quang ở bước sóng 445 nm ($\text{OD}_{445\text{nm}}$) và khối lượng sinh khối khô ($\text{SKK}$, đơn vị g/L) sau khi lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh sấy khô ở 60°C.
• Phân tích hóa sinh:
  • Định lượng sắc tố: Phycocyanin, chlorophyll a, carotenoid chiết tách bằng dung dịch đệm phosphat và axeton, đo quang phổ $\text{UV-Vis}$.
  • Định lượng lipit tổng số: Phương pháp Bligh & Dyer (1959) cải biên.
  • Phân tích thành phần axit béo: Sắc ký khí ($\text{GC}$).
  • Hàm lượng cacbon sinh khối, protein tổng số, tro, độ ẩm.
  • Cân bằng bicacbonat: Chuẩn độ xác định hàm lượng $\text{HCO}_3^-$ và $\text{CO}_3^{2-}$ trong môi trường nuôi; đo $\text{pH}$ bằng máy Mettler Toledo.

Nhóm đối tượng	Loại vật liệu / Chủng vi sinh	Vai trò / Thông số chức năng chính
Vật liệu hấp phụ	$\text{CaO} - \text{Na}_2\text{CO}_3$ trên nền cordierit	Hấp phụ các khí axit $\text{SO}_2$, $\text{SO}_3$, $\text{HCl}$, $\text{HF}$
Vật liệu hấp phụ	$\text{Fe}_2\text{O}_3 - \text{MnO}_2$ trên nền cordierit	Hấp phụ hơi kim loại nặng ($\text{Hg}$, $\text{As}$), khí halogen, tạo từ tính khử bụi
Vật liệu xúc tác	$\text{La}_{0,1}\text{CoO}_3$ (sol-gel citrate)	Xúc tác oxi hóa hoàn toàn $\text{CO}$, $\text{C}_x\text{H}_y$, $\text{VOCs}$ và bụi muội $\text{PM}$
Vật liệu xúc tác	$\text{V}_2\text{O}_5 + \text{WO}_3 / \text{TiO}_2 + \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{SiO}_2$	Xúc tác khử $\text{deNO}_x$ và ức chế tạo dẫn xuất Dioxin/Furan
Xúc tác quang	Nano rutil $\text{TiO}_2 / \text{V}_2\text{O}_5$ (nghiền cơ hóa 4h)	Xúc tác quang hóa oxi hóa $\text{CO}$ ở nhiệt độ thường dưới ánh sáng khả kiến
Vi sinh vật	Spirulina platensis SP8	Quang hợp cố định $\text{CO}_2$, tổng hợp sinh khối giàu protein và phycocyanin

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 1 tổng thuật chi tiết cơ sở khoa học của toàn bộ chuỗi nghiên cứu. Tác giả trình bày thành phần hóa học của than đốt thông thường (than anthraxit, bitum, á bitum, lignit) gồm: $81,6%$ cacbon, $4,8%$ hydro, $1,4%$ nitơ, $1,0%$ lưu huỳnh, $3,0%$ oxy, $2,1%$ hơi ẩm và $6,1%$ tro. Khí thải sinh ra mang tính đa thành phần gây ô nhiễm nghiêm trọng.

Chương này phân tích sâu cơ chế phản ứng của các vật liệu xử lý khí:

• Hệ canxi/natri tham gia các phản ứng chuyển hóa khí axit thành muối bền ($\text{CaSO}_4$, $\text{CaCl}_2$, $\text{CaF}_2$, $\text{Na}_2\text{SO}_4$, $\text{NaCl}$, $\text{NaF}$).
• Hệ perovskit $\text{La}_{1-x}\text{M}_x\text{CoO}_3$ với sự chuyển đổi linh hoạt giữa các trạng thái hóa trị của Coban ($\text{Co}^{2+}, \text{Co}^{3+}, \text{Co}^{4+}$) thúc đẩy sự hấp phụ và hoạt hóa oxy bề mặt.
• Mối tương quan giữa tỷ lệ tâm Brønsted/Lewis trên bề mặt xúc tác $\text{V}_2\text{O}_5 - \text{WO}_3 / \text{TiO}_2$ đối với phản ứng chuyển hóa $\text{NO}_x$ và phân hủy $\text{VOCs}$.
• Khả năng quang xúc tác của $\text{TiO}_2$ rutil biến tính vanadi trong việc thu hẹp vùng cấm năng lượng ($E_g \le 3,0\text{ eV}$), cho phép hoạt động dưới bức xạ khả kiến (400–600 nm).
• Cơ chế sinh lý hấp thu cacbon của Spirulina platensis, ngưỡng dung nạp $\text{CO}_2$, ảnh hưởng ức chế của $\text{SO}_2$ và $\text{NO}_x$, và tiềm năng cắt giảm $\text{NaHCO}_3$ trong môi trường nuôi cấy.

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả hệ thống thiết bị, hóa chất và quy trình thực nghiệm được chuẩn hóa:

• Chế tạo vật liệu và xương gốm: Mô tả quy trình nghiền, phối trộn, định lượng, tạo hình và thiêu kết xương gốm tổ ong chịu nhiệt ở 950°C trong 3 giờ; phủ tẩm các hợp phần xúc tác và hấp phụ lên chất mang cordierit.
• Hệ thống xử lý khí thải (HMĐXLKT): Thiết kế và lắp đặt 03 mô hình hệ thống xử lý khí thải: mô hình đơn lẻ kiểm tra tính năng từng vật liệu; mô hình hệ modul tích hợp ở quy mô phòng thí nghiệm; và hệ thống pilot tháp xúc tác - hấp phụ trích khí trực tiếp từ ống khói lò nung Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng.
• Mô hình nuôi cấy S. platensis SP8: Thiết lập hệ thống bình nuôi 1 Lít; hệ thống bể phản ứng quang sinh (PBR) kín dung tích 10 Lít có kiểm soát chiếu sáng; và bể nuôi pilot hở ngoài trời tại Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng sử dụng thiết bị phao hòa tan $\text{CO}_2$.
• Quy trình phân tích: Mô tả chi tiết quy trình chuẩn độ thể tích xác định $\text{HCO}_3^-$ và $\text{CO}_3^{2-}$ sử dụng chỉ thị phenolphtalein và methyl da cam; phương pháp xác định phycocyanin, chlorophyll a, carotenoid; phương pháp sắc ký khí $\text{GC}$ định lượng thành phần axit béo.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 là phần thực nghiệm trọng tâm của luận án, được cấu trúc thành hai nội dung lớn:

1. Nghiên cứu làm sạch $\text{CO}_2$ từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật Xúc tác - Hấp phụ

• Đặc trưng cấu trúc vật liệu: Kết quả $\text{XRD}$ và $\text{SEM}$ khẳng định các pha tinh thể $\text{CaO} - \text{Na}_2\text{CO}_3$ và $\text{Fe}_2\text{O}_3 - \text{MnO}2$ phân tán đồng đều trên nền gốm cordierit. Mẫu perovskit $\text{La}{0,1}\text{CoO}_3$ đạt độ kết tinh đơn pha cao. Phổ $\text{TPD}$ trên các mẫu xúc tác $\text{V}_2\text{O}_5 - \text{WO}_3 / \text{TiO}_2$ ($\text{VW/Ti}$) chứng minh việc pha tạp làm tăng mật độ tâm axit Brønsted và giảm tâm Lewis, đạt hoạt tính tối ưu trên mẫu $\text{VW/Ti3}$. Mẫu nano rutil $\text{V}_2\text{O}_5 / \text{TiO}_2$ sau 4 giờ nghiền cơ hóa đạt độ mịn nano, mở rộng phổ hấp thụ sang dải 400–600 nm trên phổ $\text{UV-Vis}$.
• Hiệu quả xử lý khí đơn lẻ và tổ hợp:
  • Vật liệu $\text{CaO} - \text{Na}_2\text{CO}_3$ đạt hiệu suất hấp phụ $\text{SO}_2 > 90%$.
  • Vật liệu $\text{La}_{0,1}\text{CoO}_3$ chuyển hóa hoàn toàn $\text{CO}$ thành $\text{CO}_2$ ở nhiệt độ trên 200°C.
  • Hệ modul $\text{V}_2\text{O}_5 + \text{WO}_3 / \text{TiO}_2 + \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{SiO}_2$ xử lý hiệu quả $\text{NO}$ và $\text{NO}_2$.
  • Vật liệu quang xúc tác nano $\text{V}_2\text{O}_5 / \text{TiO}_2$ rutil thể hiện khả năng oxi hóa $\text{CO}$ ở nhiệt độ phòng dưới ánh sáng khả kiến.
• Thử nghiệm hiện trường tại Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng: Khí thải thô trích từ ống khói lò nung qua hệ thống tháp xúc tác - hấp phụ tích hợp đã loại bỏ hoàn toàn $\text{SO}_2$, $\text{NO}_x$, $\text{CO}$, $\text{HF}$, $\text{HCl}$, bụi muội và hơi kim loại nặng; nồng độ $\text{CO}_2$ sạch thu được đạt khoảng 1,2% (theo thể tích), đủ điều kiện an toàn sinh học để cấp trực tiếp cho bể nuôi tảo.

2. Nghiên cứu sử dụng $\text{CO}_2$ làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis SP8

• Thực nghiệm quy mô 1 Lít:
  • Xác định tỷ lệ giống cấy ban đầu thích hợp để tảo nhanh chóng thích nghi với môi trường sục $\text{CO}_2$.
  • Khảo sát các dải nồng độ $\text{CO}_2$ sục vào môi trường nuôi; đánh giá động thái $\text{pH}$, cân bằng chuyển hóa $\text{CO}_3^{2-} / \text{HCO}_3^-$.
  • Khảo sát khả năng cắt giảm $\text{NaHCO}_3$: Khi bổ sung nguồn $\text{CO}_2$ làm sạch với chế độ thích hợp, nồng độ $\text{NaHCO}_3$ trong môi trường Zarrouk có thể giảm mạnh so với mức chuẩn 16,8 g/L mà tốc độ sinh trưởng và năng suất sinh khối khô của chủng SP8 vẫn duy trì tương đương hoặc cao hơn đối chứng.
• Thực nghiệm quy mô 10 Lít (PBR): Xác lập chế độ thời gian sục khí tối ưu, kiểm soát dao động $\text{pH}$ trong khoảng thích hợp (8,5–9,5), ổn định nồng độ $\text{DIC}$ hòa tan trong dịch nuôi.
• Thực nghiệm pilot tại Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng:
  • Nuôi cấy S. platensis SP8 ngoài trời bằng dòng khí thải đã làm sạch chứa $1,2%\ \text{CO}_2$ ở các tốc độ sục khí 50 L/phút và 150 L/phút.
  • Hệ thống phao phân phối khí giúp duy trì $\text{pH}$ ổn định, tăng cường khả năng hòa tan và cố định $\text{CO}_2$.
  • Sinh khối tảo thu được có hàm lượng protein đạt trên 60%, hàm lượng lipit, sắc tố phycocyanin, chlorophyll a, carotenoid và thành phần các axit béo không bão hòa (như axit gamma-linolenic - GLA) đạt tiêu chuẩn chất lượng cao, không bị nhiễm độc bởi kim loại nặng hay các hợp chất độc hại từ khí thải.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Kết quả chính

1. Đã chế tạo thành công bộ 05 vật liệu xúc tác - hấp phụ dạng viên gốm và cấu trúc tổ ong trên chất mang cordierit ($\text{CaO} - \text{Na}_2\text{CO}_3$, $\text{Fe}_2\text{O}_3 - \text{MnO}2$, $\text{La}{0,1}\text{CoO}_3$, $\text{V}_2\text{O}_5 + \text{WO}_3 / \text{TiO}_2 + \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{SiO}_2$, và nano rutil $\text{V}_2\text{O}_5 / \text{TiO}_2$).
2. Thiết lập thành công hệ modul xử lý khí thải (HMĐXLKT) tích hợp công nghệ khô và ướt, vận hành ổn định tại ống khói lò nung gạch tuynel Đan Phượng, xử lý triệt để bụi lơ lửng, $\text{SO}_2$, $\text{NO}_x$, $\text{CO}$, hơi axit và kim loại nặng, thu hồi dòng $\text{CO}_2$ đạt độ sạch sinh học.
3. Xác lập quy trình công nghệ nuôi vi khuẩn lam Spirulina platensis SP8 sử dụng $\text{CO}_2$ làm sạch từ khí thải đốt than ở các quy mô phòng thí nghiệm (1L, 10L PBR) và quy mô pilot ngoài trời.
4. Chứng minh khả năng giảm lượng hóa chất $\text{NaHCO}_3$ trong môi trường dinh dưỡng Zarrouk khi kết hợp sục $\text{CO}_2$ làm sạch, giúp hạ giá thành sản xuất sinh khối mà vẫn đảm bảo năng suất sinh khối khô và hàm lượng dinh dưỡng cao (protein $> 60%$, giàu phycocyanin và axit béo thiết yếu).

Những đóng góp mới của luận án

• Về mặt khoa học và lý luận:
  • Làm chủ phương pháp kết hợp xúc tác oxi hóa - khử truyền thống với xúc tác quang nano $\text{V}_2\text{O}_5 / \text{TiO}_2$ cấu trúc rutil (tổng hợp bằng phương pháp cơ hóa năng lượng cao) có hoạt tính trong vùng ánh sáng khả kiến nhằm chuyển hóa triệt để khí độc $\text{CO}$ ở điều kiện nhiệt độ thường.
  • Làm sáng tỏ quy luật tương tác giữa nồng độ tâm axit Brønsted/Lewis trên bề mặt xúc tác oxit hỗn hợp với hiệu quả chuyển hóa $\text{NO}_x$ và phân hủy khí độc trong dòng khí thải đa thành phần.
  • Bổ sung dữ liệu khoa học về động học hấp thu cacbon vô cơ và cơ chế cân bằng hệ đệm $\text{CO}_3^{2-} / \text{HCO}_3^- / \text{CO}_2$ trong môi trường kiềm của chủng Spirulina platensis SP8 khi tiếp nhận dòng $\text{CO}_2$ từ khí thải công nghiệp.
• Về mặt thực tiễn:
  • Tích hợp thành công chuỗi công nghệ khép kín: xử lý làm sạch khí thải công nghiệp phát thải từ quá trình đốt than kết hợp sản xuất sinh khối vi khuẩn lam giàu dinh dưỡng.
  • Đưa ra giải pháp kỹ thuật cụ thể (hệ modul tháp xúc tác - hấp phụ và phao sục khí $\text{CO}_2$) có khả năng ứng dụng trực tiếp tại các cơ sở sản xuất gạch tuynel, nhiệt điện than hoặc nhà máy xi măng, góp phần giảm thiểu khí nhà kính và bảo vệ môi trường.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Thử nghiệm làm sạch khí thải và nuôi cấy tảo hiện trường tại Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng mới dừng lại ở quy mô pilot bán công nghiệp; nồng độ $\text{CO}_2$ trong khí thải trích xuất phụ thuộc vào chế độ cấp than và chu kỳ nung của lò (đạt khoảng $1,2%$).
• Hoạt tính và độ bền lâu dài của lớp vật liệu quang xúc tác nano rutil $\text{V}_2\text{O}_5 / \text{TiO}_2$ khi vận hành liên tục dưới tải lượng khí thải công nghiệp lớn trong thời gian dài nhiều năm cần tiếp tục được theo dõi và đánh giá định kỳ.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Hoàn thiện và nâng công suất hệ thống modul xúc tác - hấp phụ để ứng dụng tại các nguồn phát thải lớn hơn như nhà máy nhiệt điện đốt than hoặc nhà máy sản xuất xi măng.
• Nghiên cứu tự động hóa hoàn toàn hệ thống kiểm soát $\text{pH}$ liên tục kết nối với van điều tiết dòng $\text{CO}_2$ cấp vào các bể nuôi Spirulina platensis quy mô công nghiệp diện tích lớn (hàng nghìn $\text{m}^2$).
• Đánh giá chi tiết vòng đời công nghệ (LCA) và tính toán bài toán kinh tế - kỹ thuật toàn diện khi mở rộng thương mại hóa sản phẩm sinh khối tảo nuôi bằng $\text{CO}_2$ khí thải.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo cho các đối tượng và lĩnh vực sau:

• Cán bộ nghiên cứu, giảng viên và nghiên cứu sinh: Thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật môi trường, Công nghệ hóa học, Khoa học vật liệu và Công nghệ sinh học; đặc biệt là phần phương pháp tổng hợp vật liệu nano trên nền xương gốm tổ ong cordierit, phương pháp phân tích tâm axit $\text{TPD}$, và kỹ thuật sinh học nuôi cấy vi khuẩn lam.
• Kỹ sư công nghệ và doanh nghiệp sản xuất: Các nhà máy nhiệt điện than, xi măng, luyện kim, sản xuất gạch tuynel quan tâm đến giải pháp kỹ thuật xử lý đồng thời khí độc hại và tận thu $\text{CO}_2$ tại nguồn thải.
• Các cơ sở nuôi trồng và chế biến vi tảo / Spirulina: Tham khảo giải pháp kỹ thuật thay thế một phần $\text{NaHCO}_3$ bằng nguồn $\text{CO}_2$ khí thải làm sạch, tối ưu hóa công thức dinh dưỡng và vận hành hệ thống phao sục khí trong bể nuôi hở nhằm hạ giá thành sản xuất sinh khối.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng những loại vật liệu xúc tác - hấp phụ nào và vai trò cụ thể của từng loại là gì?

Luận án chế tạo và sử dụng 05 loại vật liệu gắn trên chất mang cordierit:

• $\text{CaO} - \text{Na}_2\text{CO}_3$: Hấp phụ các khí axit ($\text{SO}_2, \text{SO}_3, \text{HCl}, \text{HF}$).
• $\text{Fe}_2\text{O}_3 - \text{MnO}_2$: Hấp phụ hơi kim loại nặng ($\text{Hg}, \text{As}$) và khí halogen, tận dụng từ tính để hỗ trợ giữ bụi.
• $\text{La}_{0,1}\text{CoO}_3$: Xúc tác perovskit oxi hóa $\text{CO}, \text{C}_x\text{H}_y, \text{VOCs}$ và hỗ trợ phân hủy hạt muội than.
• $\text{V}_2\text{O}_5 + \text{WO}_3 / \text{TiO}_2 + \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{SiO}_2$: Xúc tác chuyển hóa $\text{NO}_x$ ($\text{deNO}_x$) và ngăn ngừa hình thành Dioxin/Furan.
• Nano rutil $\text{V}_2\text{O}_5 / \text{TiO}_2$: Xúc tác quang hóa oxi hóa $\text{CO}$ dưới ánh sáng khả kiến ở nhiệt độ thường.

2. Tại sao việc loại bỏ $\text{SO}_2$ và khí đồng hành khỏi khí thải đốt than là bắt buộc trước khi đưa vào nuôi Spirulina platensis?

Khí thải đốt than chứa các khí đồng hành độc hại, trong đó $\text{SO}_2$ khi hòa tan vào nước tạo axit làm giảm $\text{pH}$ môi trường nuôi xuống dưới 3,0, khiến tế bào vi khuẩn lam bị ức chế hoặc chết (khi nồng độ $\text{SO}_2 > 100\text{ ppm}$). Các khí độc khác như $\text{CO}, \text{NO}_x$ và hơi kim loại nặng làm suy giảm chất lượng sinh khối, hạ thấp hàm lượng protein, lipit và gây nguy cơ tích tụ độc chất trong sinh khối tảo thành phẩm.

3. Giải pháp giảm giá thành môi trường nuôi Spirulina platensis của luận án được thực hiện như thế nào?

Môi trường chuẩn Zarrouk yêu cầu nồng độ $\text{NaHCO}_3$ rất cao (16,8 g/L), chiếm $60%$ tổng chi phí hóa chất. Luận án đã sử dụng dòng khí $\text{CO}_2$ làm sạch từ khí thải đốt than sục định kỳ vào môi trường nuôi để liên tục bổ sung nguồn cacbon vô cơ hòa tan và ổn định $\text{pH}$ (8,5–9,5). Nhờ đó, nồng độ $\text{NaHCO}_3$ ban đầu có thể cắt giảm đáng kể mà vẫn duy trì tốc độ sinh trưởng, năng suất sinh khối và chất lượng dinh dưỡng của tảo.

4. Điểm đặc thù trong công nghệ chế tạo xúc tác quang $\text{V}_2\text{O}_5 / \text{TiO}_2$ của luận án là gì?

Khác với các nghiên cứu truyền thống tập trung vào pha anatase, luận án sử dụng $\text{TiO}_2$ dạng pha rutil (pha bền nhiệt và phổ biến trong tự nhiên nhưng trơ quang học hơn) và biến tính pha tạp $\text{V}_2\text{O}_5$ bằng phương pháp nghiền phản ứng cơ năng lượng cao (Spex 8000 M) trong 4 giờ. Quá trình này giúp hạt đạt kích thước nanomet và thu hẹp vùng cấm năng lượng, cho phép vật liệu xúc tác quang hoạt động tốt trong vùng ánh sáng nhìn thấy (400–600 nm) để chuyển hóa $\text{CO}$.

5. Kết quả thử nghiệm hiện trường tại Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng đạt được những thông số gì?

Hệ thống tháp xúc tác - hấp phụ trích khí từ lò nung tuynel đã làm sạch triệt để các thành phần độc hại ($\text{SO}_2, \text{NO}_x, \text{CO}$, bụi, hơi axit), cung cấp dòng khí chứa $1,2%\ \text{CO}_2$ sạch nuôi S. platensis SP8 trong bể ngoài trời qua hệ thống phao sục khí. Sinh khối tảo thu được sinh trưởng ổn định, đạt hàm lượng protein trên $60%$, giàu phycocyanin, carotenoid, axit béo không bão hòa và an toàn sinh học.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Đoàn Thị Oanh đã giải quyết thành công bài toán tích hợp giữa kỹ thuật xử lý khí thải đốt than bằng vật liệu xúc tác - hấp phụ nano trên nền xương gốm tổ ong cordierit và công nghệ sinh học cố định $\text{CO}_2$ nuôi vi khuẩn lam Spirulina platensis SP8. Công trình đã làm chủ quy trình chế tạo 05 loại vật liệu chức năng, xử lý triệt để các khí độc hại đồng hành và thu hồi nguồn $\text{CO}_2$ đạt độ sạch sinh học tại lò nung gạch tuynel thực tế. Kết quả nghiên cứu chứng minh tính khả thi của việc sử dụng $\text{CO}_2$ khí thải để cắt giảm lượng hóa chất $\text{NaHCO}_3$ đắt tiền trong môi trường Zarrouk, tạo ra sinh khối vi khuẩn lam giàu dinh dưỡng phục vụ bảo vệ sức khỏe và góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. CO2 - KHÍ THẢI ĐỐT THAN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH CO2 1. Khí CO2 – một loại khí gây hiệu ứng nhà kính nguy hiểm có trong khí thải đốt than Khí dioxide các bon - CO2 chiếm tới một nửa khối lượng các khí nhà kính và đóng góp tới 60 % trong việc làm tăng nhiệt độ khí quyển.

Nguyên nhân chính gây ra tổng lượng CO2 trong bầu khí quyển tăng lên mỗi năm là do quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch. Trong đó, đốt than thải ra nhiều CO2 nhất, sau đó là đốt dầu và xăng. Hậu quả của việc tiêu thụ năng lượng nhiên liệu hóa thạch là tổng lượng CO2 trong bầu khí quyển tăng lên mỗi năm [1]. Sự gia tăng CO2 trong khí quyển làm tăng mối lo ngại về biến đổi khí hậu nói chung và hiệu ứng nhà kính nói riêng.

Điều đó đặt ra thách thức lớn cho sự phát triển bền vững trên toàn thế giới [2]. Chính vì vậy, thật cần thiết phải có các biện pháp để giảm thiểu khí CO2. Hiện nay, đã có nhiều phương pháp nhằm giảm khí CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch như loại bỏ CO2, giam giữ CO2 hoặc biến đổi CO2 [3]. Tuy nhiên các phương pháp như loại bỏ CO2 và giam giữ CO2 chỉ có thể làm giảm đi đáng kể nồng độ CO2 nhưng không giải quyết được vấn đề về phát triển bền vững [4].

Do đó, luận án đã lựa chọn phương pháp thứ ba đó là chuyển hóa CO2 vào mục đích có ích. Ở những nước đang phát triển như Việt Nam, các ngành công nghiệp như nhiệt điện, sản xuất xi măng, sản xuất gạch,…đốt than phát thải ra lượng CO2 rất lớn [5],[6]. Mức phát thải khí nhà kính CO2 ước tính ở Việt Nam trong những năm 2010, 2020 và 2030 tương ứng là 169,2; 300,4 và 515,8 triệu tấn [7]. Cũng theo Quy hoạch điện VII, năm 2010 -2030 ngành năng lượng là ngành có mức phát thải cao nhất do tăng nhu cầu năng lượng được đáp ứng chủ yếu bằng các nhiên liệu hóa thạch, như than và khí đốt để phát điện và các sản phẩm lọc dầu để sử dụng trong giao thông, công nghiệp [8].

Điều này cho thấy việc ứng dụng các công nghệ xử lý làm sạch khí thải của công nghệ đốt nhiên liệu nói chung và đốt than nói riêng là bắt buộc đối với các doanh nghiệp hiện nay. Đồng thời, điều này cũng đã gợi ý cho những nghiên cứu của luận án nhằm vào việc thu hồi, làm sạch CO2 từ quá trình đốt than sử dụng cho quá trình nuôi Spirulina platensis tại Việt Nam. Thành phần khí thải đốt than Than là một loại nhiên liệu, chứa một số nguyên tố cơ bản như các bon (81,6% trọng lượng), hydro (4,8%), nito (1,4%), lưu huỳnh (1%), oxy (3%), hơi ẩm (2,1%), tro (6,1%) [9]. Đó là loại nhiên liệu phong phú toàn cầu, trữ lượng vài ngàn tỷ tấn và ước lượng còn phục vụ nhân loại thêm 300 năm nữa với mức độ sử dụng như hiện nay.

Khí thải đốt than là đa thành phần bao gồm chủ yếu: bụi lơ lửng (PM), VOCs, SOx, NOx, CO và CO2 [10]. Tỷ phần của các chủng loại này phụ thuộc vào loại than sử dụng và thiết kế của buồng đốt than. Có bốn loại than thường được sử dụng là anthraxit, bitum, á bitum và lignit. Trong đó, than anthraxit và than lignit thông dụng ở Châu Âu, than bitum và than á bitum thông dụng ở Bắc Mỹ, còn ở Châu Á 4 loại than này đều được sử dụng [11].

Công nghệ làm sạch khí CO2 trong khí thải đốt than Một trong những chiến lược giúp các quốc gia đang nỗ lực chống lại những biến đổi có hại của khí hậu là thu khí CO2 thải ra chủ yếu từ những cơ sở công nghiệp đốt than. Chiến lược này cho phép đảm bảo tiếp tục sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch bằng những phương thức thân thiện hơn với môi trường. Trong đó, các thiết bị thu CO2 được tích hợp với các nhà máy đốt than như một bộ phận xử lý khí thải. Chúng có nhiệm vụ xử lý giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn PM, SO2, NOx và thu hồi lưu trữ CO2, đảm bảo cho khí thải của nhà máy đạt chuẩn về tính vô hại của chúng đối với sức khỏe con người và bầu khí quyển.

Tại các nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất gạch, xi măng… truyền thống dùng than thì phương pháp thu hồi sau cháy thường được áp dụng. Đối với các nhà máy dùng công nghệ hóa hơi nhiên liệu than đốt thì CO2 thường được thu hồi ngay sau khi hóa hơi. Còn đối với các nhà máy đốt than trong môi trường giàu ôxy thì khí thải thường chứa hàm lượng CO2 rất cao và do vậy chúng được hóa lạnh ngay sau khi thải và chuyển qua các đường ống vào các bể chứa [3]. Dưới đây, các công nghệ làm sạch CO2 tại các nhà máy đốt than truyền thống được xem xét.

Công nghệ làm sạch CO2 bằng hấp thụ và hấp phụ CO2 được thu hồi bằng phương pháp hấp thụ dùng các dung dịch lỏng tương ứng và hấp phụ trên bề mặt của một số chất rắn thích hợp. Công nghệ làm sạch CO2 bằng hấp thụ 5 Có một thiết bị tiêu biểu dùng để thu gom CO2 bằng phương pháp hấp thụ sử dụng các dung dịch tương ứng có khả năng tái sinh lại. Thiết bị bao gồm hai phần chính, tháp hấp thụ và tháp giải hấp dung dịch hấp thụ. Trong tháp hấp thụ, quá trình tách được thực hiện bằng cách cho khí thải chứa CO2 đi qua dung dịch hấp thụ từ dưới lên.

Phần khí thải ra phía trên tháp hấp thụ sẽ có nồng độ CO2 rất thấp, chúng được đưa vào xử lý tiếp các thành phần độc hại còn lại trước khi thải vào khí quyển. Phần dung dịch đã hấp thụ CO2 được đưa sang tháp giải hấp dùng trao đổi nhiệt, giảm áp lực hoặc cả hai [12]. CO2 thoát ra từ tháp giải hấp được dẫn vào nơi chứa, được nén và lưu trữ còn dung dịch sau khi giải hấp được tái sử dụng. Dung dịch hấp thụ hiện nay đã được thương mại hóa và chia thành 2 loại dựa trên cơ chế hấp thụ vật lý hoặc hóa học.

Loại dung dịch hấp thụ theo cơ chế vật lý được dùng để thu hồi CO2 có nồng độ riêng phần cao, còn loại hấp thụ hóa học để thu hồi CO2 có nồng độ riêng phần thấp hoặc trung bình. Tiêu biểu cho dung dịch hóa học là alkanolamin và thường được dùng ở dạng dung dịch chứa nước, chúng bao gồm monoethanolamin, diethanolamin, N-methyldiethanolamin, diglycolamin, diisopropanolamin , và 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) [13],[14]. Một số loại dung dịch vật lý thường được sử dụng là propylene cácbonat, Selexol, methanol và n-methyl-2-pyrrolidone. Sự pha trộn giữa hai loại dung dịch trên làm tăng khả năng thu gom CO2 có nồng độ thấp và tái sinh dung dịch tại nhiệt độ thấp hơn, một thí dụ về hỗn hợp này là sulphinol-D và sulphinol-M [15].

Công nghệ làm sạch CO2 bằng chất hấp phụ Sử dụng những chất hấp phụ để thu hồi CO2 từ khí thải cũng là một dạng công nghệ có triển vọng. Có rất nhiều chất hấp phụ khác nhau. Amin và những chất hóa học khác có thể được cố định lên bề mặt của chất rắn để tạo thành một chất hấp phụ có thể phản ứng với CO2. Than hoạt tính, các ống nano các bon và zeolit (tự nhiên và nhân tạo) là các dạng chất hấp phụ khác.

Các oxit natri, oxit kali và các cácbonat của natri thường được tẩm lên các chất mang nền gốm cũng được dùng cho quá trình hấp phụ CO2 [16]. Sayari và cs (2011) [17] báo cáo rằng phương pháp thu giữ CO2 bằng hấp phụ có một số ưu điểm: (1) chi phí nguyên liệu thấp, (2) công suất nhiệt thấp, (3) động học nhanh, (4) khả năng hấp phụ CO2 cao, (5) sự chọn lọc CO2 cao và (6) có sự ổn định về nhiệt, hóa chất, và cơ học, (7) an toàn về mặt môi trường. Tuy nhiên cũng 6 còn tồn tại điểm yếu của các chất hấp phụ là bị giảm hoạt tính nhanh chóng và đòi hỏi cấu trúc tổ ong tinh tế để đáp ứng yêu cầu có tốc độ không gian lớn. Công nghệ làm sạch CO2 bằng phương pháp màng Màng được sản xuất bằng vật liệu đặc biệt có tính thẩm thấu chọn lọc cho phép một chất khí đi qua nó.

Tính chọn lọc của màng để phân tách các khí khác nhau liên quan mật thiết đến tính chất của vật liệu (phụ thuộc vào tương tác vật lý và hóa học giữa các khí và màng), nhưng dòng chảy của khí qua màng thường được thúc đẩy bởi sự chênh lệch áp suất qua màng. Do đó, dòng cao áp là thường thích hợp với quá trình tách màng [3], [18]. Các màng được dùng hiện nay bao gồm các màng vô cơ xốp, màng palladium, màng polyme và màng zeolit. Những màng này thường không đạt độ phân tách khí cao nên phải dùng cấu trúc nhiều tầng để xử lý luân hồi và điều này thường làm phức tạp hệ thống, tiêu tốn năng lượng và nâng cao giá thành.

Để đạt độ sạch của khí CO2 thu gom cần phải dùng các màng với các đặc trưng khác nhau. Hiện nay phương pháp màng được thương mại hóa và dùng chủ yếu trong việc tách và thu gom CO2 từ khí gas tự nhiên ở áp suất cao [18]. Làm sạch CO2 bằng công nghệ xử lý khí đồng hành trong quá trình đốt than Đã có nhiều phương pháp nhằm giảm khí thải CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch như loại bỏ CO2, giam giữ CO2 hoặc biến đổi CO2 [19], [20]. Tuy nhiên các phương pháp như loại bỏ CO2 và giam giữ CO2 chỉ có thể làm giảm đi đáng kể nồng độ CO2 nhưng không giải quyết được vấn đề phát triển bền vững [4].

Do đó, luận án đã lựa chọn phương pháp thứ ba đó là chuyển hóa CO2 vào mục đích có ích. Ở những nước chậm phát triển như Việt Nam, các ngành công nghiệp như nhiệt điện, sản xuất xi măng, sản xuất gạch,…đốt than phát thải ra lượng CO2 rất lớn [5],[6]. Điều đó đã gợi ý cho những nghiên cứu của chúng tôi nhằm vào việc thu hồi, làm sạch CO2 từ quá trình đốt than sử dụng cho công nghệ nuôi Spirulina platensis. Qúa trình thu hồi CO2 theo hướng thân thiện môi trường đòi hỏi đi kèm phương pháp xử lý các khí đồng hành cùng với CO2 trong khí thải đốt than.

Ngoài PM, CO, SO2 và NOx thường thấy, thành phần của các khí đồng hành thường phức tạp hơn và phụ thuộc vào chủng loại than được sử dụng.