Luận án tiến sĩ: Làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật xúc tác hấp thụ để 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

• 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

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.