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.

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.