Giới thiệu dự án

Tập quán thắp nhang (hương) là nét đẹp văn hóa tâm linh lâu đời tại các quốc gia Châu Á, đặc biệt là Việt Nam. Tuy nhiên, việc thương mại hóa sản xuất đã dẫn đến tình trạng lạm dụng hóa chất tạo mùi, chất kết dính tổng hợp và tẩm hóa chất chống tàn, biến khói nhang thành nguồn phát thải ô nhiễm không khí trong nhà (Indoor Air Quality - IAQ) nghiêm trọng. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC), các chất độc hại phát sinh từ khói nhang bao gồm Total Volatile Organic Compounds (TVOCs), bụi mịn $PM_{2.5}$, $PM_{10}$, Formaldehyde ($HCHO$), Carbon Monoxide ($CO$), Carbon Dioxide ($CO_2$) và Polycyclic Aromatic Hydrocarbons ($PAHs$), trong đó $HCHO$ và Benzene được xếp vào nhóm chất gây ung thư loại 1.

Khảo sát thực tế chỉ ra rằng nồng độ TVOCs đo được từ 7 loại nhang thương mại đạt mức cực đại lên tới $5589\text{ ppb}$, cao hơn từ $2 - 3$ lần so với các loại thông thường và gấp 13,46 lần so với giới hạn an toàn theo quy chuẩn của Health Canada ($415\text{ ppb} \approx 500\text{ }\mu\text{g/m}^3$). Khói nhang tích tụ trong các gian thờ, chánh điện chùa kín gió gây tổn thương biểu mô hô hấp, suy giảm chức năng phổi và tăng nguy cơ đột biến gen.

Đề tài tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường tiến hành giải quyết bài toán trên thông qua 4 mục tiêu cụ thể:

  1. Điều tra xã hội học ($n = 170$) về thói quen thắp nhang và mức độ nhận thức nguy cơ sức khỏe của du khách tại TP.HCM và các tỉnh lân cận.
  2. Đánh giá mức độ ô nhiễm thực địa tại các chùa và trong phòng thí nghiệm bằng hệ thống cảm biến chuyên dụng.
  3. Tổng hợp và biến tính vật liệu ống nano titan dioxide (Titania Nanotubes - TNTs) bằng phương pháp thủy nhiệt, pha tạp 5 loại muối kim loại chuyển tiếp ($Zn^{2+}, Cd^{2+}, Al^{3+}, Cu^{2+}, Fe^{3+}$) tỷ lệ $0,5%$.
  4. Thiết kế, chế tạo thiết bị xử lý khí ô nhiễm trong nhà dạng ống tích hợp công nghệ quang xúc tác (Photocatalysis) UV/TNTs, tối ưu hóa điều kiện vận hành để xử lý triệt để TVOCs.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào nguồn phát thải khói nhang tại quy mô phòng thí nghiệm và không gian chùa, đánh giá hiệu quả suy giảm TVOCs dưới nguồn bức xạ tử ngoại UV-A/UV-C. Giới hạn đề tài chưa bao gồm xử lý đồng thời dòng bụi thô tải lượng cao mà tập trung vào cơ chế khoáng hóa hoàn toàn pha khí.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Hiện nay, các giải pháp cải thiện chất lượng không khí tại nơi thờ tự chủ yếu mang tính thụ động. Bảng phân tích dưới đây so sánh các phương pháp kiểm soát ô nhiễm khói nhang hiện hành:

Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm Chi phí vận hành Khả năng khoáng hóa TVOCs
Thông gió tự nhiên/cưỡng bức Chi phí đầu tư thấp, dễ thực hiện Chỉ làm loãng khí, phụ thuộc hướng gió, phát tán ô nhiễm ra xung quanh Thấp Không phân hủy ($0%$)
Hấp phụ than hoạt tính (AC) Hấp phụ tốt VOCs ban đầu, dễ tích hợp Bão hòa nhanh, giảm hiệu suất khi ẩm cao, tạo chất thải rắn nguy hại Trung bình - Cao Không phân hủy ($0%$)
Lọc HEPA kết hợp Ion âm Bắt giữ tốt hạt bụi $PM_{2.5}$ Không xử lý được khí độc phân tử nhỏ như $CO$, TVOCs bay hơi nhanh Trung bình Rất thấp ($< 10%$)
Quang xúc tác nano $TiO_2$ (Đề tài) Phân hủy triệt để TVOCs thành $CO_2$ và $H_2O$, không tạo chất thải thứ cấp, xúc tác tái sử dụng Cần nguồn bức xạ UV thích hợp, tổn thất áp suất qua lớp màng xúc tác Thấp Rất cao ($> 90%$)

Theo mô hình MoSCoW, yêu cầu kỹ thuật của hệ thống được xác định:

  • Must have: Phân hủy tối thiểu $80%$ TVOCs từ khói nhang ở điều kiện phòng; buồng phản ứng trơ hóa học, không rò rỉ tia UV.
  • Should have: Sử dụng vật liệu xúc tác có diện tích bề mặt lớn ($> 100\text{ m}^2/\text{g}$), cố định chắc chắn trên giá mang sợi thủy tinh.
  • Could have: Tích hợp mô-đun giám sát đa chỉ tiêu thời gian thực qua Bluetooth ($CO, CO_2, TVOCs, PM_{2.5}, PM_{10}, HCHO$).
  • Won't have (giai đoạn 1): Tự động điều tốc quạt hút theo nồng độ ô nhiễm đầu vào.

Thiết kế hệ thống

Hệ thống xử lý thực nghiệm khói nhang được thiết kế dạng module ống luồng thẳng (Tubular Flow Reactor) với các thông số cấu trúc chính:

[ Nguồn khói nhang ] ---> [ Quạt hút 90x90mm ] ---> [ Ống Inox L=60cm, Phi=76mm ] ---> [ Cụm Sensor Đo Đạc ]
                                                           │
                                            ┌──────────────┴──────────────┐
                                            │ - Đèn UV trung tâm          │
                                            │ - Giá đỡ Balat điện tử      │
                                            │ - Màng sợi thủy tinh / TNTs │
                                            └─────────────────────────────┘
  • Vỏ buồng phản ứng: Ống thép không gỉ Inox SUS304 ($L = 60\text{ cm}$, đường kính $\Phi = 76\text{ mm}$), chống oxy hóa quang hóa và phản xạ bức xạ UV tăng cường hiệu suất lượng tử.
  • Hệ thống cấp khí: Quạt hút DC kích thước $90 \times 90\text{ mm}$ đặt tại đầu nạp khí (Inlet) để thu hồi toàn bộ khói nhang từ buồng đốt hở.
  • Nguồn bức xạ: Đèn phát tia UV công suất chuẩn kết hợp chấn lưu điện tử (Ballast) chuyên dụng.
  • Giá thể xúc tác: Màng vải sợi thủy tinh (Fiberglass mat) diện tích $60 \times 20\text{ cm}$, trơ nhiệt, chịu bức xạ, giữ hạt nano TNTs phân tán đều.
  • Hệ thống đo kiểm: Máy Mobile Nose kết nối ứng dụng ADDWII qua Bluetooth để trích xuất chỉ số $TVOCs\text{ (ppb)}$, $PM_{2.5}\text{ (}\mu\text{g/m}^3)$, $PM_{10}\text{ (}\mu\text{g/m}^3)$, $CO_2\text{ (ppm)}$; máy đo chuyên dụng Carbon Monoxide Detector 601 ($0 - 1000\text{ ppm}$, độ phân giải $1\text{ ppm}$) và Extech FM200 ($0 - 5\text{ ppm}$, độ phân giải $0,01\text{ ppm}$) đo nồng độ Formaldehyde.

Methodology

Quy trình nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp bán định lượng:

  1. Tổng hợp vật liệu: Sử dụng phương pháp thủy nhiệt (Hydrothermal method) từ tiền chất $TiO_2\text{ P25}$ (Degussa, tỷ lệ $80%$ Anatase : $20%$ Rutile) trong dung dịch $NaOH\text{ 10 M}$ tại $135^\circ\text{C}$ trong $24\text{ giờ}$ để tạo ống nano titanate (TNTs), sau đó rửa acid $HNO_3$ về $pH = 1,6$ rồi trung hòa về $pH = 7,0$.
  2. Biến tính pha tạp: Cấy các cation kim loại ($Zn^{2+}, Cd^{2+}, Al^{3+}, Cu^{2+}, Fe^{3+}$) ở tỷ lệ $0,5\text{ wt}%$ và nung kết tinh ở $500^\circ\text{C}$ trong $2\text{ giờ}$.
  3. Đánh giá rủi ro sức khỏe: Sử dụng chỉ số thương số rủi ro (Risk Quotient - RQ) để đánh giá phơi nhiễm qua đường hô hấp: $$RQ = \frac{MEC}{PNEC}$$ Trong đó $MEC$ (Measured Environmental Concentration) là nồng độ chất ô nhiễm đo được thực tế, $PNEC$ (Predicted No-Effect Concentration) là nồng độ giới hạn tối đa theo tiêu chuẩn WHO, EPA, Health Canada. Nếu $RQ \ge 1$, rủi ro sức khỏe ở mức cao.
  4. Hiệu suất xử lý quang xúc tác ($H$): $$H = \frac{C_0 - C}{C_0} \times 100%$$ Với $C_0$ là nồng độ TVOCs ban đầu, $C$ là nồng độ sau xử lý qua buồng phản ứng.

Implementation và kết quả

Development process

Quá trình điều chế vật liệu và chế tạo giá thể xúc tác màng sợi thủy tinh được chuẩn hóa theo quy trình hóa học:

// Thuat toan tinh toan khoi luong muoi kim loai tam 0.5% vao TNTs
Input: m_TiO2 (g), M_A (g/mol) // Khoi luong TiO2 va khoi luong mol muoi kim loai
Output: m_A (g) // Khoi luong muoi kim loai can can

Constant: M_TiO2 = 79.87 g/mol;
Constant: Doping_Ratio = 0.005; // 0.5 wt%

Function Calculate_Salt_Mass(m_TiO2, M_A):
    n_TiO2 = m_TiO2 / M_TiO2;
    m_A = n_TiO2 * Doping_Ratio * M_A;
    Return m_A;
End Function

Quy trình chế tạo xúc tác màng Zn/TNTs:
1. 12g TiO2 P25 + 72g NaOH + 180ml H2O ---> Khuấy từ 20' ---> Siêu âm 30' ---> Thủy nhiệt Autoclave 135°C/24h.
2. Rửa bằng nước cất + Điều chỉnh pH = 1.6 bằng HNO3 ---> Rửa sạch về pH = 7.0 ---> Sấy 105°C/12h (Tiền xúc tác TNTs).
3. Cân m(TNTs) + m(Zn(NO3)2.6H2O) 0.5% + 50ml H2O ---> Siêu âm 30' ---> Cô đặc tại 80°C ---> Sấy 105°C/4h ---> Nung 500°C/2h.
4. Phân tán 2g bột Zn/TNTs vào 40ml H2O ---> Phủ đều lên tấm sợi thủy tinh ---> Sấy 105°C/30' ---> Lắp vào reactor.

Đặc tính hóa lý của vật liệu sau khi nung và pha tạp kim loại được phân tích qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và phương pháp đo diện tích bề mặt riêng BET:

Mẫu vật liệu Hình thái vi cấu trúc (TEM) Cấu trúc pha tinh thể (XRD) Diện tích bề mặt riêng BET ($m^2/g$)
$TiO_2\text{ P25}$ ban đầu Dạng hạt nano cầu $80%$ Anatase : $20%$ Rutile 53
TNTs chưa nung Dạng ống nano rỗng (Nanotubes) Cấu trúc nhiều lớp Titanate 390
TNTs nung $500^\circ\text{C}$ Dạng thanh nano ngắn + ống $100%$ Anatase 106
Zn/TNTs nung $500^\circ\text{C}$ Dạng que sợi + ống bền vững $100%$ Anatase 126

Testing và validation

Nghiên cứu tiến hành khảo sát đa biến nhằm xác định chế độ vận hành tối ưu của thiết bị:

  1. Khảo sát chế độ hoạt động: So sánh 3 điều kiện: (1) Chỉ có xúc tác không bật UV (hấp phụ đơn thuần), (2) Chỉ bật đèn UV không có xúc tác (quang phân hủy phân tử), (3) Kết hợp chiếu xạ UV và màng quang xúc tác.
  2. Khảo sát tải lượng xúc tác: Thay đổi khối lượng màng xúc tác TNTs từ $1,0\text{ g}; 1,5\text{ g}; 2,0\text{ g}; 2,5\text{ g}$ đến $3,0\text{ g}$.
  3. Khảo sát ảnh hưởng ion kim loại biến tính: So sánh 5 hệ vật liệu pha tạp $0,5%$: $\text{Zn/TNTs}, \text{Cd/TNTs}, \text{Al/TNTs}, \text{Cu/TNTs}, \text{Fe/TNTs}$.
  4. Khảo sát tải lượng khói nhang nạp vào: Thử nghiệm tương đương nồng độ phát thải từ 1 cây nhang và 3 cây nhang cháy liên tục.
                    CƠ CHẾ PHẢN ỨNG QUANG XÚC TÁC TRÊN BỀ MẶT Zn/TNTs
                    ─────────────────────────────────────────────────
   Photon UV (hν >= Eg) ───> [ Zn/TNTs ] ───> e- (Vùng dẫn) + h+ (Vùng hóa trị)
                                                    │               │
      e- + Zn2+ ──> Zn+ (Bẫy e-, cản tái hợp)       │               │
      e- + O2   ──> •O2- (Gốc Superoxide) <─────────┘               │
      h+ + H2O  ──> •OH  (Gốc Hydroxyl hoạt tính cực mạnh) <────────┘
      
      •OH / •O2- + TVOCs (Benzene, Toluene, HCHO,...) ───> CO2 + H2O + Axit vô cơ nhỏ

Kết quả đạt được

  • Chế độ quang xúc tác: Ở điều kiện chỉ bật đèn UV hoặc chỉ có xúc tác trong tối, nồng độ TVOCs gần như không đổi sau $50\text{ phút}$ ($H < 8%$). Khi kết hợp chiếu UV lên màng xúc tác, nồng độ TVOCs giảm dốc đứng.
  • Khối lượng xúc tác tối ưu: Lượng xúc tác $2,0\text{ g}$ cho hiệu suất chuyển hóa cao nhất. Khi tăng lên $2,5\text{ g}$ và $3,0\text{ g}$, các lớp hạt nano bị chồng lấn (shielding effect), che khuất ánh sáng UV tiếp cận các lớp bên dưới, làm giảm nhẹ hiệu suất lượng tử.
  • Kim loại biến tính vượt trội: Vật liệu $Zn/TNTs$ cho hoạt tính quang xúc tác cao nhất trong dãy khảo sát: $$\text{Hiệu suất xử lý TVOCs: } Zn/TNTs (95%) > Cd/TNTs (88%) > Al/TNTs (81%) > Cu/TNTs (74%) > Fe/TNTs (63%)$$
  • Khả năng làm sạch thực tế: Với nồng độ khói nhang cao sinh ra từ 3 cây nhang, thiết bị sử dụng $2\text{ g Zn/TNTs}$ đạt hiệu suất xử lý $95%$ tại phút thứ 35 của chu trình vận hành $50\text{ phút}$. Nồng độ TVOCs từ mức nguy hại tím/nâu ($> 5000\text{ ppb}$) giảm sâu về ngưỡng an toàn màu xanh lá ($< 220\text{ ppb}$).

Đổi mới và đóng góp

  1. Cải tiến cấu trúc hình thái 1D Nanotubes: Việc chuyển đổi $TiO_2\text{ P25}$ dạng hạt cầu cụm sang cấu trúc ống nano TNTs bằng phương pháp thủy nhiệt giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc từ $53\text{ m}^2/\text{g}$ lên $390\text{ m}^2/\text{g}$ (tăng gấp $7,35\text{ lần}$). Dù sau khi nung $500^\circ\text{C}$ để chuyển pha sang $100%$ Anatase tinh khiết diện tích còn $126\text{ m}^2/\text{g}$, cấu trúc ống rỗng vẫn tạo kênh truyền dẫn electron dọc theo thân ống cực nhanh, hạn chế sự tái kết hợp electron - lỗ trống ($e^- / h^+$).
  2. Kỹ thuật pha tạp kẽm ($Zn^{2+}$) giảm vùng cấm: Ion $Zn^{2+}$ đóng vai trò như các bẫy điện tích (charge traps), thu bắt electron quang sinh, kéo dài thời gian sống của lỗ trống $h^+$ trên vùng hóa trị để tạo ra mật độ gốc tự do $\bullet OH$ và $\bullet O_2^-$ đậm đặc trên bề mặt sợi thủy tinh.
  3. So sánh với các công bố khoa học quốc tế:
    • So với nghiên cứu của Lin et al. (2008) và Lee & Wang (2004) chỉ dừng lại ở phân tích phổ phát thải ô nhiễm và cảnh báo nguy cơ độc học của khói nhang tại Hong Kong, đề tài đã phát triển giải pháp kỹ thuật triệt tiêu hoàn toàn nguồn phát sinh.
    • So với công trình của Zhang et al. (2015) (Bắc Kinh, Trung Quốc) khảo sát VOCs tại chùa nhưng đề xuất giải pháp thông gió cơ học thụ động, thiết bị tự chế tạo của nghiên cứu đạt tốc độ phân hủy TVOCs cao hơn $45%$ nhờ dòng khí cưỡng bức tiếp xúc vuông góc với lớp màng xúc tác $Zn/TNTs$.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

  • Không gian tâm linh (Chùa, Đền, Tịnh thất): Lắp đặt hệ thống khử khói nhang module hóa tại khu vực Chánh điện, nhà Bái đường, nhà Thiêu hương.
  • Hộ gia đình đô thị: Tích hợp bộ tiền xử lý vào tủ thờ gia tiên, căn hộ chung cư khép kín không có ban công thông gió.
                    MÔ HÌNH TRIỂN KHAI THIẾT BỊ TẠI CHÁNH ĐIỆN CHÙA
                    ──────────────────────────────────────────────
                        ┌───────────────────────────────┐
                        │   Mái vòm / Trần Chánh Điện   │
                        └───────┬───────────────┬───────┘
                                │               │
                        ┌───────▼───────────────▼───────┐
                        │  Hệ thống xử lý khói UV/TNTs  │
                        │  (Chế tạo dạng ống Inox 304)  │
                        └───────────────▲───────────────┘
                                        │ (Hút cưỡng bức)
                        ┌───────────────┴───────────────┐
                        │    Lư Hương / Bàn Thờ Phật    │
                        │   (Nguồn phát sinh TVOCs)     │
                        └───────────────────────────────┘

Yêu cầu triển khai & Phân tích kinh tế

  • Hạ tầng kỹ thuật: Nguồn điện xoay chiều dân dụng $220\text{V} - 50\text{Hz}$, công suất tiêu thụ điện cực thấp ($< 45\text{W}$ gồm quạt hút và đèn UV).
  • Vật tư tiêu hao: Màng sợi thủy tinh tẩm $Zn/TNTs$ có tuổi thọ từ $12 - 18\text{ tháng}$, có thể hoàn nguyên hoạt tính xúc tác bằng cách rửa sạch bụi bám và chiếu đèn UV trong không khí ẩm.
  • Hiệu quả đầu tư (Cost-Benefit): Chi phí vật liệu chế tạo cho một cụm module tự chế chỉ khoảng $600.000 - 800.000\text{ VNĐ}$, thấp hơn $70 - 80%$ so với việc trang bị các máy lọc không khí thương mại cao cấp dùng màng than hoạt tính đắt tiền phải thay lõi định kỳ $3 - 6\text{ tháng/lần}$.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Sự suy giảm diện tích bề mặt sau nung: Quá trình nung ở $500^\circ\text{C}$ để chuyển hóa pha tinh thể từ Titanate sang Anatase làm giảm diện tích BET từ $390\text{ m}^2/\text{g}$ xuống $126\text{ m}^2/\text{g}$ do một số ống nano bị gãy gập hoặc kết tụ tinh thể.
  • Tắc nghẽn cơ học bởi muội than: Khói nhang chứa hàm lượng bụi mịn ($PM_{2.5}, PM_{10}$) và hắc ín cao, sau thời gian dài vận hành liên tục có thể bám phủ lên bề mặt màng xúc tác, cản trở sự hấp thụ ánh sáng tử ngoại của các hạt nano.
  • Khí $CO$ chưa được xử lý triệt để: Công nghệ quang xúc tác $TiO_2$ ở nhiệt độ phòng có tốc độ oxy hóa $CO \to CO_2$ tương đối chậm so với tốc độ phân hủy các mạch vòng thơm hữu cơ TVOCs.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Bổ sung tầng tiền lọc tĩnh điện (Electrostatic Precipitator - ESP) hoặc màng lọc thô có thể giặt rửa phía trước buồng quang xúc tác để giữ lại toàn bộ hạt bụi và tàn nhang.
  • Thử nghiệm đồng pha tạp đa nguyên tố (Co-doping $N-Zn$ hoặc $Fe-Zn$) để thu hẹp năng lượng vùng cấm $E_g < 2,8\text{ eV}$, cho phép sử dụng đèn LED ánh sáng khả kiến (Visible Light LED) thay thế cho đèn UV, giúp tiết kiệm thêm điện năng và tăng tính an toàn cho người sử dụng.

Đối tượng hưởng lợi

                              CÁC NHÓM ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI
       ┌──────────────────────────────────────┬──────────────────────────────────────┐
       │                                      │                                      │
┌──────▼────────────────────────┐      ┌──────▼────────────────────────┐      ┌──────▼────────────────────────┐
│  Sinh viên & Nhà nghiên cứu   │      │  Kỹ sư thiết kế thiết bị IAQ  │      │     Cơ sở tôn giáo & Du khách │
├───────────────────────────────┤      ├───────────────────────────────┤      ├───────────────────────────────┤
│ • Nắm vững quy trình thủy     │      │ • Bản vẽ module ống luồng     │      │ • Giảm 95% nguy cơ hít phải   │
│   nhiệt điều chế TNTs 1D.     │      │   khí Inox khép kín.          │      │   khí độc gây ung thư.        │
│ • Dữ liệu XRD, TEM, BET và    │      │ • Giải pháp cố định nano      │      │ • Bảo vệ sức khỏe tăng ni     │
│   công thức biến tính Zn 0.5%.│      │   trên sợi thủy tinh không trôi│     │   và giữ gìn sự tôn nghiêm.   │
└───────────────────────────────┘      └───────────────────────────────┘      └───────────────────────────────┘
  • Sinh viên & Giới học thuật: Cung cấp tài liệu thực nghiệm hoàn chỉnh về động học phản ứng quang hóa, quy trình tổng hợp vật liệu ống nano titanate từ bột $P25$ thương phẩm với đầy đủ thông số định lượng.
  • Kỹ sư Chế tạo & Môi trường: Mô hình thiết kế trực quan có thể scale-up thành sản phẩm lọc khí thương mại ứng dụng cho các xưởng sản xuất nhang, phòng sơn mài hoặc phòng thí nghiệm hóa học.
  • Ban quản lý Chùa & Cộng đồng: Cung cấp cơ sở khoa học để chuẩn hóa quy định thắp nhang (giới hạn 1 cây/lư hương), đồng thời trang bị thiết bị xử lý khí chi phí thấp giúp bảo vệ sức khỏe hệ hô hấp của cộng đồng Phật tử và khách thập phương.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để chế tạo và vận hành thiết bị là gì?

Hệ thống yêu cầu nguồn điện $220\text{V}$, một buồng phản ứng hình trụ bằng Inox $SUS304$ để phản xạ tia cực tím, quạt hút hướng trục kích thước $90 \times 90\text{ mm}$, đèn phát tia UV có bước sóng phù hợp kích hoạt Anatase ($\lambda \le 387\text{ nm}$), và giá mang sợi thủy tinh tẩm $2\text{ g}$ bột xúc tác $0,5%\text{ Zn/TNTs}$ đã qua xử lý nung $500^\circ\text{C}$.

2. Vật liệu Zn/TNTs có bị suy giảm hoạt tính theo thời gian (deactivation) không?

Trong điều kiện chỉ xử lý hơi hữu cơ TVOCs, xúc tác không bị tiêu hao vì chỉ đóng vai trò chất xúc tác trung gian tạo gốc $\bullet OH$. Tuy nhiên, hoạt tính có thể giảm do bụi khói nhang bám phủ bề mặt. Xúc tác có thể được tái sinh dễ dàng bằng cách thổi khí nén làm sạch bụi cơ học và chiếu đèn UV liên tục trong không khí ẩm sạch trong vòng $60\text{ phút}$.

3. Thiết bị có thể tích hợp vào các hệ thống thông gió tòa nhà (HVAC) sẵn có không?

Hoàn toàn khả thi. Do thiết kế dạng ống module luồng khí thẳng ($\Phi = 76\text{ mm}$), cụm phản ứng có thể lắp nối tiếp (In-line) trực tiếp vào đường ống dẫn khí thải của tòa nhà hoặc đặt ngay phía sau chụp hút khói cục bộ tại các lư hương chánh điện.

4. Tại sao muối kẽm Zn(NO3)2 lại cho hiệu quả cao hơn các muối kim loại khác (Cd, Al, Cu, Fe)?

Ion $Zn^{2+}$ có cấu hình electron bão hòa phân lớp $d$ ($3d^{10}$) và bán kính ion tương thích tốt để thay thế hoặc xen kẽ vào mạng lưới tinh thể $TiO_2$. Bức xạ UV tạo ra các bẫy điện tử tạm thời tại vị trí $Zn^{2+}$, ngăn chặn hiện tượng tái kết hợp $e^- / h^+$, đồng thời mức thế oxy hóa khử của $Zn^{2+}/Zn^+$ tạo điều kiện thuận lợi nhất cho quá trình chuyển giao điện tích tới phân tử $O_2$ hấp phụ.

5. Chi phí đầu tư ban đầu và thời gian hoàn vốn (ROI) ước tính như thế nào?

Chi phí tự chế tạo đơn chiếc khoảng $700.000\text{ VNĐ}$. So với việc đầu tư máy lọc không khí chuyên dụng (giá từ $4.000.000 - 8.000.000\text{ VNĐ}$) và chi phí thay lõi lọc carbon hàng năm ($1.200.000\text{ VNĐ/năm}$), thiết bị tự chế giúp tiết kiệm ngay $80%$ chi phí đầu tư ban đầu và hoàn vốn chi phí vận hành chỉ sau 3 đến 5 tháng.

Kết luận

Nghiên cứu đã đánh giá toàn diện hiện trạng phát thải khói nhang tại các cơ sở thờ tự và chứng minh nguy cơ sức khỏe tiềm ẩn do nồng độ TVOCs vượt ngưỡng cho phép hơn 13 lần. Đề tài đã nghiên cứu, chế tạo thành công thiết bị xử lý khí ô nhiễm trong nhà ứng dụng vật liệu ống nano quang xúc tác $Zn/TNTs$ mang trên tấm sợi thủy tinh. Với tải lượng xúc tác tối ưu $2\text{ g}$, hệ thống đạt hiệu suất xử lý TVOCs lên đến $95%$ sau 35 phút vận hành, mở ra hướng đi khả thi, tiết kiệm và bền vững trong công tác kiểm soát chất lượng không khí trong nhà tại Việt Nam.