Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nghi thức thắp nhang là tập quán văn hóa, tín ngưỡng lâu đời tại các quốc gia châu Á nói chung và Việt Nam nói riêng. Trong đời sống tâm linh, làn khói nhang được xem là cầu nối giữa thế giới thực tại và cõi thiêng liêng. Tuy nhiên, cùng với nhu cầu tiêu thụ ngày càng lớn, nhiều cơ sở sản xuất đã sử dụng hóa chất tổng hợp giá rẻ để tẩm vào nhang nhằm duy trì độ lưu hương và tạo tàn uốn cong. Quá trình đốt các loại nhang này phát thải vào không khí nhiều hợp chất độc hại như tổng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (TVOCs), bụi mịn ($PM_{2.5}$, $PM_{10}$), carbon monoxide (CO), carbon dioxide ($CO_2$), formaldehyde (HCHO), nitrogen dioxide ($NO_2$), sulfur dioxide ($SO_2$) và hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs). Việc phơi nhiễm các khí này trong không gian kín hoặc bán kín gây kích ứng đường thở, viêm hô hấp mãn tính và tiềm ẩn nguy cơ gây đột biến gen dẫn đến ung thư.

Trong khi phương pháp quang xúc tác sử dụng vật liệu nano titanium dioxide ($TiO_2$) đã chứng minh được tính hiệu quả, không độc hại và có khả năng khoáng hóa các hợp chất hữu cơ thành $CO_2$ và $H_2O$, tại Việt Nam chưa có nghiên cứu cụ thể về nồng độ ô nhiễm khói nhang tại các cơ sở thờ tự cũng như ứng dụng vật liệu quang xúc tác cải tiến để xử lý dòng khí này. Do đó, đề tài "Nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm không khí từ quá trình đốt nhang tại chùa và thực nghiệm xử lý bằng thiết bị trong nhà tự chế tạo" được thực hiện.

Mục tiêu chính của đề tài là khảo sát, phân tích, đánh giá thực trạng ô nhiễm không khí từ quá trình thắp nhang tại các chùa, mô phỏng nguồn phát thải trong phòng thí nghiệm và chế tạo thiết bị xử lý không khí trong nhà ứng dụng vật liệu quang xúc tác. Để đạt được mục tiêu này, 4 nội dung nghiên cứu cụ thể được triển khai:

  1. Khảo sát thói quen đi chùa và thói quen thắp nhang của khách hành hương.
  2. Đánh giá mức độ ô nhiễm không khí tại các chùa thuộc Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận.
  3. Đánh giá mức độ ô nhiễm từ khói nhang trong phòng thí nghiệm bằng mô hình mô phỏng tự chế tạo trên 7 loại nhang.
  4. Thực nghiệm xử lý khói nhang (trọng tâm là TVOCs) bằng thiết bị xúc tác quang tự chế tạo.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các loại nhang thương mại trên thị trường, khói phát sinh từ quá trình đốt nhang, vật liệu xúc tác ống nano $TiO_2$ biến tính kim loại (Kim loại/TNTs) và thiết bị quang xúc tác dạng ống dòng liên tục.
  • Phạm vi không gian: Khảo sát thực địa tại các chùa thuộc khu vực nội thành TP. Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận (Bình Dương, Tiền Giang); các thí nghiệm phân tích và xử lý khí được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Hóa phân tích Môi trường, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện từ tháng 01/2019 đến tháng 07/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và cơ chế phản ứng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết quang xúc tác dị thể của vật liệu bán dẫn $TiO_2$. Khi được chiếu xạ bởi photon ánh sáng có năng lượng lớn hơn hoặc bằng độ rộng vùng cấm ($h\nu \ge E_g$), các electron ($e^-$) chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, để lại các lỗ trống mang điện tích dương ($h^+$) ở vùng hóa trị:

$$h\nu + TiO_2 \rightarrow e^- + h^+$$

Các lỗ trống oxi hóa nước ($H_2O$) và ion hydroxyl ($OH^-$) để sinh ra gốc tự do có hoạt tính oxi hóa cực mạnh ($\cdot OH$):

$$TiO_2(h^+) + H_2O \rightarrow \cdot OH + H^+ + TiO_2$$ $$TiO_2(h^+) + OH^- \rightarrow \cdot OH + TiO_2$$

Đồng thời, các electron tại vùng dẫn khử phân tử oxy hòa tan ($O_2$) thành gốc superoxide ($\cdot O_2^-$):

$$TiO_2(e^-) + O_2 \rightarrow \cdot O_2^- + TiO_2$$

Các gốc tự do hoạt tính cao này phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (TVOCs) thành các phân tử vô cơ không độc hại gồm $CO_2$ và $H_2O$. Để khắc phục nhược điểm tái tổ hợp điện tử - lỗ trống và diện tích bề mặt thấp của bột $TiO_2$ Degussa P25 thương mại, vật liệu được chuyển đổi sang cấu trúc ống nano ($TiO_2$ Nanotubes - TNTs) bằng phương pháp thủy nhiệt, kết hợp biến tính pha tạp các ion kim loại chuyển tiếp ($Zn^{2+}$, $Cd^{2+}$, $Al^{3+}$, $Cu^{2+}$, $Fe^{3+}$) nhằm thu hẹp vùng cấm và tạo bẫy giữ điện tích.

Phương pháp chế tạo vật liệu xúc tác

  • Tổng hợp tiền chất TNTs: Hòa tan 72 g $NaOH$ và 12 g $TiO_2$ (P25) vào 180 ml nước cất trong bình Teflon của thiết bị Autoclave. Hỗn hợp được khuấy từ 20 phút, rung siêu âm 30 phút, khuấy từ thêm 20 phút, sau đó đưa vào tủ nung thủy nhiệt ở $135^\circ\text{C}$ trong 24 giờ. Mẫu để nguội 12 giờ, hòa tan trong 1000 ml nước cất, lọc chân không, chỉnh về $pH = 1{,}6$ bằng dung dịch $HNO_3$ 65%, khuấy và rửa lặp lại bằng nước cất cho đến khi đạt pH trung tính, sau đó sấy ở $105^\circ\text{C}$ trong 12 giờ.
  • Biến tính tẩm muối kim loại: Cân lượng tiền chất TNTs và muối nitrat kim loại tương ứng với hàm lượng pha tạp 0,5% khối lượng, khuấy trong 50 ml nước cất, rung siêu âm 30 phút, khuấy từ gia nhiệt ở $80^\circ\text{C}$ đến khi sệt, sấy khô ở $105^\circ\text{C}$ trong 4 giờ và nung ở $500^\circ\text{C}$ trong 2 giờ.
  • Cố định xúc tác: Phân tán xúc tác dạng bột vào 40 ml nước cất qua khuấy từ 10 phút và siêu âm 20 phút, dùng ống bóp rải đều lên tấm vải sợi thủy tinh kích thước tiêu chuẩn, sấy khô ở $105^\circ\text{C}$ trong 20–30 phút trước khi đưa vào module xử lý.
Mẫu vật liệu Hình dạng (TEM) Cấu trúc pha (XRD) Diện tích bề mặt BET ($m^2/g$)
P25 Hạt Anatase (80%) + Rutile (20%) 53
TNTs chưa nung Ống Titanate 390
TNTs nung $500^\circ\text{C}$ Que + ít ống Anatase (100%) 106
Zn/TNTs nung $500^\circ\text{C}$ Que + ít ống Anatase (100%) 126

Phương pháp đo đạc và tiêu chuẩn so sánh

Nghiên cứu sử dụng 3 thiết bị đo chuyên dụng:

  • Máy Mobile Nose (kết nối Bluetooth với phần mềm ADDWII trên điện thoại) đo TVOCs, $PM_{2.5}$, $PM_{10}$, $CO_2$.
  • Máy Carbon Monoxide Detector 601 (Đài Loan) đo nồng độ CO (dải đo $0 - 1000\text{ ppm}$, độ phân giải $1\text{ ppm}$).
  • Máy Extech FM200 (Mỹ) đo formaldehyde HCHO (dải đo $0 - 5\text{ ppm}$, độ phân giải $0{,}01\text{ ppm}$).

Kết quả đo đạc được đối chiếu với các quy chuẩn chất lượng không khí trong nhà quốc tế:

Thông số Nồng độ giới hạn Cơ quan / Tiêu chuẩn quy định
CO 86 ppm Tổ chức Y tế Thế giới (WHO)
$CO_2$ 1000 ppm DOSH (Malaysia) / KEITI (Hàn Quốc)
HCHO 2 ppm OSHA (Hoa Kỳ)
TVOCs $500\text{ }\mu g/m^3$ ($415\text{ ppb}$) Health Canada (Canada)
$PM_{2.5}$ $100\text{ }\mu g/m^3$ Health Canada (Canada)
$PM_{10}$ $150\text{ }\mu g/m^3$ Hướng dẫn IAQ Singapore

Phương pháp xử lý số liệu

  • Đánh giá phơi nhiễm và mức độ rủi ro sức khỏe qua đường hô hấp bằng phương pháp bán định lượng theo hệ số nguy cơ ($RQ$):

$$RQ = \frac{MEC}{PNEC}$$

(Trong đó: $MEC$ là nồng độ quan trắc thực tế; $PNEC$ là nồng độ giới hạn tối đa cho phép theo quy chuẩn. Nếu $RQ < 1$: rủi ro thấp; $RQ \ge 1$: rủi ro cao).

  • Hiệu suất xử lý quang xúc tác ($H$) tính theo công thức:

$$H = \frac{C_0 - C}{C_0} \times 100%$$

(Trong đó: $C_0$ là nồng độ chất ô nhiễm ban đầu; $C$ là nồng độ chất ô nhiễm sau xử lý).

Thiết kế và triển khai mô hình thực nghiệm

Mô hình thực nghiệm xử lý khói nhang trong nhà được thiết kế và chế tạo dưới dạng module phản ứng quang hóa dòng khí liên tục:

  • Cụm thu khí đầu vào: Nhang được đốt trong buồng phát thải hở, khói sinh ra được dẫn vào hệ thống nhờ một quạt hút cưỡng bức kích thước $90 \times 90\text{ mm}$ gắn ở đầu ống nạp.
  • Thân ống phản ứng: Sử dụng ống inox hình trụ có chiều dài $L = 60\text{ cm}$, đường kính danh nghĩa $\Phi = 76\text{ mm}$. Trong quá trình khảo sát đối chứng nồng độ phát thải ban đầu, đoạn ống inox này được thay thế bằng ống nhựa PVC có kích thước tương đương.
  • Cụm quang xúc tác bên trong: Trục giữa ống bố trí một đèn UV phát bức xạ tử ngoại kích thích, đi kèm hệ thống ba-lát điện tử và khung giá đỡ chuyên dụng. Xung quanh đèn được bao bọc bởi tấm vải sợi thủy tinh đã tẩm phủ đều vật liệu xúc tác nano (TNTs biến tính kim loại).
  • Cụm phân tích khí đầu ra: Tại cửa thoát khí cuối đường ống bố trí đầu dò của máy đo CO, đầu đo máy Extech FM200 và cảm biến của thiết bị Mobile Nose để thu thập dữ liệu tự động theo chu kỳ 5 phút/lần.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa các kiến thức cơ sở về chùa chiền tại Việt Nam theo các bố cục kiến trúc truyền thống (kiểu chữ Đinh 丁, kiểu chữ Công 工, kiểu chữ Tam 三); quy trình kỹ thuật làm nhang thủ công từ vỏ cây ô đước, bột gỗ hương (trầm, quế, bạch đàn), chân tre và phẩm màu. Chương này trình bày chi tiết các đặc tính tinh thể của $TiO_2$ (Anatase, Rutile, Brookite), cơ chế chuyển điện tử của quang xúc tác bán dẫn, kỹ thuật chế tạo ống nano TNTs bằng phương pháp thủy nhiệt và các giải pháp biến tính bằng ion kim loại chuyển tiếp. Đồng thời, chương 1 tổng hợp các bằng chứng dịch tễ học và độc học từ các nghiên cứu quốc tế (Lin et al., 2008; Lee & Wang, 2004; Zhang et al., 2015; He et al., 2018; Hayakawa et al., 1987) về tác động tiêu cực của khói nhang đối với bệnh đường thở, viêm da tiếp xúc và huyết áp thai kỳ; phân tích thực trạng quản lý và sử dụng nhang chưa có quy chuẩn kiểm soát chất lượng không khí trong nhà tại Việt Nam.

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết danh mục hóa chất tinh khiết, dụng cụ thủy tinh, thiết bị đo đạc và máy móc chuyên dụng (tủ sấy Memmert, tủ nung Lenton, máy rung siêu âm Elma, cân phân tích Sartorius, thiết bị phản ứng thủy nhiệt Autoclave). Tác giả mô tả chi tiết quy trình chế tạo vật liệu tiền chất TNTs, kỹ thuật tẩm các muối kim loại $Zn(NO_3)_2$, $Cd(NO_3)_2$, $Al(NO_3)_3$, $Cu(NO_3)_2$, $Fe(NO_3)_3$ lên nền xúc tác và kỹ thuật cố định màng lên sợi thủy tinh. Chương này cũng thiết lập phương pháp luận triển khai 4 nội dung nghiên cứu: thiết kế bảng câu hỏi điều tra xã hội học trực tiếp và trực tuyến; quy trình khảo sát hiện trường tại các chùa; phương pháp thực nghiệm đốt và đo kiểm 7 mẫu nhang thương phẩm trong phòng thí nghiệm; quy trình vận hành thử nghiệm mô hình quang xúc tác theo 4 biến số thực nghiệm (điều kiện chiếu sáng/xúc tác, tải lượng xúc tác 1–3 g, loại muối kim loại biến tính và nồng độ nguồn khói 1 cây so với 3 cây).

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 tập trung phân tích các dữ liệu thực nghiệm thu được từ khảo sát xã hội học và đo đạc trong phòng thí nghiệm:

  • Khảo sát thói quen và nhận thức cộng đồng ($n = 170$): 92,35% người tham gia lựa chọn nhang cây (vượt trội so với nhang vòng 5,88% và nhang nụ 1,76%); số lượng nhang thắp phổ biến tại mỗi lư hương là 3 cây (chiếm 48,82%) và 1 cây (chiếm 42,35%). Thời gian đi chùa tập trung cao nhất vào ngày rằm (33,53%), mùng 1 (30,00%) và các dịp lễ, Tết (25,88%). 70% người được hỏi nhận thức được khói nhang có hại cho sức khỏe, tuy nhiên vẫn còn 21% chưa rõ hoặc không biết về các nguy cơ tiềm ẩn.
  • Khảo sát thực tế tại các chùa: Các chùa lớn ở khu vực nội thành TP. Hồ Chí Minh đã chủ động triển khai các biện pháp hạn chế như đặt biển báo "Vui lòng không mang nhang vào chánh điện" hoặc chuyển sang sử dụng nhang điện (tiêu biểu như Chùa Bửu Long, Chùa Nam Thiên Đệ Nhất Trụ). Ngược lại, nhiều chùa tại các tỉnh lân cận (Bình Dương, Tiền Giang) vẫn duy trì việc thắp nhang tự do với số lượng lớn bên trong chánh điện, làm gia tăng nguy cơ phơi nhiễm nồng độ khí độc hại cao cho chư tăng và khách thập phương.
  • Đánh giá phát thải của 7 loại nhang trong phòng thí nghiệm: Đo đạc đối chứng 7 mẫu nhang (nhang chùa A, nhang chùa B, nhang thô, nhang phơi ban đêm, nhang tẩm bột quế, nhang thơm, nhang thơm ít khói) cho thấy mức phát thải TVOCs, $PM_{2.5}$, $PM_{10}$, $CO_2$, CO và HCHO có sự khác biệt lớn. Trong đó, một loại nhang ghi nhận nồng độ TVOCs đạt đỉnh lên tới 5589 ppb, cao gấp 2–3 lần so với các loại nhang thông thường và vượt gấp 13 lần tiêu chuẩn khuyến nghị của Health Canada (415 ppb). Mẫu nhang có nồng độ phát thải cao nhất này được lựa chọn làm nguồn khí đầu vào cho các thí nghiệm xử lý.
  • Thực nghiệm xử lý TVOCs bằng công nghệ quang xúc tác:
    1. Khảo sát điều kiện vận hành: Vận hành ở chế độ kết hợp đồng thời xúc tác và chiếu xạ đèn UV cho tốc độ suy giảm nồng độ TVOCs vượt trội hoàn toàn so với trường hợp chỉ có xúc tác (chỉ xảy ra hấp phụ vật lý bề mặt hạn chế) hoặc chỉ chiếu đèn UV (hiệu ứng phân hủy quang hóa tự do không đáng kể).
    2. Khảo sát khối lượng xúc tác: Khảo sát các mức khối lượng TNTs biến tính từ 1 g; 1,5 g; 2 g; 2,5 g đến 3 g cho thấy khối lượng 2 g là điểm tối ưu. Việc tăng khối lượng lên 2,5–3 g không làm tăng đáng kể hiệu suất do hiện tượng cản trở truyền khối và tán xạ ánh sáng của các lớp vật liệu dày.
    3. Khảo sát loại muối kim loại biến tính: Thử nghiệm 5 hệ xúc tác tẩm kim loại 0,5% nung $500^\circ\text{C}$ ($Zn/TNTs$, $Cd/TNTs$, $Al/TNTs$, $Cu/TNTs$, $Fe/TNTs$) xác định xúc tác tẩm kẽm ($Zn/TNTs$) có hoạt tính quang xúc tác cao nhất trong việc phân hủy TVOCs.
    4. Khảo sát nồng độ đầu vào: Sử dụng 2 g xúc tác Zn/TNTs dưới bức xạ UV xử lý khói sinh ra từ 3 cây nhang và 1 cây nhang. Kết quả cho thấy hệ thống xử lý hiệu quả cả hai mức nồng độ, trong đó hiệu suất phân hủy TVOCs đối với nồng độ phát thải của 3 cây nhang đạt 95% ở phút thứ 35 và duy trì ổn định sau 50 phút vận hành.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xác lập bộ số liệu định lượng về mức độ phát thải các chất ô nhiễm từ 7 loại nhang thương phẩm phổ biến; xác định nồng độ cực đại của TVOCs từ khói nhang có thể đạt 5589 ppb, vượt 13 lần ngưỡng an toàn cho phép trong nhà ($415\text{ ppb}$).
  • Chứng minh tính ưu việt của vật liệu ống nano titan dioxide biến tính kẽm (Zn/TNTs 0,5% khối lượng, nung $500^\circ\text{C}$, diện tích bề mặt $126\text{ }m^2/g$) trong việc phân hủy TVOCs so với bột $TiO_2$ P25 nguyên bản.
  • Xác định điều kiện vận hành tối ưu của thiết bị xử lý dạng ống dòng liên tục: sử dụng 2 g xúc tác Zn/TNTs cố định trên vải sợi thủy tinh kết hợp chiếu xạ đèn UV, mang lại hiệu suất xử lý TVOCs đạt 95% tại phút thứ 35 đối với nồng độ phát thải từ 3 cây nhang.
  • Thu thập dữ liệu thực nghiệm về hành vi xã hội ($n = 170$), chỉ ra tỷ lệ sử dụng nhang cây chiếm 92,35%, thói quen thắp 1–3 cây/lư hương chiếm trên 91% và tỷ lệ người chưa hiểu rõ tác hại của khói nhang vẫn ở mức 21%.

Đóng góp của đề tài

  • Đóng góp khoa học: Đề tài là một trong những công trình tiên phong tại Việt Nam nghiên cứu có hệ thống về phát thải ô nhiễm từ tập quán đốt nhang dưới góc độ kỹ thuật môi trường; tích hợp thành công phương pháp tổng hợp vật liệu nano dạng ống (TNTs) và biến tính ion kim loại chuyển tiếp vào module phản ứng quang hóa xử lý khí thải trong nhà.
  • Đóng góp thực tiễn: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ công tác quản lý chất lượng không khí tại các cơ sở tôn giáo; đề xuất các giải pháp quản lý nguồn phát thải (khuyến khích dùng nhang điện, nhang thảo mộc tự nhiên, gắn biển hạn chế thắp nhang trong không gian kín) và chế tạo thành công thiết bị làm sạch không khí chi phí thấp, ứng dụng hiệu quả cho hộ gia đình và đền chùa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Mô hình thiết bị xử lý quang xúc tác mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm với lưu lượng quạt hút cố định, chưa đánh giá động học xử lý khi thay đổi lưu lượng dòng khí hoặc vận hành liên tục trong không gian thực tế có thể tích lớn.
    • Nghiên cứu tập trung đánh giá hiệu suất phân hủy tổng TVOCs mà chưa phân tích định lượng chi tiết cơ chế suy giảm của từng cấu tử đơn lẻ (như benzene, toluene, formaldehyde) cũng như các sản phẩm chuyển hóa trung gian sau phản ứng quang xúc tác.
    • Số lượng chùa được khảo sát trực tiếp còn tập trung chủ yếu tại một số địa phương phía Nam.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng quy mô thử nghiệm thiết bị xử lý trong không gian thực tế tại các gian thờ chánh điện hoặc phòng thờ gia đình.
    • Đánh giá độ bền cơ lý, độ bền hóa học và khả năng tái sinh của màng xúc tác Zn/TNTs trên vải sợi thủy tinh sau nhiều chu kỳ hoạt động kéo dài.
    • Ứng dụng phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) để định danh chi tiết từng hợp chất hữu cơ bay hơi đơn lẻ trước và sau khi đi qua buồng quang xúc tác.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên cao học ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Hóa học: Cung cấp quy trình thực nghiệm chuẩn về tổng hợp vật liệu nano ống $TiO_2$ (TNTs) bằng phương pháp thủy nhiệt, quy trình pha tạp kim loại chuyển tiếp và phương pháp thiết kế hệ phản ứng quang xúc tác pha khí.
  • Kỹ sư và nhà nghiên cứu công nghệ xử lý khí thải: Cung cấp thông số vận hành thực tế (khối lượng xúc tác, hiệu suất xử lý theo thời gian, cấu hình kết hợp đèn UV) để phát triển các dòng máy lọc không khí khử mùi, diệt khuẩn và xử lý khí độc trong nhà.
  • Cơ quan quản lý môi trường và Ban quản lý di tích, cơ sở tôn giáo: Cung cấp số liệu định lượng về nguy cơ ô nhiễm không khí từ khói nhang để xây dựng các quy chế, hướng dẫn quản lý hoạt động dâng hương văn minh, an toàn cho sức khỏe cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu xúc tác quang sử dụng trong nghiên cứu được tổng hợp bằng phương pháp nào?
Tiền chất xúc tác $TiO_2$ dạng ống (TNTs) được tổng hợp từ bột thương phẩm $TiO_2$ P25 thông qua phương pháp thủy nhiệt trong dung dịch $NaOH$ đậm đặc ở nhiệt độ $135^\circ\text{C}$ trong 24 giờ bên trong bình kín Autoclave, sau đó rửa bằng $HNO_3$ về $pH = 1{,}6$, rửa nước cất đến trung tính và sấy khô ở $105^\circ\text{C}$ trong 12 giờ.

2. Nồng độ TVOCs phát thải cao nhất từ các loại nhang được khảo sát là bao nhiêu và vượt quy chuẩn như thế nào?
Nồng độ TVOCs đo được từ 7 loại nhang trong phòng thí nghiệm đạt mức cao nhất là 5589 ppb. Mức này cao gấp 2–3 lần so với các mẫu nhang còn lại và vượt gấp 13 lần so với tiêu chuẩn chất lượng không khí trong nhà của Health Canada ($415\text{ ppb}$ hay $500\text{ }\mu g/m^3$).

3. Những loại muối kim loại nào được đưa vào thử nghiệm biến tính và loại nào cho hiệu quả xử lý tốt nhất?
Nghiên cứu đã tiến hành tẩm 5 loại muối nitrat kim loại ở tỷ lệ 0,5% khối lượng nung ở $500^\circ\text{C}$ gồm: $Zn(NO_3)_2$, $Cd(NO_3)_2$, $Al(NO_3)_3$, $Cu(NO_3)_2$ và $Fe(NO_3)_3$. Kết quả thực nghiệm xác định xúc tác tẩm kẽm ($Zn/TNTs$) đạt hiệu quả phân hủy TVOCs cao nhất.

4. Thiết bị xử lý khí tự chế tạo đạt hiệu suất phân hủy TVOCs tối đa là bao nhiêu trong điều kiện tối ưu?
Khi sử dụng 2 g xúc tác Zn/TNTs phủ trên vải sợi thủy tinh kết hợp chiếu xạ đèn UV bên trong ống phản ứng inox ($L = 60\text{ cm}$, $\Phi = 76\text{ mm}$), hệ thống đạt hiệu suất xử lý TVOCs lên đến 95% ở phút thứ 35 (trong chu kỳ vận hành 50 phút) đối với nồng độ khói sinh ra từ 3 cây nhang.

5. Kết quả khảo sát xã hội học ghi nhận những đặc điểm nổi bật nào về thói quen thắp nhang của người dân?
Khảo sát trên 170 phiếu cho thấy 92,35% du khách sử dụng nhang cây; 48,82% thắp 3 cây và 42,35% thắp 1 cây trên một lư hương; thời điểm đi chùa tập trung cao nhất vào ngày rằm (33,53%) và mùng 1 (30,00%). Có 70% người tham gia nhận biết được tác hại của khói nhang, trong khi 21% vẫn chưa rõ hoặc không biết về nguy cơ này.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã đánh giá toàn diện mức độ phát thải các tác nhân ô nhiễm không khí từ quá trình đốt nhang tại chùa và trong điều kiện thực nghiệm, chứng minh nồng độ TVOCs có thể vượt chuẩn an toàn gấp 13 lần. Nghiên cứu đã chế tạo thành công vật liệu nano ống $TiO_2$ biến tính kẽm (Zn/TNTs) có diện tích bề mặt $126\text{ }m^2/g$ và tích hợp vào module thiết bị quang xúc tác dạng ống dòng liên tục. Với lượng xúc tác 2 g kết hợp chiếu xạ UV, thiết bị đạt hiệu suất phân hủy TVOCs lên tới 95% sau 35 phút vận hành. Công trình đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho công tác quản lý chất lượng không khí trong nhà và mở ra giải pháp kỹ thuật khả thi nhằm giảm thiểu rủi ro sức khỏe từ khói nhang.