I. Tổng Quan Về Phân Hủy Nhiệt PCBs Trong Dầu Biến Thế
Policlobiphenyls (PCBs) là nhóm hợp chất hữu cơ nhân tạo độc hại, bền vững, thuộc danh sách 22 nhóm chất hữu cơ khó phân hủy (POPs). Trước đây, PCBs được dùng rộng rãi trong máy biến thế, tụ điện, sơn, mực, keo dán, giấy, chất dẻo, và chất làm chậm cháy. Nghiên cứu của USEPA và IARC cho thấy PCBs gây ung thư, ảnh hưởng hệ thần kinh, nội tiết, sinh dục. Do khó phân hủy bằng sinh, lý, hóa học, PCBs bị cấm sử dụng từ cuối những năm 1970. Tuy nhiên, hơn 10% lượng PCBs sản xuất từ năm 1929 vẫn tồn tại, đe dọa sức khỏe. Tại Việt Nam, PCBs nhập từ những năm 60-80 chưa được kiểm soát, xử lý theo tiêu chuẩn chất thải nguy hại, gây ô nhiễm lớn. Luận văn này tập trung vào nghiên cứu phân hủy nhiệt PCBs trong dầu biến thế phế thải.
1.1. Độc Tính Của PCBs Mối Nguy Tiềm Ẩn Từ Dầu Biến Thế
Các PCBs có mức độ độc tính khác nhau, thể hiện mạnh nhất khi không có nguyên tử clo (Cl) ở vị trí octo, hai hoặc ba nguyên tử Cl ở vị trí meta và para. Khi có thêm một nguyên tử Cl ở vị trí octo, ảnh hưởng độc của PCBs giảm rõ rệt. WHO đã chỉ ra 5/14 chất trong hỗn hợp PCBs gồm PCB81, PCB77, PCB126, PCB169, PCB123 có độc tính cao nhất. Nhiễm độc PCBs có thể ảnh hưởng đến quá trình sinh sản của người, đặc biệt nó làm giảm khả năng sinh sản ở nữ và làm giảm số lượng tinh trùng của nam giới. Nếu nhiễm PCBs diễn ra trong thời kỳ mang thai và cho con bú có thể dẫn tới sự lớn lên và phát triển chậm của bào thai và trẻ sơ sinh, cũng như làm giảm khả năng miễn dịch của trẻ.
1.2. Ứng Dụng Của PCBs Trong Dầu Biến Thế Và Các Ngành Công Nghiệp
PCBs đã từng được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm như thiết bị điện, chất phủ bề mặt, mực, keo dán, các chất làm chậm bốc cháy và sơn. Sự khác nhau về số lượng clo, cũng như vị trí của nhóm thế, tạo ra 209 chất khác nhau. Năm 1980, các chất trong họ PCBs đã được Ballschmiter và Zell sắp xếp, phân loại theo số thứ tự từ 1 đến 209, theo quy tắc IUPAC. Nhiều hỗn hợp của PCBs bán trên thị trường có tên thương mại khác nhau, ở Mỹ là Arochlor, ở Nhật là Kanechlor.
II. Vấn Đề Ô Nhiễm PCBs Từ Dầu Biến Thế Phế Thải
Việc xử lý các hợp chất POPs được thế giới và Việt Nam rất quan tâm. Hiện nay, các phương pháp xử lý các hợp chất POPs thường gặp là chôn lấp hoặc thiêu hủy ở nhiệt độ cao, buồng đốt sơ cấp 700oC và buồng đốt thứ cấp hơn 1000oC. Các phương pháp xử lý này không an toàn, tiêu thụ năng lượng lớn, mặt khác khi thiêu hủy các hợp chất POPs ở vùng nhiệt độ không đủ cao dễ dẫn đến việc hình thành các sản phẩm thứ cấp độc hại như dioxin và furan. Phương pháp oxy hóa nhiệt trên xúc tác oxit kim loại để xử lý POPs và các hợp chất clo hữu cơ khác đã được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu nhằm hạ thấp nhiệt độ phân hủy chất, và hạn chế hình thành các sản phẩm phụ độc hại.
2.1. Các Phương Pháp Xử Lý PCBs Hiện Nay Ưu Và Nhược Điểm
Hiện nay, các phương pháp xử lý các hợp chất POPs thường gặp là chôn lấp hoặc thiêu hủy ở nhiệt độ cao, buồng đốt sơ cấp 700oC và buồng đốt thứ cấp hơn 1000oC. Các phương pháp xử lý này không an toàn, tiêu thụ năng lượng lớn, mặt khác khi thiêu hủy các hợp chất POPs ở vùng nhiệt độ không đủ cao dễ dẫn đến việc hình thành các sản phẩm thứ cấp độc hại như dioxin và furan. Cần có những phương pháp xử lý hiệu quả và an toàn hơn.
2.2. Quy Định Về PCBs Tiêu Chuẩn Môi Trường Và Quản Lý Chất Thải
Tại Việt Nam, PCBs nhập từ những năm 60-80 chưa được kiểm soát, xử lý theo tiêu chuẩn chất thải nguy hại, gây ô nhiễm lớn. Việc nghiên cứu sử dụng kết hợp giữa khoáng sét và các oxít kim loại chuyển tiếp trong phân hủy các hợp chất POPs là một trong những vấn đề thu hút sự chú ý của các nhà khoa học, tuy nhiên hiện nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này.
III. Phân Hủy Nhiệt Xúc Tác PCBs Giải Pháp Tiềm Năng
Phương pháp oxy hóa nhiệt trên xúc tác oxit kim loại để xử lý POPs và các hợp chất clo hữu cơ khác đã được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu nhằm hạ thấp nhiệt độ phân hủy chất, và hạn chế hình thành các sản phẩm phụ độc hại. Thông thường, các xúc tác kim loại quý cho hoạt tính cao nhất khi oxy hoá các hợp chất cơ clo dễ bay hơi (VOCs). Ở nhiệt độ cao, hoạt tính xúc tác của oxit kim loại là tương đương với hoạt tính xúc tác của kim loại quý. Ngày nay, để thay thế cho các xúc tác kim loại quý, người ta sử dụng các xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn như Cr2O3, CuO, Co3O4, TiO2, v/v.
3.1. Cơ Chế Phân Hủy Nhiệt PCBs Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả
Khoáng sét có nhiều tính chất đặc biệt như khả năng hấp phụ cao, có các trung tâm mang tính axít – bazơ, có khả năng lưu giữ các phân tử nước ở các khoang trống trong khoáng, đặc biệt trong điều kiện nhất định chúng đóng vai trò như là chất xúc tác cho các phản ứng hóa học. Do tính chất đặc biệt của khoáng sét, nên loại vật liệu này đã được nghiên cứu sử dụng để xử lý môi trường, trong đó, khoáng sét giàu montmorillonit được sử dụng làm vật liệu hấp phụ, làm chất xúc tác để loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ trong môi trường.
3.2. Chất Xúc Tác Phân Hủy PCBs Vai Trò Của Oxit Kim Loại Và Bentonit
Việc nghiên cứu sử dụng kết hợp giữa khoáng sét và các oxít kim loại chuyển tiếp trong phân hủy các hợp chất POPs là một trong những vấn đề thu hút sự chú ý của các nhà khoa học, tuy nhiên hiện nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này. Với mục tiêu hướng đến thực hiện Nghị định Stockholm năm 2001 và góp phần vào việc xử lý PCBs nhằm ngăn chặn không để PCBs phát thải gây ô nhiễm môi trường từ dầu biến thế nói chung và dầu biến thế phế thải nói riêng, luận văn lựa chọn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phân hủy nhiệt Policlobiphenyl trong dầu biến thế phế thải với hệ xúc tác ba cấu tử ở nhiệt độ thấp” để nghiên cứu hi vọng sẽ góp một phần nhỏ vào công tác xử lý PCBs nói riêng và các chất cơ clo nói chung.
3.3. Nhiệt Độ Phân Hủy PCBs Tối Ưu Hóa Quá Trình Xử Lý
Phương pháp xử lý các hợp chất POPs thường gặp là chôn lấp hoặc thiêu hủy ở nhiệt độ cao, buồng đốt sơ cấp 700oC và buồng đốt thứ cấp hơn 1000oC. Các phương pháp xử lý này không an toàn, tiêu thụ năng lượng lớn, mặt khác khi thiêu hủy các hợp chất POPs ở vùng nhiệt độ không đủ cao dễ dẫn đến việc hình thành các sản phẩm thứ cấp độc hại như dioxin và furan.
IV. Nghiên Cứu Thực Nghiệm Phân Hủy Nhiệt PCBs Với Xúc Tác
Luận văn lựa chọn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phân hủy nhiệt Policlobiphenyl trong dầu biến thế phế thải với hệ xúc tác ba cấu tử ở nhiệt độ thấp” để nghiên cứu hi vọng sẽ góp một phần nhỏ vào công tác xử lý PCBs nói riêng và các chất cơ clo nói chung. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu phân hủy nhiệt PCBs trong dầu biến thế phế thải với hệ xúc tác ba cấu tử, ở nhiệt độ thấp (≤600oC).
4.1. Quy Trình Phân Hủy Nhiệt PCBs Các Bước Thực Hiện Và Kiểm Soát
Mục tiêu cụ thể của đề tài là xác định được xúc tác, lượng chất mang, nhiệt độ để thực hiện phân hủy nhiệt PCBs và bước đầu đưa ra quy trình và mô hình công nghệ xử lý PCBs ở nhiệt độ thấp.
4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Phân Hủy PCBs Phương Pháp Phân Tích Và Kết Quả
Kết quả thu được có ý nghĩa rất lớn trong xử lý và bảo vệ môi trường. Kết quả nghiên cứu góp phần xác định rõ cơ sở khoa học và thực nghiệm trong việc xử lý PCBs nói riêng và các chất cơ clo bền nói chung.
V. Ảnh Hưởng Của CaO Đến Hiệu Suất Phân Hủy Nhiệt PCBs
Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của CaO đến hiệu suất phân hủy nhiệt xúc tác PCBs. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng CaO trong quá trình phân hủy PCBs. Kết quả cho thấy CaO có vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu suất phân hủy nhiệt.
5.1. Hiệu Suất Phân Hủy Nhiệt PCBs Khi Không Có CaO
Các thí nghiệm được thực hiện mà không có sự tham gia của CaO để làm cơ sở so sánh. Kết quả cho thấy hiệu suất phân hủy PCBs thấp hơn so với khi có CaO.
5.2. Hiệu Suất Phân Hủy Nhiệt PCBs Khi Có CaO
Khi có CaO, hiệu suất phân hủy PCBs tăng lên đáng kể. CaO có thể đóng vai trò là chất xúc tác hoặc chất hỗ trợ xúc tác, giúp tăng cường quá trình phân hủy nhiệt.
VI. Kết Luận Và Triển Vọng Của Phân Hủy Nhiệt PCBs
Nghiên cứu phân hủy nhiệt PCBs trong dầu biến thế phế thải với hệ xúc tác ba cấu tử ở nhiệt độ thấp mở ra hướng đi tiềm năng trong xử lý chất thải nguy hại. Việc tối ưu hóa quy trình và xúc tác sẽ giúp nâng cao hiệu quả và tính khả thi kinh tế của phương pháp.
6.1. Ưu Nhược Điểm Của Phân Hủy Nhiệt PCBs So Sánh Với Các Phương Pháp Khác
So với các phương pháp xử lý PCBs truyền thống như chôn lấp và thiêu đốt, phân hủy nhiệt xúc tác có ưu điểm là giảm nhiệt độ xử lý, hạn chế phát sinh dioxin và furan. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm về tính ổn định của xúc tác và xử lý sản phẩm phụ.
6.2. Ứng Dụng Phân Hủy Nhiệt PCBs Tiềm Năng Trong Xử Lý Chất Thải
Công nghệ phân hủy nhiệt PCBs có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý dầu biến thế phế thải, cũng như các loại chất thải chứa PCBs khác. Việc phát triển các hệ thống xử lý quy mô công nghiệp sẽ góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.
