Đề tài đã tổng hợp thành công và xây dựng được quy trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang kích thước nano mới TiO2 biến tính Iridium với các tỷ lệ Iridium lần lượt là 0,5%, 1,0% và 1,5% bằng phương pháp thủy nhiệt một giai đoạn dùng dung môi nước và không sử dụng thêm chất hoạt động bê mặt nào khác. Nghiên cứu cũng tiến hành khảo sát và tìm ra được điều kiện tổng hợp vật liệu Ir-doped TiO2 tối ưu tại pH = 1,5, nhiệt độ 210 độ C trong thời gian 8 giờ.
Vật liệu xúc tác được phân tích về cấu trúc, hình dạng, tính chất quang của vật liệu xúc tác quang Ir-doped TiO2 với các tỷ lệ Iridium lần lượt là 0,5%, 1,0% và 1,5%. Các kết quả phân tích cho thấy vật liệu Ir-doped TiO2 có cấu trúc hình thái nano, kích thước khoảng 15 – 20nm, hình giống cubic, pha anatase chiếm chủ yếu và diện tích bề mặt riêng đạt >150m2/g, giá trị bandgap trong khoảng 2,4 - 2,7 eV.
Sơ đồ công nghệ
Nghiên cứu cũng đã thiết kế hệ thống xử lý toluen/n-hexan bằng vật liệu xúc tác quang mới nano Ir-doped TiO2 ở quy mô phòng thí nghiệm và lắp đặt quy trình vận hành thử nghiệm hệ thống, từ đó tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy toluen và n-hexan như tỉ lệ biến tính Ir, lưu lượng khí, nhiệt độ phản ứng, độ ẩm môi trường, độ bền xúc tác.
Kết quả so sánh cho thấy, vật liệu xúc tác quang Ir-doped TiO2 trong nghiên cứu này có hiệu suất xử lý toluen và n-hexan cao hơn các nghiên cứu trước đó, đặc biệt là đối với toluen (đạt tới gần 98%). Sau khi thực hiện thí nghiệm và xác định nồng độ toluen trong mẫu bằng phương pháp sắc kí khí cho thấy, điều kiện tối ưu cho phản ứng phân hủy toluen là xúc tác Ir-doped TiO2 với tỷ lệ 1,5% Iridium, lưu lượng khí thổi qua xúc tác là 350mL/phút và độ ẩm tương đối 70% cho hiệu suất phân hủy cao (đạt gần 98%). Đối với phản ứng phân hủy n-hexan là xúc tác 0,5% Ir-doped TiO2, lưu lượng khí thổi qua xúc tác là 350mL/phút cho hiệu suất phân hủy đạt hơn 60%.
Các kết quả này cao hơn các nghiên cứu trong và ngoài nước về khả năng xử lý n-hexan và toluene của Ir-doped TiO2 do bandgap của Ir-doped TiO2 sau khi biến tính bằng Ir giảm còn 2,4 - 2,7 eV khá thấp. Ngoài ra, ion của kim loại biến tính Ir ảnh hưởng lên độ hoạt hóa trong phản ứng quang của TiO2 bằng cách đóng vai trò như là "bẫy” electron hoặc lỗ và thay đổi tốc độ tái tổ hợp e-/h+ (electron/lỗ trống) từ đó tăng hiệu suất xử lý và giảm khả năng tái tổ hợp electron-lỗ trống.
Nghiên cứu cũng tiến hành thử nghiệm khả năng xử lý VOCs của vật liệu xúc tác quang Ir-doped TiO2 tại trạm xăng dầu. Kết quả phân tích cho thấy có 4 chỉ tiêu toluen, n-hexan, benzene và IPA trong mẫu thực tế tại trạm xăng dầu. Sau khi qua hệ thống xử lý bằng xúc tác quang Ir-doped TiO2 thì hiệu quả xử lý toluen trung bình đạt gần 80% và hiệu quả xử lý n-hexan hơn 50% cho mẫu xử lý thật, kết quả này phù hợp với kết quả xử lý mẫu tinh khiết toluen và n-hexan. Đối với chỉ tiêu bezen và IPA, kết quả phân tích cho thấy hiệu suất xử lý đạt trung bình khoảng 70% khi qua hệ thống xử lý xúc tác quang Ir-doped TiO2. Các mẫu khí ngoài trạm xăng sau khi qua xử lý 4 chỉ tiêu toluen, n-hexan, benzene và IPA đều đạt tiêu chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT.
Trong xăng thương mại hiện nay chứa một số hợp chất hữu cơ dễ bay hơi độc hại (như n-hexan hay toluene) có tác động bất lợi tới sức khỏe của con người. Xăng thương mại là hỗn hợp của rất nhiều hợp phần với các chức năng đặc trưng được kết hợp với nhau nhằm tối ưu hóa cả chất lượng lẫn tính kinh tế của sản phẩm.
VOCs trong không khí đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường sinh thái vì hầu hết chúng đều độc hại, gây đột biến gen và gây ung thư. Khi vào cơ thể, VOCs có thể gây ra sự kích ứng da, mắt và hệ hô hấp, gây ra các hiện tượng buồn ngủ, chóng mặt, nhức đầu, run rẩy, lú lẫn hoặc có thể gây bất tỉnh khi phơi nhiễm ngắn hạn với nồng độ VOCs cao. Nếu tiếp xúc lâu với VOCs sẽ làm tăng đáng kể các nguy cơ dị ứng, bệnh hô hấp, tổn thương hệ sinh sản và thậm chí có thể gây ra ung thư.
Tình trạng ô nhiễm VOCs sinh ra từ xăng dầu, dung môi và khí thải xe máy ở các trạm xăng đang ngày càng trở nên nghiêm trọng và rất đáng lo ngại. Vì vậy, vật liệu mới xử lý các hợp chất độc hại dễ bay hơi tại các trạm xăng dầu rất có ý nghĩa đối với việc bảo vệ môi trường và sức khoẻ cộng đồng.
Bắc Lãm (T/h)
