Bàn về xúc tác xử lý khí thải từ các phương tiện giao thông

..:: HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH -SPECIALIZED CHEMISTRY XÚC TÁC VÔ CƠ - CATALYTIC INORGANIC FORUM
1

Các khí thải chủ yếu từ các phương tiện giao thông hiện nay là CO, CO2, SO2, NOx, Hidrocarbur sản phẩm cháy không hoàn toàn của xăng, VOC (Volatil Organic Compound)… gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người và môi trường. Để hạn chế việc thải các khí này ra môi trường, xúc tác “3 way” đã được phát triển và sử dụng như một phương pháp để xử lý các khí này. Gọi là 3 way vì hệ xúc tác này cần làm 1 lúc 3 công việc là : 1. oxy hóa CO ; 2.oxy hóa HC và 3. là khử các NOx. Vùng hoạt động tối ưu của loại xúc tác này tương ứng với điều kiện tỉ lệ không khí/xăng trong buồng đốt là 14,7 Cấu tạo của một hệ xúc tác 3 way gồm:

  • Catalytic Pot
  • Kiếm loại quý (Pt, Pd, Rh)
  • Al2O3
  • Vật liệu hấp phụ Oxygen (Ce/Zr O2) material storage

Catalytic pot được làm bằng ceramic (bền khi hoạt động ở t° rất cao), có cấu trúc tổ ong, cấu trúc này sẽ làm tăng khả năng truyền nhiệt và tăng bề mặt tiếp xúc (xúc tác ở đây là hệ dị thể khí/rắn). Catalytic pot có thể coi như là support.

                                                                                                             (continue...)
2

Trong khi tiêu chuẩn chất lượng dần thắt chặt thì công nghệ xử lý khí thải ôtô, xe máy bằng xúc tác tại Việt Nam triển khai quá chậm. Các kết quả mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm mặc dù trên thế giới, công nghệ này đã được áp dụng 26 năm với giá bán từ 50 đến 200 USD.

Ngày 11/5, trong khuôn khổ thực hiện nhiệm vụ bảo vệ môi trường, kiểm soát khí thải xe cơ giới theo các chương trình, đề án của Chính phủ và Bộ Giao thông vận tải, Cục Đăng kiểm Việt Nam đã tổ chức hội thảo “Ứng dụng công nghệ xúc tác khí thải và lọc bụi khói giảm thiểu khí thải xe cơ giới nhằm cải thiện chất lượng môi trường không khí”.

Kết quả nghiên cứu công nghệ xử lý khí thải ôtô, xe máy bằng xúc tác duy nhất của đại biểu Việt Nam do tiến sĩ Trần Thị Minh Nguyệt, Trưởng Phòng xúc tác, Viện Khoa học Vật liệu trình bày vẫn tồn tại những vấn đề mà theo các chuyên gia là chưa có tính khả thi. Ngoài tính năng giảm 80% lượng CO, HC trong khí thải mà không dùng các kim loại quý, những chỉ tiêu kỹ thuật liên quan như độ bền của lớp xúc tác, tuổi thọ, mức độ phức tạp công nghệ và ảnh hưởng của bộ xử lý tới mức tiêu hao nhiên liệu không được đánh giá để có thể trở thành sản phẩm thương mại.

Theo ông Nguyễn Văn Ban, Cục trưởng Cục đăng kiểm Việt Nam, những kết quả nghiên cứu quá chậm so với yêu cầu trong các chương trình bảo vệ môi trường của chính phủ. Trong khi đó, ngày 1/7 tới đây, Việt Nam sẽ áp dụng các tiêu chuẩn khí xả nghiêm ngặt đối với xe đang lưu hành tại 5 thành phố lớn và xe nhập khẩu. Và năm sau, ngày 1/7/2007, tiêu chuẩn Euro II sẽ được triển khai áp dụng trên toàn quốc.

Trong hội thảo, nhiều câu hỏi được các đại biểu đặt ra để các chuyên gia từ Đức chia sẻ kinh nghiệm về cách thức quản lý môi trường. Các chuyên gia thuộc Vụ tiếng ồn và khí thải giao thông, Bộ Môi trường Đức, cho biết các nước châu Âu và Mỹ không bắt buộc các nhà sản xuất phải sử dụng bộ trung hòa xúc tác khí thải trên xe hơi, mặc dù đây là công nghệ gần như duy nhất cho tới nay. Chính phủ Đức chỉ đưa ra tiêu chuẩn chất lượng, còn làm thế nào đáp ứng các tiêu chuẩn đó hoàn toàn phụ thuộc vào nhà sản xuất. Các cơ quan chính phủ chỉ kiểm tra định kỳ chất lượng xe hơi và yêu cầu các hãng xe xử lý nếu một mẫu xe nào đó không đạt.

Ngoài ra, mỗi khi nâng tiêu chuẩn khí thải lên mức mới như từ Euro I lên Euro II, Euro IV, chính phủ Đức luôn có những chính sách tài chính hỗ trợ người sử dụng và các hãng sản xuất. Bên cạnh đó, tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu cũng được nâng lên bởi nhiên liệu ảnh hưởng lớn tới chất lượng khí thải. Cuối cùng là sự giáo dục ý thức cho người dân bằng cách thông báo rộng rãi, xây dựng khung thuế môi trường, kiểm soát chặt chẽ các xe đang lưu hành.

Theo vnexpress.net.

3

thank aqhl: nhờ bạn mà mình hiểu thêm một chút về tình hình nước nhà (đặc biệt là chuẩn mình hướng đến lúc này là EURO II). Tuy nhiên mình nghĩ vấn đề nữa là về hàm lượng các chất trong xăng ở VN là thế nào (vì điều này ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần khỉ thải, mình quan tâm chủ yếu về thành phần S trong xăng)? Với lại phương tiện giao thông chính ở VN là xe 2 bánh, bạn có thể tìm hiểu xem các loại xe 2 bánh ở VN có nhà sản xuất nào sử dụng hệ xúc tác không (vì trong bài báo bạn trích có đề cập đến hệ xúc tác)

4

Ở TpHCM, mình biết trên Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng và Viện Công nghệ Hóa học, đang nghiên cứu hướng này rất mạnh. Chủ yếu nghiên cứu trên cơ sở alpha-Al2O3, gần đây trên TiO2. Sau đó tẩm thêm các transition metal oxide hay Pt, xem xét hoạt tính. Nhưng chỉ khảo sát từng way thôi, khử CO, DeNOx, complete oxidation of VOC riêng, chưa tích hợp 3 way một lúc. Bên Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng cũng đã chuyển giao công nghệ xử lý khí thải (nhà máy) cho một số công ty.

Trong forum mình cũng có một bạn đang làm cái này bên Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, bạn illusion ấy. Bạn illusion ơi, lên trao đổi cùng với các anh em nhé !

5

mình nghĩ chỉ có thể mix Al2O3 với một lượng nhỏ TiO2 thôi. Năm ngoái mình làm việc trên TiO2 (thin film) thì khó mà có thể đạt được bề mặt đủ lớn để ứng dụng trong xử lý xúc tác. Còn xúc tác dùng để xử lý khí thải hiện giờ thì 3 way cũng không thể đáp ứng được, chính vì vậy, chủ yếu hướng nghiên cứu trên nền 3 way chỉ là tập trung vào xử lý CO, HC mà thôi vì NOX không thể xử lý trên 3 way nữa do sự thay đổi của động cơ (chuyển hẳn sang injection direct) để tăng hiệu quả đốt carburant. Vì vậy nên chủ yếu hướng nghiên cứu tập trung trên 3 way bây giờ là vật liệu để store Oxygen (Ce/Zr O2). Còn hiệu quả của việc mix với TiO2 mình không nghĩ là cao vì TiO2 chủ yếu tham gia với vai trò loại việc nhiễm độc S trên giai đoạn xử lý NOx thôi, mà giai đoạn này đã được chuyển sang NOx trap rồi nên cũng không cần thiết lắm. 1 hướng cần thiết nữa trong nghiên cứu 3 way catalyst là việc giam hàm lượng kiêm loại hiếm và thay thế bằng kim loại chuyển tiếp (Fe, Mn)

6

mình nghĩ chỉ có thể mix Al2O3 với một lượng nhỏ TiO2 thôi. Năm ngoái mình làm việc trên TiO2 (thin film) thì khó mà có thể đạt được bề mặt đủ lớn để ứng dụng trong xử lý xúc tác. Còn xúc tác dùng để xử lý khí thải hiện giờ thì 3 way cũng không thể đáp ứng được, chính vì vậy, chủ yếu hướng nghiên cứu trên nền 3 way chỉ là tập trung vào xử lý CO, HC mà thôi vì NOX không thể xử lý trên 3 way nữa do sự thay đổi của động cơ (chuyển hẳn sang injection direct) để tăng hiệu quả đốt carburant. Vì vậy nên chủ yếu hướng nghiên cứu tập trung trên 3 way bây giờ là vật liệu để store Oxygen (Ce/Zr O2). Còn hiệu quả của việc mix với TiO2 mình không nghĩ là cao vì TiO2 chủ yếu tham gia với vai trò loại việc nhiễm độc S trên giai đoạn xử lý NOx thôi, mà giai đoạn này đã được chuyển sang NOx trap rồi nên cũng không cần thiết lắm. 1 hướng cần thiết nữa trong nghiên cứu 3 way catalyst là việc giam hàm lượng kiêm loại hiếm và thay thế bằng kim loại chuyển tiếp (Fe, Mn)

Mình nghĩ dùng TiO2 cũng tốt đấy chứ, không biết bạn dùng loại TiO2 nào? Mình đang dùng TiO2 với So khoảng 300 m2/g. Cũng đâu thua Al2O3 bao nhiêu. Nước mình nguồn khoáng TiO2 khá giàu đấy. Một năm sản xuất trên 150 ngàn tấn (ilmenite). Lúc trước có nghe nói các PTN ở TpHCM tập trung nghiên cứu thay thế kim loại quý bằng kim loại và oxide kim loại chuyển tiếp, hoạt tính xúc tác cũng tương đương. Nhưng bị đầu độc nhanh quá. Không triển khai sản xuất được. Giờ có khi qua lại kim loại quý. Và đang nghiên cứu trên TiO2, có vẻ là kháng đầu độc tốt hơn.

7

Vì TiO2 khi ứng dụng trong xử lý khí thải thường phải calcination khoảng 500° và đảm bảo hoat động đến nhiệt độ 900-1000°.Pha có hoạt tính xúc tác của TiO2 là anatase, và khoảng 800° sẽ bị chuyển sang rutile không có hoạt tính. Mình nghĩ bạn điều chế được TiO2 với surface đạt 300 m2/g thì chắc ở nhiệt độ thấp thôi. Với lại cũng không phải tốt về mặt kinh tế khi thay Al2O3 bằng TiO2. Năm ngoái mình chỉ đạt maximum 100m2/g (mẫu được calcinate ở 500°/2h) tuy nhiên mình đạt được giá trị này là nhờ sử dụng thêm template và chất hoạt động bề mặt.

8

To aqhl : Mình cũng làm về xúc tác ngay từ năm 2 ĐH, nhưng mình làm với cô Xuân bên vô cơ và học hỏi cung kha khá thầy Thọ bên Tôn Đức Thắng. Nếu có thể thì bạn có thể liên lạc với cô Xuân vì 2 bộ môn cùng nghiên cứu sẽ hỗ trợ tốt hơn nhiều. Mình nghĩ về mặt tổng hợp thì bên vô cơ có nhiều lợi thế hơn, còn bên Hóa Lý mạnh hơn về test và chuyển thành system hoàn chỉnh.

9

Bạn dựa trên cơ sở nào mà nghĩ như vậy? Ranh giới giữa các sub-field hiện nay đang mờ dần. Để giải quyết một vấn đề nào đó, một nhóm nghiên cứu phải có skill của tất cả các sub-field cần thiết. Còn không thì chắc chẳng đi đến đâu.

10

Đúng vậy, mình chỉ xuất phát từ suy nghĩ trong lĩnh vực xúc tác, nếu cùng một hướng nghiên cứu, vd như xúc tác dị thể, thì các nhóm khác nhau nếu kết hợp được điểm mạnh của nhau sẽ đem lại hiệu quả tốt hơn nhiều. Khi mình làm việc năm ngoái nhằm điều chế thin film TiO2 trên support là thép 316L (nhằm ứng dụng trong hệ quang xúc tác) thì ở nhóm của mình chỉ dừng lại ở gian đoạn điều chế với một số thông số mà hợp đồng với industrial yêu cầu. Khi đã điều chế xong, hệ xúc tác của mình được đưa sang một lab khác để test về hoạt tính xúc tác. Hay năm nay, mình lại làm riêng về test hoạt tính xúc tác trên xúc tác được cung cấp bởi nhà sản xuất. Đó là nguyên nhân mình nghĩ nếu ở nhóm xúc tác của Hóa Lý và xúc tác ở Hóa vô cơ có các hướng nghiên cứu về xúc tác khá gần nhau, thì tại sao không hỗ trợ hợp tác với nhau, bên vô cơ thì có nhiều điều kiện thuận lợi hơn về tổng hợp xúc tác, bên hóa lý có lẽ làm việc nhiều hơn về phần thiết lập một system hoàn chỉnh, nghiên cứu về các điều kiện ageing, truyền nhiệt, tăng bề mặt contact… Như vậy sẽ có thể đạt được nhiều hiệu quả hơn

11

Mình thấy trong xúc tác cho hóa dầu khi thêm một ít một ít kim loại kiềm (Li, K) hay kiềm thổ (Ca, Mg) làm promoter thì có thể kháng được nhiễm độc S. Không biết nguyencyberchem nghĩ thế nào?

Gần đây thì cũng đã có nghiên cứu giảm hàm lượng S trong xăng đến 0% (mình nghe báo cáo của một ông người Pháp). Chắc vấn đề sulfur poisoning này cũng đỡ rắc rối hơn.

12

Về giảm nồng độ S trong xăng thì vẫn chưa tiến hành được đâu. Nhưng có một điều đáng nể xứ sở Hoa anh đào là chỉ riêng xăng ở Nhật có chứa S rất thấp và hoàn toàn có thể tránh được nhiễm độc bằng S. Chính vì vậy mà Toyota là nhà sản xuất đi đầu trong lĩnh vực sản xuất động cơ lean-burn này mới đạt nhiều thành công trên đất Nhật. Vấn đề chính của nhiễm độc S là SOx cũng phản ứng với chất stoke NOx chính là BaO, so BaSO4 bền hơn Ba(NO3)2 nên NOx không hấp phụ được trên hệ xúc tác này và không được khử thành N2 được. Nếu cho thêm kim loại kiềm hay kiềm thổ thì vấn đề này cũng không thay đổi được. Vấn đề nữa là trong dòng khí sản phẩm cháy từ động cơ có hơi nước, nên nếu có kim loại mạnh thì sẽ phản ứng với nước, phá hỏng hệ xúc tác. Dựa trên bản chất của hệ xúc tác này, chúng ta hãy cũng suy nghĩ tìm ra hướng khác nhé !!

13

em cũng đang bắt đầu làm về xúc tác TiO2.Hai đàn anh có thể giúp em một ít tài liệu về phần cấu trúc của TiO2 được ko.Mong được giúp đỡ.

14

Không thành vấn đề, ngay mai em online sẽ có tài liệu. Anh sẽ cung cấp cho em về tính chất các pha chính của TiO2 cũng như các tính chất cần thiết khác Thân!

15

tu chemkhtn: anh đã up một ít tổng quan về TiO2 trong box vật liệu vô cơ rồi nhé, em sang đó lấy, thread này không hợp để bàn về tổng quan TiO2 lắm Chúc em làm đề tài tôt, có gì cứ lên đây “tám”

16

Không biết giải pháp kháng nhiễm độc S bằng cách tạo bimetallic Pt với Rh và với Sn thì nguyencyberchem nghĩ thế nào? Bạn đã thử chưa?

17

thật ra thì cách aqhl nói là thay đổi về kim loại quý, hướng này cũng được nghiên cứu nhiều trong xử lý NOx nhưng là để tăng hoạt tính và khả năng storage NOx thôi. Tham gia vào việc khử S thì chỉ có Pt là có tác dụng tốt thôi vì : Cơ chế của Pt trong loại S là: Pt sẽ hấp phụ được H2 và H2 sẽ spill over sang nối SOx hấp phụ trên MS (vật liệu trap NOx) và khử BaSO4. Tuy nhiên chỉ có tác dụng khi BaSO4 được tạo thành ở dạng fine, nhỏ thôi, nhưng khi BaSO4 tạo thành ở dạng bulk thì “bó tay”. Việc biến tính kim loại quý thật ra nhằm kiểm soát khoảng cách giữa Ba-Pt, điều khiển quá trình phân tán của Pt trên BaO. Trong hệ “NOx trap” thì Rh xúc tác chính cho quá trình khử NOx thành N2, đây mới chính là nguyên nhân người ta muốn mix Pt-Rh, muốn tăng hoạt tính xúc tác. Thanks aqhl, mình sẽ cố gắng hiểu rõ thêm về cơ chế của quá trình này.

18

Xe máy ở VN toàn nhập từ Nhật, Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc. Có mấy công ty VN, thì cũng nhập đồ về rồi ráp lại bán (VMEP, Honda VN…), chứ có ai sx đâu mà biết dùng xúc tác gì !

Xăng ở VN thì cũng nhập tuốt (giờ dùng xăng 90, 92, 95). Ông cứ tham khảo thành phần S trong các loại xăng này là biết thôi.

19

đọc lại bài này mới thấy buồn. Hic, không tham gia vào sản xuất phương tiện thì làm sao có thể install hệ xúc tác được, thú thật mình cùng không hiểu họ đã tiến hành lắp ráp hệ xúc tác thế nào nữa, chắc gắn vô ống bô quá! Riêng về xử lý tiếng ồn thì thấy khả dĩ hơn! Nhưng cũng chẳng đơn giản tí nào. Bài báo này viết chuối thiệt, vừa câu trên thì nói hệ xúc tác là được duy nhất tiến sĩ Trần Thị Minh Nguyệt làm, câu dưới thì nói “các kết quả nghiên cứu là quá chậm !!!” chỉ có duy một kết quả thôi mà cũng có một câu nhận xét mang tính khái quát mới ghê chứ!!!. Tóm lại, tiêu chuẩn EURO II chỉ do Bộ Giao thông vận tải, Cục Đăng kiểm Việt Nam thực hiện thôi, làm gì có hiệp hội hóa học nào đâu… Bài báo này… hic… thiệt là kỳ cục

20

Tui thấy có gì kỳ đâu. Đơn giản là ông chính phủ muốn gì đó, nhưng chỉ có một đề tài nghiên cứu thôi, nên đánh giá là chậm. Còn áp dụng chuẩn EURO II, thì chắc cho những xe quá đát, không được lưu thông nữa. Hiện nay ở nước mình đang báo động tình trạng xe quá đát nhưng vẫn được sử dụng mà.