Chuyên đề về ô nhiễm khí và các phương pháp xử lý

..:: HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH -SPECIALIZED CHEMISTRY TỔNG HỢP VÔ CƠ - INORGANIC SYNTHESIS FORUM
1

Chào mọi người Như đã đề cập ở Bàn về xúc tác xử lý khí thải từ các phương tiện giao thông - Page 6 - Diễn đàn Thế Giới Hoá Học Mình sẽ cố gắng thực hiện một chuyên đề về vấn đề xử lý khí, bụi. Chuyên đề này tổng hợp rất nhiều thông tin từ các bộ môn hóa học và môi trường khác nhau, từ hóa hữu cơ, vô cơ, vật liệu, xúc tác, môi trường … Các vấn đề ko đòi hỏi quá chuyên sâu nhưng cần sự liên hệ của nhiều chuyên ngành khác nhau. Trong quá trình cùng nhau thực hiện chuyên đề, bài post của mình có lẽ sẽ bị và được chỉnh sửa lại nhiều lần, mong các bạn thông cảm và giúp đỡ

Các thông tin mình post là hoàn toàn mở, các bạn có thể dùng làm tài liệu tham khảo, hay các mục đích khác, chỉ mong các bạn để nguồn chemvn.net hoặc nguyencyberchem Các mod nếu có thời gian giúp mình sửa lỗi chính tả nhé Thân

2

[LEFT]1.1 <!–[endif]–>Giới thiệu chung <o:p></o:p> <!–[if !supportLists]–> 1.1.1 <!–[endif]–>Khái niệm về “môi trường”<o:p></o:p> [/LEFT]

Trước khi đề cập đến khái niệm “môi trường” (environnement) và tiếp theo là “khoa học môi trường”, thế giới khoa học đã quen thuộc hơn với khái niệm “sinh thái học”. Năm 1866, nhà sinh vật học người Đức Ernst HAECKL (1834-1919) đã đề nghị khái niệm “sinh thái học” để tập trung nghiên cứu một ngành khoa học mới mô tả mối liên hệ giữa các cá thể sinh vật đến môi trường sống xung quanh chúng. Cho đến hôm nay, vẫn tồn tại những sự nhầm lẫn trong việc phân biệt giữa “sinh thái” (ecology) và “môi trường” (environement). Thực tế là “sinh thái” chỉ là một phần rất nhỏ của khoa học “môi trường”, một ngành khoa học hết sức rộng lớn và “sinh thái học” chỉ là nhánh của khoa học môi trường có lien quan đến phần sinh học mà thôi.<o:p></o:p>

Ngày nay, khái niệm khoa học “môi trường” là một ngành rất mốt (hot) và được đề cập đến một cách quá rộng rãi và dễ dãi khiến cho bản chất của vấn đề trở nên khá mù mờ. Thông thường, khái niệm môi trường thường được hiểu là khái niệm liên quan trực tiếp với những gì “sống” được, nghĩa là với con người, với động vật, với thực vật … Các cá thể sống phụ thuộc lẫn nhau và phụ thuộc vào môi trường sống của chúng, các sự phụ thuộc phức tạp này tạo nên số lượng các yếu tố ảnh hưởng khổng lồ, gần như là không đếm xuể, các yếu tố phụ thuộc này được gọi là các “nhân tố sinh thái”. Kết quả là tất các các yếu tố có thể ảnh hưởng đến các cá thể sống hoàn toàn có thể làm thay đổi “nhân tố sinh thái”. Tập hợp của tất cả những “nhân tố sinh thái” tạo nên môi trường, tạo nên “thiên nhiên (nature)”. Do vậy, môi trường là tập hợp của tất cả những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp và cả gián tiếp đến cá thể sống và mối lien hệ giữa cá thể sống với phần còn lại của thế giới. Trong nghĩa rộng hơn, bên cạnh môi trường sống tự nhiên, khái niệm môi trường xã hội và cả môi trường trí tuệ cũng tham gia vào khoa học môi trường nữa. Đến đây chắc mọi người đã hình dung ra sự rộng lớn của khái niệm “môi trường” là thế nào rồi, tuy nhi ên ở đây chỉ xin đề cập đến khái niệm môi trường trong nghĩa sát và hẹp hơn mà thôi.<o:p></o:p>

Các hoạt động tác động lên các cá thể sống có thể phân loại theo nhiều quan điểm khác nhau :<o:p></o:p> <!–[if !supportLists]–>- <!–[endif]–>Ảnh hưởng do các yếu tố vô sinh (không có sự sống) và hữu sinh (có sự sống)<o:p></o:p> <!–[if !supportLists]–>- <!–[endif]–>Ảnh hưởng của khí hậu, hóa học và cơ học<o:p></o:p> <!–[if !supportLists]–>- <!–[endif]–>Ảnh hưởng tự nhiên và sự tiến hóa của các sinh vật có chịu sự tác động của con người…<o:p></o:p>

Người ta cũng rất thường hay dùng khái niệm “bầu khí quyển sinh học” thay cho khái niệm môi trường. Bầu khí quyển này được tính là tất cả các vùng của Trái đất chịu ảnh hưởng của các cá thể sống, đơn giản hơn là bầu khí quyển với hơn 25 km cách mặt đất, biển với hơn 10 km độ sâu và đất với khoảng 3 km độ sâu. Rõ rang là, cho dù khái niệm môi trường có được tiếp cận bằng những quan điểm khác nhau,khoa học môi trường là một môn hết sức phức tạp trong đó cho dù, đất, nước, khí, thế giới sinh vật học và ngay cả khí hậu luôn là những thành phần chính của khoa học môi trường

<o:p></o:p>

3

<o:smarttagtype namespaceuri=“urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags” name=“City”></o:smarttagtype><o:smarttagtype namespaceuri=“urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags” name=“place”></o:smarttagtype><!–[if gte mso 9]><xml> <w:WordDocument> <w:View>Normal</w:View> <w:Zoom>0</w:Zoom> <w:Compatibility> <w:BreakWrappedTables/> <w:SnapToGridInCell/> <w:ApplyBreakingRules/> <w:WrapTextWithPunct/> <w:UseAsianBreakRules/> <w:UseFELayout/> </w:Compatibility> <w:BrowserLevel>MicrosoftInternetExplorer4</w:BrowserLevel> </w:WordDocument> </xml><![endif]–><!–[if !mso]><object classid=“clsid:38481807-CA0E-42D2-BF39-B33AF135CC4D” id=ieooui></object> <style> st1:{behavior:url(#ieooui) } </style> <![endif]–><!–[if gte mso 10]> <style> / Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:“Table Normal”; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-parent:“”; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-para-margin:0in; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.0pt; font-family:Calibri; mso-fareast-font-family:Calibri;} </style> <![endif]–> <!–[if !supportLists]–>1.1.2 <!–[endif]–>Lịch sử về việc tiếp cận vấn đề ô nhiễm không khí<o:p></o:p>

Sự khởi nguồn của ngành khoa học môi trường được khơi nguồn trước hết bởi sự ô nhiễm. Nói chung, ô nhiễm gây nên bởi những thay đổi trong môi trường không khí, trong môi trường nước và trong đất bởi chủ yếu là do con người tạo ra trong quá trình lưu thông, quá trình vận hành công nghiệp và cả nông nghiệp.<o:p></o:p>

Trong quá khứ, sự ô nhiễm không khí chủ yếu liên hệ với “vấn đề về khói”, mà ban đầu chủ yếu liên quan đến SO<sub>2</sub> và bụi. Lúc bấy giờ người la mã đã cảm thấy vị mặn trong không khí của thành phố rồi. Vấn đề đã trở nên nghiêm trọng hơn khi con người bắt đầu công việc tìm kiếm than kể từ thế kỷ 13 chủ yếu ngay trong thành phố. Vào năm 1578, ELISABETH I đã ra lệnh cấm việc đốt than ở trong thành phố <st1:city><st1:place>London</st1:place></st1:city>. Sau đó người ta cũng tìm thấy một luật cấm làm ô nhiễm không khí ở thành phố Lyon Pháp.<o:p></o:p>

Antoine Laurent de LAVOISIER (1743-1794), một nhà nghiên cứu hóa học cơ bản rất nổi tiếng của thế giới lúc bấy giờ, đã không được lòng dân chúng <st1:city><st1:place>Paris</st1:place></st1:city> lúc bấy giờ do bị xem như thủ phạm chính gây nên ô nhiễm không khí trong thành phố <st1:city><st1:place>Paris</st1:place></st1:city>. Điều tiếng xấu này của LAVOISIER hoàn toàn là do sai lầm mang tính cá nhân của nhà hóa học này. Khi ấy, LAVOISIER là người làm trong phòng thuế vụ của <st1:city><st1:place>Paris</st1:place></st1:city>, để ngăn chặn hiện tượng nhiều người bỏ trốn khỏi thành phố để trốn thuế, LAVOISIER đã cho xây dựng một bức tường kiên cố bao bọc lấy thành phố lại. Kết quả là thành phố <st1:city><st1:place>Paris</st1:place></st1:city> hoa lệ phải hứng chịu nhiều mùi khó chịu, khói thải do không thoát ra ngoài được do bức tường. Sau đó, sự chịu đựng của người dân <st1:city><st1:place>Paris</st1:place></st1:city> đã quá giới hạn, bức tường cũng đã bị phá đi. Vấn đề về ô nhiễm không khí đã trở nên quan trọng hơn rất nhiều kể từ sự kiện này.<o:p></o:p>

Tuy vậy, mãi cho đến giữa thế kỷ 20, các vấn đề mới về ô nhiễm không khí trở nên nguy hiểm hơn rất nhiều đã xuất hiện, nguyên nhân chính là do sự xuất hiện và phát triển đến chóng mặt các động cơ từ các phương tiện giao thông đường bộ, đường thủy và đường hàng không. Ngày nay, rõ ràng mối hiểm họa lớn nhất đối với môi trường khí được đến từ các phương tiện giao thông. Đây cũng là phần quan trọng nhất trong chuyên đề mà mình sẽ trình bày (nguyencyberchem) <o:p></o:p>

4

1.2 <!–[endif]–> Giới thiệu về ô nhiễm khí<o:p></o:p> <!–[if !supportLists]–>1.2.1 <!–[endif]–>Sự quan trọng của không khí<o:p></o:p>

Nói vui thì không thấy có không khí trong thành phần ẩm thực của chúng ta, tuy nhiên đó lại là yếu tố quan trọng nhất trong cuộc sống của chúng ta : con người có thể sống đến 2 tuần mà không có thức ăn và 2 ngày không nước nhưng không thể thiếu không khí trong 5 phút. Khoảng 0,5 lít không khí được đưa vào cơ thể chúng ta sau mỗi lần hít. Mỗi phút trung bình ta cần hít vào 16 lần nghĩa là chúng ta đã đưa vào cơ thể khoảng 11,5 m<sup>3 </sup>(khoảng 13,5 kg), khối lượng này nhiều hơn rất nhiều so với lượng thức ăn hay lượng nước mà ta đưa vào cơ thể.<o:p></o:p>

Những sự biến đổi đến từ khí quyển ảnh hưởng đặc biệt quan trọng đến môi trường, ảnh hưởng này luôn quan trọng hơn những thay đổi của môi trường nước hoặc đất do :<o:p></o:p>

           - Khí quyển là thành phần quan trọng để giúp lưu chuyển các tác nhân ô nhiễm. Đó không chỉ là các tác nhân khí, các tác nhân lỏng (có áp suất hơi bảo hòa đủ lớn) mà cả các tác nhân rắn(các hạt có kích thước nhỏ, nhẹ…) cũng có thể được vận chuyển bằng không khí.&lt;o:p&gt;&lt;/o:p&gt;

           - Khối lượng của bầu không khí là rất bé so với khối lượng đất hay tổng khối lượng nước đại dương , do đó, khí quyển đặc biệt nhạy cảm đối với các biến đổi mang tính cục bộ và nhỏ như sự phun núi lửa hay các thay đổi do hoạt động của con người.&lt;o:p&gt;&lt;/o:p&gt;

           - Khoảng thời gian mà thành phần hóa học của khí quyển thay đổi mạnh mẽ là rất ngắn so với nước hay đất, ví dụ như hàm lượng clo trong các chất hữu cơ trong khí quyển đã tăng 600% trong 40 năm gần đây và sự tăng CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; là 25%Nói vui thì không thấy có không khí trong thành phần ẩm thực của chúng ta, tuy nhiên đó lại là yếu tố quan trọng nhất trong cuộc sống của chúng ta : con người có thể sống đến 2 tuần mà không có thức ăn và 2 ngày không nước nhưng không thể thiếu không khí trong 5 phút. Khoảng 0,5 lít không khí được đưa vào cơ thể chúng ta sau mỗi lần hít. Mỗi phút trung bình ta cần hít vào 16 lần nghĩa là chúng ta đã đưa vào cơ thể khoảng 11,5 m&lt;sup&gt;3 &lt;/sup&gt;(khoảng 13,5 kg), khối lượng này nhiều hơn rất nhiều so với lượng thức ăn hay lượng nước mà ta đưa vào cơ thể.&lt;o:p&gt;&lt;/o:p&gt;

Những sự biến đổi đến từ khí quyển ảnh hưởng đặc biệt quan trọng đến môi trường, ảnh hưởng này luôn quan trọng hơn những thay đổi của môi trường nước hoặc đất do :<o:p></o:p> - Khí quyển là thành phần quan trọng để giúp lưu chuyển các tác nhân ô nhiễm. Đó không chỉ là các tác nhân khí, các tác nhân lỏng (có áp suất hơi bảo hòa đủ lớn) mà cả các tác nhân rắn(các hạt có kích thước nhỏ, nhẹ…) cũng có thể được vận chuyển bằng không khí.<o:p></o:p>

           - Khối lượng của bầu không khí là rất bé so với khối lượng đất hay tổng khối lượng nước đại dương , do đó, khí quyển đặc biệt nhạy cảm đối với các biến đổi mang tính cục bộ và nhỏ như sự phun núi lửa hay các thay đổi do hoạt động của con người.&lt;o:p&gt;&lt;/o:p&gt;

           - Khoảng thời gian mà thành phần hóa học của khí quyển thay đổi mạnh mẽ là rất ngắn so với nước hay đất, ví dụ như hàm lượng clo trong các chất hữu cơ trong khí quyển đã tăng 600% trong 40 năm gần đây và sự tăng CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; là 25%
5

1.3 Tổng quan về CO2 1.3.1 Tính chất của CO2 CO2 là một khí không màu, không cháy được và không mùi ở nhiệt độ thường, CO2 thăng hoa ở áp suất khí quyển ở -78,5o C. CO2 có thể tan trong H2O và phản ứng với H2O theo các cân bằng sau :

CO2 (hòa tan) + H2O  H2CO3 (1) H2CO3 + H2O  HCO3- + H3O+ (2) HCO3- + H2O  CO32- + H3O+ (3)

Khi đốt cháy carbone có thể có các phản ứng khác nhau xảy ra : C + O2  CO2 (4) C + 1/2O2  CO (5)

Ở phản ứng (4), số mol của phân tử khí không thay đổi, trong khi ở phản ứng (5), số mol khí đã tăng gấp đôi nên entropy của phản ứng tạo CO cao hơn phản ứng tạo CO2 nên phản ứng tạo CO sẽ được ưu đãi hơn ở nhiệt độ cao.

Hơn nữa, khi ở nhiệt độ cao, CO2 có thể chuyển thành CO nhờ phản ứng với C dư: CO2 + C  2CO (6)

Trong các phân tử tham gia vào chu trình carbone thì CO2 là phân tử bền nhất về mặt năng lượng. CO2 do vậy cũng rất bền nhiệt. Cho đến 2000°C, chỉ có chưa đến 10% CO2 bị phân hủy theo phản ứng 2CO2  2CO + O2

Hàng ngày, con người thở ra trung bình hơn 700 g (>350 l CO2); hàm lượng CO2 trong hỗn hợp khí thở ra vào khoảng 4% CO2

CO2 không hẳn là hoàn toàn độc đối với con người. Đối với quá trình hô hấp, sự hiện diện của CO2 còn có khả năng giúp cho quá trình thở được sâu hơn. Vì lí do đó, nhằm mục đích cấp cứu, hồi sức, người ta không dung O2 tinh khiết 100% mà thêm vào 5% CO2 để giúp quá trình thở của người bệnh được tốt hơn.

Tuy nhiên, khi nồng độ CO2 lên đến 8-10%, chúng ta bắt đầu cảm thấy đau đầu và chóng mặt. Người ta cũng ghi nhận sự tăng áp suất động mạch và những triệu chứng run rẩy bắt đầu xuất hiện. Khi hàm lượng CO2 trong hỗn hợp khí mà ta hít vào cao hơn 10%, sự việc nghiêm trọng hơn rất nhiều với các biểu hiện co giật, ngất và quá trình lưu thông máu trở nên khó khăn.Khi tỉ lệ thể tích cao hơn 15%, cơ thể bắt đầu tê liệt, hiện tượng bể mạch máu xuất hiện, và hàm lượng CO2 trong hỗn hợp khí thở cao hơn 20% sẽ gây chết người.

Mặt khác, do CO2 nặng hơn không khí nên thường CO2 thường có nhiều ở những nơi thấp như trong hầm rượu hoặc các hang sâu, do đó, ở nhưng nơi này, nguy cơ dẫn đến tử vong khá cao nếu không có nguồn oxy cung cấp kịp thời.

CO2 đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình quang hợp để tạo nên chất dinh dưỡng cho cây. Các nghiên cứu cho thấy, tuy tác vai trò của CO2 đối với mỗi loại cây trồng là khác nhau, việc tăng hàm lượng CO2 thông thường sẽ làm tăng sự tăng trưởng và năng suất thu hoạch cây trồng.

Tuy nhiên, chúng ta phải hết sức cẩn thận khi tăng nồng độ CO2 nhằm mục đích giúp cây trồng phát triển tốt hơn và cải thiện năng suất do khi nồng độ cao, CO2 có thể có tác dụng hoàn toàn khác do ảnh hưởng làm thay đổi đến khí hậu.