ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
PHẠM TÙNG SƠN
TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH XÚC TÁC CỦA OXIT
HỖN HỢP CeO
2
– Fe
2
O
3
CHO PHẢN ỨNG OXI HÓA TOLUEN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN 3
1.1.Giới thiệu chung 3
1.1.1.Khái niệm về VOCs 3
1.1.2.Các nguồn phát thải VOCs 3
1.1.3.Ảnh hƣởng của VOCs đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời 4
1.1.4.Giới thiệu một số chất điển hình 5
1.2.Các quy định đối với việc kiểm soát quá trình phát thải các hợp chất
Hữu cơ dễ bay hơi 6
1.3.Các phƣơng pháp kiểm soát các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi hiện nay 7
1.3.1. Phƣơng pháp phân hủy các hợp chất VOCs. 8
1.3.2. Phƣơng pháp thu hồi VOCs 16
1.4. Phân tích , lựa chọn kỹ thuật xử lý 22
1.4.1. Đặc trƣng của nguồn gây ô nhiễm 22
1.4.2. Khả năng tái sử dụng 22
1.4.3. Khả năng làm việc của thiết bị 22
1.4.4. Thành phần dòng khí thải 23
1.4.5. Hiệu suất xử lý 23
1.4.6. Một vài thông số khác 24
) 45
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47
3.1. Đặc trƣng xúc tác bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X ( XRD) 47
3.2. Đặc trƣng xúc tác bằng phƣơng pháp SEM 49
3.3. Diện tích bề mặt BET của xúc tác 50
3.4. Phƣơng pháp khử hydro theo chƣơng trình nhiệt độ (TPR-H
2
) 51
3.5. Đánh giá hoạt tính xúc tác. 54
KẾT LUẬN 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
PHỤ LỤC 60
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các quá trình oxi hóa nhiệt (a) hệ thồng hoàn nhiệt (b) thu hồi
nhiệt 11
Hình 1.2. Quá trình ôxy hóa xúc tác 12
Hình 1.3 . Sơ đồ quá trình xử lý sinh học 14
Hình 1.4. Quá trình xử lý bằng phƣơng pháp màng 20
Hình 1.5 . Cấu trúc tinh thể CeO
2
28
Hình 3.5 . Ảnh SEM-EDX của hỗn hợp ôxit CeO
2
-Fe
2
O
3
(Ce:Fe=0,95:0,05) 50
Hình 3.6 . Đƣờng cong khử hydro của CeO
2
52
Hình 3.7 . Đƣờng cong khử hydro của CeO
2
-Fe
2
O
3
(Ce:Fe=0,95:0,05) 52
Hình 3.8 . Đƣờng cong chuyển hóa toluen theo nhiệt độ 54 DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng1.1. Một số hợp chất dễ bay hơi thông thƣờng 4
Bảng 1.2. Một số phƣơng pháp thu hồi trên cơ sở công nghệ màng đƣợc
ứng dụng trong các quá trình xử lý công nghiệp 19
Bảng 1.3. Hiệu suất xử lý VOCs bằng một số phƣơng pháp 24
Bảng 3.1. Diện tích bề mặt riêng của các xúc tác 51
hóa nhiệt, oxi hóa có xúc tác… Trong đó, ôxi hóa có xúc tác được coi là phương
pháp có nhiều triển vọng. Phương pháp này oxi hóa khá triệt để các chất VOCs
tránh được sự hình thành các sản phẩm trung gian không mong muốn như NO
x
, SO
x
do nhiệt độ tiến hành phản ứng thấp. So với phương pháp oxi hóa nhiệt phương
pháp ôxi hóa xúc tác tiết kiệm năng lượng hơn. Các nghiên cứu chất xúc tác ôxi hóa
được tập trung trên hai loại chính: xúc tác kim loại quý và xúc tác oxit. Các xúc tác
kim loại quý tỏ ra có hoạt tính tốt nhất và xúc tác hiệu quả cho phản ứng phân huỷ
VOCs tuy nhiên giá thành của các chất xúc tác này tương đối cao. Vì vậy việc tìm ra
các chất xúc tác trên cơ sở các kim loại có giá thành thấp nhưng có hoạt tính xúc tác
cao đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học. Trong trường hợp này,
oxit là một hướng giải quyết vấn đề: tuy có hoạt tính oxi hóa kém kim loại quý
nhưng giá thành thấp và phương pháp điều chế đơn giản .
Trong vài năm gần đây, hệ xúc tác có chứa CeO
2
thu hút được sự quan tâm
đặc biệt do CeO
2
có khả năng điều tiết O
2
tốt nhờ vào chu trình ôxi hóa khử
Ce
4+
/Ce
3+
dễ dàng .Nhiều nghiên cứu đã tiến hành trộn CeO
2
) tạo nên hoạt tính cao của hệ xúc tác này.
2
Toluen là một hydrocacbon thơm được sử dụng rộng rãi làm dung môi công
nghiệp, chủ yếu được dùng làm dung môi để hòa tan nhiều loại vật liệu . Toluen
cũng cũng thuộc nhóm các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, là những tác nhân độc hại
gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe con người . Vì vậy chúng tôi
chọn đề tài : “Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính xúc tác của ôxit hỗn hợp CeO
2
– Fe
2
O
3
cho phản ứng ôxy hóa toluen” cho nghiên cứu của mình .
hóa dầu. Quá trình giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi bắt nguồn từ sự thất
thoát trong quá trình tồn chứa ( các bể chứa, bồn chứa), từ các hệ thống thông hơi
trong quá trình sản xuất, thất thoát từ các hệ thống thiết bị và đường ống, từ các
dòng nước thải không qua xử lý và từ các hệ thống trao đổi nhiệt. Việc kiểm soát
quá trình phát thải các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi là một trong những cam kết chính
và cũng là một mối quan tâm chính của các ngành công nghiệp trên đối với môi
trường.
4 Bảng1.1 : Một số hợp chất dễ bay hơi thông thường
Số thứ tự
Tên hợp chất
1
Axetandehit
2
Axeton
3
Benzen
4
Cacbon tetraclorit
5
Etyl axetat
6
Etylen glycol
7
5
hợp chất có chứa clo vào bầu khí quyển đã làm tăng quá trình hấp thụ và phát xạ các
bức xạ hồng ngoại. Nếu như quá trình giải phóng nhiệt từ trái đất bị làm chậm lại sẽ
ảnh hưởng và tác động đến nhiệt độ và khí hậu của trái đất. Các nghiên cứu cho thấy
các hợp chất VOCs đã được xác định là có khả năng gây ung thư. Các VOCs có thể
tồn lưu một thời gian từ vài ngày đến vài tháng trong bầu khí quyển và có ảnh
hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người qua đường hô hấp hoặc tiếp xúc trực tiếp
với da, ví dụ như : Các hợp chất vòng thơm, hay các hợp chất chứa halogen: gây
khó chịu ở da và đường hô hấp; Toluen, clorofom, metyl clorofom: gây các rối loạn
tim mạch ; Toluen, diclometan, clorofom: gây rối loạn thần kinh . Các hydrocacbon
khi được kết hợp với NO
x
dưới tác động của ánh sáng mặt trời sẽ xảy ra quá trình
ôxi hóa quang hóa sẽ tạo thành một màn sương quang hóa có tác động xấu đối với
môi trường.
1.1.4. Giới thiệu một số chất điển hình
* Benzen
Là chất lỏng dễ bay hơi, tạo hỗn hợp với không khí có thể gây nổ. Benzen
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất các hợp chất hữu cơ, dùng làm
dung môi hòa tan mỡ, cao su, vecni, tẩy xương, da sợi, vải len dạ, tẩy dầu mở bám
trên các dụng cụ, vật liệu.
Benzen xâm nhập vào cơ thể người qua da (tiếp xúc trực tiếp) và qua phổi.
Khi xâm nhập chừng 75-90%, benzen sẽ được cơ thể thải ra trong vòng nửa giờ,
phần còn lại tích lũy trong mỡ, tủy xương, não sau đó được đào thải rất chậm ra
ngoài. Phần benzen được tích lũy sau này có thể gây các biểu hiện sinh lý: gây ra sự
tăng tạm thời của bạch cầu, gây rối loạn oxi hóa khử của tế bào dẫn đến tình trạng
xuất huyết trong cơ thể. Nếu bị hấp thụ nhiều trong cơ thể sẽ bị nhiễm độc cấp tính
với các hội chứng khó chịu, đau đầu, nôn, có thể tử vong vì suy hô hấp. Nếu thường
xuyên tiếp xúc với benzen có thể gây độc mãn tính, lúc đầu là rối loạn tiêu hóa, ăn
kém ngon, xung huyết, niêm mạc miệng, rối loạn thần kinh, đau đầu, chuột rút, cảm
phần chính có trong sương mù quang hóa. Lượng phát thải VOC phải được khống
chế sao cho hàm lượng ozon tối đa trong môi trường sống được quy định là
0.12ppm. Điều này được nêu trong khoản 1 của đạo luật Hành động vì môi trường
bổ sung năm 1990 liên quan đến việc làm sạch chất lượng không khí của Hoa kỳ.
Ngoài ra, trong khoản 3 của đạo luật bổ sung cũng quy định phải giảm thiểu quá
trình phát tán 189 chất độc gây ô nhiễm không khí mà phần lớn trong số chúng đều
là các chất hữu cơ dễ bay hơi .Do đó một số nguồn tạo thành các hợp chất hữu cơ
dễ bay hơi có thể được kiểm soát dưới hai điều khoản khác nhau với các quy định
khác nhau .
7
Gần đây Ủy ban Châu Âu đã đưa ra quy định đối với giới hạn phát thải ra môi
trường xung quanh là 35gam tổng các hợp chát hữu cơ ( Total organic compounds –
TOC ) trên một mét khối xăng dầu (35g TOC/m
3
). Tương tự , tiêu chuẩn của Cục
bảo vệ môi trường Hoa kỳ , khoản 3 điều luật 40 CFR đưa ra quy định giới hạn phát
tán là 10g TOC/m
3
. Tiêu chuẩn của Đức, tiêu chuẩn TA-Luft, là một quy định chặt
chẽ nhất từng được biết đến liên quan đến việc phát thải xăng dầu đã đặt ra quy định
là giới hạn phát thải chỉ 150mg TOC bao gồm cả metan trên một mét khối sản phẩm
(0.15g TOC/m
3
). Cũng giống như bất kỳ một quốc gia thuộc thế giới thứ 3 nào khác,
ở Ấn Độ không có một quy định tách rời nào để kiểm soát việc phát thải các hợp
chất hữu cơ dễ bay hơi. Tuy nhiên đạo luật bổ sung về Hành động làm sạch không
khí năm 1990 và đạo luật bổ sung về Các biện pháp làm giảm ô nhiễm trong các nhà
máy năm 1986 cũng đã quy định về giới hạn phát thải các hóa chất độc hại thông
thường trong đó phần lớn bao gồm là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi .
+ Các thiết bị kiểm soát ô nhiễm hiện có và khả năng vận hành của chúng
+ Các quy định hiện hành
1.3.1. Phƣơng pháp phân hủy các hợp chất VOCs.
Trong bước này, các hợp chất VOCs sẽ bị phân hủy qua các quá trình ôxi hóa
khác nhau chẳng hạn như phương pháp ôxi hóa sử dụng nhiệt hay xúc tác, và phân
hủy các hợp chất VOCs dưới các điều kiện ưa khí/ kỵ khí bởi các vi sinh vật .
1.3.1.1. Quá trình ôxi hóa các hợp chất VOCs [6].
A. Phƣơng pháp ôxi hóa nhiệt
Các hệ ôxi hóa nhiệt (các hệ ôxi hóa sử dụng nhiệt), cũng đồng thời được biết đến
chẳng hạn như là các lò nung, thường không đơn giản chỉ là các thiết bị tạo ra ngọn
lửa hay các thùng chất đốt phụ. Ngày nay, các thiết bị ôxi hóa nhiệt hiện đại được
thiết kế để có thể phân hủy hầu hết các hợp chất VOCs từ 95% đến 99%. Các thiết
bị này cũng có thể xủ lý VOCs với lưu lượng từ 300 đến 150 000 m
3
/phút và nồng
độ VOCs nằm trong khoảng từ 100 đến 2000 ppm . Thời gian lưu thường trong
9
khoảng 0,5 đến 1s. Các thiết bị ôxi hóa nhiệt thường được sử dụng rất phổ biến kết
hợp với phương pháp thu hồi nhiệt năng sẵn có để làm giảm chi phí vận hành .
Các thiết bị ôxi hóa nhiệt đốt cháy các hợp chất VOCs ở nhiệt độ khoảng 1300
đến 1800
0
F . Tuy nhiên, nhiệt độ thực trong quá trình hoạt động lại tùy thuộc vào
từng loại hợp chất cũng như nồng độ của chúng trong dòng khí ban đầu và hiệu suất
loại bỏ và phân hủy VOCs mong muốn ( Destruction and Removal Efficiency -
DRE). Các hợp chất thường khó bị phân hủy (khó đốt cháy) hoặc nồng độ chất
VOCs ở dòng đầu vào thấp khi đó sẽ đòi hỏi nhiệt lượng đưa vào lớn hơn, hoặc
thể đạt được hiệu suất thu hồi nhiệt năng đưa vào hệ thống dưới dạng nhiên liệu và
nhiệt lượng của VOCs sau khi đốt lên đến 95%. Khi dòng khí VOCs đi vào có chứa
đủ nhiệt năng từ buồng đốt, các hệ thống hoàn nhiệt có thể hoạt động mà không cần
thêm thiết bị gia nhiệt khác. Hiệu suất thu hồi nhiệt của hệ thống phụ thuộc vào các
điều kiện hoạt động và vận hành của quá trình. Trong một quá trình mà ở đó tốc độ
dòng và nồng độ VOCs không thay đổi đáng kể thì khi đó thiết bị có thể hoạt động
mà hầu như không tiêu tốn nhiên liệu. Các quá trình tuần hoàn nói chung là không
phù hợp với các hệ thống ôxi hóa hoàn nhiệt. Khi đó nhiệt hấp thụ được sẽ bị thất
thoát dần vào môi trường trong các khoảng thời gian hoạt động với lưu lượng thấp.
Quá trình hoạt động khi nồng độ VOCs không cao, để cung cấp thêm nhiệt lượng
đầu vào theo yêu cầu cần thiết phải sử dụng thêm các nguồn gia nhiệt bên ngoài .
Các hệ thống ôxi hóa thu hồi nhiệt sẽ tái thu hồi nhiệt năng bằng cách sử dụng
một thiết bị trao đổi nhiệt được thiết kế đơn giản thông thường được thiết kế ở dạng
vỏ và các ống tube bên trong. Khả năng thu hồi nhiệt năng tối đa của một hệ thống
ôxi hóa thu hồi nhiệt vào khoảng 70% nhiên liệu và năng lượng đốt cháy VOCs khi
đưa vào hệ ban đầu. Ưu điểm của hệ thống này so với hệ thống hoàn nhiệt nằm ở
chỗ hệ thống này chỉ mất một khoảng thời gian tương đối ngắn để cho thiết bị trao
đổi nhiệt đạt được các điều kiện hoạt động. Thiết bị thu hồi nhiệt tái sinh của hệ
thống hoàn nhiệt tương đối lớn đòi hỏi thời gian cũng như nhiên liệu đưa vào ban
đầu tương đối lớn để thiết bị có thể đạt được các điều kiện vận hành, trong khi thiết
bị trao đổi nhiệt của hệ thống ôxi hóa thu hồi nhiệt đạt được các điều kiện hoạt động
chỉ trong vòng một vài phút từ lúc khởi động. Các quá trình tuần hoàn nói chung
phù hợp với các hệ thống ôxi hóa thu hồi nhiệt khi mà ở đó đòi hỏi tính đa dụng của
một hệ thống ôxi hóa kết hợp với khả năng phù hợp với các điều kiện hoạt động
tuần hoàn .
11 Nồng độ của VOCs có trong dòng tái sinh cao kết hợp thời gian chu kỳ giải hấp
chỉ nằm trong khoảng từ 700 đến 900
0
F. Điều này có thể thực hiện được là do hệ
thống này đã sử dụng các chất xúc tác do đó đã làm giảm nhiệt độ cần thiết để phân
hủy các hợp chất VOCs theo yêu cầu. Đầu tiên dòng khí đi vào sẽ được gia nhiệt,
thường là sử dụng các thiết bị trao đổi nhiệt trong các hệ thống thu hồi nhiệt, sau đó
nếu cần thiết sẽ sử dụng thêm nhiệt lượng đưa vào từ một lò đốt nếu cần thiết, và
tiếp theo dòng khí sẽ đi qua lớp chất xúc tác Các hệ xúc tác có thể xủ lý VOCs với
lưu lượng từ 300 đến 30 000 m
3
/phút và nồng độ VOCs nằm trong khoảng từ 100
đến 2000 ppm. Các hệ ôxi hóa xúc tác rất thích hợp để xử lý VOCs với nồng độ
thấp và rất phù hợp với các điều kiện hoạt động tuần hoàn. Chúng thường được sử
dụng trong quá trình kiểm soát khí thải ở đó tốc độ dòng cũng như nồng độ VOCs
thường thay đổi. Hiệu suất phân hủy thường đạt trên 90% và hiệu suất loại bỏ và
phân hủy VOCs mong muốn DRE tối đa là 95% . Các dòng khí thải với nồng độ
VOCs cao cũng có thể được xử lý bằng cách sử dụng công nghệ xúc tác, tuy nhiên
cũng giống như các thiết bị ôxi hóa nhiệt khi nồng độ VOCs vượt qua mức 25%
LEL cũng không được phép xử lý bằng phương pháp này. Nhiệt độ hoạt động thấp
hơn kết hợp với các thiết bị trao đổi nhiệt thu hồi cho phép làm giảm việc tiêu thụ
nhiên liệu cho quá trình khởi động ban đầu. Sơ đồ tổng quát về quá trình ôxy hóa
xúc tác VOCs bằng phương pháp ôxy hóa nhiệt được trình bày trong hình 1.2. Dòng khí VOCs
TB thu hồi nhiệt
Thiết bị ôxy hóa xúc tác
Dòng khí sạch
Hình 1.2. Quá trình ôxy hóa xúc tác
nhiễm sẽ đi qua trực tiếp lớp màng sinh học xung quanh vật liệu nạp. Trong thực tế
có một số vật liệu nạp thường được sử dụng chẳng hạn như bùn, phân, đất … Tầng
14
vật liệu lọc phải có một số các tính chất vật lý cũng như các tính chất cơ học nhất
định chẳng hạn như cấu trúc , tính ma sát trống , diện tích bề mặt riêng, tính kháng
dòng và tính lưu nước và một số các tính chất sinh học như có khả năng cung cấp
các chất dinh dưỡng vô cơ và các hoạt tính sinh học đặc trưng. Sơ đồ tổng quát về
quá trình ôxy VOCs bằng phương pháp xử lý sinh học được trình bày trong hình
1.3.
Trong khoảng một thập kỷ qua, phương pháp lọc sinh học ngày càng nhận
được nhiều sự quan tâm chú ý khi sử dụng phương pháp này để xử lý và làm sạch
khí thải vì phương pháp này có một số những ưu điểm rõ rệt so với một số phương
pháp xử lý thông thường khác. Ngoài ưu điểm là điều kiện hoạt động và vận hành
hết sức nhẹ nhàng chẳng hạn như nhiệt độ và áp suất thường không cao ra, quá trình
xử lý bằng phương pháp sinh học thường không tạo thêm ra các yếu tố gây ô nhiễm
hoặc nói theo cách khác chuyển một vấn đề gây ô nhiễm này thành một vấn đề gây
ô nhiễm khác chẳng hạn như dạng khí thành dạng rắn hoặc dạng lỏng, đây là một
vấn đề thường gặp phải ở rất nhiều phương pháp xử lý khác. Hơn thế nữa, quá trình
xử lý bằng phương pháp sinh học thường đặc biệt hiệu quả khi xử lý những khí thải
độc hại phát ra hoặc khí thải có mùi khó chịu mà có nồng độ thấp ở khoảng vài ppm
. Phương pháp lọc sinh học là một phương pháp mà ở đó khí thải gây ô nhiễm sẽ
Dòng khí VOCS
Thiết bị kiểm soát
độ ẩm
Môi trường nuôi vi
khuẩn
Nước thải
Dòng khí sạch
2
S, VOCs và một số khí độc hại phát thải ra môi trường. Từ các số liệu
về khả năng phân hủy các hợp chất thì hiệu suất loại bỏ các hợp chất theo thứ tự sẽ
là H
2
S > các hợp chất mạch vòng > andehit và xeton > các hydrocacbon đã được clo
hóa. Đối với các thiết bị phản ứng ở quy mô pilot hoặc hoạt động theo từng giai
đoạn, số liệu về tổng lượng khí hữu cơ không có khí metan đã chỉ ra rằng có thể xử
lý trên 65% mà không cần chú ý đến điều kiện pH. Hiệu suất xử lý đối với aromatic
thay đổi trong khoảng từ 53 tới 98%, andehit và xeton là từ 43 cho đến 96% còn
các hợp chất đã được clo hóa là từ 0 tới 98%. Quá trình ôxi hóa một cách triệt để
16
H
2
S có thể thực hiện được đối với cả các thiết bị phản ứng ở mức độ pilot lẫn thiết
bị hoạt động theo từng giai đoạn.
Gần đây một nghiên cứu về phương pháp lọc sinh học ở quy mô phòng thí
nghiệm đã được tiến hành bởi Kiared và các cộng sự (1996) để loại bỏ hơi etanol và
toluen có trong không khí. Than bùn được lựa chọn làm vật liệu lọc. Dưới các điều
kiện vận hành thông thường, một số kết luân dưới đây đã được rút ra:
+ Than bùn là một vật liệu có thể tạo ra một môi trường thích hợp để vi khuẩn
flora phát triển ở điều kiện ẩm.
+ pH của môi trường được đo đều đặn và ổn định quanh khoảng pH=7, và do đó
có thể nhận thấy không có hợp chất chung gian có tính axit nào được tạo thành nên
không cần dùng các tác nhân đệm .
+ Độ giảm áp suất là rất thấp ít hơn 6cm nước/ m thiết bị lọc trong phần lớn thời
gian tiến hành thiết bị .
+ Quá trình đo sự phân bố thời gian lưu đã chỉ ra rằng pha khí trong dòng chảy bị
ảnh hưởng bởi sự phân bố trục.
đổi nhiệt. Phương pháp này phù hợp nhất đối với các hệ sử dụng một dung môi khi
đó quá trình ngưng tụ sẽ tạo thành sản phẩm lỏng mà sản phẩm này phải được xử lý
để loại bỏ nước ngưng tụ và nếu có thể thì tách một số thành phần hóa học khác.
Các hợp chất VOCs sau khi thu hồi có thể được tái sử dụng ngay trong quá trình
chẳng hạn như làm dung môi rửa trong quá trình làm sạch thiết bị hoặc sử dụng làm
nhiên liệu đốt lò thay thế, hoặc có thể vận chuyển ra ngoài khơi để chôn lấp hoặc có
thể bán để tái sử dụng cho mục đích khác. Nước sau khi thu hồi phải được xử lý
trước khi thải ra môi trường bên ngoài nếu như nước bị nhiễm bẫn các hợp chất
VOCs.
1.3.2.2. Phƣơng pháp hấp thụ VOCs .
Phương pháp hấp thụ là một phương pháp được sử dụng để loại bỏ VOCs từ
các nguồn khí thải bằng cách cho dòng khí ô nhiễm tiếp xúc với dung môi lỏng .
Khi đó bất kỳ một hợp chất VOCs có khả năng hòa tan nào sẽ được chuyển vào pha
lỏng. Để có hiệu quả thì dòng khí đầu vào phải được làm sạch. Quá trình này được
thực hiện trong tháp hấp thụ được thiết kế để có thể tạo ra diện tích tiếp xúc (bề mặt
tiếp xúc) lỏng hơi một cách tối ưu nhất để thúc đẩy quá trình chuyển khối. Trong
18
tháp có sử dụng vật liệu nạp và các đĩa cũng như thiết bị phun mù để có thể tạo ra
quá trình tiếp xúc một cách tốt nhất.
Một hệ hấp thụ có thể được thiết kế để xử lý VOCs với lưu lượng từ 2000 đến
100 000 cfm và nồng độ VOCs thay đổi từ 500 cho đến 5000 ppm. Thiết bị hấp thụ
có thể loại bỏ VOCs với hiệu suất từ 95 đến 98%. Quá trình thiết kế hệ hấp thụ để
kiểm soát quá trình loại bỏ VOCs cũng tương tự như việc thiết kế tháp hấp thụ để sử
dụng cho quá trình khác bằng cách sử dụng các số liệu liên quan đến cân bằng lỏng
hơi , tốc độ dòng lỏng và dòng hơi , số liệu về khả năng xử lý lỏng hơi và số liệu về
cân bằng vật chất.
Thiết bị rửa khí tầng cố định sử dụng các vật liệu nạp để làm tăng tiếp xúc lỏng
hơi. Vật liệu nạp có thể được xếp hoặc nhồi bên trong tháp. Các loại vật liệu nhồi có
được tiến hành xây dựng và vẫn đang được nghiên cứu. Sơ đồ tổng quát về quá trình
thu hồi VOCs trên cơ sở công nghệ màng đã được đơn giản hóa được trình bày
trong hình 1.4.
Bảng 1.2 : Một số phương pháp thu hồi trên cơ sở công nghệ màng được ứng
dụng trong các quá trình xử lý công nghiệp
Tên phương pháp
Cơ chế tách
Phương pháp Thấm khí
Cơ chế truyền khuếch tán
Phương pháp thẩm thấu ngược
Cơ chế truyền dung môi khuếch tán
Phương pháp thẩm tách
Cơ chế truyền chất tan khuếch tán
Phương pháp thẩm tách điện
Cơ chế truyền ion chọn lọc
Phương pháp thẩm khí
Cơ chế truyền chất tan khuếch tán
Phương pháp tiền bay hơi
Cơ chế truyền chất tan hoặc dung môi
chọn lọc
Baker, Yoshioka, Mohr và Khan (1987) đã tiến hành các thực nghiệm liên quan
đến quá trình thấm khí và hơi đối với rất nhiều lớp màng polime khác nhau. Gần đây
hầu hết các thực nghiệm đều tập trung nghiên cứu vào lớp màng cao su silicon.
Pinnau, Wijmans, Blume, Kuroda & Peinemann (1988), Kimmerle, Bell,
Gudernatch & Chmiel (1988), và Paul, Philipen, Gerner& Strathmann (1988) đã tiến
Copyright: Tài liệu đại học ©