Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van Download luận án tóm tắt ngành kĩ thuật môi trường với đề tài: Nghiên cứu làm sạch khí CO2 từ khí thải đốt than bằng kĩ thuật xúc tác hấp phụ để làm nguồn cacbon nuôi vi khuẩn lam giàu dinh dưỡng

1. i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Đoàn Thị Oanh
Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kĩ
thuật Xúc tác-Hấp phụ để làm nguồn cac bon nuôi vi
khuẩn lam Spirulina platensis giàu dinh dưỡng
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Hà Nội – Năm 2019

2. ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Đoàn Thị Oanh
Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kĩ
thuật Xúc tác-Hấp phụ để làm nguồn cac bon nuôi vi
khuẩn lam Spirulina platensis giàu dinh dưỡng
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 9 52 03 20
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TS. Đặng Đình Kim
2. TS. Trần Thị Minh Nguyệt
Hà Nội – Năm 2019

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và không trùng
lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án
là trung thực và chưa sử dụng để bảo vệ một học vị nào, chưa được ai công bố
trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào.
Hà Nội, ngày tháng năm 20
Tác giả luận án
Đoàn Thị Oanh

4. ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án này được hoàn thành tại Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã
nhận được nhiều sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các nhà khoa học, các đồng
nghiệp, bạn bè và gia đình.
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc, sự cảm phục và kính trọng nhất tới
GS.TS. Đặng Đình Kim và TS. Trần Thị Minh Nguyệt – những người thầy đã tận
tâm hướng dẫn khoa học, động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất
cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Khoa học và Công nghệ, Văn phòng các
Chương trình Khoa học Công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước, Chương trình
KC.08/11-15, Chủ nhiệm đề tài KC08.08/11-15 đã hỗ trợ kinh phí thực hiện
nghiên cứu này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Công nghệ môi trường, các
cán bộ phòng Thủy sinh học môi trường cùng tập thể cán bộ của Viện đã quan tâm
giúp đỡ và đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo và bộ phận Đào tạo của Học
viện Khoa học và Công nghệ đã giúp tôi hoàn thành các học phần của Luận án và
mọi thủ tục cần thiết. Tôi xin chân thành cảm ơn tới Lãnh đạo Khoa Môi trường,
Lãnh đạo Bộ môn Công nghệ môi trường, Trường Đại học Tài Nguyên và Môi
Trường Hà Nội và các đồng nghiệp đã ủng hộ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu
sắc nhất đến gia đình, người thân đã luôn chia sẻ, động viên tinh thần và là nguồn
cổ vũ, giúp đỡ tôi vượt qua mọi khó khăn trong suốt quá trình thực hiện Luận án.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận án
Đoàn Thị Oanh

5. iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................ii
MỤC LỤC...........................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH...........................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................xii
MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU..............................................................3
1.1. CO2 - KHÍ THẢI ĐỐT THAN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH
CO2 ...................................................................................................................3
1.1.1. Khí CO2 – một loại khí gây hiệu ứng nhà kính nguy hiểm có trong khí
thải đốt than.........................................................................................................3
1.1.2. Thành phần khí thải đốt than ..................................................................4
1.1.3. Công nghệ làm sạch khí CO2 trong khí thải đốt than ..............................4
1.1.3.1. Công nghệ làm sạch CO2 bằng hấp thụ và hấp phụ...................................4
1.1.3.2. Công nghệ làm sạch CO2 bằng phương pháp màng ..................................6
1.1.3.3. Làm sạch CO2 bằng công nghệ xử lý khí đồng hành trong quá trình đốt than 6
1.2. CÔNG NGHỆ XÚC TÁC – HẤP PHỤ XỬ LÝ CÁC KHÍ THẢI ĐỒNG
HÀNH VỚI CO2 TRONG KHÍ THẢI ĐỐT THAN .........................................7
1.2.1. Vật liệu hấp phụ........................................................................................7
1.2.2. Vật liệu xúc tác.........................................................................................11
1.2.2.1. Vật liệu xúc tác oxi hóa...........................................................................11
1.2.2.2. Vật liệu xúc tác chuyển hóa NOx .............................................................14
1.2.2.3. Vật liệu xúc tác quang.............................................................................16
1.3. NGUỒN CO2 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN CHO SINH TRƯỞNG VI
TẢO VÀ VI KHUẨN LAM ..............................................................................19
1.3.1. Vi tảo và nguồn các bon vô cơ ................................................................19
1.3.1.1. Vi tảo và nguồn cacbon vô cơ .................................................................19
1.3.1.2. Vi tảo và nguồn CO2 từ khí thải đốt than.................................................22
1.3.1.3. Vi tảo và ảnh hưởng của khí đồng hành..................................................25
1.3.2. Vi khuẩn lam – Spirulina platensis và nguồn CO2 từ khí thải đốt than26

6. iv
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........33
2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ........................................................................33
2.2. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT....................................................33
2.2.1. Thiết bị và dụng cụ ..................................................................................33
2.2.2. Hóa chất ...................................................................................................33
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............................................................35
2.3.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu hấp phụ - xúc tác và các phương pháp
đánh giá đặc trưng vật liệu ...............................................................................35
2.3.1.1. Quy trình tổng hợp vật liệu .....................................................................35
2.3.1.2. Phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu ...............................................41
2.3.2. Các phương pháp phân tích thành phần hóa học của than...................42
2.3.3. Các phương pháp phân tích khí..............................................................42
2.3.3.1. Các phương pháp phân tích các khí ở quy mô phòng thí nghiệm.............42
2.3.3.2. Các phương pháp phân tích các khí ở quy mô pilot và nhà máy..............43
2.3.3.3. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý.....................................................43
2.3.4. Các phương pháp nghiên cứu Spirulina platensis ..................................43
2.3.4.1. Xác định tốc độ sinh trưởng của Spirulina platensis ...............................43
2.3.4.2. Phương pháp xác định phycocyanine, chlorophyll a, carotenoid của
Spirulina platensis...............................................................................................44
2.3.4.3. Tách chiết lipit từ sinh khối tảo theo phương pháp Bligh và Dyer (1959)
đã cải biên..........................................................................................................44
2.3.4.4. Phương pháp xác định hàm lượng HCO3
-
và CO3
2-
trong môi trường nuôi45
2.3.4.5. Phân tích thành phần và hàm lượng các axit béo bão hòa và không bão
hoà đa nối đôi......................................................................................................45
2.3.4.6. Phân tích thành phần dinh dưỡng ...........................................................46
2.3.4.7. Phân tích hàm lượng carbon trong sinh khối vi tảo.................................46
2.3.4.8. Đánh giá hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis..........................46
2.4. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU...............................................................................47
2.4.1. Sơ đồ 1: Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật
Xúc tác - Hấp phụ..............................................................................................47
2.4.2. Sơ đồ 2: Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than nuôi để
nuôi Spirulina platensis......................................................................................48

7. v
2.5. CÁC MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM............................................................48
2.5.1. Thiết bị nghiên cứu chức năng của từng vật liệu ...................................48
2.5.2. Hệ thống xử lý khí thải quy mô phòng thí nghiệm.................................50
2.5.3. Hệ thống xử lý khí thải quy mô nhà máy................................................54
2.5.4. Mô hình thực nghiệm nuôi Spirulina platensis .......................................57
2.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM .......................................59
2.6.1 Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu khả năng xử lý của vật
liệu xúc tác/ hấp phụ..........................................................................................59
2.6.2. Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu Spirulina platensis......61
2.7. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU...........................................................66
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.....................................................67
3.1. NGHIÊN CỨU LÀM SẠCH CO2 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN BẰNG KỸ
THUẬT XÚC TÁC – HẤP PHỤ.......................................................................67
3.1.1. Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật liệu xúc tác-hấp phụ.....................67
3.1.1.1. Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ trên cơ sở Fe2O3 - MnO2 và các hợp
chất chứa Canxi/ Natri nhằm giảm thiểu hơi kim loại nặng và hơi axit................67
3.1.1.2. Nghiên cứu vật liệu xúc tác để xử lý khí độc............................................71
3.1.1.3. Chế tạo xương gốm – chất mang.............................................................79
3.1.2. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modun hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí
thải đốt than ........................................................................................................80
3.1.2.1. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ/xúc tác để làm sạch CO2 từ khí
thải đốt than quy mô phòng thí nghiệm................................................................80
3.1.2.2. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí
thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel..................................................................96
3.1.3. Nhận xét .................................................................................................102
3.2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CO2 LÀM SẠCH TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN
ĐỂ NUÔI SPIRULINA PLATENSIS ..............................................................103
3.2.1. Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi
Spirulina platensis SP8 ở điều kiện phòng thí nghiệm quy mô 1 Lít ............103
3.2.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp..............................................................103
3.2.1.2. Nghiên cứu lựa chọn nồng độ CO2 phù hợp cho sinh trưởng của Spirulina
platensis ............................................................................................................104

8. vi
3.2.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục nguồn
CO2 khác nhau lên sinh trưởng của SP8............................................................109
3.2.1.4. Nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi Spirulina platensis sử
dụng các nguồn CO2 khác nhau.........................................................................116
3.2.1.5. Nghiên cứu biến động CO3
2-
và HCO3
-
trong môi trường nuôi Spirulina
platensis SP8.....................................................................................................120
3.2.2. Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi
Spirulina platensis SP8 ở điều kiện phòng thí nghiệm quy mô 10L...............123
3.2.2.1. Ảnh hưởng của thời gian sục khí CO2 từ khí thải đốt than.....................123
3.2.2.2. Nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi Spirulina platensis ở các
thời gian sục khí CO2 từ khí thải đốt than khác nhau.........................................125
3.2.2.3. Nghiên cứu biến động CO3
2-
và HCO3
-
trong môi trường nuôi Spirulina
platensis SP8 khi sục CO2 từ khí thải đốt than...................................................127
3.2.3. Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina
platensis SP8 tại nhà máy gạch tuynel............................................................128
3.2.3.1. Nghiên cứu sinh trưởng của Spirulina platensis trong điều kiện bổ sung
CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel...............................................128
3.2.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ sục khí CO2 1,2% khác nhau lên khả
năng sinh trưởng của Spirulina platensis SP8 ...................................................130
3.2.4. Giá trị dinh dưỡng của sinh khối Spirulina platensis nuôi trong điều
kiện sử dụng CO2 từ khí thải đốt than............................................................138
3.2.5. Đánh giá hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis SP8 ..............143
3.2.6. Nhận xét .................................................................................................145
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................146
KẾT LUẬN......................................................................................................146
KIẾN NGHỊ.....................................................................................................147
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................148

9. vii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Nhiệt độ chuyển hóa 80% o-DCB (các đường nét liền) và độ axit
Bronsted tương đối (đường nét đứt) phụ thuộc hàm lượng V2O5 trên hệ TiO2(□,
■)và hệ TiO2/WO3 (∆,▲)[54]..............................................................................15
Hình 1. 2. Độ axit Lewis tương đối qua hệ TiO2 (□) và hệ TiO2/WO3 (■)[54]......16
Hình 1. 3. CO2 từ khí thải làm nguồn cacbon cho vi tảo ......................................22
Hình 1. 4. Sự tham gia của CA trong vận chuyển cacbon vô cơ của tế bào
Spirulina platensis [74].......................................................................................28
Hình 1. 5. Sản xuất S. platensis với việc sử dụng CO2 đã được làm sạch từ khí thải
đốt than ...............................................................................................................32
Hình 2. 1. Hình thái của Spirulina platensis ........................................................33
Hình 2. 2. Sơ đồ tổng hợp vật liệu hấp phụ CaO – Na2CO3 .................................36
Hình 2. 3. Sơ đồ tổng hợp hệ hấp phụ Fe2O3 – MnO2 ..........................................37
Hình 2. 4. Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu La0.9K0.1CoO3..................................39
Hình 2. 5. Sơ đồ chế tạo xương gốm....................................................................41
Hình 2. 6. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm nội dung 1...........................................47
Hình 2. 7. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm nội dung 2...........................................48
Hình 2. 8.Mô hình xử lý khí bằng vật liệu xúc tác/ hấp phụ .................................50
Hình 2. 9. Hệ thống thu hồi CO2 và xử lý khí đồng hành lò đốt than....................54
Hình 2. 10. Hệ thống thu hồi CO2 và xử lý khí đồng hành tại lò nung Nhà máy
gạch tuynel, Đan Phượng, Hà Nội.......................................................................54
Hình 2. 11. Sơ đồ hệ thống thiết bị bể phản ứng quang sinh (PBR) nuôi Spirulina
platensis ..............................................................................................................57
Hình 2. 12. Bể nuôi tảo Spirulina platensis SP8 sử dụng CO2 sạch tại Nhà máy
gạch tuynel, Đan Phương, Hà Nội.......................................................................59
Hình 2. 13. Thiết bị phao CO2 sử dụng cho nuôi Spirulina platensis trong điều
kiện bể hở............................................................................................................59
Hình 3. 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu hấp phụ CaO-Na2CO3 trong hỗn
hợp chất mang.....................................................................................................68
Hình 3. 2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của vật liệu hấp phụ CaO-Na2CO3 trên
nền cordierit........................................................................................................69
Hình 3. 3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu hấp phụ Fe2O3-MnO2 trong hỗn hợp
chất mang............................................................................................................70

10. viii
Hình 3. 4. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu vật liệu hấp phụ Fe2O3-MnO2
trên nền cordierit.................................................................................................70
Hình 3. 5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của (a) mẫu vật liệu LaCoO3 [47] và (b) mẫu vật
liệu La0.9K0.1CoO3................................................................................................71
Hình 3. 6. Ảnh SEM của các mẫu La0.9K0.1CoO3..................................................72
Hình 3. 7. TPD trên mẫu (a) VW/Ti2, (b) VW/Ti3, (c)VW/Ti4.............................73
Hình 3. 8. TPD trên (a) mẫu VW/Ti3S; (b) mẫu XG; (c) mẫu XT/XG...................75
Hình 3. 9. (a) TPD trên các zeolit H-Y và (b) hiệu suất chuyển hoá DCE trên các
zeolit H-Y[141]....................................................................................................76
Hình 3. 10. Giản đồ nhiễu xạ tia X của TiO2 rutil chưa nghiền (a) và V2O5/TiO2 đã
nghiền 4h (b).......................................................................................................77
Hình 3. 11. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu TiO2 trước khi nghiền (a) và
V2O5/ TiO2 sau khi nghiền 4 giờ (b).....................................................................78
Hình 3. 12. Phổ hấp thụ UV – Vis của TiO2: (a) TiO2 rutil chưa nghiền, và (b) hạt
nano V2O5 / TiO2 nghiền 4h.................................................................................78
Hình 3. 13. Giản đồ nhiễu xạ tia X của xương gốm sau thiêu kết trong không khí
tại 9500
C trong 3h...............................................................................................79
Hình 3. 14. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) trên bề mặt xương gốm.....................79
Hình 3. 15. Xương gốm cấu trúc tổ ong...............................................................80
Hình 3. 16. Sơ đồ kiểm tra chức năng vật liệu xử lý khí.......................................82
Hình 3. 17. Hiệu suất hấp phụ khí SO2 của vật liệu CaO - Na2CO3......................83
Hình 3. 18. Hiệu suất chuyển hóa CO của hệ La0.9K0.1CoO3 theo nhiệt độ...........84
Hình 3. 19. Sơ đồ hệ thống xử lý khí thải đốt than ...............................................89
Hình 3. 20. Qúa trình phản ứng của khí thải đốt than khi đi qua hệ modun xúc tác
– hấp phụ ở quy mô phòng thí nghiệm.................................................................92
Hình 3. 21. Qúa trình phản ứng của khí thải đốt than khi đi qua hệ modun xử lý
khí thải ở quy mô phòng thí nghiệm.....................................................................93
Hình 3. 22. Sơ đồ xử lý khí thải đốt than..............................................................94
Hình 3. 23. Sơ đồ đường khí thải (a) và điểm trích khí thải từ ống khói (b) phục vụ
nghiên cứu...........................................................................................................97
Hình 3. 24. (a) Hệ thống thu hồi CO2 và xử lý khí đồng hành tại lò nung Nhà máy
gạch tuynel, Đan Phượng, Hà Nội và (b) sơ đồ tháp xúc hấp phụ/ xúc tác...........98

11. ix
Hình 3. 25. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp đến khả năng sinh trưởng (a) và khối
lượng CO2 hấp thu được (b) của Spirulina platensis SP8 trong điều kiện sục khí
CO2 5% .............................................................................................................103
Hình 3. 26. Ảnh hưởng của các nồng độ CO2 khác nhau đến khả năng sinh trưởng
(a) và khối lượng CO2 hấp thu được (b) của Spirulina platensis SP8.................108
Hình 3. 27. Ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục nguồn CO2 khác
nhau lên sinh trưởng của chủng SP8 .................................................................112
Hình 3. 28. Ảnh hưởng của thời gian sục khí lên sinh trưởng và khả năng hấp thu
CO2 của Spirulina platensis...............................................................................124
Hình 3. 29. Sinh trưởng của Spirulina platensis sử dụng CO2 1,2% từ khí thải nhà
máy gạch Tuynel (tốc độ sục khí CO2 50 L/phút)...............................................129
Hình 3. 30. Ảnh hưởng của tốc độ sục khí CO2 lên trọng lượng khô của Spirulina
platensis SP8 ở quy mô......................................................................................130
Hình 3. 31. Diễn biến pH khi bổ sung CO2 vào bể nuôi Spirulina platensis ở tốc độ
sục khí 150 L/phút .............................................................................................134

12. x
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Con đường đồng hóa cacbon vô cơ của một số loài vi tảo [83] ..........21
Bảng 2.1. Tổng hợp các kết quả phân tích thành phần hóa học nguyên liêu ban
đầu và sản phẩm nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ .........................................37
Bảng 3. 1. Các loại vật liệu hấp phụ- xúc tác sử dụng trong nghiên cứu..............67
Bảng 3. 2. Kích thước tinh thể của mẫu vật liệu CaO-Na2CO3 trên bề mặt viên
gốm tổ ong..........................................................................................................68
Bảng 3. 3. Gía trị BET của các mẫu ....................................................................69
Bảng 3. 4. Thông số TPD của các mẫu VW/Ti2, VW/Ti3, VW/Ti4........................74
Bảng 3. 5. Các thông số TPD cơ bản của các mẫu VW/Ti3S, XG và XT/XG ........74
Bảng 3. 6. Kích thước hạt và các giá trị BET của các mẫu..................................78
Bảng 3. 7. Các thông số kỹ thuật của các bộ gốm cấu trúc tổ ong........................80
Bảng 3. 8. Thành phần hóa học của than tổ ong..................................................80
Bảng 3. 9. Thành phần khí thải đốt than (1 kg than) ............................................81
Bảng 3. 10. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí hiệu suất xử lý của vật liệu..............86
Bảng 3. 11. Hiệu suất oxi hóa khí NO, NO2 qua modun V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3
+ SiO2 .................................................................................................................87
Bảng 3. 12. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tới hiệu quả chuyển hóa khí độc..91
Bảng 3. 13. Kết quả phân tích thành phần khí thải đốt than trước và sau xử lý....92
Bảng 3. 14. Kết quả đo nồng độ các chất khí đầu vào /đầu ra sau khi xử lý.........95
Bảng 3. 15. Thành phần khí thải trích từ ống khói lò nung Nhà máy gạch tuynel
Đan Phượng, Hà Nội...........................................................................................97
Bảng 3. 16. Đánh giá hiệu quả làm việc của tháp xúc tác- hấp phụ theo nhiệt độ.....100
Bảng 3. 17. Hiệu quả làm sạch CO2 từ khí thải đốt than tại Nhà máy gạch tuynel
Đan Phượng, Hà Nội thông qua HMĐXLKT .....................................................101
Bảng 3. 18. Ảnh hưởng của nồng độ khí CO2 tinh khiết khác nhau lên giá trị
OD445nm của Spirulina platensis SP8..................................................................106
Bảng 3. 19. Ảnh hưởng của nồng độ khí CO2 tinh khiết khác nhau lên các thông số
sinh trưởng của Spirulina platensis SP8 ............................................................107
Bảng 3. 20. Sinh trưởng của tảo S. platensis khi nuôi ở các nồng độ NaHCO3 khác
nhau được sục khí bằng không khí.....................................................................109
Bảng 3. 21. pH môi trường nuôi cấy S. platensis khi nuôi ở các nồng độ NaHCO3
khác nhau được sục khí bằng không khí.............................................................111

13. xi
Bảng 3. 22. Hàm lượng sắc tố, lipit và protein tổng số của Spirulina khi nuôi ở hệ
thống kín có cấp nguồn CO2 trong môi trường có NaHCO3 khác nhau ..............114
Bảng 3. 23. Diễn biến pH của môi trường nuôi Spirulina platensis ở các nghiệm
thức với nguồn cấp CO2 khác nhau....................................................................117
Bảng 3. 24. Sự thay đổi hàm lượng CO3
2-
và HCO3
-
trong môi trường nuôi
Spirulina platensis SP8......................................................................................121
Bảng 3. 25. Diễn biến pH của môi trường nuôi Spirulina platensis ở các nghiệm
thức với thời gian sục khí CO2 khác nhau..........................................................125
Bảng 3. 26. Sự thay đổi hàm lượng CO3
2-
và HCO3
-
trong môi trường nuôi
Spirulina platensis SP8......................................................................................127
Bảng 3. 27. Giá trị pH của môi trường nuôi Spirulina platensis trước và sau khi
cấp khí CO2 .......................................................................................................132
Bảng 3. 28. Biến động hàm lượng HCO3
-
và CO3
2-
trước và sau khi sục CO2.....136
Bảng 3. 29. Thành phần dinh dưỡng của sinh khối S. platensis (tính cho 100 g sinh
khối khô) ...........................................................................................................139
Bảng 3. 30. Hàm lượng các axit béo trong sinh khối Spirulina platensis SP8 ....142
Bảng 3. 31. Các thông số sinh trưởng của Spirulina platensis SP8 nuôi trong điều
kiện sử dụng CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel..........................143
Bảng 3. 32. So sánh hiệu quả cố định CO2 của một số loài vi tảo ......................144

14. xii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT Ký hiệu Ý nghĩa
1 AAS Atomic Absorption Spectrophotometry
2 B Bronsted
3 BET Brunauer Emmett-Teller
4 CA Cácbonic anhydrase
5 CO Các bon monoxit
6 CO2 Các bon dioxit
7 DIC Dissolved Inorganic Carbon
8 DD Dung dịch
9 HMĐXLKT Hệ modul xử lý khí thải
10 MCB MonoCloroBiphenyl
11 L Lewis
12 LOI Loss on Ignition
13 OD Optical Density
14 PBR Photobioreactor
15 PCB PolyCloroBiphenyl
16 PM Particulate matter
17 SEM Scanning Electron Microscope
18 SKK Sinh khối khô
19 S. platensis Spirulina platensis
20 SP8 Spirulina platensis SP8
21 TCD Thermal conductivity detector
22 TPD Temperature-Programmed Desorption
23 UV-Vis Ultraviolet visible spectroscopy
24 VKL Vi khuẩn lam
25 VOCs Các hợp chất hữu cơ bay hơi
26 XG Xương gốm
27 XT-HP Xúc tác – hấp phụ
28 XRD X-Ray Diffraction

15. 1
MỞ ĐẦU
Khí thải đốt than có thành phần chủ yếu là CO2, NOx, SOx, CxHy, CO và các
hạt bụi lơ lửng (PM). Trong đó CO2 là thành phần ít độc hại hơn nhưng lại là thành
phần chính gây ra hiệu ứng nhà kính. Với mục đích làm sạch môi trường thì ngoài
việc xử lý giảm thiểu nồng độ NOx, SO2, CxHy, CO và PM – các khí thải chiếm một
lượng nhỏ trong khí thải đốt than nhưng rất độc đối với con người và sinh vật, có
khả năng hủy diệt môi trường sinh thái, nhiều nhà công nghệ đã tìm cách thu gom
hoặc sử dụng CO2 như một nguồn nguyên liệu có ích từ quá trình đốt nhiên liệu hóa
thạch. Một số phương pháp đã được đề xuất để quản lý các mức độ phát thải CO2
vào khí quyển như hấp thụ vào đại dương hoặc cô lập nó vào các hệ sinh thái trên
cạn. Những công nghệ như hấp thụ hóa học, tách bằng màng, đông lạnh phân đoạn
cũng được xem xét. Tuy nhiên, các phương pháp nêu trên có thể làm giảm đáng kể
nồng độ CO2 nhưng không giải quyết được vấn đề phát triển bền vững. Ý tưởng
biến CO2 phát thải thành nguyên liệu cho quá trình sản suất phù hợp đã gợi ý cho
những nghiên cứu của chúng tôi nhằm vào việc thu hồi CO2 từ quá trình đốt than sử
dụng cho công nghệ nuôi Spirulina platensis. Và để đạt được mục đích sử dụng
CO2, trước hết cần phải tách CO2 khỏi các khí độc hại khác.
Sử dụng vật liệu hấp phụ-xúc tác có khả năng hấp phụ hơi axit và chuyển hoá
các khí độc hại (NOx, CO, CxHy, VOCs) thành H2O, N2 ,CO2 là giải pháp hữu hiệu
cho quá trình xử lý khí đồng hành và làm sạch CO2. Từ đó, việc cố định CO2 đã
được làm sạch thông qua quá trình quang hợp của vi tảo và vi khuẩn lam đã thu hút
sự quan tâm đặc biệt như một chiến lược đầy hứa hẹn cho chương trình giảm thiểu
CO2. Đây là phương pháp mới rất thân thiện với môi trường.
Chính vì vậy luận án này tập trung vào mục tiêu “Nghiên cứu làm sạch CO2
từ khí thải đốt than bằng kĩ thuật Xúc tác-Hấp phụ để làm nguồn cac bon nuôi
vi khuẩn lam Spirulina platensis giàu dinh dưỡng”.
Mục tiêu nghiên cứu
+ Làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kĩ thuật xúc tác-hấp phụ
+ Sử dụng CO2 từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis
Đối tượng nghiên cứu
+ 05 loại vật liệu hấp phụ-xúc tác: Vật liệu hấp phụ CaO – Na2CO3 và Fe2O3 -
MnO2; vật liệu xúc tác La0.9K0.1CoO3; vật liệu xúc tác V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 +

16. 2
SiO2; Vật liệu xúc tác quang V2O5/ TiO2.
+ CO2 tinh khiết và CO2 được làm sạch từ khí thải đốt than
+ Chủng vi khuẩn lam Spirulina platensis SP8 (Gomont) Geitler do phòng
Thủy sinh học môi trường, Viện Công nghệ môi trường phân lập và lưu giữ.
Nội dung nghiên cứu
+ Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật xúc tác - hấp phụ
+ Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina
platensis
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
+ Đã chế tạo được một số loại xúc tác-hấp phụ CaO-Na2CO3, Fe2O3-MnO2,
La0.9K0.1CoO3, V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2 và xúc tác quang V2O5 / TiO2
rutil phù hợp để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than.
+ Đã tận thu được CO2 làm sạch từ khí thải đốt than làm nguồn nguyên liệu
nuôi Spirulina platensis để sản xuất sinh khối và làm trong sạch môi trường.
Những đóng góp mới của luận án
+ Chế tạo và sử dụng các vật liệu xúc tác - hấp phụ CaO-Na2CO3, Fe2O3-
MnO2; La0.9K0.1CoO3, V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2 để làm sạch CO2 từ khí
thải đốt than đạt hiệu quả cao, xử lý đồng thời hơi axit và các khí độc NOx, CO,
CxHy, VOCs. Đặc biệt đã kết hợp xúc tác oxi hóa - khử truyền thống với xúc tác
quang V2O5 / TiO2 rutil để xử lý triệt để CO.
+ Đã sử dụng CO2 được làm sạch từ khí thải đốt than làm nguồn cacbon để
sản xuất sinh khối Spirulina platensis làm thực phẩm bảo vệ sức khỏe với giá thành
thấp và góp phần bảo vệ môi trường.
Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, nội dung của luận
án được trình bày trong 3 chương với bố cục như sau:
Chương 1. Tổng quan tài liệu
Chương 2. Đối tượng và Phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Kết quả nghiên cứu

17. 3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CO2 - KHÍ THẢI ĐỐT THAN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH CO2
1.1.1. Khí CO2 – một loại khí gây hiệu ứng nhà kính nguy hiểm có trong khí
thải đốt than
Khí dioxide các bon - CO2 chiếm tới một nửa khối lượng các khí nhà kính và
đóng góp tới 60 % trong việc làm tăng nhiệt độ khí quyển. Nguyên nhân chính gây
ra tổng lượng CO2 trong bầu khí quyển tăng lên mỗi năm là do quá trình đốt nhiên
liệu hóa thạch. Trong đó, đốt than thải ra nhiều CO2 nhất, sau đó là đốt dầu và xăng.
Hậu quả của việc tiêu thụ năng lượng nhiên liệu hóa thạch là tổng lượng CO2 trong
bầu khí quyển tăng lên mỗi năm [1]. Sự gia tăng CO2 trong khí quyển làm tăng mối
lo ngại về biến đổi khí hậu nói chung và hiệu ứng nhà kính nói riêng. Điều đó đặt ra
thách thức lớn cho sự phát triển bền vững trên toàn thế giới [2]. Chính vì vậy, thật
cần thiết phải có các biện pháp để giảm thiểu khí CO2.
Hiện nay, đã có nhiều phương pháp nhằm giảm khí CO2 từ việc đốt nhiên liệu
hóa thạch như loại bỏ CO2, giam giữ CO2 hoặc biến đổi CO2 [3]. Tuy nhiên các
phương pháp như loại bỏ CO2 và giam giữ CO2 chỉ có thể làm giảm đi đáng kể
nồng độ CO2 nhưng không giải quyết được vấn đề về phát triển bền vững [4]. Do
đó, luận án đã lựa chọn phương pháp thứ ba đó là chuyển hóa CO2 vào mục đích
có ích.
Ở những nước đang phát triển như Việt Nam, các ngành công nghiệp như
nhiệt điện, sản xuất xi măng, sản xuất gạch,…đốt than phát thải ra lượng CO2 rất
lớn [5],[6]. Mức phát thải khí nhà kính CO2 ước tính ở Việt Nam trong những năm
2010, 2020 và 2030 tương ứng là 169,2; 300,4 và 515,8 triệu tấn [7]. Cũng theo
Quy hoạch điện VII, năm 2010 -2030 ngành năng lượng là ngành có mức phát thải
cao nhất do tăng nhu cầu năng lượng được đáp ứng chủ yếu bằng các nhiên liệu hóa
thạch, như than và khí đốt để phát điện và các sản phẩm lọc dầu để sử dụng trong
giao thông, công nghiệp [8]. Điều này cho thấy việc ứng dụng các công nghệ xử lý
làm sạch khí thải của công nghệ đốt nhiên liệu nói chung và đốt than nói riêng là bắt
buộc đối với các doanh nghiệp hiện nay. Đồng thời, điều này cũng đã gợi ý cho
những nghiên cứu của luận án nhằm vào việc thu hồi, làm sạch CO2 từ quá trình đốt
than sử dụng cho quá trình nuôi Spirulina platensis tại Việt Nam.

18. 4
1.1.2. Thành phần khí thải đốt than
Than là một loại nhiên liệu, chứa một số nguyên tố cơ bản như các bon (81,6%
trọng lượng), hydro (4,8%), nito (1,4%), lưu huỳnh (1%), oxy (3%), hơi ẩm (2,1%),
tro (6,1%) [9]. Đó là loại nhiên liệu phong phú toàn cầu, trữ lượng vài ngàn tỷ tấn
và ước lượng còn phục vụ nhân loại thêm 300 năm nữa với mức độ sử dụng như
hiện nay.
Khí thải đốt than là đa thành phần bao gồm chủ yếu: bụi lơ lửng (PM), VOCs,
SOx, NOx, CO và CO2 [10]. Tỷ phần của các chủng loại này phụ thuộc vào loại than
sử dụng và thiết kế của buồng đốt than. Có bốn loại than thường được sử dụng là
anthraxit, bitum, á bitum và lignit. Trong đó, than anthraxit và than lignit thông
dụng ở Châu Âu, than bitum và than á bitum thông dụng ở Bắc Mỹ, còn ở Châu Á
4 loại than này đều được sử dụng [11].
1.1.3. Công nghệ làm sạch khí CO2 trong khí thải đốt than
Một trong những chiến lược giúp các quốc gia đang nỗ lực chống lại những
biến đổi có hại của khí hậu là thu khí CO2 thải ra chủ yếu từ những cơ sở công
nghiệp đốt than. Chiến lược này cho phép đảm bảo tiếp tục sử dụng các nguồn
nhiên liệu hóa thạch bằng những phương thức thân thiện hơn với môi trường. Trong
đó, các thiết bị thu CO2 được tích hợp với các nhà máy đốt than như một bộ phận
xử lý khí thải. Chúng có nhiệm vụ xử lý giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn PM,
SO2, NOx và thu hồi lưu trữ CO2, đảm bảo cho khí thải của nhà máy đạt chuẩn về
tính vô hại của chúng đối với sức khỏe con người và bầu khí quyển.
Tại các nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất gạch, xi măng… truyền thống
dùng than thì phương pháp thu hồi sau cháy thường được áp dụng. Đối với các nhà
máy dùng công nghệ hóa hơi nhiên liệu than đốt thì CO2 thường được thu hồi ngay
sau khi hóa hơi. Còn đối với các nhà máy đốt than trong môi trường giàu ôxy thì khí
thải thường chứa hàm lượng CO2 rất cao và do vậy chúng được hóa lạnh ngay sau
khi thải và chuyển qua các đường ống vào các bể chứa [3]. Dưới đây, các công nghệ
làm sạch CO2 tại các nhà máy đốt than truyền thống được xem xét.
1.1.3.1. Công nghệ làm sạch CO2 bằng hấp thụ và hấp phụ
CO2 được thu hồi bằng phương pháp hấp thụ dùng các dung dịch lỏng tương
ứng và hấp phụ trên bề mặt của một số chất rắn thích hợp.
a. Công nghệ làm sạch CO2 bằng hấp thụ

19. 5
Có một thiết bị tiêu biểu dùng để thu gom CO2 bằng phương pháp hấp thụ sử
dụng các dung dịch tương ứng có khả năng tái sinh lại. Thiết bị bao gồm hai phần
chính, tháp hấp thụ và tháp giải hấp dung dịch hấp thụ. Trong tháp hấp thụ, quá
trình tách được thực hiện bằng cách cho khí thải chứa CO2 đi qua dung dịch hấp thụ
từ dưới lên. Phần khí thải ra phía trên tháp hấp thụ sẽ có nồng độ CO2 rất thấp,
chúng được đưa vào xử lý tiếp các thành phần độc hại còn lại trước khi thải vào khí
quyển. Phần dung dịch đã hấp thụ CO2 được đưa sang tháp giải hấp dùng trao đổi
nhiệt, giảm áp lực hoặc cả hai [12]. CO2 thoát ra từ tháp giải hấp được dẫn vào nơi
chứa, được nén và lưu trữ còn dung dịch sau khi giải hấp được tái sử dụng.
Dung dịch hấp thụ hiện nay đã được thương mại hóa và chia thành 2 loại dựa
trên cơ chế hấp thụ vật lý hoặc hóa học. Loại dung dịch hấp thụ theo cơ chế vật lý
được dùng để thu hồi CO2 có nồng độ riêng phần cao, còn loại hấp thụ hóa học để
thu hồi CO2 có nồng độ riêng phần thấp hoặc trung bình. Tiêu biểu cho dung dịch
hóa học là alkanolamin và thường được dùng ở dạng dung dịch chứa nước, chúng
bao gồm monoethanolamin, diethanolamin, N-methyldiethanolamin, diglycolamin,
diisopropanolamin , và 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) [13],[14]. Một số loại
dung dịch vật lý thường được sử dụng là propylene cácbonat, Selexol, methanol và
n-methyl-2-pyrrolidone. Sự pha trộn giữa hai loại dung dịch trên làm tăng khả năng
thu gom CO2 có nồng độ thấp và tái sinh dung dịch tại nhiệt độ thấp hơn, một thí dụ
về hỗn hợp này là sulphinol-D và sulphinol-M [15].
b. Công nghệ làm sạch CO2 bằng chất hấp phụ
Sử dụng những chất hấp phụ để thu hồi CO2 từ khí thải cũng là một dạng công
nghệ có triển vọng.
Có rất nhiều chất hấp phụ khác nhau. Amin và những chất hóa học khác có thể
được cố định lên bề mặt của chất rắn để tạo thành một chất hấp phụ có thể phản ứng
với CO2. Than hoạt tính, các ống nano các bon và zeolit (tự nhiên và nhân tạo) là
các dạng chất hấp phụ khác. Các oxit natri, oxit kali và các cácbonat của natri thường
được tẩm lên các chất mang nền gốm cũng được dùng cho quá trình hấp phụ CO2 [16].
Sayari và cs (2011) [17] báo cáo rằng phương pháp thu giữ CO2 bằng hấp phụ
có một số ưu điểm: (1) chi phí nguyên liệu thấp, (2) công suất nhiệt thấp, (3) động
học nhanh, (4) khả năng hấp phụ CO2 cao, (5) sự chọn lọc CO2 cao và (6) có sự ổn
định về nhiệt, hóa chất, và cơ học, (7) an toàn về mặt môi trường. Tuy nhiên cũng

20. 6
còn tồn tại điểm yếu của các chất hấp phụ là bị giảm hoạt tính nhanh chóng và đòi
hỏi cấu trúc tổ ong tinh tế để đáp ứng yêu cầu có tốc độ không gian lớn.
1.1.3.2. Công nghệ làm sạch CO2 bằng phương pháp màng
Màng được sản xuất bằng vật liệu đặc biệt có tính thẩm thấu chọn lọc cho
phép một chất khí đi qua nó. Tính chọn lọc của màng để phân tách các khí khác
nhau liên quan mật thiết đến tính chất của vật liệu (phụ thuộc vào tương tác vật lý
và hóa học giữa các khí và màng), nhưng dòng chảy của khí qua màng thường được
thúc đẩy bởi sự chênh lệch áp suất qua màng. Do đó, dòng cao áp là thường thích
hợp với quá trình tách màng [3], [18].
Các màng được dùng hiện nay bao gồm các màng vô cơ xốp, màng palladium,
màng polyme và màng zeolit. Những màng này thường không đạt độ phân tách khí
cao nên phải dùng cấu trúc nhiều tầng để xử lý luân hồi và điều này thường làm
phức tạp hệ thống, tiêu tốn năng lượng và nâng cao giá thành. Để đạt độ sạch của
khí CO2 thu gom cần phải dùng các màng với các đặc trưng khác nhau. Hiện nay
phương pháp màng được thương mại hóa và dùng chủ yếu trong việc tách và thu
gom CO2 từ khí gas tự nhiên ở áp suất cao [18].
1.1.3.3. Làm sạch CO2 bằng công nghệ xử lý khí đồng hành trong quá trình đốt than
Đã có nhiều phương pháp nhằm giảm khí thải CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa
thạch như loại bỏ CO2, giam giữ CO2 hoặc biến đổi CO2 [19], [20]. Tuy nhiên các
phương pháp như loại bỏ CO2 và giam giữ CO2 chỉ có thể làm giảm đi đáng kể
nồng độ CO2 nhưng không giải quyết được vấn đề phát triển bền vững [4]. Do đó,
luận án đã lựa chọn phương pháp thứ ba đó là chuyển hóa CO2 vào mục đích có ích.
Ở những nước chậm phát triển như Việt Nam, các ngành công nghiệp như
nhiệt điện, sản xuất xi măng, sản xuất gạch,…đốt than phát thải ra lượng CO2 rất
lớn [5],[6]. Điều đó đã gợi ý cho những nghiên cứu của chúng tôi nhằm vào việc thu
hồi, làm sạch CO2 từ quá trình đốt than sử dụng cho công nghệ nuôi Spirulina
platensis.
Qúa trình thu hồi CO2 theo hướng thân thiện môi trường đòi hỏi đi kèm
phương pháp xử lý các khí đồng hành cùng với CO2 trong khí thải đốt than. Ngoài
PM, CO, SO2 và NOx thường thấy, thành phần của các khí đồng hành thường phức
tạp hơn và phụ thuộc vào chủng loại than được sử dụng. Để sản xuất sinh khối VKL
có giá trị dinh dưỡng trong môi trường giàu khí CO2, góp phần giảm thiểu khí gây

21. 7
hiệu ứng nhà kính cần nghiên cứu chế tạo thiết bị thu hồi CO2 từ nguồn phát thải
khí đốt than. Thiết bị hoạt động trên cơ sở dùng các bộ xúc tác và hấp phụ để giảm
thiểu PM, NOx, SO2, HC, CO, VOCs, tạo ra CO2 sạch cho các thí nghiệm nuôi
VKL. Trước hết cần lựa chọn phương pháp loại bỏ khí độc đồng hành với CO2.
Sử dụng vật liệu hấp phụ-xúc tác có khả năng hấp phụ hơi axit, hơi kim loại
nặng và chuyển hoá các khí độc hại (NOx, CO, CxHy, VOCs) thành H2O, N2 ,CO2 là
giải pháp hữu hiệu cho quá trình xử lý khí đồng hành với CO2. Xúc tác truyền
thống cho mục đích này là các kim loại quý, kim loại chuyển tiếp và các tổ hợp của
chúng. Với sự bùng nổ của công nghệ nano, nhiều loại xúc tác giá rẻ có thể thay thế
được những xúc tác bằng kim loại quý hiếm. Có thể nói rằng từ hơn 30 năm qua
xúc tác nano đã thể hiện những ưu thế đặc biệt không những làm tăng hoạt tính và
miền ứng dụng của vật liệu xưa kia vẫn dùng ở kích thước micromét mà còn mở ra
những con đường chế tạo nhiều xúc tác đa thành phần, đa chức năng ở quy mô phân
tử, đưa khả năng ứng dụng vật liệu xúc tác lên tầm mức mới. Với kích thước nhỏ bé
này, vật liệu có những tính năng thực sự tuyệt vời nhờ diện tích bề mặt riêng lớn,
nồng độ khuyết tật trong cấu trúc cao của các tâm xúc tác [21],[22].
Các quá trình chuyển hóa này được thúc đẩy nhanh trong môi trường xúc tác
ôxy hóa và khử. Môi trường này đòi hỏi có cấu trúc đặc biệt đáp ứng được 3 yêu
cầu khắt khe: a) Thúc đẩy nhanh các phản ứng nói trên; b) Đảm bảo lưu lượng khí
thoát liên tục; c) Làm việc ở chế độ tĩnh để đơn giản hóa và nâng cao tính năng hoạt
động của thiết bị. Để đáp ứng được 3 yêu cầu trên, các bộ xúc tác có thể cần được
đưa lên cấu trúc tổ ong. Những bộ xúc tác này được chế tạo bằng phương pháp tẩm
các vật liệu xúc tác có kích thước hạt vài chục nanomét lên các bộ xương nền
cordierit cấu trúc tổ ong. Trong đó, các vật liệu xúc tác được lựa chọn chế tạo trên
nền ôxít kim loại cấu trúc nano để đảm bảo hiệu quả cao của quá trình xúc tác trong
một không gian nhỏ gọn. Cấu trúc tổ ong của bộ xúc tác giúp tăng bề mặt tiếp xúc,
hạn chế quá trình co cụm của các tâm xúc tác, dễ xắp xếp, dễ kiểm soát được ảnh
hưởng hình thái các modun, từ đó cho phép thiết lập các cấu hình thiết bị thuận tiện
cho việc xử lý khí thải và có thể kiểm soát ở quy mô thực tế [23].
1.2.CÔNG NGHỆ XÚC TÁC – HẤP PHỤ XỬ LÝ CÁC KHÍ THẢI ĐỒNG
HÀNH VỚI CO2 TRONG KHÍ THẢI ĐỐT THAN
1.2.1. Vật liệu hấp phụ

22. 8
Ngày nay, các vật liệu hấp phụ nói chung thường được ứng dụng trong xử lý
khí SOx, H2S, HF, HCl, CO2, ...Tuy nhiên, với mục đích làm sạch CO2 từ khí thải
đốt than cho quá trình nuôi Spirulina platensis, chúng tôi chủ yếu quan tâm đến các
vật liệu hấp phụ có khả năng giải quyết các khí SO2, HF, HCl. Các quy trình xử lý
SO2, HF, HCl có thể được phân thành hai phương pháp cơ bản: phương pháp loại
bỏ và phương pháp thu hồi. Trong mỗi phương pháp có thể phân loại thành phương
pháp ướt hoặc phương pháp khô, có xúc tác hoặc không có xúc tác [24].
Thực tế cho thấy, xử lý khí bằng phương pháp hấp thụ, sử dụng dung dịch
kiềm như các dung dịch canxi và natri hoặc một số hợp chất của kim loại kiềm thổ
khác khi ở dạng dung dịch là những chất hấp thụ được sử dụng rất phổ biến trong
quá trình khử độc, làm sạch khí thải [25]. Tuy nhiên, phương pháp ướt có một số
nhược điểm như tốn dung môi xử lý, nếu sử dụng hoàn nguyên thì tốn chi phí hoàn
nguyên dung dịch, nếu không hoàn nguyên thì cần thiết phải xử lý nước thải, ngoài
ra thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích.
Để khắc phục nhược điểm trên của phương pháp ướt, một số quy trình loại bỏ hoặc
thu hồi bằng phương pháp hấp phụ đã được nghiên cứu.
Phương pháp hấp phụ dùng các hợp chất của canxi
Các hợp chất của canxi như CaO, Ca(OH)2 hoặc muối CaCO3 có khả năng
xử lý các khí HCl, HF và SO2 do có tính kiềm [26],[27]. SO2, HCl và HF tác dụng
với các chất trên theo các phương trình phản ứng:
CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O (1.1)
CaO + 2HF → CaF2 + H2O (1.2)
Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O (1.3)
Ca(OH)2 + 2HF → CaF2 + 2H2O (1.4)
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O (1.5)
CaCO3 + 2HF → CaF2 + CO2 + H2O (1.6)
CaO + 4SO2  3CaSO4 + CaS (1.7)
CaO + SO2 + 1/2O2  CaSO4 (1.8)
CaCO3 + SO2 + 1/2O2  CaSO4 .1/2H2O + CO2 (1.9)
Ca(OH)2 +SO2 + 1/2O2  CaSO4 .1/2H2O + 1/2H2O (1.10)
Các chuỗi phản ứng có thể được đặt ra như sau: SO3 > HF > HCl > SO2 >>
CO2 [27].

23. 9
Quy trình này cũng đã được nhiều nơi trên thế giới sử dụng. Khi ở dạng cứng
các hợp chất trên cơ sở canxi là những chất hấp phụ được nghiên cứu sử dụng rộng
rãi trong việc khử độc khí thải của các nhà máy nhiệt điện dùng than.
Vùng hoạt động của các chất hấp phụ trên cơ sở canxi cũng rất rộng từ nhiệt
độ khí quyển bình thường cho đến khoảng nhiệt độ từ 100-125o
C, không chỉ với khí
thải nóng mà còn với cả khí thải có độ ẩm cao. Các dạng hợp chất của canxi có thể
sử dụng ở dạng độc lập hoặc kết hợp với các vật liệu vô cơ khác như tro bay của các
nhà máy nhiệt điện dùng than, xỉ của các nhà máy luyện thép các khoáng chất tự
nhiên như điatomit, set-caolanh, bentomit, thạch anh hay các vật liệu tổng hợp như
oxit nhôm, samot, cordierit, sợi cac bon, than hoạt tính. Sự kết hợp của các chất hấp
phụ trên cơ sở canxi với các vật liệu khác một cách thích hợp không làm giảm hoạt
tính hấp phụ của các hợp chất canxi mà độ bền cơ, bền nhiệt của các hệ hấp phụ
được nâng cao. Là những chất liệu có sẵn trong tự nhiên nên hiệu quả kinh tế của
việc sử dụng hệ hấp phụ trên cơ sở canxi đã được đánh giá cao [23],[27].
Phương pháp hấp phụ dùng các hợp chất của natri
NaHCO3 và Na2CO3 có thể ứng dụng trong phương pháp xử lý khô, với khả
năng hấp phụ tốt HCl và SO2 ở nhiệt độ tương đối cao và không phụ thuộc vào độ
ẩm khí thải. Ở nhiệt độ > 140 °C, NaHCO3 phân hủy thành natri các bonat
(Na2CO3), các bon dioxide (CO2) và nước (H2O):
2 NaHCO3  Na2CO3 + CO2 + H2O ( t > 140 o
C) (1.11)
Na2CO3 + SO2 Na2SO3 + CO2 (1.12)
Na2SO3 + ½ O2  Na2SO4 (1.13)
Na2CO3 + 2 HCl  2 NaCl + CO2 + H2O (1.14)
Na2CO3 + 2 HF  2 NaF + CO2 + H2O (1.15)
Các chuỗi phản ứng có thể được đặt ra như sau: SO3 > HCl > SO2 >> HF >
CO2 [27].
Phương pháp khô phối hợp các hợp chất của canxi và natri
Để xử lý một cách hiệu quả nhất, có thể phối hợp cả hai phương pháp trên:
Phương pháp khô dùng các hợp chất của canxi và natri [28]. Về bản chất, các
nghiên cứu [29],[30] đã chỉ ra quá trình hấp phụ các nguyên tố độc hại trong khí
thải của các hợp chất trên cơ sở canxi, natri là quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ
hóa học. Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ có liên quan đến lực hút phân tử, bề

24. 10
mặt riêng, độ rỗng, kích thước hạt của các vật liệu hấp phụ,...Khác với hấp phụ vật
lý, quá trình hấp phụ hóa học của các hợp chất canxi, natri với các hợp chất có trong
khí thải diễn ra ở mọi trạng thái và điều kiện. Thực chất đó là các phản ứng hóa học
giữa các hợp chất của canxi, natri với hợp chất có trong khí thải.
Phản ứng của hệ hấp phụ (CaO)(SiO2)y(H2O)z được tổng hợp từ Ca(OH)2 và
SiO2 với HCl, SO2, NO2 có trong khí thải diễn ra như sau [31],[32]:
(CaO)(SiO2)y(H2O)z + HCl  CaCl22H2O + yH2SiO2 + (z-y-1)H2O (1.16)
(CaO)(SiO2)y(H2O)z + SO2  CaSO31/3H2O +yH2SiO2 +(z-y-
1/2)H2O
(1.17)
(CaO)(SiO2)y(H2O)z + 3NO2  Ca(NO3)2+NO +yH2SiO3 +(z-y)H2O (1.18)
(CaO)(SiO2)y(H2O)z +CaSO31/3H2O + 2 NO2  CaSO4.2H2O +
Ca(NO3)2+yH2SiO3 +(z-y-3/2)H2O
(1.19)
Các phản ứng cho thấy bản chất và phạm vi tác dụng của hệ hấp phụ tổng hợp
trên cơ sở canxi, natri với các chất độc hại khác nhau có trong khí thải.
Phương pháp khô dùng hệ hấp phụ Fe2O3-MnO2
So với các hợp chất kim loại kiềm, kiềm thổ, khả năng hấp phụ của các hợp
chất trên cơ sở kim loại màu, kim loại đen như oxit sắt, oxit mangan nhỏ hẹp hơn.
Các oxit này đã được nghiên cứu, sử dụng làm chất hấp phụ các hợp chất halogen,
H2S, NO2, SO2, As, Hg,....Khi xử lý làm sạch khí thải cho lò đốt than, hệ hấp phụ
Fe2O3-MnO2 được định hướng vào việc xử lý hơi kim loại nặng, hơi axit làm việc ở
nhiệt độ đến 400o
C [33],[34].
Một đặc điểm đáng chú ý nhất trong việc sử dụng các hợp chất oxit của sắt-
mangan tự nhiên hay tổng hợp là tính chất từ của vật liệu. Cho dù tính chất từ của
các oxit sắt, mangan còn phụ thuộc vào trạng thái hình thức tồn tại nhưng từ trường
tạo ra từ các vật liệu này là một tác nhân vật lý có ảnh hưởng tác động đến quá trình
xử lý làm sạch khí thải. Thực tế, trong công nghệ từ trường, vật liệu có từ tính đã
được sử dụng như những vật liệu làm sạch các chất lỏng, chất khí, trong việc khử
bụi, hấp phụ các kim loại thăng hoa khi ở nhiệt độ cao.
Dưới đây là một ví dụ về phản ứng hấp phụ thông qua các phản ứng giữa
Fe2O3 với HCl, HF [35]:
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O (1.20)
Fe2O3 + 6HF = 2FeF3 + 3H2O (1.21)

25. 11
Tóm lại, từ các nghiên cứu tổng quan về vật liệu hấp phụ HCl, HF, SO2 ứng
dụng trong làm giàu CO2 từ khí thải đốt than, luận án lựa chọn hệ hấp phụ CaO-
Na2CO3, hệ hấp phụ Fe2O3-MnO2 để chế tạo cho quá trình xử lý khí.
1.2.2. Vật liệu xúc tác
1.2.2.1. Vật liệu xúc tác oxi hóa
Ở những năm 70 của thế kỷ trước, các bộ lọc xúc tác khí được chế tạo chủ yếu
dựa trên các kim loại quý như Pt, Pd, Rh. Giờ đây, nhiều thế hệ xúc tác ưu việt đã
được nghiên cứu nhằm thay thế dần các kim loại quý hiếm. Những giải pháp hỗn
hợp xúc tác từ các oxit kim loại hoặc các oxit phức hợp perovskit/ spinel với một
phần nhỏ Pt/Ru như hệ La1-xSrxCoO3 – Pt/Ru, hoặc tổ hợp các kim loại quý như Pt/
CeO2 – ZrO2 [36]... đã được nghiên cứu. Tuy nhiên, những phương pháp này vẫn
còn tốn kém vì các kim loại quý hiếm khá đắt tiền.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ chế tạo vật liệu, các nhà
xúc tác học đã sáng tạo ra nhiều phương pháp chế tạo mới nhằm cải thiện các xúc
tác dựa trên kim loại quý bằng oxit kim loại truyền thống Co2O3, Co3O4, CuO,
MnO2, Fe2O3, Cr2O3, CuO/Cr2O3, NiO …[37]. Ưu điểm của các xúc tác oxit kim
loại truyền thống là: có hoạt tính xúc tác cao (không bằng kim loại quý khi ở nhiệt
độ thấp, tuy nhiên khi ở nhiệt độ cao thì hoạt tính tương đương), giá thành rẻ, ít bị
đầu độc bởi các oxit nito, lưu huỳnh và CO2, độ bền cơ học cao do đó có thể sử
dụng lâu dài. Xie và cs (2010) cho thấy cobanoxit là một trong những oxit kim loại
được ứng dụng rộng rãi làm xúc tác cho nhiều quá trình hóa học. Các oxit coban
CoxOy có thể xúc tác cho một số phản ứng tổng hợp hữu cơ, đặc biệt, nó có thể xúc
tác cho phản ứng chuyển hóa các khí thải độc hại như CO, CxHy, VOC…[38]. Tuy
nhiên các oxit này với kích thước micromet có hoạt tính xúc tác ở nhiệt độ cao >
300 o
C [39]. Nghiên cứu của Chen và cs (2003) cho thấy coban oxit với kích thước
nanomet và được tích hợp với những nguyên tố thích hợp tạo ra những vật liệu hỗn
hợp thể hiện tính oxi hóa ở nhiệt độ khá thấp (150 – 250o
C). Ở kích thước nanomet
thì tính chất xúc tác của vật liệu tăng lên nhiều lần. Với kích thước hạt ở quy mô
phân tử, trên bề mặt xúc tác, các giai đoạn hấp phụ, hoạt hóa và giải hấp phụ xảy ra
nhanh chóng làm tăng tốc độ phản ứng xúc tác [39].
Trong những năm gần đây, xúc tác perovskit chứa kim loại chuyển tiếp thay
thế một phần đáng kể các kim loại quý cho các phản ứng oxi hóa CO cũng là một

26. 12
hướng quan tâm đặc biệt. Ưu điểm của các xúc tác perovskit này là giá thành rẻ do
có thể thay thế một số kim loại quý, hoạt tính cao trong các phản ứng oxi hóa CO,
VOCs, CxHy và cả phản ứng chuyển hóa NOx cũng những những hạt bụi lơ lửng
(PM- particle metter) [40]. Một trong những công trình nghiên cứu tương đối sớm
là của Libby vào năm 1971 [41]. Phản ứng oxi hóa hoàn toàn CO trên xúc tác
perovskit có thể mô tả theo phương trình phản ứng tổng quát như sau [42]:
CO + 1/2 O2  CO2 (1.22)
Tascon và cs (1981) [43] đã chỉ ra rằng tính hấp phụ và khử hấp phụ oxi bề
mặt cũng như oxi mạng lưới của perovskit có liên quan chặt chẽ đến hoạt tính xúc
tác trong phản ứng oxi hóa CO theo các phương trình sau:
CO (khí) + O2 (khí) + exúc tác  CO(hấp phụ) + O2
-
( hấp phụ) (1.23)
COhấp phụ + O2
-
hấp phụ CO3
-
hấp phụ (1.24)
CO hấp phụ + 2O-
hấp phụ CO3
2-
hấp phụ (1.25)
CO hấp phụ + O2-
hấp phụ +O-
hấp phụ CO3
-
hấp phụ + O-
hấp phụ (1.26)
CO3
-
hấp phụ (CO3
2-
hấp phụ) CO2 hấp phụ + O-
hấp phụ (O2-
hấp phụ) (1.27)
CO2 hấp phụ  CO2 (khí) (1.28)
(1.29)
Các oxit phức hợp perovskit có dạng ABO3 với A = La, Nd, Sm..; B = Ti, Cr,
Mn, Fe, Co, Ni…). Ví dụ điển hình của perovskit là oxit phức hợp LaCoO3, ion La
có hóa trị 3+ và Co cũng mang hóa trị 3+. Trạng thái hóa trị cao của Co3+
là điều
kiện cần cho phản ứng xúc tác oxy hóa khử. Mặt khác, ion Co có thể tồn tại ở
những trạng thái oxy hóa khác nhau như Co2+
, Co3+
, Co4+
và chúng có thể chuyển
hóa lẫn nhau. Điều này tạo thêm điều kiện đủ cho phản ứng xúc tác oxy hóa khử.
Một đặc tính quý báu của ABO3 nói chung và LaCoO3 nói riêng là các ion ở vị trí A
và B có thể thay thế một phần bởi ion kim loại khác tạo nên những vật liệu A1-
xMxB1-yB’yO3 cũng có cấu trúc perovskit nhưng có nhiều đặc tính mới, thể hiện hoạt
tính xúc tác khá cao, độ chọn lọc và thời gian sống lớn. Những công bố mới đây cho
thấy, có thể biến tính các perovskit bằng các kim loại kiềm vào vị trí A, hoặc các
kim loại chuyển tiếp vào vị trí B để nhận được tính chất mới của vật liệu như diện
tích bề mặt riêng cao hơn, nồng độ khuyết tật tinh thể lớn hơn, do đó khả năng
tương tác với các phân tử khí hay các thành phần khác trong khói thải nhiều hơn và
xúc tác hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn. Kim loại thế vào vị trí A thường là các

27. 13
nguyên tố kiềm như Li+
hoặc Na+
, K+
[44] hoặc kiềm thổ như Sr2+
, Ba2+
, hoặc Ca2+
[45], các nguyên tố ở vị trí B thường là các kim loại chuyển tiếp như mangan,
coban, sắt, đồng, niken. Do tính đặc thù về cấu trúc tinh thể, sự phân bố các ion kim
loại trong các ô mạng cơ sở, lớp vật liệu tiên tiến trên có tính nhạy khí cao. Những
xúc tác này không những có khả năng thúc đẩy những phản ứng phân hủy các loại
khí độc hại nói trên mà còn xúc tiến cho quá trình phân hủy bụi muội hay những hạt
bụi lơ lửng. Đây là những thành phần trong khói thải rất nguy hại cho sức khỏe con
người cần phải được giảm thiểu tối đa. Về khả năng xúc tác của chúng cho phản
ứng oxy hóa CO, CxHy, VOCs đã được công bố rất nhiều trên thế giới [46].
Wei và cs (2005) đã nghiên cứu chế tạo La0.9K0.1CoO3 bằng 2 phương pháp
sol gel và phương pháp phản ứng rắn. Kết quả của tác giả cho thấy phương pháp sol
gel thu được vật liệu có độ tinh thể cao hơn. Cũng trong một công trình nghiên cứu
khác, các tác giả, 2006 cho thấy hoạt tính xúc tác xử lý CO, NOx, bụi muội của
La0.9K0.1CoO3 được chế tạo bằng phương pháp sol gel cao hơn phương pháp phản
ứng rắn [47],[48].
Jian và cs (2014) [49] đã đăng tải công trình nghiên cứu một loạt các xúc tác
LaxK1-xCoO3 (x = 1; 0,95; 0,9) và tính chất xúc tác của chúng. Các kết quả thu được
cho thấy vật liệu có hoạt tính tốt cho phản ứng xử lý CO. Trong đó, diện tích bề mặt
riêng và khả năng xúc tác cho chuyển hóa CO ở nhiệt độ trên 200 o
C của hệ
La0.9K0.1CoO3 cao hơn hệ La0.95K0.05CoO3.
Ở Việt Nam, Quách Thị Hoàng Yến và cs (2011) [50] cho thấy hoạt tính xúc
tác của La1-xNaxCoO3 (x= 0,1 – 0,3) trong xử lý CO và bụi muội. Các mẫu có thể
chuyển hóa CO và bụi muội tại nhiệt đô 216o
C và 400o
C tương ứng. Nghiên cứu
này cho thấy hàm lượng kim loại thế ảnh hưởng đến khả năng xâm nhập của nó vào
mạng tinh thể perovskit, trong đó x càng tăng thì khả năng tạo thành đơn pha
perovskit càng giảm, hay lượng La0,9Na0,1CoO3 > La0,8Na0,2CoO3 > La0,7Na0,3CoO3.
Điều này có thể suy ra việc tăng hàm lượng Na gây khó khăn cho khả năng hình
thành mạng tinh thể perovskit.
Trong nghiên cứu của Trần Thị Minh Nguyệt và cs (2012) [23], một loạt các
perovskit kích thước nanomet dạng La1-xMxCoO3 (M=Na, Li, K) được chế tạo bằng
phương pháp Sol-Gel citrate có hoạt tính xúc tác khá cao cho phản ứng oxi hóa CO
(Li < Na < K) ở nhiệt độ tương đối thấp với TK < TLi < TNa, trong đó hoạt tính xúc

28. 14
tác của La0.9K0.1CoO3 lại cao hơn cả. Dựa vào các kết quả nghiên cứu giản đồ nhiễu
xạ tia X các tác giả cho rằng trong các mẫu tạo thành La1-xLixCoO3 và La1-
xNaxCoO3 vẫn còn lượng nhỏ các pha oxit Co3O4. Trong khi đó ở mẫu La1-xKxCoO3
thì các kim loại La, K, Co đã hoàn toàn đi vào mạng tinh thể perovskit.
Như vậy, các nghiên cứu cuả các tác giả trong và ngoài nước cho thấy khả
năng oxy hóa cao của lớp vật liệu xúc tác nano nói trên, đặc biệt là khả năng phân
hủy bụi muội (PM). Với các lợi thế về giá thành rẻ, hoạt tính cao, luận án đã chọn
vật liệu La0.9K0.1CoO3 cho các nghiên cứu tiếp theo trong xử lý khí thải đốt than.
1.2.2.2. Vật liệu xúc tác chuyển hóa NOx
Ngoài xúc tác oxi hóa thì việc chế tạo xúc tác cho phản ứng khử hay đặc biệt
là cho quá trình deNOx là một thách thức lớn đối với các nhà công nghệ. Khó khăn
là vì, nếu như chúng ta có được xúc tác có thể biến NO2 thành N2 và O2 ( NO2
N2+O2) thì đối với NO, trước hết phải chuyển NO + O2 NO2. Như thế là xúc tác
cần phải có cả chức năng oxi hóa và chức năng khử. Nhiều loại xúc tác đã được đề
xuất ứng dụng trong lĩnh vực này [51]. Những hệ xúc tác mới ngày càng được hoàn
thiện và có hoạt tính cao. Điều quan trọng là khi chế tạo xúc tác cần thiết phải tạo ra
những tâm xúc tác có chức năng khác nhau để thực hiện trọn vẹn quá trình chuyển
hóa NOx như đã nói ở trên. Vì vậy những xúc tác cho phản ứng deNOx thường phải
là những vật liệu đa thành phần. Trên thực tế, người ta đã bổ sung phần tử thứ ba
(kim loại hoặc phi kim) vào chất xúc tác nhị phân ban đầu để tăng cường hoạt tính
xúc tác cũng là một trong những phương án khả thi. Chen và cs (2010) đã bổ sung
WO3 vào chất xúc tác CeO2/TiO2 làm tăng hoạt tính xúc tác deNOx của CeW6Ti đạt
đến 100% ở 250 °C và tốc độ khí 28.000 giờ-1
, cao hơn khoảng 22% so với
CeO2/TiO2 [52]. Zhong và cs (2011) đã đưa F vào xúc tác V2O5/TiO2, vì F có lợi
cho sự hình thành các vị trí oxy bề mặt và Superoxide. Nghiên cứu cũng cho thấy
hoạt tính xúc tác của VTiF1.35 đạt trên 80% ở 240 o
C và tốc độ khí 30.000 giờ-1, cao
hơn khoảng 30% so với V2O5 / TiO2 [53]. Một trong những xúc tác mà hiện nay thế
giới đang thử nghiệm nhiều nhằm sử dụng cho quá trình chuyển hóa đồng thời NOx,
VOCs cũng như các dẫn xuất của Dioxin và Furan là tổ hợp oxit TiO2, V2O5,
WO3/MoO3 trên chất mang SiO2-Al2O3 [52].
Djerad và cs (2004) tổng hợp các chất xúc tác V2O5-WO3/TiO2 bằng phương
pháp sol-gel cho thấy hoạt tính xúc tác V2O5-WO3/TiO2 phụ thuộc vào hàm lượng

29. 15
V2O5 [54]. Dong và cs (2014) đã nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên hoạt tính xúc
tác của V2O5-WO3/TiO2 thông qua quá trình ngâm tẩm ướt, và cho thấy V2O5-
WO3/TiO2 có hoạt tính de-NOx cao khi tăng cường tính axit của vật liệu [55].
Nhìn chung, hoạt tính xúc tác của mỗi loại vật liệu phụ thuộc vào nhiều thông
số: tính chất bề mặt riêng, cấu trúc lỗ xốp, hình thái học, kích thước hạt, tính
axit…Theo những tài liệu đã công bố trên thế giới, tính chất axit của xúc tác ảnh
hưởng đáng kể tới hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác V2O5-WO3/TiO2. Đặc biệt,
đối với phản ứng chuyển hóa NOx, các dẫn xuất của Dioxin và Furan, hoạt tính xúc
tác còn phụ thuộc vào tỷ lệ tâm Bronsted (B) và Lewis (L) [56],[57],[58]. Trong khi
đó, tính axit của hệ xúc tác V2O5 + WO3/TiO2 phụ thuộc vào tỷ lệ hàm lượng mỗi
hợp phần, vào mức độ sulphat hóa của hệ [58].
Trên thực tế các tác nhân này làm thay đổi tính chất axit trên bề mặt vật liệu,
tức là nồng độ tâm axit Bronsted và Lewis đã thay đổi. Theo Debecker và cs (2007)
[59] thì bản chất axit của vật liệu đã ảnh hưởng mạnh tới tính chất hấp phụ và giải
hấp phụ của MonoCloroBiphenyl (MCB), PolyCloroBiphenyl (PCB) hay một số
hợp chất hữu cơ dễ cháy (VOCs).
Bertinchamps và cs (2006) cho rằng quá trình sulphat hoá TiO2 đã làm tăng
tâm axit Lewis lên 2 lần, trong đó tâm L trên bề mặt thể hiện mạnh hơn. TiO2 bình
thường không chứa tâm B. Khi sulphat hoá thì lượng B cũng xuất hiện chút đỉnh.
Việc đưa các oxit của V, W hay Mo làm giảm tâm Lewis do hiệu ứng bao phủ bề
mặt, đồng thời làm tăng tâm Bronsted lên 4 lần so với quá trình sulphat hoá [60].
Hình 1. 1. Nhiệt độ chuyển hóa 80% o-DCB (các đường nét liền) và độ axit
Bronsted tương đối (đường nét đứt) phụ thuộc hàm lượng V2O5 trên hệ TiO2(□,
■)và hệ TiO2/WO3 (∆,▲)[56]

30. 16
Hình 1.1 [56] cho thấy khi hàm lượng V2O5 tăng từ 0% đến 3% trên TiO2 và
TiO2/WO3 thì số tâm Bronsted tăng tương ứng với sự giảm nhiệt độ chuyển hóa 80%
DCB, từ 500o
C và 360o
C xuống còn 320o
C và 270o
C. Tiếp tục tăng hàm lượng V2O5
trong xúc tác lên đến 5% thì số tâm Bronsted lại giảm chậm và nhiệt độ chuyển hóa
DCB lại tặng dần. Điều đó chứng tỏ trên hệ TiO2 hoặc TiO2/WO3 thì khi thêm hàm
lượng V2O5 là 3% sẽ tối ưu cho quá trình chuyển hóa DCB.
Theo hình 1.1[56], ta thấy rằng khi tăng hàm lượng V2O5 từ 0% đến 5%
trong TiO2 và TiO2/WO3 thì số tâm axit Lewis giảm và trên TiO2/WO3 giảm mạnh
hơn (từ 1,15 xuống 0,5a.u) so với trên TiO2 (từ 1 xuống 0,58 a.u). Dựa vào hình 1.1
và 1.2 ta thấy trong khoảng 2-3%V2O5 sự giảm tâm Lewis cũng như sự tăng tâm
Bronsted diễn ra mạnh nhất.
Hình 1. 2. Độ axit Lewis tương đối qua hệ TiO2 (□) và hệ TiO2/WO3 (■)[56]
Độ axit còn ảnh hưởng tới độ chọn lọc của quá trình xúc tác. Nghiên cứu của
các nhóm tác giả Stefania và cs (2008); Pan và cs (2013); Peng và cs (2013) cho
thấy độ chọn lọc chuyển hóa NOx và anhydrit o-dicloromaleic tăng theo độ tăng số
tâm Bronsted và độ giảm tâm Lewis [56],[61],[62].
Trên cơ sở khoa học đã bàn luận ở trên, nhận thấy vật liệu V2O5-WO3/TiO2
vừa có khả năng giải quyết vấn đề deNOx, vừa có khả năng ngăn chặn sự hình thành
Dioxin, Furan. Chính vì vậy, vật liệu V2O5-WO3/TiO2 đã được lựa chọn, được tiến
hành chế tạo số mẫu xúc tác và nghiên cứu tính axit của chúng để tìm ra tổ hợp xúc
tác phù hợp cho việc ứng dụng trong chuyển hóa NOx từ khí thải đốt than, cũng như
trong xử lý VOC và ngăn ngừa sự hình thành các dẫn xuất của dioxin/furan.
1.2.2.3. Vật liệu xúc tác quang
Xúc tác quang có thể làm việc ở nhiệt độ thường dưới ánh sáng mặt trời. Vì
vậy, xúc tác quang là một vật liệu đầy hứa hẹn cho công nghệ thanh lọc không

31. 17
khí, giảm một loạt các chất ô nhiễm trong môi trường nước [63]. Thế giới đã
đăng tải nhiều công trình nghiên cứu vật liệu xúc tác quang có khả năng ứng
dụng cao. Trong số các xúc tác quang, TiO2 khá trơ về mặt hóa học và sinh học
nên thân thiện với môi trường. Các nhà công nghệ đang kỳ vọng nhiều vào khả
năng xúc tác của nano TiO2 cho nhiều phản ứng xúc tác giảm thiểu một loạt các
chất ô nhiễm trong môi trường nước/ khí [64].
TiO2 tồn tại dưới 3 dạng tinh thể là: rutil, anatase và brookite. Trong đó,
anatase có năng lượng vùng cấm là 3,2 eV, tương đương với một lượng tử ánh
sáng có bước sóng < 388nm và Rutil có năng lượng vùng cấm là 3,0 eV tương
đương với một lượng tử ánh sáng có bước sóng ≤ 413 nm nên nếu dùng TiO2 thì
chỉ có thể sử dụng một phần tia cực tím nhỏ của ánh sáng mặt trời, khoảng 2-5%.
Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc pha tạp TiO2 bằng kim loại hoặc phi kim
loại để xúc tác có thể hoạt động được trong vùng ánh sáng khả kiến [65].
Nano TiO2 ứng dụng trong xử lý nước đã được nghiên cứu khá nhiều [66],
trong khi đó mảng ứng dụng cho xử lý khí còn chưa rộng rãi. Tuy nhiên, những
ứng dụng nano TiO2 trong xử lý môi trường không khí đã được nghiên cứu và
triển khai tại một số đơn vị nghiên cứu ở Việt Nam. Đề tài “Nghiên cứu xử lý ô
nhiêm không khí bằng vật liệu sơn nano TiO2/Apatite, TiO2/Al2O3 và TiO2/bông
thạch anh” do PGS.TS. Nguyễn Thị Huệ, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam làm chủ nhiệm, đã chế tạo thành công
một số sản phẩm khoa học mới có sử dụng vật liệu nano TiO2 như: bộ lọc chủ
động quang xúc tác sử dụng TiO2 phủ trên vật liệu bông thạch anh và TiO2 phủ
trên sợi Al2O3 trong thiết bị làm sạch không khí, sơn TiO2/Apatite diệt khuẩn
[67]. Luận án tiến sĩ của Nguyễn Thị Hồng Phượng (2014), Trường đại học Bách
khoa Hà Nội tập trung vào nghiên cứu chế tạo màng phủ trên vật liệu gốm sứ có
khả năng tự làm sạch, diệt khuẩn, nấm mốc…[68]. Luận án tiến sĩ của Nguyễn
Thế Anh (2013), Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam đã tổng hợp và đánh giá hoạt tính một số vật liệu trên cơ sở TiO2 biến tính
Ceri và Nito, tìm điều kiện tối ưu tổng hợp được vật liệu xúc tác quang dưới ánh
sáng nhìn thấy [69].
Phần lớn các nghiên cứu tập trung vào biến tính anatase TiO2 do mật độ cấu
trúc bát diện của TiO2 trong anatase nhỏ hơn trong rutil (tạo thêm khoảng trống

32. 18
trong anatase cho quá trình vận chuyển và khuếch tán quang ánh sáng và
electron). Anatase có thể thu được ở nhiệt độ thấp (<500 °C) với kích thước hạt
nhỏ, quá trình sản xuất TiO2 cho mục đích ứng dụng đòi hỏi kiểm soát các điều
kiện phản ứng để có được anatase. Các tác giả cho thấy hoạt tính của vật liệu phụ
thuộc vào tính chất bề mặt của chúng như kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng,
cấu trúc bề mặt và các vị trí tâm hoạt động. Những thuộc tính này phụ thuộc vào
các phương pháp chế tạo. Chen và cs (2007) [70] đã chỉ ra rằng TiO2 pha tạp Cr
được điều chế bằng một phương pháp ngâm tẩm có các hoạt tính xúc tác quang ít
hơn phương pháp cấy các ion Cr lên TiO2. Theo các nghiên cứu đã công bố [71],
pha tạp V2O5 vào TiO2 anatase có thể làm giảm năng lượng vùng cấm, làm thay
đổi độ hấp thụ bước sóng của vật liệu trong vùng ánh sáng nhìn thấy, do đó các
hoạt động xúc tác tăng đáng kể. Khi nhiệt độ điều chế tăng kích thước hạt cũng
tăng lên, đồng thời anatase cũng chuyển thành rutil. Điều này có nghĩa là chúng
ta sẽ thu được TiO2 rutil với kích thước lớn hơn trong quá trình nung ở nhiệt độ
cao và do đó các hoạt động xúc tác của rutil ít hơn anatase.
Phần lớn các nghiên cứu trước đây trên thế giới đều tập trung vào dạng
TiO2 anatase vì những lý do nêu trên. Tuy nhiên, trong thực tế, hình thức tồn tại phổ
biến nhất và ổn định của TiO2 trong tự nhiên là rutil và rutil có năng lượng vùng
cấm thấp hơn anatase. Nếu dạng rutil TiO2 có thể được sử dụng như một xúc tác
quang thì chi phí có thể được giảm và sự lo lắng về việc kiểm soát các điều kiện
trong quá trình sản xuất là không cần thiết. Một số tác giả đã biến tính rutil bằng
phương pháp thủy nhiệt nhằm tăng hiệu quả hoạt tính xúc tác của vật liệu [72].
Tại Việt Nam, Trần Thị Minh Nguyệt và cs (2013) đã chế tạo thành công
vật liệu nano rutil TiO2 doping bởi V2O5 bằng phương pháp nghiền phản ứng
năng lượng cao [63]. Kết quả cho thấy vật liệu nano TiO2 dạng Rutil biến tính
bằng Vanadium có khả năng hoạt động trong vùng ánh sáng nhìn thấy với hiệu
suất khá cao: TiO2/V2O5 chế tạo được không những hấp thụ tốt ánh sáng trong
vùng ánh sáng tử ngoại mà còn hấp thụ khá cao ánh sáng với bước sóng 400-
600nm; xúc tác tốt cho phản ứng phân hủy xanh methylene ở ánh sáng thường và
nhiệt độ phòng. Với dấu hiệu khả quan về quang xúc tác của vật liệu trên phản
ứng truyền thống với xanh methylene, các tác giả kỳ vọng vào khả năng phân
hủy tốt một số chất độc hại trong không khí, đặc biệt là CO.

33. 19
Trên cơ sở những nghiên cứu trong và ngoài nước, chúng tôi đã chọn
phương án chế tạo nano rutil TiO2/V2O5 từ rutil công nghiệp và oxit V2O5. Vật
liệu chế tạo được mang thử nghiệm cho phản ứng chuyển hóa CO nhằm xử lý triệt
để khí thải ngay ở nhiệt độ thường và ánh sáng mặt trời. Với hy vọng khi kết hợp
với hệ thống xúc tác truyền thống và tiến tới thay thế hoàn toàn bằng vật liệu quang
xúc tác thì có thể tiết kiệm được năng lượng vận hành, giản tiện thiết bị.
1.3.NGUỒN CO2 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN CHO SINH TRƯỞNG VI TẢO
VÀ VI KHUẨN LAM
1.3.1. Vi tảo và nguồn các bon vô cơ
1.3.1.1. Vi tảo và nguồn cacbon vô cơ
Vi tảo có khả năng sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp và cố định các bon
cao gấp 5 đến 20 lần so với thực vật trên cạn, không đòi hỏi diện tích đất trồng trọt
lớn [73]. Các bon chiếm gần 50% trọng lượng khô của vi tảo nên trong quá trình
sinh trưởng vi tảo đòi hỏi các bon vô cơ hòa tan để tổng hợp tế bào. Chính vì vậy
các bon vô cơ hòa tan đóng vai trò quan trọng trong quá trình tăng trưởng của vi tảo
[74]. Vi tảo nói chung sống trong môi trường nước trong đó các bon vô cơ tồn tại ở
dạng CO2 hòa tan, ion HCO3
-
và CO3
2-
. Nồng độ của các dạng hợp chất các bon này
cũng như sự cân bằng các dạng này phụ thuộc vào pH môi trường [75].
Đã có rất nhiều nghiên cứu xác định các dạng hợp chất các bon vô cơ được
vận chuyển vào tế bào vi tảo làm nguồn các bon cho quang hợp. Theo Trần Văn
Tựa, 1993 thì phần lớn các tác giả cho rằng CO3
2-
không thể là nguồn các bon trực
tiếp cho quang hợp do nồng độ CO3
2-
cao gây độc đối với thực vật và màng tế bào
không thấm CO3
2-
[76]. Wouters, 1969 cho biết khi pH > 11, các bon vô cơ chủ yếu
ở dạng CO3
2-
khi đó tảo sinh trưởng rất kém và ngừng sinh trưởng [77]. Nghiên cứu
của Miller và cs (1980) chỉ bàn đến giữa HCO3
-
và CO3
2-
dạng nào được vận chuyển
tích cực vào tế bào mà không bàn đến khả năng sử dụng CO3
2-
của tế bào tảo. Điều
này gián tiếp nói lên sự thống nhất của các tác giả về ion CO3
2-
không thể làm
nguồn các bon cho quang hợp [78].
Vậy CO2 hay HCO3
-
trong nước là chất nền cho sự phát triển của vi tảo? Vấn
đề này là mối quan tâm lâu dài đối với các nhà sinh lý học thực vật và các nhà khoa
học thực vật.
Theo Longmuir và cs (1966), quá trình vận chuyển HCO3
-
cùng với sự đồng
hoá CO2 cung cấp đầy đủ lượng CO2 cho các vị trí chuyển hóa các bon trong quang

34. 20
hợp thông qua chu trình Calvin là một cơ chế chung để đảm bảo cung cấp đầy đủ
lượng khí CO2 khi tổng lượng các bon vô cơ bị hạn chế. Các mô hình vật lý của các
quá trình này đã được chứng minh cả ở các pha lỏng và màng nhân tạo lỏng. Đóng
vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển này là enzim CA, xúc tác cả hai phản
ứng (1.30) và (1.31) [79].
k1
H+
+ HCO3
-
 H2CO3  CO2 + H2O (1.30)
k2
HCO3
-
 CO2 + OH-
(1.31)
Enzim CA thường có mặt trong chất nguyên sinh của vi tảo. Berry và cs
(1976) đã chứng minh rằng trong tế bào vi tảo được nuôi ở môi trường sục không
khí lượng enzim này được tìm thấy với số lượng lớn hơn các tế bào được nuôi ở
môi trường giàu khí CO2 1-5%, điều này cho thấy vai trò của enzim này trong các
trường hợp thiếu các bon vô cơ [80].
Theo Zarouk (1966) đã báo cáo rằng, vào năm 1958 Steemann-Nielsen và
Jeneen đã chỉ ra 3 chủng Chlorella có khả năng quang hợp ở pH 11 khi có KHCO3
trong dung dịch này và nồng độ CO2 chỉ gần 10-5
– 10-6
M/lít [75].
Năm 1976, Beardall và cs đã nghiên cứu con đường các bon trong quang hợp của
Skeletonema costatum, Phaedodactylum tricornutum, Dunaliella tertiolecta…Kết quả
nghiên cứu cho rằng enzim ribulozodiphotphat carboxylaza xúc tác sử dụng CO2 và
enzim photphoenolpyruvat carboxylaza xúc tác sử dụng HCO3
-
[81].
Năm 1978, Lehman sử dụng phương pháp các bon phóng xạ 14
C – một
phương pháp chính xác cho phép nhận những bằng chứng thuyết phục để chứng
minh cả HCO3
-
và CO2 đều được vận chuyển qua màng tế bào đến chloroplast trong
tảo xanh Chlamydomonas reinhardii [82].
Hai năm sau, nhóm nghiên cứu của Miller và cs (1980) đã nghiên cứu khả
năng vận chuyển HCO3
-
ở Cocochloris peniocystis bằng phương pháp các bon
phóng xạ 14
C. Kết qủa nghiên cứu đã xác định được HCO3
-
là nguồn các bon cho
quang hợp của loài tảo này [78]. Cũng trong năm 1980, Sikes và cs sử dụng kỹ
thuật tương tự và thấy rằng CO2 là chất nền cho quang hợp của Coccolithus huxley;
nhưng HCO3
-
được sử dụng trực tiếp trong sự hình thành tế bào vi tảo [83].
Amoroso và cs (1998) đã sử dụng phương pháp phân tích cân bằng khối lượng
phổ để nghiên cứu sự hấp thụ CO2 và vận chuyển HCO3
-
trong tế bào và lục lạp của

35. 21
các loài vi tảo Dunaliella tertiolecta và Chlamydomonas reinhardtii, được nuôi trồng
trong môi trường sục không khí giàu CO2 5% hoặc không khí xung quanh. Kết quả
nghiên cứu cho thấy, trong các tế bào của D. tertiolecta, HCO3
-
là dạng các bon vô cơ
chiếm ưu thế, trong khi đó C. reinhardtii lại sử dụng HCO3
-
và CO2 [84].
Klinthong và cs (2015) đã báo cáo rằng vi tảo có khả năng sử dụng ba con
đường hấp thu các bon vô cơ khác nhau: (1) đồng hóa trực tiếp CO2 qua màng tế bào;
(2) sử dụng bicác bonat bằng enzyme các bonic anhydrase, chuyển đổi HCO3
-
thành
CO2; và (3) vận chuyển trực tiếp bicác bonat qua màng tế bào (Bảng 1.1) [85].
Bảng 1. 1. Con đường đồng hóa cacbon vô cơ của một số loài vi tảo [85]
Loài vi tảo
CO2
(con đường 1)
CA
(con đường 2)
HCO3
-
(con đường 3)
Chlamydomonas reinhardtii + + +
Dunaliella terteolecta + + +
Scenedesmus obliquus + + +
Chlorella saccharophila + + +
Chlorella ellipsoidea + - +
Chlorella kesslerii + - +
Navicula pelliculosa + - +
Phaeodactylum tricornutum + + +
Cyclotella sp. + + +
Ditylum brightwellii + - +
Skeletonema costatum + - +
Chaetoceros calcitrans + - +
Thalassiosira punctigera + - n/a
Thalassiosira pseudonanna n/a + +
Porphyridium cruentum + + +
Emiliania huxleyi + + n/a
Dicrateria inornata + + +
Isochrysis galbana + + +
Nannochloropsis gaditana - - +
Nannochloropsis oculata - - +

36. 22
Nhìn chung, các nghiên cứu trước đây đều thấy rằng các loài vi tảo hấp thu
các bon vô cơ bao gồm CO2 và HCO3
-
như là một phần của cơ chế tập trung các bon
(CCM). Đồng thời cơ chế CCM này đã được nghiên cứu như là một chiến lược đối
với vấn đề giảm lượng CO2 và tăng O2 trong khí quyển trong thời gian dài [86],[87].
CCM trong vi tảo giúp cho nồng độ CO2 trong nội bào cao, tránh được sự ức chế
bởi oxy gây ra sự cạnh tranh với CO2 tại các vị trí hoạt động của Rubisco. Cơ chế
này bao gồm sự khuếch tán CO2 vào tế bào tảo, vận chuyển tích cực lượng CO2
và/hoặc HCO3
-
và chuyển đổi ngoại bào từ HCO3
-
thành CO2 do các bonic
anhydrase xúc tác trước khi đồng hóa [88].
1.3.1.2. Vi tảo và nguồn CO2 từ khí thải đốt than
Trong những năm gần đây, một hướng nghiên cứu nhằm giảm phát thải khí
CO2 vào khí quyển là việc biến loại khí này thành nguồn các bon để sản xuất các
loại vi tảo giàu dinh dưỡng – đây là một phương pháp rất thân thiện với môi trường,
có giá trị về kinh tế và thương mại (Hình 1.3).
Hình 1. 3. CO2 từ khí thải làm nguồn cacbon cho vi tảo
Trong đó, khí thải CO2 từ các nhà máy nhiệt điện, nhà máy hóa chất, thép, xi
măng, lò gạch, ...có thể được thu hồi để sản xuất sinh khối vi tảo có giá trị kinh tế. Một
điều thuận lợi cơ bản trong quá trình sản xuất sinh khối vi tảo là các hệ thống bể nuôi
tảo có thể xây dựng đơn giản trên những vùng đất không có khả năng canh tác.
Sử dụng phương pháp sinh học trong giảm thiểu CO2 sau khi đốt than đã thu hút
sự chú ý vì lợi thế của nó là sản xuất nhiên liệu sinh học/sinh khối. Sự gắn kết sinh học
của CO2 bao gồm sự cố định trong thực vật và vi tảo. Các loài vi tảo có những thuận lợi
đặc biệt cho việc giảm thiểu các bon. Vi tảo là vi sinh vật quang hợp nhân sơ hoặc có
nhân có thể phát triển nhanh và sống trong những hoàn cảnh khắc nghiệt hơn nhiều so
với thực vật trên cạn do chúng có cấu trúc đa bào hoặc đơn bào. Ví dụ về các vi sinh
vật prokaryote là vi khuẩn lam cyanobacteria (Cyanophyta) và vi sinh vật có nhân điển

37. 23
hình là vi tảo, ví dụ tảo xanh (Chlorophyta) và tảo cát (Bacillariophyta) [89]. Trong
quang hợp, vi tảo sử dụng CO2 từ khí quyển như một nguồn các bon để sinh trưởng. Tế
bào vi tảo chứa gần 50% các bon, trong đó 1,8 kg CO2 được cố định có thể sản xuất 1
kg sinh khối vi tảo. Hiệu quả cố định CO2 của vi tảo cao hơn khoảng 10 – 50 lần so với
các loài thực vật trên cạn [90].
Vi tảo có mặt trong tất cả các hệ sinh thái trên trái đất. Người ta ước tính có
hơn 50.000 loài, nhưng chỉ khoảng 30.000, đã được nghiên cứu và phân tích [89].
Nhiều loài vi tảo nhân chuẩn và vi khuẩn nhân sơ cyanobacteria đã được xác định là
có khả năng cố định các bon vô cơ hòa tan và CO2 trong môi trường nước. Hầu hết
các loài này được phân lập từ các dòng suối, hồ hoặc đại dương tự nhiên có khả
năng thích nghi với môi trường sống thông qua việc thuần hoá nhân tạo. Chúng đã
được sử dụng thành công để cố định CO2 trong khí quyển. Tuy nhiên, không giống
như không khí, có hàm lượng CO2 thấp (khoảng 0,038%), khí thải sau khi đốt than
thường có nồng độ CO2 4-14% hoặc nhiều hơn và có thể có các hợp chất độc hại
(SOx, NOx và một số chất khác) với tốc độ dòng cao, nhiệt độ cao (80-120 °C hoặc
cao hơn). Điều này có nghĩa là các loài vi tảo cần phải có khả năng chịu được điều
kiện khí thải khắc nghiệt để thu giữ CO2 [91].
Một số nghiên cứu đã được tiến hành để xác định khả năng chịu đựng nồng độ
CO2 cao có trong khí thải của vi tảo cũng như khả năng chịu đựng các khí độc đồng
hành SOx và NOx. Vì vậy, nhiều nghiên cứu đã tiến hành lựa chọn các chủng vi tảo
có khả năng phù hợp với mục đích này [92]. Một số loài vi tảo có thể được thích
nghi để chịu đựng các điều kiện khí khắc nghiệt và tiếp tục phát triển. Rất ít loài vi
tảo có thể chịu đựng được nồng độ CO2 lên đến 70%, pH thấp hơn 3,5 và 100 ppm
SO2 và NOx. Ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng, cường độ ánh sáng và nhiệt độ nuôi
cấy lên sự phát triển của vi tảo phụ thuộc vào từng loài. Các phạm vi hoặc giá trị tối
ưu của các thông số này để đạt được tỷ lệ cố định CO2 và sinh khối cao thường khác
nhau đối với từng loài vi tảo.
Negoro và cs (1991) đã lựa chọn được loài vi tảo biển có thể sử dụng tốt CO2
ở nồng độ 15%. Mặc dù cần phải xác định rõ hơn nữa ảnh hưởng của các khí thải
đồng hành khác với CO2 như là NOx và SOx lên sinh trưởng của tảo nhưng việc sử
dụng hỗn hợp khí để nuôi Chlorella sp. HA-1 cũng vẫn cho thấy rõ tiềm năng của
chủng này trong việc loại bỏ CO2 [93]. Bên cạnh đó, một số loài thuộc chi

38. 24
Scenedesmus và Chlorella đã có thể sinh trưởng trên môi trường có đến 50% CO2
[94]. Hirata và cs (1996) đã nuôi thành công Chlorella vulgaris dưới điều kiện 3%
CO2 trong 8 ngày và tốc độ cố định CO2 là 865mg/l ngày [95].
Cheng và cs (2006) đã sử dụng vi tảo Chlorella vulgaris để nuôi trong các hệ
thống bể phản ứng quang sinh có gắn màng cho thấy tốc độ sinh trưởng của tảo tốt
trong vùng CO2 là 1 % [96]. Loài tảo lam Aphanothece microscopic Nagelii
(RSMan92) được nuôi trong bể phản ứng quang sinh hình ống với CO2 được bổ
sung ở các nồng độ khác nhau từ 3, 15, 25, 50 và 62 %; cường độ ánh sáng thay đổi
từ 960, 3000, 6000, 9000 và 11000 lux; nhiệt độ thay đổi từ 21,5, 25, 30, 35 và
38,5o
C nhằm tìm ra điều kiện tối ưu, động học quá trình hấp thụ cao nhất có thể có
của hàm lượng CO2 đối với loài tảo lam này[97].
De Morais và cs (2007) đã phân lập được 2 loài tảo Scenedesmus obliquus và
Chlorella kesleri từ nguồn nước thải của nhà máy nhiệt điện sử dụng than đá ở
Brazil. Cả hai loài vi tảo này đều có khả năng sử dụng nguồn CO2 từ 6-12% , trong
đó, chủng Chlorella vulagris có tốc độ sinh trưởng đặc trưng µ max là 0,267/ngày
với năng suất sinh khối đạt cực đại (Pmax) là 0,087 g/l/ngày ở nồng độ 6% CO2. Còn
đối với S. obliquus, sinh khối khô đạt cực đại là 1,14 g/l ở 12% CO2. Cả hai loài này
đều có thể sinh trưởng tốt dưới điều kiện CO2 có nồng độ 18% khi tảo được nuôi
trồng trong các hệ thống bể quang sinh kín có thể tích 2 lít với lượng môi trường
chiếm đến 1,8 lít, nhiệt độ là 300
C, ánh sáng 3200 lux, đèn nê ông 40W, có chu kỳ
sáng: tối 12:12, tốc độ dòng khí là 0,540 l/phút có bổ sung CO2 với nồng độ 6, 12
và 18%; mật độ ban đầu của tảo đạt 0,15 g/l tính theo sinh khối khô [98].
Yoo và cs (2010) cũng đã thông báo sàng lọc được các loài vi tảo có sinh khối
và hàm lượng lipit cao, trong đó loài Botrycoccus braunii, Chlorela vulgaris và
Scenedesmus sp. có khả năng sinh trưởng tốt dưới điều kiện CO2 đến 10%. Khi đó
sinh khối tảo và hàm lượng lipit của Scenedesmus sp. đạt 217,50 và 20,65 mg/l ngày
(chiếm 9% sinh khối) trong khi đó B. braunii là 26,55 và 5,51 mg/l ngày (chiếm
21% sinh khối). Với loài Scenedesmus sp. và Botrycoccus braunii, sản lượng lipit
tăng cao hơn 1,9 lần (39,44 mg/L ngày) và 3,7 lần (20,55 mg/L ngày), tương ứng,
trong đó, axit oleic là thành phần axit béo chính chiếm đến 55% tổng số axit béo.
Các kết quả nghiên cứu thu được cho thấy ở nồng độ CO2 5,5% B. braunii và
Scenedesmus sp. có tốc độ sinh trưởng cao hơn so với ở 10% [99].