Nghiên cứu làm sạch CO2 khí thải đốt than bằng xúc tác-hấp phụ nuôi Spirulina platensis

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 i 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. Đặng Đình Kim 2. Trần Thị Minh Nguyệt Hà Nội – Năm 2019 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 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. 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 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC.iii DANH MỤC HÌNH. vii DANH MỤC BẢNG.

x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. xii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. CO2 - KHÍ THẢI ĐỐT THAN VÀ CÁC CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH CO2.

Khí CO2 – một loại khí gây hiệu ứng nhà kính nguy hiểm có trong khí thải đốt than. Thành phần khí thải đốt than. Công nghệ làm sạch khí CO2 trong khí thải đốt than. Công nghệ làm sạch CO2 bằng hấp thụ và hấp phụ.

Công nghệ làm sạch CO2 bằng phương pháp màng. Làm sạch CO2 bằng công nghệ xử lý khí đồng hành trong quá trình đốt than 6 1. CÔNG NGHỆ XÚC TÁC – HẤP PHỤ XỬ LÝ CÁC KHÍ THẢI ĐỒNG HÀNH VỚI CO2 TRONG KHÍ THẢI ĐỐT THAN. Vật liệu hấp phụ.

Vật liệu xúc tác oxi hóa. Vật liệu xúc tác chuyển hóa NOx. Vật liệu xúc tác quang. NGUỒN CO2 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN CHO SINH TRƯỞNG VI TẢO VÀ VI KHUẨN LAM.

Vi tảo và nguồn các bon vô cơ. Vi tảo và nguồn cacbon vô cơ. Vi tảo và nguồn CO2 từ khí thải đốt than. Vi tảo và ảnh hưởng của khí đồng hành.

Vi khuẩn lam – Spirulina platensis và nguồn CO2 từ khí thải đốt than 26 iv CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT.

Thiết bị và dụng cụ. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phương pháp tổng hợp vật liệu hấp phụ - xúc tác và các phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu. Quy trình tổng hợp vật liệu.

Phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu. Các phương pháp phân tích thành phần hóa học của than. Các phương pháp phân tích khí. Các phương pháp phân tích các khí ở quy mô phòng thí nghiệm.

Các phương pháp phân tích các khí ở quy mô pilot và nhà máy. Phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý. Các phương pháp nghiên cứu Spirulina platensis. Xác định tốc độ sinh trưởng của Spirulina platensis.

Phương pháp xác định phycocyanine, chlorophyll a, carotenoid của Spirulina platensis. Tách chiết lipit từ sinh khối tảo theo phương pháp Bligh và Dyer (1959) đã cải biên. Phương pháp xác định hàm lượng HCO3- và CO32- trong môi trường nuôi45 2. Phân tích thành phần và hàm lượng các axit béo bão hòa và không bão hoà đa nối đôi.

Phân tích thành phần dinh dưỡng. Phân tích hàm lượng carbon trong sinh khối vi tảo. Đánh giá hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis. Sơ đồ 1: Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật Xúc tác - Hấp phụ.

Sơ đồ 2: Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than nuôi để nuôi Spirulina platensis. CÁC MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM. Thiết bị nghiên cứu chức năng của từng vật liệu. Hệ thống xử lý khí thải quy mô phòng thí nghiệm.

Hệ thống xử lý khí thải quy mô nhà máy. Mô hình thực nghiệm nuôi Spirulina platensis. CÁC PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM .1 Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu khả năng xử lý của vật liệu xúc tác/ hấp phụ. Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu Spirulina platensis.

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. NGHIÊN CỨU LÀM SẠCH CO2 TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN BẰNG KỸ THUẬT XÚC TÁC – HẤP PHỤ. Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật liệu xúc tác-hấp phụ.

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. Nghiên cứu vật liệu xúc tác để xử lý khí độc. Chế tạo xương gốm – chất mang. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modun hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than.

Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ/xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than quy mô phòng thí nghiệm. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CO2 LÀM SẠCH TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN ĐỂ NUÔI SPIRULINA PLATENSIS. 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.

Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp. Nghiên cứu lựa chọn nồng độ CO2 phù hợp cho sinh trưởng của Spirulina platensis. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục nguồn CO2 khác nhau lên sinh trưởng của SP8. Nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi Spirulina platensis sử dụng các nguồn CO2 khác nhau.

Nghiên cứu biến động CO32- và HCO3- trong môi trường nuôi Spirulina platensis SP8. 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. Ảnh hưởng của thời gian sục khí CO2 từ khí thải đốt than. 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.

Nghiên cứu biến động CO32- và HCO3- trong môi trường nuôi Spirulina platensis SP8 khi sục CO2 từ khí thải đốt than. Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis SP8 tại nhà máy gạch tuynel. Nghiên cứu sinh trưởng của Spirulina platensis trong điều kiện bổ sung CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ sục khí CO2 1,2% khác nhau lên khả năng sinh trưởng của Spirulina platensis SP8.

Giá trị dinh dưỡng của sinh khối Spirulina platensis nuôi trong điều kiện sử dụng CO2 từ khí thải đốt than. Đánh giá hiệu quả hấp thu CO2 của Spirulina platensis SP8. 145 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

148 vii DANH MỤC HÌNH Hình 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]. Độ axit Lewis tương đối qua hệ TiO2 (□) và hệ TiO2/WO3 (■)[54]. CO2 từ khí thải làm nguồn cacbon cho vi tảo.

Sự tham gia của CA trong vận chuyển cacbon vô cơ của tế bào Spirulina platensis [74]. platensis với việc sử dụng CO2 đã được làm sạch từ khí thải đốt than. Hình thái của Spirulina platensis. Sơ đồ tổng hợp vật liệu hấp phụ CaO – Na2CO3.

Sơ đồ tổng hợp hệ hấp phụ Fe2O3 – MnO2. Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu La0. Sơ đồ chế tạo xương gốm. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm nội dung 1.

Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm nội dung 2 .Mô hình xử lý khí bằng vật liệu xúc tác/ hấp phụ. Hệ thống thu hồi CO2 và xử lý khí đồng hành lò đốt than. Hệ thống thu hồi CO2 và xử lý khí đồng hành tại lò nung Nhà máy gạch tuynel, Đan Phượng, Hà Nội. Sơ đồ hệ thống thiết bị bể phản ứng quang sinh (PBR) nuôi Spirulina platensis.

Bể nuôi tảo Spirulina platensis SP8 sử dụng CO2 sạch tại Nhà máy gạch tuynel, Đan Phương, Hà Nội. Thiết bị phao CO2 sử dụng cho nuôi Spirulina platensis trong điều kiện bể hở. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu hấp phụ CaO-Na2CO3 trong hỗn hợp chất mang .