Ô nhiễm NH3

Ammoniac (NH3) là một hợp chất độc, xuất phát từ các nguồn khí và nước thải trong nông nghiệp và công nghiệp. Vì vậy, chuyển hóa NH3 thành N2 không độc đã trở thành một trong những nhiệm vụ hàng đầu cho các nghiên cứu xúc tác xử lý môi trường. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng điểm lại những tác hại cũng như các nguồn thải NH3 quan trọng.Các nguồn phát sinh NH3, NOx và N2O trong đất nông nghiệp Từ lâu, nitơ oxide (NOx) và sulfure oxide (SOx) được xem là các tác nhân chính acid...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ô nhiễm NH3 Ô nhiễm NH3Ammoniac (NH3) là một hợp chất độc, xuất phát từ các nguồn khí và nướcthải trong nông nghiệp và công nghiệp. Vì vậy, chuyển hóa NH3 thànhN2 không độc đã trở thành một trong những nhiệm vụ hàng đầu cho cácnghiên cứu xúc tác xử lý môi trường. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùngđiểm lại những tác hại cũng như các nguồn thải NH3 quan trọng. Các nguồn phát sinh NH3, NOx và N2O trong đất nông nghiệpTừ lâu, nitơ oxide (NOx) và sulfure oxide (SOx) được xem là các tác nhânchính acid hóa môi trường. Trong không khí, chúng dễ dàng chuyển thànhacid nitric và acid sulfuric. Tuy nhiên, các nguồn thải NH3 cũng là tác nhânlàm acid hóa môi trường theo một cách gián tiếp. Phản ứng giữa NH3 và cácacid trong không khí như H2SO4 và HNO3 hình thành các lớp khí chứaammonium sulfate ((NH4)2SO4) và ammonium nitrate (NH4NO3). Sau đó,các muối này sẽ bị oxy hóa bởi các vi khuẩn trong đất, tạo ra trở lại HNO3.Bên cạnh đó, ammoniac còn là một chất độc đối với sức khỏe con người. Ởhàm lượng thấp, NH3 tạo cảm giác cay buốt, còn ở hàm lượng cao, thậm chícó thể gây mù mắt. Mùi của nó có thể gây dị ứng nghiêm trọng đối vớingười tiếp xúc. Vì vậy, ammoniac được xem là nguyên nhân lâu dài gây rabệnh viêm cuống phổi. Ngoài ra, trong công nghiệp, rò rỉ khí NH3 sẽ gây ănmòn các thiết bị, từ đó làm tắc nghẽn các quá trình sản xuất. Năm 1999, mộtnghiên cứu được đăng trong tạp chí Science Environment đã chứng minh vaitrò của ammoniac trong việc hình thành khói mù quang hóa trong đô thị.NH3 được thải ra rất nhiều từ các hoạt động nông nghiệp, chăn nuôi gia súc.Hà Lan là một trong những đất nước chịu ảnh hưởng lớn nhất của quá trìnhacid hóa đất nông nghiệp từ ô nhiễm NH3. Hơn một nửa đất rừng bị ảnhhưởng, hầu hết đầm lầy bị acid hóa, nồng độ nitrate trong đất vượt mức chophép và còn tiếp tục tăng cao. Gần đây, người ta cũng nhận thấy vùng đôngbắc Carolina đang phải gánh chịu những tác động tiêu cực từ ô nhiễmNH3 trong đất. Trong công nghiệp, NH3 thường được sử dụng làm tác nhânkhử NOx bởi các quá trình khử xúc tác chọn lọc, theo phản ứng sau : NH3 +NO + ¼ O2 → N2 + H2O. Phản ứng này chỉ hiệu quá khi sử dụng dưammoniac, vì vậy tạo ra nguy cơ rò rỉ NH3 rất lớn. Ngoài ra NH3 còn bị rò r ĩtừ rất nhiều nguồn sản xuất công nghiệp như sản xuất soda, acid nitric, côngnghiệp luyện kim…Chính vì vậy, xử lý NH3, oxi hóa NH3 về N2 trở thành một thách thức lớntrong công nghiệp hiện nay, bất chấp các quy trình xử lý NH3 đã đượcnghiên cứu rất nhiều trong suốt hơn 30 năm qua. Xử lý NH3 có thể đượcchia thành 2 nhóm chính : oxy hóa NH3 trong pha lỏng và oxy hóaNH3 trong pha khí. Trong nước, NH3 có thể bị oxy hóa hoàn toàn bởi tácnhân Chlore hóa (Cl2). Tuy nhiên sau khi xử lý NH3, quá trình loại bỏ chloretrong nước là cần thiết. Hai phương pháp khác được sử dụng để oxy hóadung dịch NH3 là oxy hóa ướt với xúc tác (catalytic wet oxidation) vàphương pháp điện hóa. Trong pha khí, phương pháp thường được sử dụngtrước đây là hòa tan khí NH3 vào dung dịch H2SO4 để thu ammoniumsulfate. Ammonium sulfate sau đó sẽ được sử dụng trong công nghiệp sảnxuất phân bón. Tuy nhiên nhu cầu ammonium sulfate trong công nghiệpcũng đang ngày càng giảm. Vì vậy một phương pháp khác để xử lý NH3 phakhí đang rất được quan tâm là oxi hóa ammoniac ở nhiệt độ cao với sự hiệndiện của các xúc tác kim loại (Pt, Pd, Cu, Ag, Ni, Fe…) hay oxide kim loại(Co3O4, Cr2O3, CuO, Fe2O3 …). Các bài viết sau sẽ giới thiệu cụ thể hơn vềphương pháp này.Các xúc tác cho phản ứng oxy hóa NH3Một kỹ thuật mới để loại bỏ NH3 trong môi trường là sử dụng các phản ứngvới xúc tác oxy hóa chọn lọc NH3thành N2 và H2O. Phương pháp này có thểđược ứng dụng để xử lý các nguồn nhiễm ammoniac ở hàm lượng thấp vàcao, cũng như trong cả pha khí và lỏng. Phản ứng oxy hóa NH3 bằng O2 không khí trên lý thuyết có thể diễn ratheo các con đường sau : O2 → N2 +2 NH3 + 3/2 3 H2O + 151 kcal O2 → N 2O2 NH3 + 2 + 3 H2O + 132 kcal2 NH3 + 5/2 O2 → 2 NO + 3 H2O + 108 kcalCả NO và N2O đều là những khí độc đối với môi trường và cơ thể sống. N2Olà một trong những tác nhân chính gây hiệu ứng nhà kính trong khi đó NOdễ bị O2 oxy hóa tiếp lên NO2, nguồn gốc của mưa acid. Phơi nhiễm trongN2O suốt một thời gian dài có thể gây ngạt thở, thiếu hụt vitamin B12, hoặcgây tê liệt toàn bộ cơ thể. NO thậm chí còn nguy hiểm hơn, gây tắc mạchmáu, ung thư biểu mô, viêm ruột kết... Chính vì vậy, vai trò của xúc tácđược sử dụng trong các quy trình xử lý nguồn nhiễm NH3 không chỉ làmtăng vận tốc phản ứng oxy hóa NH3, mà còn làm tăng tính chọn lọc của phảnứng, thúc đẩy quá trình hình thành N2 (khí không độc hại đối với môitrường) và giảm thiểu hàm lượng các khí NOx (tác nhân chính gây mưaacid, ô nhiễm môi trường) trong sản phẩm. Việc điều khiển thành phần sảnphẩm kh ...