Tài liệu Luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano ceo2 fe2o3 và hoạt tính xúc tác phản ứng ô xi hóa khí co

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Văn Vinh NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO CeO2-Fe2O3 VÀ HOẠT TÍNH XÚC TÁC PHẢN ỨNG Ô XI HÓA KHÍ CO Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 8 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS ĐÀO NGỌC NHIỆM Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS Đào Ngọc Nhiệm. Các số liệu trích dẫn đều có nguồn gốc, các kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 22 tháng 11 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Vinh LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, Tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy PGS.TS Đào Ngọc Nhiệm - Ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bài luận văn này. Trong 2 năm đƣợc học tập tại khoa Hóa - Học Viện Khoa học và Công nghệ/ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tôi đã tiếp thu đƣợc rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm bổ ích để trang bị cho con đƣờng tƣơng lai phía trƣớc của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong và ngoài khoa, những ngƣời luôn ân cần, nhiệt huyết chỉ bảo và hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình học tập. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh, ủng hộ và động viên trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2019 Học Viên Nguyễn Văn Vinh MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU................................................................... 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ.................................................... 3 1.1.1. Không khí và đặc tính của nó.......................................................................... 3 1.1.2. Vai trò của không khí...................................................................................... 4 1.1.3. Ô nhiễm không khí.......................................................................................... 4 1.1.4. Nguồn gây ô nhiễm không khí........................................................................ 5 1.1.5. Thực trạng ô nhiễm không khí trên thế giới.................................................... 8 1.1.6. Thực trạng ô nhiễm không khí trong nƣớc...................................................... 9 1.2. TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO............................................................................... 11 1.2.1. Khái niệm........................................................................................................ 11 1.2.2. Đặc điểm lý hóa của khí cacbon monoxit....................................................... 11 1.2.3. Ảnh hƣởng của khí CO đến môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời..................... 12 1.2.4. Nguồn gốc của khí CO.................................................................................... 13 1.3. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẬT LIỆU XỬ LÝ KHÍ CO..................................... 14 1.4. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU....................................................... 21 1.4.1. Phƣơng pháp đồng tạo phức ........................................................................... 21 1.4.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa .............................................................................. 22 1.4.3. Phƣơng pháp thủy nhiệt.................................................................................. 22 1.4.4. Phƣơng pháp sol-gel ....................................................................................... 23 1.4.5. Phƣơng pháp tổng hợp đốt cháy gel ............................................................... 24 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM................... 27 2.1. PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU ...................................................... 27 2.1.1. Hóa chất........................................................................................................... 27 2.1.2. Thiết bị............................................................................................................ 27 2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU ................................................................................... 27 2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU.............. 29 2.3.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA)..................................................... 29 2.3.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)................................................................. 30 2.3.3. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử.................................................................... 32 2.3.4. Phƣơng pháp đo điện tích bề mặt riêng........................................................... 36 2.3.5. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại (IR)..................................................... 38 2.3.6. Phƣơng pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác...................................................... 39 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................ 42 3.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU HỆ NANO OXIT CeO2-Fe2O3 BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỐT CHÁY GEL VỚI CHẤT TẠO GEL AXIT TARTARIC .................... 42 3.1.1. Lựa chọn nhiệt độ nung................................................................................... 42 3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ mol kim loại...................................................... 47 3.1.3. Xác định hình thái học và diện tích bề mặt của CeO2-Fe2O3 ......................... 49 3.2. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ CO......................................................... 51 3.2.1. Nghiên cứu khả năng xử lý CO của Ôxít hỗn hợp xêri sắt CF11................... 51 3.2.2. Nghiên cứu khả năng xử lý CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt với các các tỷ lệ mol kim loại khác nhau............................................................................................. 54 CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 57 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động giao thông 6 Hình 1.2 Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động sản xuất công nghiệp 7 Hình 1.3 Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động dân sinh 7 Hình 1.4 Mô tả cơ chế xúc tác của hỗn hợp CeO2-Fe2O3 20 Hình 2.1 Mô tả thí nghiệm 28 Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp vật liệu bằng phƣơng pháp đốt cháy gel 28 Hình 2.3 Thiết bị phân tích nhiệt Labsys Evo 1600 30 Hình 2.4 Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X trên các mặt tinh thể chất rắn 31 Hình 2.5 Máy đo nhiễu xạ tia X Siemens D5000 32 Hình 2.6 Kính hiển vi điện tử quét S-4800 33 Hình 2.7 Sơ đồ phƣơng pháp SEM 35 Hình 2.8 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của P/[V(Po – P)] theo P/Po 37 Hình 2.9 Sơ đồ hệ phản ứng TPSR 40 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu gel (Ce+Fe)/axit tartaric 42 Hình 3.2 Hình ảnh mẫu oxit hỗn hợp CeO2 - Fe2O3 trƣớc khi phân tích nhiệt 43 Hình 3.3 Giản đồ XRD của mẫu nung gel (Ce+Fe)/Axit tartaric ở nhiệt độ nung khác nhau 44 Hình 3.4 Giản đồ XRD của mẫu nung gel (Ce+Fe)/Axit tartaric ở nhiệt độ 650 oC 45 Hình 3.5 Hình ảnh mẫu tổng hợp oxit hỗn hợp CeO2-Fe2O3 nung ở 450 o C, 550 oC, 650 oC, 750 oC, 850 oC và 950 oC 45 Hình 3.6 Phổ FTIR của mẫu gel (Ce+Fe)/Axit tartaric nung theo nhiệt độ 46 Hình 3.7 Giản đồ XRD của mẫu CeO2 - Fe2O3 đƣợc chế tạo ở tỷ lệ mol Ce/Fe khác nhau 47 Hình 3.8 Mẫu CeO2 - Fe2O3 đƣợc chế tạo ở tỷ lệ mol Ce/Fe khác nhau 48 Hình 3.9 Ảnh SEM của mẫu CeO2-Fe2O3 đƣợc chế tạo ở điều kiện tối ƣu 49 Hình 3.10 Ảnh SEM của mẫu CFT và CF 50 Hình 3.11 Kết quả phân tích diện tích bề mặt riêng (BET) 51 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn độ chuyển hóa CO theo nhiệt độ 53 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn độ chuyển hóa CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt có tỷ lệ kim loại khác nhau 54 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn độ chuyển hóa CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt đƣợc nung ở các nhiệt độ khác nhau 55 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Thành phần các chất trong không khí khô chƣa bị ô nhiễm 3 Bảng 1.2 Đặc điểm lý hóa của khí cacbon monoxit 11 Bảng 1.3 Triệu chứng nhiễm độc của ngƣời khi tiếp xúc với CO ở các nồng độ khác nhau 12 Bảng 1.4 Lƣợng phát thải CO từ tự nhiên và nhân tạo 13 Bảng 1.5 Lƣợng khí thải do ôtô thải ra trên 1km đƣờng 13 Bảng 1.6 Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO trên perovskit LaNi1-xCoxO3 16 Bảng 1.7 Nhiệt độ xúc tác chuyển hóa CO trên oxit hỗn hợp Ce1-xNixOy 16 Bảng 1.8 Nhiệt độ chuyển hóa 50% CO của các hệ xúc tác 17 Bảng 1.9 Hoạt tính xúc tác của hệ sắt ôxít đối với CO 19 Bảng 3.1 Kết quả xử lý CO của mẫu CF11 52 Bảng 3.2 Ôxít hỗn hợp xêri sắt với các các tỷ lệ mol kim loại khác nhau 54 Bảng 3.3 Nhiệt độ chuyển hóa CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt có tỷ lệ mol kim loại khác nhau 54 Bảng 3.4 Nhiệt độ chuyển hóa CO của ôxít hỗn hợp xêri sắt đƣợc nung ở các nhiệt độ khác nhau 55 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DTA Differential Thermal Analysis (Phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai) TGA Thermo Gravimetric Analysis (Phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng) BET Brunauer-Emmett-Teller IUPAC Internationnal Union of Pure and Applied Chemistry SEM Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét) SBET Diện tích bề mặt riêng tính theo phƣơng trình BET TEM Transmission Electron Microscopy (Hiển vi điện tử truyền qua) XRD X-ray diffraction (Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X) CO Các bon monoxit CF 45 Mẫu nung ở 450oC trong 2 giờ CF 55 Mẫu nung ở 550oC trong 2 giờ CF 65 Mẫu nung ở 650oC trong 2 giờ CF 75 Mẫu nung ở 750oC trong 2 giờ CF 85 Mẫu nung ở 850oC trong 2 giờ CF 95 Mẫu nung ở 950oC trong 2 giờ CF11 Tỷ lệ Ce/Fe là 1/1 CF13 Tỷ lệ Ce/Fe là 1/3 CF19 Tỷ lệ Ce/Fe là 1/9 CF31 Tỷ lệ Ce/Fe là 3/1 CF91 Tỷ lệ Ce/Fe là 9/1 T50 Hiệu suất chuyển hóa 50% CO của vật liệu tại nhiệt độ T T100 Hiệu suất chuyển hóa 100% CO của vật liệu tại nhiệt độ T 1 MỞ ĐẦU Môi trƣờng không khí có vai trò rất quan trọng góp phần tạo nên sự sống trên trái đất, cung cấp O2 cho quá trình hô hấp của sự sống hay CO2 cho quá trình quang hợp của các loại sinh vật trên Trái Đất, đây là hai quá trình quan trọng cho sự tồn tại và phát triển của con ngƣời. Do đó chất lƣợng môi trƣờng không khí là vấn đề quan trọng cần đƣợc quan tâm hàng đầu. Với sự phát triển kinh tế nhƣ hiện nay, bảo vệ môi trƣờng không khí không chỉ là của riêng một quốc gia mà còn là vấn đề của tất cả các tập thể cá nhân, mọi vùng, mọi khu vực ở khắp nơi trên Trái Đất. Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội của các quốc gia trên thế giới trong thời gian qua đã có những tác động lớn đến môi trƣờng, làm cho môi trƣờng sống của con ngƣời bị thay đổi và ngày càng trở nên tồi tệ hơn. Những năm gần đây nhân loại đã phải quan tâm nhiều đến vấn đề ô nhiễm môi trƣờng không khí đó là: sự biến đổi của khí hậu - nóng lên toàn cầu, sự suy giảm tầng ôzôn và mƣa axít. Việc bảo vệ các thành phần của môi trƣờng đang là vấn đề cấp bách đối với toàn thể nhân loại. Trong những năm gần đây quá trình công nghiệp hóa, hiện đạị hóa đất nƣớc ta diễn ra mạnh mẽ và đã thu đƣợc nhiều thành công đáng khích lệ. Đặc biệt Việt Nam là một trong những nƣớc sớm vƣợt qua khủng hoảng kinh tế và đang vững bƣớc trên con đƣờng phát triển của mình. Bên cạnh những thành tựu đó, hoạt động phát triển kinh tế cũng gây rất nhiều tác động tiêu cực không nhỏ tới môi trƣờng nhƣ ô nhiễm, suy thoái môi trƣờng nƣớc, không khí và môi trƣờng đất. Tốc độ công nghiệp hoá - đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên trong vùng lãnh thổ. Môi trƣờng không khí ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nƣớc thải, khí thải và chất thải rắn. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trƣờng không khí do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải. Ô nhiễm không khí do sản xuất công nghiệp là rất nặng. Để phục vụ cho nhu cầu phát triển, chúng ta đã tiến hành hàng loạt các hoạt động ảnh hƣởng trực tiếp đến môi trƣờng nhƣ: xây dựng các công trình, nhà cửa, nhà máy, các khu công nghiệp; khai thác tài 2 nguyên làm nguyên liệu phục vụ cho sản xuất. Những hoạt động này đã gây ra những tác động tiêu cực cho môi trƣờng nói chung và không khí nói riêng. Đặc biệt ở thủ đô Hà Nội đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trƣờng không khí rất nặng nề. Ở các khu công nghiệp, các trục đƣờng giao thông lớn đều bị ô nhiễm ở các cấp độ khác nhau, Sự phát thải của các phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ phụ thuộc rất nhiều vào chất lƣợng phƣơng tiện, nhiên liệu, tốc độ, ngƣời lái, tắc nghẽn và đƣờng xá... Xe ô tô, xe máy ở Việt Nam bao gồm nhiều chủng loại, có nhiều xe qua nhiều năm sử dụng và không thƣờng xuyên bảo dƣỡng, hiệu quả sử dụng nhiên liệu thấp, nồng độ chất độc hại và bụi trong khí thải cao. Xe máy hiện vẫn là nguồn đóng góp chính các loại khí ô nhiễm, đặc biệt đối với các khí thải nhƣ CO và VOC. Hàng năm, hàng trăm triệu tấn khí cacbon monoxide (CO) thải vào môi trƣờng gây nhiều hậu quả nghiêm trọng đến sức khỏe con ngƣời [18]. Để đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn về khí thải, nhiều phƣơng pháp xử lý đã đƣợc nghiên cứu và một số đã đƣợc thƣơng mại hóa [19]. Một trong những biện pháp xử lý hiệu quả CO là oxi hóa thành CO2 với sự có mặt của chất xúc tác [2]. Để giảm thiểu sự phát thải của khí CO ra môi trƣờng, có nhiều biện pháp công nghệ đƣợc áp dụng nhƣ: hấp phụ, hấp thụ, đốt cháy,.... Trong đó, đốt cháy nhiệt là biện pháp đƣợc ứng dụng khá rộng rãi do tính đơn giản về mặt công nghệ. Tuy nhiên, phƣơng pháp này tiến hành ở nhiệt độ cao và tiêu tốn khá nhiều năng lƣợng. Trong vài năm gần đây, hệ xúc tác có chứa CeO2 thu hút đƣợc sự quan tâm đặc biệt do CeO2 là một vật liệu đa chức năng có khả năng thúc đẩy phản ứng ở nhiệt độ thấp, làm bền xúc tác ở nhiệt độ cao và có khả năng điều tiết O2 tốt nhờ vào chu trình ôxi hóa khử Ce4+/Ce3+ dễ dàng. Hoạt tính xúc tác của xeri oxit sẽ tăng lên đáng kể khi đƣợc kết hợp với một số oxit kim loại khác. Nhận thấy tình hình cấp thiết của vấn đề, nên tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano CeO2-Fe2O3 và hoạt tính xúc tác phản ứng ô xi hóa khí CO” nhằm mục đích xử lý khí thải CO độc hại ra môi trƣờng. 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1.1.1. Không khí và đặc tính của nó Không khí là một môi trƣờng mà con ngƣời suốt cuộc đời sống, làm việc và nghỉ ngơi trong đó. Sức khỏe, tuổi thọ và cảm giác nhiệt của con ngƣời phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp của không khí, độ trong sạch và đặc tính lý hóa của nó. Không khí là hỗn hợp của nhiều chất khí mà chủ yếu là khí Nitơ, Oxy và một ít hơi nƣớc. Ngoài ra trong không khí còn chứa một lƣợng nhỏ các chất khí khác nhƣ cacbonic, các chất khí trơ: Argon, Neon, Heli, Ozon… bụi, hơi nƣớc và các vi trùng. Không khí chứa hơi nƣớc gọi là không khí ẩm. Ngƣợc lại là không khí khô. Thành phần hóa học của không khí khô tính theo phần trăm (%) thể tích và trọng lƣợng nhƣ trong bảng 1.1 Bảng 1.1: Thành phần các chất trong không khí khô chƣa bị ô nhiễm [1] Tên chất Công thức phân tử Tỷ lệ theo thể tích Nitơ N2 78,09 Ôxy O2 20,91 Argon Ar 0,93 Cacrbon dioxit CO2 0,032 Neon Ne 18ppm Heli He 5,2ppm Metan CH4 1,3ppm Kripton Kr 1,0ppm Hyđro H2 0,5ppm Cacbon monoxit CO 0,10ppm Ôzon O3 0,02ppm Sulfur dioxit SO2 0,001ppm Nitơ dioxit NO2 0,001ppm 4 Thành phần hơi nƣớc trong không khí ẩm thay đổi theo thời tiết, theo vùng địa lý và theo thời gian trong ngày, trong năm. Trên đây là thành phần tự nhiên của không khí sạch. Trong thực tế do hoạt động sinh hoạt, hoạt động công nghiệp và hoạt động giao thông vận tải của con ngƣời cũng nhƣ do tự nhiên mà không khí còn có nhiều chất khí độc: SO2, NO2, NH3, H2S, CH4… làm ảnh hƣởng lớn đến sức khỏe con ngƣời và sinh vật nói chung. 1.1.2. Vai trò của không khí Không khí có vai trò vô cùng quan trọng và không thể thiếu đƣợc đối với sự sống của con ngƣời và các hệ sinh thái khác. Con ngƣời có thể nhịn ăn, nhịn uống trong vài ngày nhƣng không thể nhịn thở trong 5 phút. Sức khỏe và cảm ứng của con ngƣời, sự sinh trƣởng và phát triển của tất cả các loài động thực vật phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hỗn hợp của không khí, độ trong sạch và đặc tính lý hóa của nó. Không khí là lớp áo giáp bảo vệ mọi sinh vật trên trái đất khỏi bị các tia bức xạ nguy hiểm và các thiên thạch từ vũ trụ. Không khí với các thành phần nhƣ khí O2, CO2, NO2 cần cho hô hấp của con ngƣời và động vật cũng nhƣ quá trình quang hợp của thực vật, là nguồn gốc của sự sống. Không khí giúp duy trì sự cháy và có vai trò quan trọng trong các lĩnh vực sản xuất, y tế và trong công nghiệp. Ngày nay do sự phát triển nhanh chóng kinh tế xã hội, đặc biệt là sự phát triển của ngành giao thông vận tải đƣờng bộ đã làm phát sinh nhiều khói TSP và khí thải độc hại vào môi trƣờng không khí, làm cho không khí bị ô nhiễm trầm trọng. Ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng sống của con ngƣời. 1.1.3. Ô nhiễm không khí Ô nhiễm không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần của không khí, chủ yếu do khói, bụi, hơi hoặc các khí lạ đƣợc đƣa vào không khí, có sự tỏa mùi, làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con ngƣời và 5 cũng có thể gây hại cho các sinh vật khác nhƣ động vật và cây lƣơng thực, và có thể làm hỏng môi trƣờng tự nhiên hoặc xây dựng. 1.1.4. Nguồn gây ô nhiễm không khí Việt Nam là nƣớc đang phát triển với nhiều hoạt động mang lại hiệu quả tăng trƣởng kinh tế. Tuy nhiên, song song với việc phát triển kinh tế, các hoạt động phát triển cũng là nguồn phát thải gây ô nhiễm môi trƣờng nói chung và môi trƣờng không khí nói riêng. Trong đó, các nguồn chính gây ô nhiễm môi trƣờng không khí gồm: giao thông vận tải; sản xuất công nghiệp; xây dựng và dân sinh; nông nghiệp và làng nghề; chôn lấp và xử lý chất thải. Có hai nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng không khí đó là yếu tố tự nhiên và tác động của con ngƣời. Cụ thể nhƣ sau: Ô nhiễm không khí tự nhiên: + Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa: Núi lửa phun ra một lƣợng khổng lồ các chất ô nhiễm nhƣ tro bụi, sunfua đioxit SO2, hyđro sunfua H2S và metan CH4, tác động môi trƣờng của các đợt phun trào núi lửa là rất nặng nề và lâu dài. + Ô nhiễm do cháy rừng: Cháy rừng xảy ra do các nguyên nhân tự nhiên nhƣ hạn hán kéo dài, khí hậu khô và nóng khắc nghiệt. Khi rừng bị cháy nhiều chất độc hại bốc lên và lan tỏa nhƣ khói, tro bụi, các hyđrocacbon không cháy, khí SO2, CO, NOx. + Ô nhiễm do các chất phóng xạ: Trong lòng đất có một số khoáng sản và quặng kim loại có khả năng phóng xạ. Cƣờng độ phóng xạ càng mạnh, càng gây nguy hiểm cho cuộc sống con ngƣời khi những vật chất phóng xạ ấy có mặt trong môi trƣờng không khí xung quanh. + Ô nhiễm do thực vật, vi khuẩn – vi sinh vật: Các quá trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí amoniac, mùn, sunfua, nitrit, metan các loại muối v.v... Các loại bụi, khí này đều gây ô nhiễm không khí. 6 Ô nhiễm không khí nhân tạo: Khói, bụi từ các nhà máy: Chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các nguyên nhân gây ra tình trạng ô nhiễm không những không khí mà còn cả nguồn nƣớc, thức ăn. Trong khói bụi từ các nhà máy có một lƣợng lớn các khí CO2, CO, SO2, NOx, các chất hữu cơ chƣa cháy hết: muội than, bụi… với nồng độ cực cao. Nếu trong quá trình xử lý khí thải không tốt sẽ ảnh hƣởng rất xấu đến sức khỏe của ngƣời dân sống trong khu vực đó. Thậm chí đây còn là nguyên nhân chính gây ra hiện tƣợng mƣa axit gây ra rất nhiều thiệt hại cho con ngƣời cũng nhƣ mùa màng. Giao thông vận tải: Hoạt động giao thông vận tải đƣợc xem là một trong những nguồn gây ô nhiễm lớn đối với môi trƣờng không khí, đặc biệt ở các khu đô thị và khu vực đông dân cƣ. Cùng với sự phát triển của hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông, tăng trƣởng các phƣơng tiện cơ giới và khối lƣợng vận tải hàng hóa, hành khách là sự phát thải các chất gây ô nhiễm môi trƣờng không khí. Hình 1.1: Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động giao thông (Nguồn ảnh: Thông tấn xã Việt Nam) 7 Hoạt động sản xuất công nghiệp: Hoạt động sản xuất công nghiệp với nhiều loại hình khác nhau đƣợc đánh giá là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trƣờng không khí đáng kể tại Việt Nam. Các tác nhân gây ô nhiễm chủ yếu phát sinh từ quá trình khai thác và cung ứng nguyên vật liệu đầu vào, khí thải từ các công đoạn sản xuất nhƣ đốt nhiên liệu hóa thạch, khí thải lò hơi, hóa chất bay hơi… Hình 1.2: Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động sản xuất công nghiệp (Nguồn ảnh: Báo môi trường và đô thị) Hoạt động xây dựng và dân sinh: Trong những năm gần đây, hoạt động xây dựng các khu chung cƣ, khu đô thị mới, cầu đƣờng, sửa chữa nhà, vận chuyển vật liệu và phế thải xây dựng,… diễn ra ở khắp nơi, đặc biệt là các đô thị lớn. Các hoạt động nhƣ đào lấp đất, đập phá công trình cũ, vật liệu xây dựng bị rơi vãi trong quá trình vận chuyển thƣờng gây ô nhiễm bụi đối với môi trƣờng xung quanh. Hình 1.3: Hình ảnh ô nhiễm khí thải hoạt động dân sinh (Nguồn ảnh: Báo môi trường và đô thị) 8 1.1.5. Thực trạng ô nhiễm không khí trên thế giới Ô nhiễm không khí hiện đang là mối quan tâm chung của xã hội toàn cầu. Bởi nó đƣợc xem là tác nhân hàng đầu gây nên những ảnh hƣởng nghiêm trọng đến môi trƣờng và sức khỏe cộng đồng. Tính đến năm 2014, có đến 92% dân số thế giới sống trong các vùng không khí có mức độ ô nhiễm vƣợt quá giới hạn của cơ thể và gây tổn hại đến sức khỏe. AirVisual hợp tác với Greenpeace công bố báo cáo chất lƣợng không khí toàn cầu 2018 và bảng xếp hạng các thành phố ô nhiễm nhất thế giới. kết quả báo cho thấy trong số hơn 3.000 thành phố đƣợc thống kê, 64% vƣợt quá mức khuyến cáo phơi nhiễm hàng năm của WHO (10μg / m3) đối với bụi mịn, còn đƣợc gọi là bụi PM2,5. Các thành phố đƣợc theo dõi ở Trung Đông và châu Phi đều vƣợt quá mức khuyến cáo này, trong khi 99% các thành phố ở Nam Á, 95% các thành phố ở Đông Nam Á và 89% các thành phố ở Đông Á cũng vƣợt quá mức này. Nam Á: trong số 20 thành phố ô nhiễm nhất thế giới, có 18 thành phố ở Ấn Độ, Pakistan và Bangladesh. Đông Nam Á: Jakarta và Hà Nội là hai thành phố ô nhiễm nhất Đông Nam Á. Khi chất lƣợng không khí của Bắc Kinh đang ngày càng tốt hơn, Jakarta có nguy cơ sớm vƣợt qua thủ đô vốn nổi tiếng về ô nhiễm của Trung Quốc. Trung Quốc: nồng độ bụi trung bình tại các thành phố ở Trung Quốc đã giảm 12% từ năm 2017 đến 2018. Bắc Kinh hiện xếp hạng là thành phố ô nhiễm thứ 122 trên thế giới năm 2018. Tây Balkan: 10 thành phố ở Tây Balkan - Bosnia Herzegovina, Macedonia và Kosovo - và bốn thành phố ở Thổ Nhĩ Kỳ có nồng độ PM2.5 ở mức lớn hơn gấp 3 lần so với hƣớng dẫn của WHO. 8 thành phố ở Balkan nằm trong số 10% thành phố ô nhiễm nhất thế giới, trong số tất cả các thành phố có dữ liệu. Hoa Kỳ và Canada: Mặc dù chất lƣợng không khí trung bình rất tốt khi so sánh toàn cầu, tuy nhiên các vụ cháy rừng lịch sử đã tác động mạnh mẽ đến chất lƣợng không khí vào tháng 8 và tháng 11 với 5 trên 10 thành phố ô nhiễm nhất thế giới trong tháng 8 đƣợc ghi nhận ở Bắc Mỹ. 9 1.1.6. Thực trạng ô nhiễm không khí trong nƣớc Ô nhiễm môi trƣờng không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với môi trƣờng đô thị, công nghiệp và các làng nghề ở nƣớc ta hiện nay. Công nghiệp hoá càng mạnh, đô thị hoá càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm môi trƣờng không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lƣợng không khí theo chiều hƣớng xấu càng lớn, yêu cầu bảo vệ môi trƣờng không khí càng quan trọng. Việt Nam là 1 trong 10 quốc gia có không khí bị ô nhiễm nhất thế giới. Hiện nay, vấn đề ô nhiễm thƣờng gặp trong các đô thị lớn thƣờng là khí TSP, hoặc các chất độc hại đƣợc thải trực tiếp không thông qua xử lý chiếm tỉ lệ cao. Ô nhiễm môi trƣờng không khí có tác động tiêu cực đến sức khỏe con ngƣời, đẩy nhanh quá trình lão hóa, suy giảm chức năng hô hấp, gây các bệnh nhƣ: ho, viêm mũi, viêm họng, viêm phế quản, viêm phổi, thậm chí gây ung thƣ phổi; suy nhƣợc thần kinh, tim mạch và làm giảm tuổi thọ con ngƣời. Công nghiệp cũ (đƣợc xây dựng trƣớc năm 1975) đều là công nghiệp vừa và nhỏ, công nghệ sản xuất lạc hậu, một số cơ sở sản xuất có thiết bị lọc bụi, hầu nhƣ chƣa có thiết bị xử lý khí thải độc hại. Nói chung, công nghiệp cũ không đạt tiêu chuẩn về chất lƣợng môi trƣờng. Công nghiệp cũ lại rất phân tán, do quá trình đô thị hoá, phạm vi thành phố ngày càng mở rộng nên hiện nay phần lớn công nghiệp cũ này nằm trong nội thành của nhiều thành phố. Ví dụ ở thành phố Hồ Chí Minh, không kể các cơ sở thủ công nghiệp, có khoảng 500 xí nghiệp trong tổng số hơn 700 cơ sở công nghiệp nằm trong nội thành, ở thành phố Hà Nội có khoảng 200 xí nghiệp trong tổng số khoảng 300 cơ sở công nghiệp nằm trong nội thành. Trong các năm gần đây nguồn ô nhiễm từ hoạt động công nghiệp nằm trong nội thành có phần giảm bớt do các tỉnh, thành đã tích cực thực hiện chỉ thị xử lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm nghiêm trọng nằm xen kẽ trong các khu dân cƣ. Ô nhiễm môi trƣờng không khí ở nhiều làng nghề đã tới mức báo động, một số bài báo đã đánh giá một cách đáng lo ngại là "sống giàu, nhƣng chết mòn" đối với làng tái chế nilông Minh Khai (Nhƣ Quỳnh, Hƣng Yên); "hít khói ăn tiền" ở xã Chỉ Đạo (Văn Lâm, Hƣng Yên) - tái chế chì, hay là "những 10 làn khói độc" ở làng gốm Bát Tràng (Gia Lâm, Hà Nội). Ở rất nhiều làng nghề, đặc biệt là các làng nghề ở vùng Đồng bằng Bắc Bộ, đang kêu cứu về ô nhiễm môi trƣờng không khí. Công nghiệp mới: Phần lớn các cơ sở công nghiệp mới đƣợc đầu tƣ tập trung vào 82 khu công nghiệp. Trƣớc khi xây dựng dự án đều đã tiến hành "Đánh giá tác động môi trƣờng", nếu dự án thực hiện đầy đủ các giải pháp bảo vệ môi trƣờng đã đƣợc trình bày trong báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng thì sẽ đảm bảo đạt tiêu chuẩn chất lƣợng môi trƣờng. Tuy vậy, còn nhiều xí nghiệp mới, đặc biệt là các nhà máy nhiệt điện đốt than, chƣa xử lý triệt để các khí thải độc hại (SO2, NO2, CO), nên đã gây ra ô nhiễm môi trƣờng không khí xung quanh. Cùng với quá trình công nghiệp hoá và đô thị hoá, phƣơng tiện giao thông cơ giới ở nƣớc ta tăng lên rất nhanh, đặc biệt là ở các đô thị. Trƣớc năm 1980 khoảng 80 - 90% dân đô thị đi lại bằng xe đạp, ngày nay, ngƣợc lại khoảng 80% dân đô thị đi lại bằng xe máy, xe ôtô con. Nguồn thải từ giao thông vận tải đã trở thành một nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trƣờng không khí ở đô thị, nhất là ở các đô thị lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng. Theo đánh giá của chuyên gia môi trƣờng, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông vận tải gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70%. Ở các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng, nồng độ khí CO trung bình ngày dao động từ 2 - 5 mg/m3, nồng độ khí NO2 trung bình ngày dao động từ 0,04 - 0,09mg/m3, ở một số nút giao thông lớn trong đô thị nồng độ khí CO và khí NO2 đã vƣợt trị số tiêu chuẩn cho phép, nhƣ ở ngã tƣ Đinh Tiên Hoàng - Điện Biên Phủ (thành phố Hồ Chí Minh) trị số trung bình ngày của năm 2001: 0,19, gấp 1,9 lần trị số tiêu chuẩn cho phép, nồng độ CO năm 2001: 15,48 gấp 3,1 lần trị số tiêu chuẩn cho phép; tƣơng tự, năm 2002 nồng độ khí NO2 = 0,191mg/m3 và khí CO = 12,67mg/m3.