Bài báo này nêu các kết quả phân tích, đánh giá tính ăn mòn thiết bị và khả năng chủ động sản xuất tại Việt Nam của phụ gia EPlus dựa trên các dữ liệu được công bố và các số liệu thu thập liên quan đến khả năng sản xuất các hợp phần của phụ gia EPlus tại Việt Nam.
Phụ gia xúc tác EPlus (xuất xứ Đài Loan) cho lò hơi đốt than là một sản phẩm công nghệ mới, sử dụng chất xúc tác nano TiO2 hòa trong dung môi hữu cơ ở dạng lỏng (không được công bố).
Dung dịch phụ gia xúc tác EPlus khi sử dụng được chuyển vào pha khí và chuyển vào đường gió cấp ô xy cho các lò hơi /lò đốt. Chất xúc tác gặp than tại điểm đầu vòi đốt, ánh sáng và nhiệt độ của ngọn lửa trong buồng đốt làm phụ gia phát huy phản ứng hoạt hóa, sinh ra một loạt các phản ứng nhằm làm giàu O2 và phản ứng cháy nhờ đó xảy ra nhanh hơn, điểm bắt cháy giảm xuống và than cháy kiệt với thời gian ngắn hơn.
Đồng thời với việc làm giàu O2 trong buồng đốt, thành phần quang xúc tác nano TiO2 còn có tác dụng khử SOx, NOx sinh ra trong quá trình cháy của than ở trong lò.
Trong khuôn khổ bài báo này, khả năng ăn mòn thiết bị được đánh giá sơ bộ (song song với quá trình thử nghiệm ăn mòn với chi tiết thiết bị tiêu biểu bằng kim loại của lò hơi ở nhà máy điện Hải Phòng) thông qua thử nghiệm ăn mòn tấm đồng theo TCVN 2694-2007 (ASTM D 130 - 04e1).
Trong khi đó, khả năng chủ động sản xuất của phụ gia EPlus được đánh giá dựa trên việc tập hợp các kết quả nghiên cứu trong nước về TiO2, là thành phần hoạt tính chính của phụ gia EPlus.
1. THỰC NGHIỆM
Phương pháp thực nghiệm sử dụng các thiết bị, dụng cụ, thuốc thử và vật liệu phù hợp với TCVN 2694-2007 (ASTM D 130 - 04e1). Cụ thể như sau:
1.1. Thiết bị, dụng cụ
a) Bình chịu áp thử nghiệm ăn mòn tấm đồng
Bằng thép không gỉ, có kích thước qui định trên hình 1. Bình có khả năng chịu được áp suất thử 700 kPa (100 psi).
b) Ống thử
Bằng thủy tinh borosilicat, có kích thước danh nghĩa 25 mm x 150 mm.
c) Bể thử (ổn nhiệt)
Dùng để duy trì nhiệt độ bằng nhiệt độ thí nghiệm yêu cầu ± 1°C (2°F).
d) Thiết bị đo nhiệt độ (temperature sensing device (TSD))
Nhiệt kế có khả năng giám sát nhiệt độ thử của bể chính xác đến ±1°C.
1- Vòng treo, 2-Rãnh giảm áp, 3-Nắp xoáy, 4-12 ren trên inch NF hoặc tương đương, 5-Nắp khum bên trong để bảo vệ vòng đệm “O” khi đóng bình áp suất, 6-Vòng đệm “O” bằng cao su tổng hợp không có lưu huỳnh, 7-Ống đúc bằng thép không gỉ, kết cấu hàn, Áp suất đồng hồ thử lớn nhất: 700 kPa.
Hình 1: Sơ đồ bình thử ăn mòn tấm đồng
e) Bàn kẹp đánh bóng
Dùng để giữ chắc chắn tấm đồng mà không tạo ra các gờ khi đánh bóng.
f) Dụng cụ đo thời gian
Đồng hồ bấm giờ đã được kiểm định.
g) Và các thiết bị, dụng cụ hỗ trợ khác.
1.2. Thuốc thử và vật liệu
a) Dung môi rửa
Sử dụng dung môi rửa acetone 99% (đạt yêu cầu có hàm lượng lưu huỳnh nhỏ hơn 5 mg/kg, với điều kiện không gây xỉn đồng khi thử ở 50°C (122°F) trong vòng 3 giờ). 2,2,4-trimetylpentan (isooctan) có độ tinh khiết tối thiểu bằng 99,75% là dung môi trọng tài.
b) Vật liệu đánh bóng chuẩn bị bề mặt
Giấy có chứa các hạt silic cacbua cỡ 65 jam (240 hạt) và 105|jm (150 hạt) và bông thấm.
c) Tấm đồng
Tấm đồng sử dụng là tấm đồng tiêu chuẩn có chiều rộng 12,5 mm, dày 2 mm, dài 75 mm, có độ tinh khiết 99,9%, có bề mặt trơn nhẵn đã tôi và xử lý nguội.
d) Giấy lọc không tro và các bao tay dùng một lần
Dùng để bảo vệ tấm đồng không tiếp xúc với tay người trong lần đánh bóng cuối cùng.
1.3. Bảng ăn mòn chuẩn tấm đồng ASTM
Bảng chuẩn ăn mòn đồng ASTM bao gồm các bản chụp (tái hiện) màu của các tấm đồng thử nghiệm tiêu biểu mức độ xỉn và
ăn mòn tăng dần, các bảng này được bọc kín trong các bao bì plastic dưới dạng tấm.
Bảng chuẩn ăn mòn đồng ASTM được bảo quản trong bóng tối để tránh khả năng làm bạc màu và được kiểm tra sự bạc màu bằng cách so sánh hai tấm chuẩn. Quan sát cả hai tấm dưới ánh sáng khuếch tán (hoặc tương đương), đầu tiên quan sát theo phương thẳng góc, sau đó theo góc nghiêng 45°. Khi phát hiện có bất kỳ sự thay đổi màu nào, đặc biệt là đầu phía trái của bảng màu thì nên bỏ tấm có màu bạc hơn so với tấm kia.
1.4. Chuẩn bị các tấm thử
a) Chuẩn bị bề mặt tấm đồng
Loại hết các vết bẩn trên cả sáu mặt của tấm đồng bằng giấy silic cacbua có độ mịn 105 |jm. Cuối cùng dùng giấy silic cacbua 65 |jm tẩy hết các vết xước do các loại giấy lau trước gây ra.
Ngâm ngập tấm đồng trong cốc chứa dung môi rửa.
b) Đánh bóng lần cuối
Lấy tấm đồng ra khỏi khỏi dung môi rửa, tránh làm bẩn bề mặt tấm đồng trong quá trình đánh bóng lần cuối (không để ngón tay tiếp xúc trực tiếp với tấm đồng, đeo bao tay hoặc giữ tấm đồng qua giấy lọc không tro). Trước tiên đánh bóng các mép, sau đó đến các mặt chính bằng một miếng bông (len bông) đã thấm dung môi rửa, chấm các hạt silic cacbua 105|jm. Sau đó dùng cục bông mới lau sạch tấm đồng, chú ý chỉ dùng kẹp thép không gỉ để giữ tấm đồng.
1.5. Cách tiến hành
Ống thử được đổ đầy phụ gia EPlus đến vạch định mức, nhẹ nhàng thả tấm đồng vào trong ống. Đưa ống thử vào bình chịu áp, vặn nắp kín. Thả bình chịu áp vào bể ổn nhiệt đã cài đặt nhiệt độ và đạt ổn định ở 500C.
Sau 3 giờ, đưa bình chịu áp ra ngoài bể ổn nhiệt. Sau đó rót toàn bộ mẫu trong ống thử vào trong cốc. Nhẹ nhàng thả trượt tấm đồng vào cốc để tránh vỡ cốc. Dùng kẹp thép không gỉ lấy ngay tấm đồng ra và nhấn chìm vào dung môi rửa, sau đó lại lấy tấm đồng này ra ngay, làm khô và kiểm tra độ xỉn hoặc ăn mòn bằng cách so sánh với bảng chuẩn ăn mòn đồng ASTM. Làm khô tấm đồng bằng thấm bằng giấy lọc và bằng không khí. Đặt tấm đồng và bảng chuẩn ăn mòn đồng ASTM nghiêng một góc 45° để quan sát.
Trong quá trình kiểm tra và so sánh dùng ống dẹt đậy bằng bông thấm nước để giữ tấm đồng.
1.6. Đánh giá và báo cáo kết quả
Đánh giá độ ăn mòn của mẫu thử theo một trong những phân loại của bảng chuẩn ăn mòn tấm đồng theo TCVN 2694-2007.
2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
2.1. Thử nghiệm ăn mòn tấm đồng
Khả năng ăn mòn thiết bị được đánh giá sơ bộ ban đầu và mẫu phụ gia thu được sau quá trình thử nghiệm ngâm vật liệu ống dẫn của lò nhiệt điện, bằng thép SA210C ở 450C trong 2 tháng, theo qui trình trình bày ở trên. Kết quả thu được như trình bày bảng 2.1 sau đây:
Bảng 2.1: Thử nghiệm ăn mòn tấm đồng
* Mẫu thử nghiệm thu được từ nghiên cứu ăn mòn chi tiết kim loại tiêu biểu của lò, sau 2 tháng thử nghiệm, trong lọ kín, ở nhiệt độ 450C
Như vậy, có thể đánh giá sơ bộ khả năng ăn mòn kim loại đại diện (tấm đồng) của mẫu phụ gia được xếp loại 1, khả năng ăn mòn thấp.
2.2. Đánh giá khả năng chủ động sản xuất của phụ gia EPlus ở Việt Nam
Như đã trình bày, Phụ gia EPlus là một sản phẩm công nghệ mới, sử dụng xúc tác nano TiO2 hòa trong dung môi hữu cơ dạng lỏng (không được nhà cung cấp công bố).
Căn cứ vào các nghiên cứu, công nghệ sẵn có đã và đang được nghiên cứu và phát triển trong nước, đặc biệt là đối với vật liệu nano TiO2 dạng phân tán trong dung dịch (sol TiO2), về cơ bản, có 3 phương pháp chính để tổng hợp sol nano TiO2, bao gồm: Phương pháp sol-gel, Phương pháp vi nhũ tương, Phương pháp thủy phân dung dịch. Trong đó, các nghiên cứu trong nước tiêu biểu sau:
- Tác giả Nguyễn Thiên Vương thuộc Viện Kỹ thuật Nhiệt đới đã chế tạo thành công hệ sơn nước, có tính năng cách nhiệt phản xạ ánh sáng mặt trời cao, có độ bền thời tiết cao và thân thiện với môi trường trên cơ sở chất tạo màng nhũ tương với một số bột có kích thước nano và kích thước thông thường. Bằng phương pháp phân tích định lượng phổ hồng ngoại, tác giả và cộng sự đã xác định được quy luật ảnh hưởng của các hạt nano R-TiO2 đối với lớp phủ trên cơ sở nhựa acrylic nhũ tương trong quá trình thử nghiệm. Các hạt nano với hàm lượng 2% có tác dụng ổn định quang tốt nhất. Kết quả phân tích phổ UV-Vis cho thấy lớp phủ nanocompozit chứa 2% hạt nano R-TiO2 với độ dày 30|jm có thể che chắn 94% tia UV trong vùng 230-400nm [2].
- Năm 2015, Tác giả Hoàng Hiệp và cộng sự đã tổng hợp thành công sơn xúc tác quang hóa để xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước. Tác giả đã nghiên cứu chế tạo sơn xúc tác TiO2 bằng phương pháp ngâm tẩm, và các mẫu vật liệu được đặc trưng bằng các phương pháp SEM, BET và theo các TCVN liên quan. Kết quả cho thấy rằng quy trình điều chế sơn xúc tác TiO2 bằng cách sử dụng các chất kết dính vô cơ là thích hợp, vật liệu mang phù hợp cho sơn xúc tác để các nguồn xử lý nước ô nhiễm chất hữu cơ là tấm sợi xi măng (Fiber cement), kích thước mỏng (5mm), bền, chịu nước giá rẻ và dễ vận chuyển. [3].
- Năm 2017, Tác giả Nguyễn Thị Huệ -Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã bảo vệ thành công đề tài “Nghiên cứu xử lý ô nhiễm không khí bằng vật liệu sơn nano TiO2/apatite, TiO2/Al2O3 và TiO2/ bông thạch anh” với sản phẩm là bộ lọc chủ động quang xúc tác với màng lọc khí bên trong có sử dụng vật liệu TiO2/bông thạch anh và TiO2/Al2O3 dưới tác dụng của nguồn sáng 20W, bước sóng 365nm, ở khoảng cách 50cm, các khí NO, CO có nồng độ 5ppm phát thải ra môi trường không khí chỉ sau 3h (vật liệu TiO2/Al2O3) và 2h (vật liệu TiO2/SiO2) bị khử hoàn toàn; 100 microgam/m3 benzen, aldehit cũng chỉ sau 7-10h phản ứng bị phân huỷ hoàn toàn. Vật liệu TiO2/bông thạch anh và TiO2/Al2O3 đạt độ bám dính cao, ổn định, bền và có khả năng quang hóa tương đương với mẫu so sánh [4].
- Năm 2013, PTNTĐ Công nghệ lọc hoá dầu đã thực hiện thành công Nhiệm vụ Hợp tác quốc tế theo Nghị định thư với Cộng hòa Pháp, “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác dị thể TiO2/CNT và ống TiO2 nano ứng dụng để xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy bằng phương pháp quang hóa liên tục”. Một trong những kết quả đáng quan tâm của đề tài là nghiên cứu điều chế được dung dịch phủ trên cơ sở TiO2 kích thước nano. Phương pháp chế tạo dung dịch phủ trên cơ sở TiO2 kích thước nano trong đề tài tạo ra TiO2 có kích thước hạt dưới 8 nm, với độ ổn định cao trong dung dịch (hầu như không bị kết tụ theo thời gian bảo quản) [5]. Bên cạnh đó, PTNTĐ Công nghệ lọc hoá dầu cũng đã ứng dụng thành công công nghệ phủ bề mặt hiệu quả cao (tuỳ theo ứng dụng mà một lít sản phẩm có thể phủ được từ 10 - 100 m2) và bền theo thời gian mà không cần phải tiến hành xử lý bề mặt sau phủ ở nhiệt độ cao. Đây chính là điểm mới và tiên tiến của công nghệ, mà theo hiểu biết của tác giả, vấn đề này chưa được triển khai ở Việt Nam ở qui mô thí nghiệm trước đây. Đặc biệt, công nghệ điều chế dung dịch phủ trên cơ sở TiO2 nano tương đối đơn giản, dễ dàng nhân rộng, tạo ra nhiều chủng loại sản phẩm mà không cần can thiệp sâu vào công nghệ, đồng thời hứa hẹn có giá thành cạnh tranh do chi phí nguyên liệu chiếm tỷ trọng thấp trong giá thành [6].
Và nhiều nghiên cứu khác liên quan đến vật liệu TiO2 trong nhiều mục đích ứng dụng đã và đang được tiến hành.
Trong trường hợp công nghệ đốt than kèm chất phụ gia EPlus được triển khai rộng rãi sau này, phụ gia EPlus hoàn toàn có tiềm năng sản xuất và phát triển nghiên cứu ở Việt Nam, đáp ứng yêu cầu quy mô sản xuất và chất lượng sản phẩm nếu đạt được thỏa thuận chuyển giao công nghệ hoặc một phần công nghệ và cùng với sự hợp tác của các nhà khoa học và doanh nghiệp.
3. KẾT LUẬN
Bài báo đã đánh giá sơ bộ khả năng ăn mòn kim loại đại diện (tấm đồng) của mẫu phụ gia, kết quả được đánh giá khả năng ăn mòn là thấp.
Bài báo đánh giá tiềm năng trong việc sản xuất phụ gia EPlus nếu thỏa thuận chuyển giao công nghệ hoặc một phần công nghệ, cùng với sự hợp tác của các nhà khoa học và doanh nghiệp là hoàn toàn khả thi, dựa theo các tham khảo về các hướng nghiên cứu về hợp phần hoạt chất chính là sol TiO2 trong dung môi.
Lời cảm ơn
Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Bộ Khoa học và Công nghệ (Chương trình KC.05/16-20) đã hỗ trợ cấp kinh phí thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thử nghiệm đốt than kèm chất phụ gia để tăng hiệu suất và giảm phát thải khí ô nhiễm cho nhà máy nhiệt điện đốt than”.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] . Tài liệu giới thiệu phụ gia EPlus
[2] . Nguyễn Thiên Vương và cộng sự, Đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam “Nghiên cứu ứng dụng hạt nano chế tạo hệ sơn nước cách nhiệt phản xạ ánh sáng mặt trời, bền thời tiết”, 2016.
[3] . Hoàng Hiệp, Nguyễn Trường Sơn, Nguyễn Hoàng Sơn, Lê Thanh Sơn, “Tổng hợp sơn xúc tác quang hóa và khảo sát một số điều kiện thực tế khi xử lý 2,4-D trong nước”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học-Tập 20, số 3/2015.
[4] . Nguyễn Thị Huệ và cộng sự, Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp nhà nước “Nghiên cứu xử lý ô nhiễm không khí bằng vật liệu sơn nano TiO2/apatite, TiO2/Al2O3 và TiO2/bông thạch anh”, mã số KC.08.26/06-10, 2010.
[5] . PTN TĐ CN Lọc, hóa dầu, Nhiệm vụ Hợp tác quốc tế về KH&CN theo NĐT với Cộng Hòa Pháp, “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác dị thể TiO2/CNT và ống TiO2 nano ứng dụng để xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy bằng phương pháp quang hóa liên tục”, Mã số: 01/2012/HĐ-NĐT, 2013.
[6] . PTN TĐ CN Lọc, hóa dầu, DASXTN cấp Bộ Công Thương “Hoàn thiện công nghệ và sản xuất thử nghiệm dung dịch phủ đa năng trên cơ sở TiO2”, 2018.
TS. ĐỖ HỮU HÀO - TS. NGUYỄN CHIẾN THẮNG, ThS. NGUYỄN VĂN THẠO - GS.TS. VŨ THỊ THU HÀ, BÙI DUY HÙNG
(Nguồn: Tạp chí Khoa học và Công nghệ số 44, tháng 5 năm 2021)
