Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Chế tạo vật liệu trên cơ sở graphene để hấp phụ các chất hữu cơ dễ bay hơi trong khí thải ở một số cơ sở công nghiệp (26/10/2023)

Hải Phòng là thành phố công nghiệp với các ngành công nghiệp mũi nhọn như đóng tàu, ô tô, sản xuất sơn, nhựa và các hóa chất khác cũng như thành phố cảng, nơi xuất nhập khẩu các loại sản phẩm dầu mỏ. Các ngành công nghiệp này đều tồn tại nguy cơ ô nhiễm khí thải lớn, do lượng VOCs trong khí thải rất khó xử lý triệt để với các vật liệu hấp phụ đang có ở trong nước. Do đó, nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ mới trên cơ sở Graphene là một hướng đi đầy tiềm năng nhằm thay thế vật liệu hấp phụ được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là than hoạt tính. Sản phẩm mới có khả năng hấp phụ cao hơn, nhẹ hơn và giá thành ở mức chấp nhận được. Trước thực tế đó, TS. Võ Hoàng Tùng thuộc Công ty Cổ phần khoa học và công nghệ HTCHEM cùng các cộng sự đã thực hiện đề tài Nghiên cứu chế tạo vật liệu trên cơ sở graphene để hấp phụ các chất hữu cơ dễ bay hơi trong khí thải ở một số cơ sở công nghiệp, được Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hải Phòng tổ chức Hội nghị tư vấn, đánh giá nghiệm thu kết quả thực hiện trong tháng 6/2023.

Đại diện Ban chủ nhiệm báo cáo kết quả trước Hội đồng.

Ban chủ nhiệm đã tiến hành nghiên cứu tổng quan về graphene, VOCs và các phương pháp xử lý, vật liệu hấp phụ VOCs…; các nghiên cứu lý thuyết (cơ chế phân tán graphene lên xốp melamine, các tác động của sóng siêu âm lên quá trình phân tán để lựa chọn sóng siêu âm phù hợp hỗ trợ phân tán graphene, thông tin lý thuyết và thực tiễn về các chất kết dính và các phương pháp kết dính để lựa chọn chất kết dính phù hợp) làm cơ sở cho nghiên cứu thực nghiệm; đánh giá thực trạng xử lý các chất dễ bay hơi trong khí thải ở một số cơ sở công nghiệp tại Hải Phòng. 

Nghiên cứu thực hiện chế tạo graphene sponge bằng phương pháp phân tán bằng siêu âm kết hợp nhúng phủ, đưa vật liệu graphene đa lớp bám dính trên nền xốp melamine, tạo ra vật liệu mới có tính kị nước và ưa dầu, có tiềm năng ứng dụng lớn trong việc xử lý chất hữu cơ dễ bay hơi trong khí thải công nghiệp. Quy trình chế tạo vật liệu cơ bản gồm 5 bước: phân tán Graphene trong dung môi phân tán trong môi trường siêu âm, nhúng xốp melamine trong hỗn hợp Graphene đã phân tán, sấy vật liệu, nhúng vật liệu trong dung dịch chất kết dính và sấy khô vật liệu thành phẩm. Nghiên cứu cũng tiến hành sản xuất thực nghiệm 10 mẻ vật liệu hấp phụ từ graphene và xốp melamine theo quy trình trên. Kết quả cho thấy, dung lượng hấp phụ cực đại các VOCs của các mẫu vật liệu ở 10 mẻ có sai số không đáng kể và đều ở mức cao, gấp khoảng 50 lần so với than hoạt tính tốt nhất hiện nay trên thị trường. Nhóm nghiên cứu cũng đánh giá về khả năng hấp phụ hơi VOCs của vật liệu thử nghiệm và khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu, xây dựng quy trình sử dụng và tiêu chuẩn cơ sở của vật liệu. Trong đó, quy trình sử dụng và tái sử dụng vật liệu bao gồm các bước: bảo quản vật liệu trong điều kiện khô, thoáng, ở nhiệt độ phòng, tránh đề gần các nguồn dầu mỡ và dung môi; quy trình sử dụng vật liệu ở các cơ sở công nghiệp (chuẩn bị vật liệu, đặt vật liệu vào thiết bị, đưa khí thải vào thiết bị, xử lý khí thải, thay thế vật liệu sau khi vật liệu hấp phụ từ graphene và xốp melamine bão hòa); quy trình thu hồi và tái sử dụng vật liệu (thu hồi vật liệu, thu hồi dung môi, rửa vật liệu, kiểm tra vật liệu và tái sử dụng vật liệu). Tiêu chuẩn cơ sở của vật liệu được xây dựng dựa trên chỉ tiêu quan trọng nhất của vật liệu là giá trị dung lượng hấp phụ cực đại với các chất hữu cơ dễ bay hơi phổ biến.

Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm.

Việc thử nghiệm và đánh giá hiệu quả ứng dụng vật liệu được thực hiện tại một số cơ sở sản xuất sơn, cơ sở sang chiết dung môi, cơ sở sản xuất/ tái chế nhựa. Theo đánh giá của Ban chủ nhiệm đề tài, vật liệu hấp phụ trên cơ sở graphene với cấu trúc mạng tinh thể hai chiều, có khả năng tương tác mạnh mẽ với các phân tử, dung lượng hấp phụ cực đại đối với các chất hữu cơ dễ bay hơi đạt mức rất cao (trên 3g/g vật liệu), có hiệu suất hấp phụ đối với từng loại chất hữu cơ dễ bay hơi được khảo sát đạt tuyệt đối 100% trong điều kiện thí nghiệm và 99% với khí thải công nghiệp, có hiệu suất thu hồi dung môi từ các chất hữu cơ dễ bay hơi cao, đạt trên 85%. Nhờ đó, vật liệu hấp phụ trên cơ sở graphene có số lần tái sử dụng cao, thời gian sử dụng dài. Ưu điểm này của vật liệu cho phép các cơ sở công nghiệp có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí cho hệ thống vận hành xử lý khí thải. Về hiệu quả kinh tế, chi phí sản xuất của vật liệu hấp phụ trên cơ sở graphene chế tạo được chỉ hơn 6 nghìn đồng/m³, thấp hơn nhiều chi phí khi sử dụng than hoạt tính (hơn 50 nghìn đồng/m³).

Kết quả của đề tài có thể tiếp tục nghiên cứu mở rộng để sản xuất trực tiếp tại Công ty Cổ phần Công nghệ HTChem nhằm tối ưu hoá quá trình sản xuất, giảm giá thành, nâng cao khả năng xâm nhập thị trường. Sản phẩm nghiên cứu giúp giảm thiểu ô nhiễm không khí và bảo vệ sức khỏe con người.  

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài tại Trung tâm Thông tin, Thống kê khoa học và công nghệ Hải Phòng./.