Nghiên cứu và đánh giá khả năng xử lý một số hóa chất hữu cơ độc hại dễ bay hơi như Acetone, Benzen, Butanol, Dietyl ete của thiết bị làm sạch không khí bằng xúc tác quang

12 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2015
I. MỞ ĐẦU
H
ợp chất hữu cơ dễ
bay hơi (Volatile
organic compounds -
VOC) là nhóm các chất hữu cơ
có áp suất hơi lớn ở nhiệt độ
thường, do đó dễ dàng hóa hơi
một cách tự nhiên trong không
khí, ví dụ như acetone, benzen,
butanol, dietyl ete, cloroform,
formaldehyt Khi đã lẫn vào
không khí, nhiều VOC có khả
năng liên kết lại với nhau hoặc
nối liên kết với các phần tử
khác trong không khí tạo ra các
hợp chất mới. Các chất VOC
tồn tại khá phổ biến trong nhà
cũng như môi trường xung
quanh. Chúng hiện diện trong
nhiều sản phẩm chúng ta đang
sử dụng hàng ngày như chất
tẩy rửa, thuốc diệt côn trùng,
mỹ phẩm, nước hoa xịt phòng,
vật liệu xây dựng (sơn, gỗ
ghép, keo chống thấm). Chúng
cũng phát sinh từ các thiết bị
văn phòng như máy photocopy,
máy in [1-3]... Rất nhiều trong
số các VOC là độc hại đối với
sức khỏe con người và động,
thực vật. Chúng có thể gây kích
ứng cho mắt, mũi, họng, gây
nhức đầu, choáng váng, rối
loạn thị giác, hủy tế bào máu, tế
bào gan, thận, gây viêm da, tổn
hại đến hệ thần kinh trung
ương, ảnh hưởng đến khả
năng sinh sản (hiếm muộn, vô
Kt qu nghiên cu KHCN
NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ
KHẢ NĂNG XỬ LÝ MỘT SỐ
HÓA CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI DỄ BAY HƠI
NHƯ ACETONE, BENZEN, BUTANOL, DIETYL ETE
CỦA THIẾT BỊ LÀM SẠCH KHÔNG KHÍ BẰNG
XÚC TÁC QUANG
TS. Lê Thanh Sn
Vin Công ngh Môi trng, Vin Hàn Lâm Khoa h#c và Công ngh Vit Nam.
ảnh Minh họa. nguồn internet
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2015 13
sinh, khó đậu thai, sinh ít con)...
trong đó chloroform và các hợp
chất có vòng như benzen, tolu-
en, xylen... có tiềm năng gây
ung thư cao và cũng có thể gây
nên bệnh bạch cầu nếu tiếp
xúc trong thời gian dài [2,4,5,6].
Hiện nay, để làm sạch không
khí (LSKK) trong các phòng
kín, nhất là các VOC, thì
phương pháp xử lý không khí
bằng công nghệ xúc tác quang
(XTQ) đang trở thành một giải
pháp hữu hiệu và thân thiện với
môi trường do khả năng diệt
khuẩn và xử lý hóa chất độc hại
mạnh, không cần đưa vào hóa
chất và cũng không sinh ra các
sản phẩm phụ độc hại, chỉ sử
dụng nguồn điện và bộ lọc XTQ
là 1 ống thạch anh xốp phủ bột
nano TiO2 [8-11]. 
Viện Công nghệ môi trường
(CNMT) sau khi thực hiện
nhiệm vụ hợp tác quốc tế với
LB Nga [12], đã nắm bắt được
công nghệ LSKK bằng XTQ và
trên cơ sở đó đã chế tạo thành
công các loại thiết bị có công
suất từ 25m3/h đến 500m3/h [7,
13]. Để có thể đưa vào sử
dụng trong thực tế một cách
hiệu quả, cần tiến hành đánh
giá khả năng xử lý của các thiết
bị này đối với một số độc chất
trong không khí như vi khuẩn,
các hóa chất hữu cơ dễ bay hơi
VOC. Trong bài báo này, chúng
tôi giới thiệu kết quả đánh giá
hiệu quả xử lý một số loại VOC
thường gặp trong không khí
như acetone, benzen, butanol,
dietyl ete của thiết bị LSKK
bằng XTQ công suất 250m3/h
do Viện CNMT chế tạo trong
box thí nghiệm thể tích 10m3.
Đây là 4 chất đại diện cho 4 nhóm chất VOC thường gặp trong cuộc
sống, trong đó: acetone là dung môi được sử dụng rất nhiều trong
ngành sản xuất sơn, mực in, keo dán, nước rửa móng tay, các chất
tẩy rửa, là thành phần bay hơi của một số loại sơn và vecni; ben-
zen thường sinh ra trong khói thuốc lá, khói thải xe cộ, khói thải của
các nhà máy sản xuất thuốc lá; butanol được dùng làm dung môi
pha sơn, hòa tan các loại nhựa tự nhiên, tổng hợp, là thành phần
trong nước hoa; dietyl ete là thành phần thuốc gây mê được sử
dụng trong y tế, là dung môi trong sản xuất nhựa cellulose...
II. THỰC NGHIỆM
2.1. Giới thiệu về thiết bị LSKK bằng XTQ công suất 250m3/h
Thiết bị cấu tạo bởi một bộ lọc sơ cấp đặt ngay ở cửa vào của
dòng khí, bộ lọc tĩnh điện, khối lọc XTQ và than hoạt tính. Bộ lọc
sơ cấp (2) gồm tầng lọc thô có tác dụng giữ lại các hạt bụi và hạt
lơ lửng kích thước trên 3µm và tầng lọc tinh để loại bỏ các hạt bụi
có kích thước lên đến 0,5µm. Bộ lọc tĩnh điện (3) có tác dụng giữ
lại các hạt bụi và hạt lơ lửng nhỏ hơn, kích thước lên đến 0,1µm.
Khối lọc XTQ (4) gồm 4 ống thạch anh xốp (φ = 74mm; l = 418mm,
Sbề mặt = 971,3cm
2) được phủ một lớp mỏng bột XTQ nano TiO2
(kích thước hạt nano < 20nm, khối lượng phủ 250g/m2), ở tâm mỗi
ống bố trí 1 đèn tử ngoại UV-A (360nm, Philippe). Lớp lọc than
hoạt tính (6) có tác dụng hấp phụ để loại bỏ mùi và một số siêu
ôxit sinh ra trong quá trình XTQ. Không khí được quạt (5) hút vào
từ bên hông của thiết bị và đi ra ở mặt sau phía trên của thiết bị
như trên Hình 1b.
Kt qu nghiên cu KHCN
Hình 1. H!nh nh bên trong (a) và s đ nguyên lý hot đng (b)
ca thit b
 LSKK 250m3/h do Vin CNMT ch to
(a) (b)
14 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2015
Bảng dưới đây tóm tắt các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết
bị LSKK bằng XTQ công suất 250m3/h do viện CNMT chế tạo và
lắp ráp.
III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1. Khả năng xử lý acetone
Kết quả xử lý acetone trong
box thực nghiệm của thiết bị
LSKK bằng XTQ công suất
250m3/h được thể hiện trên đồ
thị Hình 2. Kết quả thu được
cho thấy trong khoảng 20 phút
đầu tiên, tốc độ xử lý acetone
của thiết bị khá cao (đường
cong gần như thẳng đứng), đạt
hiệu suất xử lý 70%. Tuy nhiên,
sau 20 phút, hàm lượng ace-
tone vẫn tiếp tục giảm, nhưng
tốc độ giảm không còn cao
như trước (độ dốc của đường
cong khá nhỏ). Từ sau thời
điểm 90 phút, giá trị nồng độ
hầu như không giảm. Điều này
có thể giải thích là do thời điểm
ban đầu nồng độ acetone trong
box cao, lượng acetone tiếp
xúc với vật liệu XTQ nhiều nên
tốc độ xử lý nhanh, sau đó
lượng acetone còn lại rất thấp,
lượng acetone được tiếp xúc
với vật liệu XTQ rất nhỏ nên
tốc độ xử lý không còn cao
nữa. 
3.2. Khả năng xử lý butanol
Kết quả xử lý butanol trong
box thực nghiệm của thiết bị
LSKK bằng XTQ được thể hiện
trên đồ thị Hình 3. Kết quả thu
được trong trường hợp này
cũng tương tự như acetone,
trong khoảng 20 phút đầu tốc
độ xử lý butanol của thiết bị rất
cao (độ dốc của đường cong
lớn), đạt hiệu suất xử lý đến
86%. Tuy nhiên chỉ sau 50
phút, thiết bị đã xử lý được
90% butanol và sau đó hầu
như không thay đổi.
Kt qu nghiên cu KHCN
Thoâng soá Giaù trò 
Naêng suaát laøm saïch khoâng khí 
(m3/h) 250 
Kích thöôùc thieát bò (mm) 570 x 374 x 1160 
Kích thöôùc taám loïc thoâ (mm) 328 x 480 
Kích thöôùc taám loïc tinh (mm) 328 x 480 
Ñieän aùp cuûa boä loïc tónh ñieän (KV) 10 
Soá boùng ñeøn UV (loaïi 36W) 4 
Soá oáng loïc xuùc taùc quang 4 
Coâng suaát ñieän cuûa quaït gioù (W) 72 
Daûi nhieät ñoä laøm vieäc (0C) 10 – 50 
Nguoàn AC 50 Hz (V) 220V ± 10% 
Coâng suaát tieâu thuï ñieän toaøn 
thieát bò (W) ~ 240 
Ñoä oàn (Db) ~ 50 
Khaû naêng loaïi boû buïi (%) > 90 
Khaû naêng dieät khuaån 
Giaûm 90% toång vi khuaån trong 
moâi tröôøng khoâng khí sau 1 laàn 
khoâng khí ñi qua thieát bò 
2.2. Đánh giá khả năng xử lý VOC của thiết bị
Dùng pipet hút chính xác 2,5ml dung dịch mỗi VOC (acetone,
benzen, dietyl ete, butanol) cho vào buồng box. Bên trong buồng
box có bố trí 1 quạt nhỏ để đối lưu không khí. Hàm lượng VOC
suy giảm theo thời gian được đo bằng máy đo VOC sử dụng cảm
biến TGS2602 (Figaro, Nhật Bản). Hiệu suất oxy hóa VOC được
xác định theo công thức:
Trong đó C0 và C lần lượt là nồng độ của chất VOC trong box
ở thời điểm trước khi chạy máy và sau khi chạy máy.
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2015 15
Kt qu nghiên cu KHCN
Hình 2. Kh năng x$ lý acetone ca thit b
 LSKK bng XTQ công sut 250m3/h 
Hình 3. Kh năng x$ lý butanol ca thit b
 LSKK bng XTQ công sut 250m3/h 
3.3. Khả năng xử lý dietyl ete
Kết quả xử lý dietyl ete trong
box thực nghiệm của thiết bị
LSKK bằng XTQ công suất
250m3/h được thể hiện trên đồ
thị Hình 4. Kết quả thu được cho
thấy tốc độ xử lý dietyl ete trong
30 phút đầu tương đối cao,
nồng độ dietyl ete trong box
giảm khá đều đặn. Tuy nhiên,
sau 30phút thì hàm lượng dietyl
ete giảm rất chậm và sau 125
phút hầu như không thay đổi,
duy trì ở mức 17,5ppm, tức hiệu
suất xử lý đạt 70%.
3.4. Khả năng xử lý benzen
Kết quả xử lý benzen trong
box thực nghiệm của thiết bị
LSKK bằng XTQ công suất
250m3/h được thể hiện trên đồ
thị Hình 5. Kết quả thu được
cho thấy hiệu suất xử lý ben-
zen của thiết bị không cao, chỉ
trong khoảng 15 phút đầu,
hàm lượng benzen giảm đều
đặn nhưng sau 30 phút thì
hàm lượng benzen trong box
hầu như không thay đổi và
hiệu suất xử lý chỉ đạt 43%.
Điều đó cho thấy hợp chất
vòng thơm benzen là hợp
chất khá bền, phản ứng XTQ
cũng xử lý không hiệu quả hợp
chất này.
3.5. So sánh và giải thích khả
năng xử lý các VOC của thiết bị
Trên Hình 6 là đồ thị so sánh
hiệu suất xử lý giữa các VOC
của thiết bị LSKK bằng XTQ
công suất 250m3/h.
Từ Hình 6 ta thấy butanol
đạt hiệu suất xử lý cao nhất,
trong vòng 50 phút xử lý được
91% lượng butanol bơm vào
Box ban đầu. Ngược lại, ben-
zen có hiệu xuất xử lý không
hiệu quả, chỉ đạt 43% trong 150
phút. Acetone và dietyl ete xử
lý hiệu quả hơn với benzen,
trong vòng 100 phút acetone
xử lý được 80%, còn dietyl ete
xử lý được 70% trong 120 phút.
Kết quả này tương tự kết quả
đã được công bố của Rosana
et al. [14] và Wang et al. [1].
Kết quả này có thể giải thích
như sau: do khả năng hấp thụ
và xúc tác quang của TiO2 là
khác nhau đối với các VOC có
bản chất khác nhau. Butanol
16 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2015
Kt qu nghiên cu KHCN
Hình 4. Kh năng x$ lý dietyl ete ca thit b
 LSKK bng XTQ công sut 250m3/h 
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2015 17
Kt qu nghiên cu KHCN
Hình 6. So sánh kh năng x$ lý các VOC ca thit b
 LSKK bng XTQ công sut 250m3/h 
Hình 5. Kh năng x$ lý benzen ca thit b
 LSKK bng XTQ công sut 250 m3/h 
18 Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2015
với nhóm chức rượu –OH là
hợp chất dễ bị phản ứng nhất
trong số các VOC nghiên cứu
nên hiệu suất xử lý butanol là
cao nhất. Acetone và dietyl ete
đều là hợp chất khó phản ứng
hơn butanol (nhóm chức ete
–O- và xeton –C=O bền hơn
–OH) do đó bị phân hủy bởi
phản ứng XTQ kém hơn
butanol. Trong số 2 chất này,
acetone có phân tử lượng thấp
hơn dietyl ete, mạch cacbon
cũng ngắn hơn nên dễ bị phân
hủy bởi phản ứng XTQ hơn
dietyl ete. Trong khi đó nhân
thơm của phân tử benzen rất
bền, khó bị tấn công nên hiệu
suất phân hủy bằng XTQ đối
với benzen khá thấp như quan
sát thấy trong thí nghiệm trên.
Ngoài ra, một số nhà nghiên
cứu cho rằng benzen có thể
gây ra hiện tượng vô hoạt chất
xúc tác [15, 16].
IV. KẾT LUẬN
Các kết quả đánh giá cho
thấy thiết bị LSKK bằng XTQ
do Viện CNMT chế tạo có khả
năng xử lý rất tốt các VOC
dạng ancol như rượu butanol,
với hiệu suất xử lý đạt 86% chỉ
sau 20 phút. Với các hợp chất
VOC có nhóm chức bền hơn
như acetone, dietyl ete thì hiệu
suất xử lý thấp hơn, 80% ace-
tone bị phân hủy sau 100 phút
còn với dietyl ete, sau 120 phút
mới xử lý được 70%. Các VOC
có nhóm chức rất bền như
vòng thơm benzen thì hiệu suất
xử lý còn thấp hơn nữa, sau
150 phút mới phân hủy được
43%. Kết quả này giúp cho việc
sử dụng các thiết bị LSKK hiệu
quả hơn, cụ thể khi cần xử lý
các chất ô nhiễm không khí
như cồn, acetone thì chỉ cần
thời gian chạy máy ngắn là đủ,
còn khi xử lý các chất như ete,
benzen thì cần phải chạy máy
lâu hơn để đảm bảo xử lý tốt
các chất ô nhiễm này.
Kt qu nghiên cu KHCN
Ảnh minh họa: nguồn Internet
Taïp chí Hoaït ñoäng KHCN An toaøn - Söùc khoûe & Moâi tröôøng lao ñoäng, Soá 1,2&3-2015 19
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. S. Wang, H.M. Ang, M.O.
Tade. “Volatile organic com-
pounds in indoor environment
and photocatalytic oxidation:
State of the art" .Environment
International 33: 694–705 (2007)
[2]. R. Dales, L. Liu, A.J.
Wheeler, N. L. Gilbert. “Quality
of indoor residential air and
health". Canadian Medical
Association Journal 179:
147–52 (2008)
[3]. C. Yu, D. Crump. A review
of the emission of VOCs from
polymeric materials used in
buildings. Building and
Environment 33: 357–74
(1998)
[4]. M. J. Mendell. “Indoor resi-
dential chemical emissions as
risk factors for respiratory and
allergic effects in children: A
review". Indoor Air 17(4):
259–77 (2007)
[5]. P. Wolkoff, C.K. Wilkins,
P.A. Clausen, G.D. Nielsen.
Organic compounds in office
environments - sensory irrita-
tion, odor, measurements and
the role of reactive chemistry.
Indoor Air 16(1): 7–19 (2006)
[6]. EPA -- An Introduction to
Indoor Air Quality Pollutants
and Sources of Indoor Air
Pollution Volatile Organic
Compounds (VOCs).
[7]. L.T. Sơn. Nghiên cứu và
đánh giá khả năng làm việc của
thiết bị làm sạch không khí bằng
công nghệ xúc tác quang trong
điều kiện khí hậu nhiệt đới của
Việt Nam. Tạp chí hoạt động
khoa học công nghệ, An toàn -
Sức Khỏe & Môi trường lao
động số 1,2&3: 83-88 (2014).
[8]. K. G. McGuigan, T. M.
Joyce and R.M. Conroy. Solar
disinfection: use of sunlight to
decontaminate drinking water in
developing countries. J. Med.
Microbiol, 48: 785-787 (1999)
[9]. A. Martin-Dominguez, M. T.
Alarson-Herrera, I. R. Martin-
Dominguez et al. Efficiency in the
disinfection of water for human
consumption in rural communi-
ties using solar radiation. Solar
Energy, 78: 31-40 (2005).
[10]. J.-M. Herrmann, C. Guillard,
J. Disdier et al. New industrial tita-
nia photocatalysts for the solar
detoxication of water containing
various pollutants. Applied cataly-
sis B: Environmental, 35 (4): 281-
294 (2002)
[11]. J. I. Gole, J. D. Stout,
C. Burda et al. Highly efficient
formation of visible light tunable
TiO2-xNx photocatalysts and
their transformation at the
nanoscale. J. Phys. Chem. B,
108(4): 1230-1240 (2004)
[12]. Nguyễn Việt Dũng, Báo
cáo tổng hợp kết quả khoa học
công nghệ đề tài “Nghiên cứu
phát triển và ứng dụng hệ
thống xử lý ô nhiễm không khí
TIOKRAFT trên cơ sở vật liệu
xúc tác quang TiO2, Viện Công
nghệ môi trường, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt
Nam (2013)
[13]. L.T. Sơn. Nghiên cứu chế
tạo thiết bị xử lý ô nhiễm không
khí trên cơ sở xúc tác quang
hóa. Tạp chí hoạt động khoa
học công nghệ, An toàn - Sức
Khỏe & Môi trường lao động số
4,5&6: 18-23 (2013)
[14]. M. A. Rosana and F.J.
Wilson. Photocatalytic destruc-
tions of VOCs in the gas-phase
using titanium dioxide. Appl.
Catal. B-Environ. 14: 55-68
(1997)
[15]. X. Fu, W.A. Zeltner and
M.A. Anderson. The gas-phase
photocatalytic mineralization of
benzene on porous titania-
based catalysts. Appl. Catal. B:
Environ. 6: 209-224 (1995)
[16]. S. Sitkiewitz and A. Heller.
Photocatalytic oxidation of ben-
zene and stearic acid on sol-gel
derived TiO2 thin films attached
to glass. New J. Chem. 20:
233-241 (1996).
Kt qu nghiên cu KHCN
Lời cảm ơn: 
Công trình này được ủng hộ bởi dự án sản xuất thử nghiệm của
Bộ Công thương “Chế tạo và triển khai áp dụng thiết bị xử lý ô
nhiễm không khí bằng phương pháp xúc tác quang” (02/HĐ -
SXTN.13/CNMT).