Các hợp chất hữu cơ ở dạng rắn hoặc lỏng có thể bay hơi một cách tự nhiên khi tiếp xúc với áp suất khí quyển ở nhiệt độ thường. Khi vào cơ thể, VOCs có thể gây kích ứng da, mắt và hệ hô hấp; gây ra các hiện tượng buồn ngủ, chóng mặt, nhức đầu, run rẩy, lú lẫn; hoặc có thể gây bất tỉnh khi phơi nhiễm ngắn hạn với nồng độ VOCs cao. Tiếp xúc lâu dài với VOCs sẽ làm tăng đáng kể các nguy cơ dị ứng, bệnh hô hấp, tổn thương hệ sinh sản và thậm chí có thể gây ra ung thư.
Nhiều sản phẩm khác nhau có chứa VOCs như sản phẩm chăm sóc cá nhân (sơn móng tay, nước hoa, keo xịt tóc), sơn, nhiên liệu, sản phẩm làm sạch,… Khí thải từ xe cơ giới, nhà máy và cơ sở sản xuất là nguồn phát thải VOCs lớn trong môi trường. Hiện nay, tình trạng ô nhiễm VOCs dễ bay hơi sinh ra từ xăng dầu, dung môi và khí thải xăng dầu ở các trạm xăng tại TPHCM đang ngày càng trở nên nghiệm trọng và đáng lo ngại.
Phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính, zeolit, ozon hóa, xử lý sinh học thường được sử dụng để xử lý VOCs. Tuy nhiên, những phương pháp này hấp phụ thấp các phân tử có kích thước phân tử lớn, sinh ra sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình xử lý, các vi sinh vật bị ảnh hưởng bởi nguồn ô nhiễm,… Trong khi đó, những năm gần đây, việc sử dụng vật liệu xúc tác quang được xem như phương pháp hiệu quả có thể xử lý đồng thời hỗn hợp các chất VOCs do chi phí thấp, dễ vận hành và bảo trì, tiết kiệm năng lượng. Trong đó, vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 (M là các kim loại) chủ yếu được sử dụng để xử lý các chất khí như aceton, ethylbenzen, xylen.
Tuy nhiên, việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang M-doped TiO2 để xử lý các hợp chất hữu cơ chưa có hoặc còn rất ít ở trong nước. Trước thực tế đó, nhóm tác giả ở Trường Đại học Tài nguyên và môi trường TPHCM đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác quang nano TiO2 biến tính Iridium và ứng dụng xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi độc hại tại các trạm xăng dầu”.
Theo nhóm tác giả, vật liệu xúc tác quang TiO2 (titan oxide) được chọn lựa vì đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực do độ bền cao, giá thành rẻ và không độc hại. Tuy nhiên, TiO2 có khả năng hấp phụ ánh sáng nhìn thấy kém, nên nếu kết hợp nguyên tố Iridium (Ir) sẽ giải quyết được hạn chế này. Do kim loại Iridium (Ir) được biết như một chất xúc tác hiệu quả do cấu trúc và khả năng phản ứng tốt. Đây cũng là nghiên cứu chưa được thực hiện trong nước.
Theo đó, đề tài đã tổng hợp thành công và xây dựng được quy trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang kích thước nano mới TiO2 biến tính Iridium (Ir - doped TiO2) với các tỷ lệ Iridium lần lượt là 0,5%, 1,0% và 1,5% bằng phương pháp thủy nhiệt một giai đoạn dùng dung môi nước và không sử dụng thêm chất hoạt động bề mặt nào khác.
Nghiên cứu cũng tiến hành thử nghiệm khả năng xử lý VOCs của vật liệu xúc tác quang Ir-doped TiO2 tại trạm xăng dầu. Kết quả phân tích cho thấy có 4 chỉ tiêu toluen, n-hexan, benzene và IPA (cồn) trong mẫu thực tế tại trạm xăng dầu. Sau khi qua hệ thống xử lý bằng xúc tác quang Ir-doped TiO2 thì hiệu quả xử lý toluen trung bình đạt gần 80% và hiệu quả xử lý n-hexan hơn 50% cho mẫu xử lý thật. Kết quả này phù hợp với kết quả xử lý mẫu tinh khiết toluen và n-hexan. Đối với chỉ tiêu bezen và IPA, kết quả phân tích cho thấy hiệu suất xử lý đạt trung bình khoảng 70% khi qua hệ thống xử lý xúc tác quang Ir-doped TiO2. Các mẫu khí ngoài trạm xăng sau khi qua xử lý 4 chỉ tiêu toluen, n-hexan, benzene và IPA đều đạt tiêu chuẩn QCVN 19:2009/BTNMT.
Đề tài của nhóm tác giả đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu. Nhóm đang tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm hệ thống xử lý khí ở nhiệt độ cao, để có thể ứng dụng xử lý khí thải có chứa VOCs ở các nhà máy.
