Tóm tắt Luận án Nghiên cứu làm sạch CO2 từ khí thải đốt than bằng kỹ thuật xúc tác - Hấp phụ để làm nguồn Cac-bon nuôi vi khuẩn lam Spirulina Platensis giàu dinh dưỡng - Đoàn Thị Oanh

uẩn vào cấu trúc mạng của LaCoO3. Kích thước và diện tích bề mặt của các hạt La0.9K0.1CoO3 thu được là 30 - 50 nm và 6,8 m 2 /g. b. Nghiên cứu tính chất hệ vật liệu xúc tác V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2 Ảnh hưởng của pH (a) (b) (c) Hình 3.7. TPD trên mẫu (a) VW/Ti2, (b) VW/Ti3, (c)VW/Ti4 Bảng 3.4. Thông số TPD của các mẫu VW/Ti2, VW/Ti3, VW/Ti4 STT Nhiệt độ tại pic (OC) Thể tích tâm xúc tác (mL/g STP) VW/Ti2 VW/Ti3 VW/Ti4 VW/Ti2 VW/Ti3 VW/Ti4 1 215,4 171,4 176,8 0,34718 0,21743 0,24058 2 412,9 268,8 280,5 0,14961 0,22301 0,32312 3 595,5 461,4 476,9 0,10137 0,00139 0,00393 Kết quả này cho thấy có thể chọn pH = 3÷4 để chế tạo mẫu, tùy thuộc vào tiêu chí lựa chọn: hoặc là nhiệt độ giải hấp phụ thấp hơn cả (với pH=3) hoặc là chọn nhiệt độ giải hấp phụ tương đối thấp nhưng đương lượng hấp 8 phụ c o hơn (pH =4). Ảnh hưởng của quá trình sulphat hóa (a) (b) (c) Hình 3.8. TPD trên (a) mẫu VW/Ti3S; (b) mẫu XG; (c) mẫu XT/XG Bảng 3.5. Các thông số TPD cơ bản của các mẫu VW/Ti3S, XG và XT/XG P STT Nhiệt độ tại pic (OC) Thể tích (mL/g STP) VW/Ti3S XG XT/XG VW/Ti3S XG XT/XG 1 163,7 181,4 172,0 0,25036 3,10089 5,43641 2 356,0 310,5 - 0,21227 2,53675 - ã nghi n cứu ảnh hưởng của pH và quá trình sulphat hóa tới tính axit của xúc tác V2O5+WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2. Kết quả nhận được như s u: + pH = 3÷4 là tối ưu để chế tạo mẫu có đương lương hấp phụ cao ở nhiệt độ tương đối thấp. + Quá trình sulphat hóa chất m ng làm th đổi tính axit của pha hoạt động tạo nên hệ vật liệu x c tác có dung lượng hấp phụ amoniac cao tại một vùng nhiệt độ thấp. + Vật liệu xúc tác với tính xit như vậy có khả năng x c tác tốt cho quá trình chuyển hóa NOx, phân huỷ VOCs, nhất là VOCs chứa clo và các dẫn xuất của dioxin và furan chứa trong khí thải t các lò đốt than. c. Vật liệu xúc tác quang V2O5/TiO2 (a) (b) Hình 3.10. Giản đồ nhiễu xạ tia X của TiO2 rutile chưa nghiền (a) và V2O5/TiO2 đã nghiền 4h (b) Hình 3.11. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu TiO2 trước khi nghiền (a) và V2O5/ TiO2 sau khi nghiền 4 giờ (b) Bảng 3.6. Kích thước hạt và các giá tr BET của các mẫu Mẫu Thời gian nghiền (h) Kích thƣớc hạt trung bình (nm) BET (m2/g) Tài liệu tham khảo TiO2 0 100-130 1,19 Nghiên cứu này V2O5/TiO2 4 20-40 19,5 Nghiên cứu này V2O5/ TiO2 4 22 20,80 [68] 9 Bằng phương pháp nghiền phản ứng N no V n di đã được pha tạp vào mạng Rutil TiO2. Vật liệu chế tạo được có ích thước 20 - 40 nm, diện tích bề mặt riêng BET gần 20 m 2 /g, hấp phụ mạnh trong vùng UV đồng thời tăng s ng vùng ước sóng dài 430 - 570 nm Hình 3.12. Phổ hấp thụ UV - Vis của TiO2: (a) TiO2 rutile chưa nghiền, và (b) hạt nano V2O5 / TiO2 nghiền 4h 3.1.1.2. Chế tạo xương gốm - chất mang Hình 3.13. Giản đồ nhiễu xạ tia X của xương gốm sau thiêu kết trong không khí tại 12000C trong 3h. Hình 3.14. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) trên bề mặt xương Bảng 3.7. Các thông số kỹ thuật của các bộ gốm cấu trúc tổ ong Loại vật liệu Độ bền uốn (KG/cm2) Độ bền va đập (KG/cm2) Độ bền nhiệt (ToC) Gốm cấu trúc tổ ong 32,12-34,80 1,48-1,49 1200 3.1.2. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modun hấp phụ-xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than 3.1.2.1. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ/xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than quy mô phòng thí nghiệm a. Thành phần khí thải đốt than Thành phần hóa học của than tổ ong sử dụng cho mục đích nghi n cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm có hàm lượng cacbon khá cao chiếm 55,82%; độ tro và độ ẩm chiếm 38,56% và 13,12%. Bên cạnh đó trong th n c ng có chứa các thành phần hác như H, S, O và N có hàm lượng 1,26%; 0,63%; 1,86% và 0,72%, tương ứng. Với các thành phần củ th n như tr n, thành phần khí thải s u hi đốt than có chứ lượng lớn khí CO2 có nồng độ 4,35 ± 0,01%. Kết quả nhận được c ng cho thấ , hàm lượng CO trong khói thải khá cao, phần lớn các mẫu chứ CO c o hơn 2000 mg/m3. Ngoài ra còn chứa khí SO2, NOx và H2 với nồng độ 422,37 ± 18,36 mg/m3, 32,58 ± 0,81 mg/m3 và 143 ± 7,0 mg/m3 tương ứng. Chính vì vậy, thật cần thiết làm sạch tối đ những hí đồng hành CO, SO2, NOx này để thu được lượng CO2 sạch nhằm mục đích nuôi vi tảo. b. Nghiên cứu thiết lập mô hình hấp phụ/xúc tác để làm sạch khí CO2 từ khí thải đốt than Đánh giá khả năng hấp phụ SO2 của vật liệu CaO-Na2CO3 10 Khi hàm lượng SO2 nằm khoảng giá trị 1,687 mmol/g vật liệu CaO - Na2CO3 thì độ hấp phụ khí SO2 đạt giá trị cực đại, với giá trị a* = 1,569 mmol SO2/g vật liệu. Hình 3.17. Hiệu suất hấp phụ khí SO2 của vật liệu CaO - Na2CO3 Kiểm tra chức năng oxi hóa CO của vật liệu La0,9K0,1CoO3 Kết quả nghiên cứu cho thấy với 1 g vật liệu trong 1 phút có khả năng chu ển hóa hết 253,80 mg CO/g vật liệu. Do trong vật liệu chỉ chứ 5% x c tác (tương đương với 50mg xúc tác/1g vật liệu), có nghĩ là 1 mg x c tác có hả năng chu ển hóa 5,08 mg CO trong 1 phút. Với những nhận định trên của các tác giả, cùng với mục đích chu ển hóa CO thành CO2 cho nuôi Spirulina platensis nên luận án chỉ tập trung nghiên cứu khả năng xử lý CO của vật liệu La0,9K0,1CoO3 và nhiệt độ 320 o C là nhiệt độ tối ưu cho quá trình oxi hóa CO thành CO2. Hình 3.18. Hiệu suất chuyển hóa CO của hệ La0.9K0.1CoO3 theo nhiệt độ Bảng 3.10. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí hiệu suất xử lý của vật liệu Kiểm tra khả năng chuyển hóa NOx của V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2 Tiếp theo là các nghiên cứu chuyển hóa NOx của vật liệu V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2. Hiệu suất của quá trình chuyển hóa NOx ở vật liệu này được thể hiện ở bảng 3.11. Bảng 3. 1. Hiệu suất chuyển hóa khí NO, NO2 qua modun V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2 Nhiệt độ (oC) NO2 NO NOx H2 Ct/Co (mg/m3) η-NO2 (%) Ct/Co (mg/m3) η- NO (%) Ct/Co (mg/m3) η- NOx (%) Ct/Co (mg/m3) 30 60/60 0,00 187,5/187,5 0,00 247,5/247,5 0,00 1070/1070 250 60/60 0,00 169,95/187,5 9,36 229,95/247,5 7,09 1068/1070 310-320 2,11/60 96,48 82,87/187,5 55,78 84,98/247,5 65,66 1051/1070 350 1,43/60 97,62 99,22/187,5 47,08 100,65/247,5 59,33 1053/1070 400 15,56/60 74,06 107,74/187,5 42,54 123,30/247,5 50,18 1055/1070 500 17,85/60 70,24 111,65/187,5 40,66 128,30/247,5 48,16 1056/1070 Ghi chú: Co: Nồng độ khí trước khi qua modun xử lý; Ct: Nồng độ khí sau khi qua hệ xử lý η: Hiệu suất xử lý khí Kết quả thực nghiệm cho thấy, nhiệt độ tối ưu cho hả năng chu ển hóa NOx 11 của vật liệu V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2 nằm trong khoảng 310 - 320 o C. c. Tích hợp hệ xúc tác/ hấp phụ trong quy trình tách và làm sạch CO2 từ khí thải đốt than quy mô phòng thí nghiệm Dựa vào kết quả phân tích thành phần khí thải t lò đốt than (bảng 3.9) và kết quả kiểm tra chức năng của t ng modun xử lý khí, hệ thống ứng dụng các vật liệu xúc tác và hấp phụ đã được thiết kế để xử lý các hí độc đồng hành nhằm thu được CO2 có độ sạch cao và thân thiện với môi trường nuôi Spirulina platensis theo sơ đồ Hình 3.19. Hình 3.19. ơ đồ hệ thống xử lý khí thải đốt than d. Nghiên cứu ảnh hƣởng miền nhiệt độ lên hiệu quả hoạt động của hệ xúc tác- hấp phụ Những kết quả nghiên cứu cơ ản đã cho phép luận án lựa chọn được tổ hợp modul xúc tác-hấp phụ phù hợp với điều kiện hiện hành. Tuy nhiên, khi tích hợp các modul xúc tác- hấp phụ vào cùng một điều kiện phản ứng, cần phải hảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu quả hoạt động của hệ thống xúc tác/hấp phụ. Số liệu trình bày trên bảng 3.12 là kết quả đo trung ình của 18 lần lặp lại tại các miền nhiệt độ khác nhau trong hệ hấp phụ-xúc tác t 250oC đến 500oC. Tại nhiệt độ 250oC, nồng độ NOx gần như hông th đổi chứng t rằng ở nhiệt độ này, modun xử lý NOx hầu như hông hoạt động. Trong hi đó nồng độ CO và SO2 giảm 68,84 % và 86,44 %, tức là modun oxi hoá và modun hấp phụ đều hoạt động ở 250oC. Khi nhiệt độ buồng x c tác tăng l n 320oC, độ chuyển hoá CO là 74,75 %, lượng SO2 mất đi tới 93,36 %, còn NOx giảm 66,36%. Khi tăng nhiệt độ buồng xúc tác lên 350oC, độ chuyển hoá CO là 64,72 %, SO2 đạt 93,89 % và NOx đạt 56,67%. Ở nhiệt độ 400 OC, độ chuyển hoá CO là 58,21% trong khi SO2 là 92,84% và NOx là 51,52 %. Tại nhiệt độ 500 oC, độ chuyển hoá CO chỉ là 23,83 %; SO2 là 91,26 % trong khi NOx chỉ là 48,48 %. Như vậy, độ chuyển hoá CO và NOx cao nhất ở 320 oC, trong hi độ chuyển hoá SO2 khoảng 90% tại tất cả các vùng nhiệt độ đã hảo sát, tr nhiệt độ 250oC gần như modun chu ển hóa NOx không hoạt động. Lưu ý tới hàm lượng CO2 thu được sau hệ xúc tác- hấp phụ (d o động trong khoảng 4,40 - 4,52%), nhiệt độ 320oC được chọn là nhiệt độ hoạt động của buồng xúc tác -hấp phụ trong HM XLKT ở quy mô lớn hơn. Nhận xét: ộ chuyển hoá CO và NOx cao nhất ở 320 oC, trong hi đó độ chuyển hoá SO2 cao nhất ở 100 - 120 o C. Tuy vậy, ở các vùng nhiệt độ đã hảo sát, độ chuyển hoá SO2 đều cao trên 90%. Vì vậy, với những kết quả nghiên cứu n đầu đã cho phép chọn tổ hợp những môđun x c tác-hấp phụ phù hợp với điều 12 kiện hiện hành. Tr n cơ sở đó, nhiệt độ 320 oC đã được chọn là nhiệt độ buồng xúc tác/ hấp phụ cho hoạt động củ HM XLKT ở quy mô này. e. Hiệu quả hoạt động của hệ modun xử lý khí thải trong quy trình tách và làm sạch CO2 từ khí thải đốt than Bảng 3.13. Kết quả phân tích thành phần khí thải đốt than trước và sau xử lý Thành phần khí thải Tại nguồn đốt than Sau bộ xúc tác và hấp phụ Sau môđun phun sƣơng Hiệu suất xử lý (%) SO2 (mg/m 3) 422 ± 18,34 28± 7,98 5,24 ± 1,06 >98,54 CO (mg/m3) 2086 ± 32,09 446,48 ± 8,44 446,48 ± 8,44 >79,04 NOx (mg/m 3) 32,49 ± 0,97 6,2 ± 1,7 5,0 ± 0,53 >83,47 H2 (mg/m 3) 143 ± 7 139 ± 1 139 ± 2 - CO2 (%) 4,35 ± 0,01 4,52 ± 0,01 4,50 ± 0,02 - Như vậ , quá trình đốt th n trong phòng thí nghiệm thải r nhiều hí thải như CO, SO2, NOx, CO2, và ụi muội. Lượng CO2 được làm sạch s u HM XLKT hoảng 4,50 ± 0,02% đủ để tiến hành các thí nghiệm cung cấp nguồn c c on cho Spirulina platensis sinh trưởng. f. Hiệu quả tách CO2 khi kết hợp với hệ xúc tác quang hóa A: Hệ modul xử lý hí thải sử dụng hệ x c tác tru ền thống; B: Hệ thống làm nguội hí đến nhiệt độ phòng; C: ng thạch nh; D: Thu hí s u xử lý Hình 3.22. ơ đồ xử lý khí thải của lò đốt than Bảng 3.14. Kết quả đo nồng độ các chất khí đầu vào /đầu ra sau khi xử lý Chỉ tiêu Nồng độ đầu vào Giai đoạn sau xử lý qua hệ xúc tác truyền thống Giai đoạn sau xử lý qua hệ xúc tác quang Nồng độ Hiệu suất (%) Nồng độ Hiệu suất (%) CO (mg/m3) 2086 ± 32,09 446,48 ± 18,44 79,04 38,16 ± 2,24 >98,18 SO2 (mg/m 3) 422 ± 18,34 5,24 ± 1,06 >98,54 0 100 NOx (mg/m 3) 32,49 ± 0,97 5,0 ± 0,53 >83,47 2 ± 0,03 93,02 H2 (mg/m 3) 143 ± 7 139 ± 2 - 139 ± 2 - CO2 (%) 4,35 ± 0,01 4,50 ± 0,02 - 4,56 ± 0,01 - Sự kết nối modun truyền thống và x c tác qu ng hó đã giải quyết gần như triệt để các thành phần khí còn lại. iều này gợi mở khả năng th thế xúc tác quang cho cả hệ modun xúc tác. Tuy nhiên, việc mở rộng khả năng sử dụng xúc tác quang trong xử lý khí thải đốt than quy mô lớn cần thiết những nghiên cứu sâu hơn trong tương lai. 3.1.2.2. Nghiên cứu thử nghiệm hệ modul hấp phụ/xúc tác để làm sạch CO2 từ khí thải đốt than tại nhà máy gạch tuynel a. Thành phần khí thải đốt than tại Nhà máy gạch tuynel Đan Phƣợng, Hà Nội â là thành phần khí thải được trích t ống khói lò nung (1) của nhà máy. Số liệu cho thấy khí thải trích t ống khói nhà mày gạch tuynel chứ hàm lượng CO2 là 1,22 ± 0,01%; SO2 t 148,96 ± 34,58 mg/m 3 ; NOx khoảng 19,92 ± 9,96 mg/m 3 , CO khoảng 770,24 ± 26,68 mg/m3. Ngoài ra trong thành phần khí thải 13 của nhà máy còn có một lượng nh VOCs, HCl, HF và CxHy, H2. Bảng 3.15. Thành phần khí thải trích từ ống khói lò nung nhà máy gạch tuynel, Đan Phượng, Hà Nội STT Chỉ tiêu Hàm lƣợng STT Chỉ tiêu Hàm lƣợng 1 CO2 (%) 1,22 ± 0,01 6 HCl (mg/m 3) 2,17 ± 0,01 2 SO2 (mg/m 3) 148,96 ± 34,58 7 HF (mg/m3) 2,32 ± 0,02 3 NOx (mg/m 3) 30,08 ± 1,43 8 CxHy (mg/m 3) 25 ± 0,04 4 CO (mg/m3) 770,24 ± 26,68 9 H2 (mg/m 3) 246,00 ± 3,00 5 VOCs (mg/m3) 0,18 ± 0,01 b. Giới thiệu hệ thống làm sạch CO2 và xử lý khí thải đồng hành Với mục đích làm sạch CO2 phục vụ cho quá trình sản xuất Spirulina platensis SP8, sau khi khảo sát các thành phần khí thải trích t ống khói lò nung của nhà máy, hệ thống làm sạch CO2 và xử lý khí thải đồng hành tại lò nung Nhà máy gạch tu nel, n Phượng, Hà Nội đã được thiết kế theo Hình Hình 3.24. c. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ lên hiệu suất xử lý khí thải đồng hành của tháp xúc tác/hấp phụ Các số liệu được trình bày trên bảng 3.16 cho thấy nhiệt độ làm việc tốt nhất của buồng xúc tác – hấp phụ vẫn đảm bảo trong khoảng 300-350oC, ở 320 o C cho hiệu quả xử lý tốt nhất. Tại nhiệt độ 250oC, hiệu suất xử lý NOx chỉ đạt 9,13%, trong khi hiệu suất xử lý CO và SO2 đạt 66,62 % và 95,85 %; kết quả nà tương tự với kết quả thu được trong điều kiện phòng thí nghiệm. iều này chứng t trong điều kiện thực tế, modun oxi hoá và modun hấp phụ đều hoạt động ở 250oC, trong khi modun xử lý NOx hầu như hông hoạt động. Khi nhiệt độ tăng l n, thì hiệu suất xử lý hí tăng và đạt tối ưu ở 320 oC, độ chuyển hoá CO, SO2, NOx là 80,68 %; 100%; 67,21%, tương ứng. Như vậy, với các kết quả nhận được ở trên, trong nghiên cứu này, nhiệt độ 320oC được xác định là nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của tháp xúc tác/hấp phụ cho các nghiên cứu tiếp theo. d. Nghiên cứu hiệu quả làm sạch CO2 và xử lý các khí đồng hành của hệ thống ở nhiệt độ tối ƣu 320oC Bảng 3.17. Hiệu quả làm sạch CO2 từ khí thải đốt than tại Nhà máy gạch tuynel Đan Phượng, Hà Nội thông qua Hệ modun xử lý khí thải STT Thành phần Co Ct-1 Ct-2 η (%) 1. VOCs (mg/m3) 0,19 ± 0,01 0,06 0,03 84,21 2. HCl (mg/m3) 2,17 ± 0,01 0,72 0,33 84,80 3. HF (mg/m3) 2,32 ± 0,02 0,37 0,28 87,90 4. CxHy (mg/m 3) 25 ± 0,04 0 0 100 5. H2 (mg/m 3) 246,00 ± 3,00 245,00 ± 2,00 245,00 ± 3,00 - 6. SO2 (mg/m 3) 148,96 ±34,58 5,32 ± 2,66 0 100 7. CO (mg/m3) 770,24 ±26,68 145,1 ± 12,2 144,6 ± 12,5 82,23 8. NOx (mg/m 3) 30,08 ± 2,36 9,98 ± 0,49 2,49 ± 0,72 90,01 9. CO2 (%) 1,22 ± 0,01 1,27 ± 0,01 1,24 ± 0,02 - 14 Ghi chú: Co: nồng độ ban đầu của các chất trước khi đi vào hệ modun xử lý khí thải; Ct-1: nồng độ của các chất sau khi đi qua modun xúc tác-hấp phụ; Ct-2: nồng độ của các chất sau khi đi qua modun phun sương; η: Hiệu suất xử lý khí Khí thải s u hi đi qu tháp hấp phụ/x c tác trong hí đầu ra bao gồm khí CO2 1,27 ± 0,01% vẫn còn lẫn một ít các khí NOx, SO2, VOCs, HCl, HF, CxHy. Do khí thải sau khi qua tháp hấp phụ/ xúc tác có nhiệt độ cao không tốt cho quá trình nuôi Spirulina platensis nên hỗn hợp khí này tiếp tục được dẫn qua tháp hấp thụ với mục đích là giảm nhiệt độ trước hi đư hí vào môi trường nuôi. Kết quả thu được cho thấy hỗn hợp khí thải s u hi đi qu tháp hấp thụ các khí SO2, NOx, VOCs, HCl, HF, CxHy gần như được làm sạch hoàn toàn với hiệu suất 100%; 90%; 84,21 %, 84,8 %, 87,8 %, 100 %, tương ứng. 3.1.3. Nhận xét Như vậy, luận án đã tổng hợp được các vật liệu xúc tác-hấp phụ: CaO- Na2CO3 và Fe2O3 - MnO2, La0.9K0.1CoO3 ,V2O5+WO3/TiO2 + Al2O3 + SiO2, V2O5/TiO2 và đã chế tạo thành công hệ modun xử lý khí thải XT-HP qui mô pilot trong quy trình tách và làm sạch CO2 t khí thải đốt th n (HM XLKT). Khí thải s u hi qu HM XLKT tru ền thống có khả năng xử lý CO đạt được khoảng 79,04 %, SO2 gần như hoàn toàn và NOx đạt 83,47% tại nhiệt độ 320 o C. Lượng CO2 được làm sạch s u HM XLKT hoảng 4,35 ± 0,02%. Bên cạnh đó, s u hi kết hợp hệ HM XLKT với hệ quang xúc tác V2O5/TiO2 đã xử lý gần như hoàn toàn các khí thải đồng hành: chuyển hóa CO trên 98%, SO2 - 100% và NOx - trên 93,02% so với thành phần khí thải n đầu. Lượng CO2 thu được khá cao, tăng t 4,35 ± 0,01 lên trên 4,56± 0,01% và thích hợp hơn cho quá trình nuôi tảo. Như vậy, với kết quả nghiên cứu các loại vật liệu xúc tác/ hấp phụ như tr n có thể thiết kế được một HM XLKT làm sạch gần như hoàn toàn CO2 mà vẫn tiết kiệm được năng lượng. HM XLKT đốt than tại nhà máy gạch tu nel c ng đã chứng minh được hiệu quả thu hồi và làm sạch CO2 cho khả năng sinh trưởng c ng như chất lượng của Spirulina platensis. 3.2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CO2 LÀM SẠCH TỪ KHÍ THẢI ĐỐT THAN ĐỂ NUÔI SPIRULINA PLATENSIS 3.2.1. Nghiên cứu sử dụng CO2 làm sạch từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina platensis SP8 ở điều kiện phòng thí nghiệm quy mô 1L 3.2.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp Theo các kết quả nghiên cứu trên cho thấy mật độ giống ban đầu 0,15 g/L môi trường được xem là phù hợp. (a) (b) Hình 3.25. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp đến khả năng sinh trưởng (a) và Khối lượng CO2 hấp thu được (b) của pirulina platensis P8 trong điều kiện sục khí CO2 5% 15 3.2.1.2. Nghiên cứu lựa chọn nồng độ CO2 phù hợp cho sinh trưởng của Spirulina platensis Kết quả thể hiện tr n hình 3.26 và cho thấ nồng độ CO2 có ảnh hưởng lớn đến hả năng sinh trưởng và hấp thu CO2 củ SP8. Khi nồng độ CO2 iến thi n t 1% đến 5%, sinh trưởng và lượng CO2 hấp thu được tăng dần, và hiệu quả hấp thụ CO2 trung ình đạt lớn nhất ở nồng độ CO2 5% là 135,71 mgCO2/L/ngày. S u đó hả năng sinh trưởng và hấp thu CO2 giảm dần trong điều kiện sục không khí. Ở nồng độ CO2 10% và 15% quá trình sinh trưởng thấp, d ng lại vài ngày sau thời gian nuôi cấy, chính vì vậy khả năng hấp thu CO2 trung bình của SP8 ở hai nồng độ này chỉ đạt 2,570 và 0,406 mgCO2/L/ngày. (a) (b) Hình 3.26. Ảnh hưởng của các nồng độ CO2 khác nhau đến khả năng sinh trưởng (a) và Khối lượng CO2 hấp thu được (b) của Spirulina platensis SP8 a. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ NaHCO3 lên sinh trƣởng của SP8 Kết quả nghiên cứu trình bày cho thấ trong điều kiện sục khí bằng không khí sạch, với mật độ tế ào n đầu giống nhau là 0,23 ± 0,01, sau 10 ngày nuôi cấy mật độ tế bào theo OD445nm của SP8 ở các công thức CT1, CT2, CT3, CT4 đạt 1,13 ± 0,01; 0,96 ± 0,01; 0,87 ± 0,01; 0,79 ± 0,01, tương ứng. iều này cho thấy ở những ngà đầu nuôi cấ sinh trưởng của tảo S. platensis ở 4 công thức thí nghiệm không có nhiều sự khác biệt. Vấn đề lí thú ở đâ chính là sinh trưởng của S. platensis ở CT4 (có nồng độ NaHCO3 giảm đi 10 lần so với nồng độ NaHCO3 trong CT1 16,8 g/) gần như tương đương với sinh trưởng của Spirulina platensis ở CT1. Sau 20 ngày nuôi cấ , sinh trưởng của Spirulina platensis tỷ lệ thuận với nồng độ NaHCO3 trong môi trường. Gía trị OD445nm của S. platensis SP8 ở công thức CT3 sau 20 ngày nuôi là 1,59 ± 0,01. Sinh trưởng của S. platensis SP8 ở công thức CT4 d ng lại sau 10 ngày nuôi, sinh khối của VKL có hiện tượng bị vón cục và lắng xuống đá . Gí trị OD445nm của S.platensis SP8 ở công thức CT1, CT2 sau 20 ngày nuôi là 2,04 ± 0,01; 1,81 ± 0,01, tương ứng, c o hơn gấp 1,28 và 1,14 lần so với giá trị OD445nm của CT3. Như vậy, có thể thấy rằng khi nuôi trồng tảo S. platensis SP8 ở nồng độ NaHCO3 thấp (như 4 hoặc 1,36 g/L) cần nuôi trong thời gian ngắn rồi thu hoạch và bổ sung dinh dưỡng đặc biệt là nguồn cacbon cho tảo sinh trưởng. Ưu điểm của việc sử dụng môi trường nuôi có nồng độ NaHCO3 nêu trên v a tiết kiệm được chi phí sản xuất v tăng hiệu quả sử dụng CO2 sau này khi tiến hành sục khí CO2. b. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục 16 nguồn CO2 khác nhau lên sinh trƣởng của SP8 Nhìn chung, ở nghiên cứu ảnh hưởng của các nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục CO2 t các nguồn khác nhau l n sinh trưởng của Spirulina platensis SP8 cho thấy: 1. Ở tất cả các nghiệm thức (CT1 - CT2 - CT3 - CT4) sinh khối của VKL sau 10 ngày và 20 ngày có giá trị theo trật tự như s u: Sinh khối VKL CO2 4,56% đốt than > Sinh khối VKL CO2 5% >> Sinh khối VKL Sục không khí thường. 2. Ch nh lệch về sinh hối củ VKL giữ công thức sử dụng CO2 đốt th n và CO2 5% tinh hiết ít hơn nhiều so với sự chệnh lệch sinh hối củ 2 công thức tr n với sục hông hí. Hình 3.27. Ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục nguồn CO2 khác nhau lên sinh trưởng của SP8 ( ) CT1: Môi trường Zarrouk có chứa 16,8 g/L NaHCO3; ( ) CT2: Môi trường Zarrouk có chứa 11 g/L NaHCO3; (c) CT3: Môi trường Zarrouk có chứa 4 g/L NaHCO3; (d) CT4: Môi trường Zarrouk có chứa 1,36 g/L NaHCO3 + 2 g/L Na2CO3. 3. Sinh trưởng củ VKL trong điều kiện sục CO2 đốt than luôn cao nhất trong cả 4 công thức thí nghiệm có thể lý giải do lượng NOx được bổ sung t khí thải đốt than. 4. S u 20 ngà nuôi, sinh trưởng của VKL ở các nghiệm thức CT2, CT3 và CT4 không lệch nhau nhiều, chứng t khi ứng dụng môi trường Zarrouk cải tiến là rất có cơ sở (Hình 3.27). c. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục nguồn CO2 khác nhau lên chất lƣợng sinh khối của SP8 Bảng 3.22. Hàm lượng sắc tố, lipit và protein tổng số của pirulina khi nuôi ở hệ thống kín có sục CO2 trong môi trường Zarrouk có nồng độ NaHCO3 khác nhau Thông số Nguồn khí CO2 (%) CT1 CT2 CT3 CT4 Phycocyanin (mg/g) CO2 không khí 47,42±0,47 54,09±0,03 45,37±0,05 47,56±0,07 CO2 tinh khiết 40,36±0,07 25,77±0,15 50,21±0,9 71,74±0,38 CO2 khí thải T 39,06±0,12 24,48±0,14 52,17±0,11 73,62±0,9 Chlorophyll a (mg/g) CO2 không khí 12,04±0,05 11,27±0,04 6,74±0,05 4,28±0,03 CO2 tinh khiết 8,92±0,03 7,71±0,06 10,81±0,05 11,86±0,03 CO2 khí thải T 8,76±0,03 6,67±0,03 11,95±0,01 12,61±0,02 Carotenoit (mg/g) CO2 không khí 4,56±0,02 3,94±0,02 3,63±0,04 2,08±0,03 CO2 tinh khiết 2,89±0,02 1,92±0,02 4,21±0,03 4,24±0,01 CO2 khí thải T 2,61±0,03 1,80±0,03 4,39±0,02 4,49±0,03 Lipit (% sinh khối khô) CO2 không khí 7,94±0,1 7,17±0,05 5,84±0,09 5,79±0,07 CO2 tinh khiết 8,65±0,04 8,02±0,04 7,98±0,03 7,98±0,04 CO2 khí thải T 8,82±0.03 8,35±0,06 8,60±0,02 8,62±0,03 Protein tổng số (%) CO2 không khí 47,82±0,11 46,93±0,05 44,82±0,08 43,94±0,04 CO2 tinh khiết 50,02±0,06 50,95±0,05 52,02±0,06 53,95±0,05 CO2 khí thải T 55,11±0,19 56,08±0,13 59,71±0,25 59,95±0,11 Kết luận: 17 1. Ở nghiệm thức CT1 và CT2, protein tổng số và lipit của hai công thức thí nghiệm (sục khí CO2 đốt than và khí CO2 tinh khiết) là tương đương nh u và luôn c o hơn công thức sục hông hí thường. Sắc tố của 2 công thức thí nghiệm nh hơn công thức sục hông hí thường. 2. Ở nghiệm thức CT3 và CT4, tất cả các chỉ số (sắc tố, lipit và protein tổng số) ở 2 công thức sục khí CO2 tinh khiết và khí CO2 đốt th n là tương đương nh u và luôn c o hơn công thức sục hông hí thường. 3. Việc chọn nghiệm thức CT4 cho các thí nghiệm tiếp theo là có cơ sở, do: Duy trì được năng suất và chất lượng sinh khối Spirulina platensis SP8; Giảm thiểu được tối đ hàm lượng NaHCO3; Tất cả các chỉ ti u là tương đương hi so sánh giữa CT4 (sục CO2 tinh khiết) và CT4 (sục CO2 đốt than). 3.2.1.4. Nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi pirulina platensis sử dụng các nguồn CO2 khác nhau Việc điều chỉnh pH củ môi trường nuôi Spirulina ằng hí CO2 về vùng thích hợp rất có ý nghĩ trong việc chu ển hó các dạng các on vô cơ hò t n trong môi trường. Các số liệu thu được đã nói l n những điều sau: 1. Cấp khí CO2 hoặc NaHCO3 cho môi trường nuôi Spirulina platensis là rất quan trọng. 2. Nguồn CO2 tinh khiết và CO2 t khí thải đốt than không khác nhau trong vai trò giữ ổn định pH (Bảng 3.23) và cung cấp cacbon cho Spirulina platensis sinh trưởng (Hình 3.27) Bảng 3.23. Diễn biến pH của môi trường nuôi pirulina platensis ở các nghiệm thức với nguồn cấp CO2 khác nhau Thời gian (ngày) ĐC1 ĐC2 CT1 CT2 pH - Trƣớc pH - Sau pH- Trƣớc pH- Sau pH- Trƣớc pH- Sau 0 7,92 10,44 10,44 10,18 10,44 10,17 1 8,08 10,46 10,20 9,96 10,19 9,93 2 8,27 10,48 10,03 9,78 10,01 9,74 3 8,43 10,52 9,88 9,60 9,85 9,54 4 8,59 10,57 9,75 9,42 9,69 9,31 5 8,73 10,63 9,63 9,24 9,55 9,03 6 8,86 10,72 9,58 9,13 9,46 8,79 7 8,97 10,84 9,56 9,09 9,43 8,65 8 9,06 11,01 9,59 9,15 9,43 8,67 9 9,14 11,25 9,64 9,25 9,49 8,87 10 9,21 11,42 9,76 9,44 9,62 9,18 11 9,29 11,51 9,87 9,59 9,73 9,37 12 9,36 - 9,97 9,71 9,89 9,59 13 9,40 - 10,04 9,79 9,94 9,66 14 9,43 - 10,01 9,76 9,90 9,60 15 9,45 - 9,97 9,71 9,84 9,53 16 9,48 - 9,91 9,64 9,77 9,43 17 9,50 - 9,84 9,55 9,68 9,29 18 9,53 - 9,76 9,43 9,57 9,07 19 9,55 - 9,65 9,26 9,42 8,60 20 9,56 - 9,50 8,97 9,18 8,38 Ghi chú: pH - Trước: pH trước khi sục CO2; pH - Sau: pH sau khi sục CO2. 3. Th môi trường Zarrouk cải tiến chứa 1,36 g/L NaHCO3 + 2 g/L Na2CO3 cho môi trường Z rrou n đầu chứa 16,8 g/L NaHCO3 là có cơ sở khoa học hi xét đến sự ổn định pH môi trường. 3.2.1.5. Nghiên cứu biến động CO3 2- và HCO3 - trong môi trường nuôi Spirulina platensis SP8 Bảng 3.24. ự thay đổi hàm lượng CO3 2- và HCO3 - trong môi trường nuôi Spirulina platensis SP8 18 Thời gian (ngày) CO2 tinh khiết (ĐC) CO2 khí thải đốt than (TN) HCO3 - (mg/l) CO3 2- (mg/l) HC