Các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Năng lượng Hàn Quốc (KIER) đã phát triển một công nghệ mới để phân hủy chất làm lạnh R134a bằng chất thải công nghiệp.
Công nghệ này có một số lợi ích tiềm tàng về môi trường: Nó sẽ giảm phát thải khí nhà kính, sử dụng sản phẩm phụ công nghiệp độc hại và tiết kiệm năng lượng hơn các phương pháp tiêu hủy HFC hiện có.
Tại Phòng thí nghiệm vật liệu tổng hợp hydro KIER, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Lee Shin-geun đã phân hủy thành công HFC R134a với hiệu suất 99% bằng cách sử dụng "bùn đỏ" làm chất xúc tác.
Chất thải công nghiệp nguyên liệu bùn đỏ (trái) Chất xúc tác bùn đỏ dạng viên (phải)
Bùn đỏ là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất nhôm, chứa sắt, nhôm và oxit silic và có màu đỏ. Hơn 200.{1}} tấn được sản xuất mỗi năm. Hiện nay, hầu hết bùn đỏ được xử lý bằng cách chôn lấp nhưng có tính kiềm cao và chứa kim loại nặng, có thể gây ô nhiễm đất, nước.
Theo truyền thống, R134a chủ yếu được xử lý bằng phương pháp đốt và plasma, nhưng quá trình đốt tạo ra ô nhiễm thứ cấp, trong khi phương pháp plasma đòi hỏi nhiệt độ cao, tiêu thụ nhiều năng lượng và tăng chi phí thiết bị. Để giải quyết những vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một công nghệ phân hủy xúc tác có thể hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn plasma. Họ phát hiện ra rằng các thành phần kim loại như sắt và nhôm trong bùn đỏ có thể tương tác với nhau tạo thành chất xúc tác phân hủy chất làm lạnh mạnh và ổn định.
Bùn đỏ có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn trên một đơn vị khối lượng và độ ổn định nhiệt cao, giúp vật liệu phản ứng chảy hiệu quả và ngăn ngừa biến dạng vật lý, hóa học và làm hỏng chất xúc tác. Ngoài ra, bùn đỏ còn có thể đóng vai trò hỗ trợ tạo môi trường thuận lợi cho phản ứng xúc tác và nâng cao độ bền cũng như hoạt tính của chất xúc tác.
Để nâng cao hơn nữa hiệu quả phân hủy, nhóm nghiên cứu đã sử dụng quy trình xử lý nhiệt đơn giản để thúc đẩy sự tương tác giữa các thành phần canxi, silicon và nhôm để tạo thành vật liệu tổng hợp gồm tricanxi aluminat và fenspat nhôm canxi. Vật liệu này thường được sử dụng để cải thiện cường độ của xi măng. Nó có thể tăng cường lực liên kết của các hạt xúc tác và mở rộng diện tích phản ứng, từ đó cải thiện hiệu quả phân hủy.
Hydro florua được tạo ra trong quá trình phân hủy R134a phản ứng với canxi oxit để tạo thành canxi florua. Canxi florua ổn định về mặt hóa học này tạo thành một lớp màng mỏng trên bề mặt chất xúc tác, bảo vệ chất xúc tác và ngăn không cho nó bị hỏng.
Chất xúc tác do nhóm nghiên cứu phát triển duy trì tốc độ phân hủy cao hơn 99% trong 100 giờ, cho thấy hiệu suất phân hủy tuyệt vời. Thông qua quy trình sấy và nghiền đơn giản, có thể sản xuất 1 kg chất xúc tác mỗi giờ, thuận tiện cho sản xuất quy mô lớn.
Vì nguyên liệu thô là rác thải công nghiệp tái chế nên không tốn chi phí, điều này có thể giảm chi phí xử lý rác thải và tạo thêm thu nhập.
Tiến sĩ Li Xingen cho biết: “Bùn đỏ là chất có tính kiềm mạnh, khi thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng nhưng chưa có công nghệ xử lý, tái chế phù hợp. Công nghệ sản xuất chất xúc tác mà chúng tôi phát triển không chỉ có thể tái chế chất thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường”. ô nhiễm mà còn phân hủy hiệu quả chất làm lạnh với hiệu ứng nhà kính mạnh mẽ."
