Công dụng & phương pháp điều chế Ozone

Phân tử khí Ozone

Ozone (O3) là một dạng thù hình của oxy, trong phân tử của nó chứa ba nguyên tử oxy thay vì hai như thông thường. Ozone được sinh ra khi một nguyên tử Oxy kết hợp với một phân tử Oxy trong điều kiện môi trường thích hợp.

                                                                       O2 + O-  →  O3

Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn ozone là một chất khí có màu xanh nhạt và có mùi tanh đặc trưng.Ozone hóa lỏng màu xanh thẫm ở -112 °C, và hóa rắn có màu xanh thẫm ở -193 °C. Ozone có tính oxy hóa mạnh hơn Oxy, do nó không bền, dễ dàng bị phân hủy thành Oxy phân tử và Oxy nguyên tử. Ví dụ:

O3 → O2 + O-

Trên bầu khí quyển, mật độ tập trung cao nhất của ozone nằm ở tầng bình lưu(cách mặt đất khoảng 20 đến 50 km), khu vực này được gọi là tầng Ozone. Tại đây, ozone có chức năng lọc phần lớn các tia cực tím từ Mặt Trời, là tia có thể gây hại cho phần lớn các loại sinh vật trên Trái Đất.

Ứng dụng của Ozone trong công nghiệp và dân dụng

Ngày nay, Ozone được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như xử lý nước, xử lý khí thải và trong lĩnh vực khử trùng, sát khuẩn,.... Hầu hết các nước phát triển trên thế giới như Hoa Kỳ, Nga, Trung Quốc, các nước châu Âu vẫn đang sử dụng chúng và mở rộng thị trường phát triển. Tại Việt Nam, công nghệ ozone đã được đưa vào khai thác và sử dụng từ những năm 2000 và không ngừng phát triển cho tới ngày nay. Công nghệ ozone ngày càng chứng tỏ được sự hiệu quả vượt bậc trong nhiều lĩnh vực.

Các ứng dụng của Ozone

Ozone trong xử lý nước

Ozone có thể xử lý hiệu quả nước thải từ các nhà máy sản xuất công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Ozone là một chất có tính oxy hoá mạnh, chúng không để lại tồn dư đồng thời, chúng dễ dàng hoạt động trong bùn và làm tăng lượng DO trong nước, từ đó cải thiện quá trình phân huỷ các chất ô nhiễm còn tồn đọng. Do đó, việc ứng dụng ozone để xử lý nước thải đô thị, nước thải công nghiệp, (cng nghiệp giấy, công nghiệp nhuộm, kim loại nặng), nước ngầm bị ô nhiễm, nước bể bơi, … mang đến hiệu quả cao.

Ngày nay Ozone  được ứng dụng nhiều trong các ngành xử lý nước tinh khiết, nước sinh hoạt, nước thải, nước đóng bình – đóng chai, xử lý nước hồ bơi… trong các nhà máy, cơ sở chăn nuôi, nuôi trồng thủy hải sản, khách sạn, nhà hàng. Ví dụ:

Nước thải sinh hoạt: Trong việc xử lý nước ô nhiễm thành thị, Ozone chủ yếu được dùng để sát khuẩn, khử độc( sau quá trình xử lý thô), quá trình này giúp nước đã xử lý không để tàn lưu trong nước thải và còn bổ sung thêm lượng oxy hòa tan trong nước thải ngăn chặn sự ô nhiễm của nước thải ra môi trường.

Nước thải công nghiệp: Việc xử lý nước thải trong công nghiệp in nhuộm,… nước đầu ra cũng phải đòi hỏi qua một công đoạn xử lý Ozone để tảy màu (sau công đoạn xử lý th). Nhờ khả năng oxy hóa cao, Ozone phản ứng hóa học với các chất ô nhiễm trong nước thải, tác dụng trực tiếp vào gốc gây màu và nhanh chóng phá hủy liên kết của chúng.

Ozone trong xử lý khí thải công nghiệp

Khí ozone tác dụng khử mùi, tiêu diệt vi khuẩn, nấm mốc hiệu quả. Nguyên tử oxy còn phá vỡ cấu trúc các phân tử hữu cơ như mạch benzen (C6H6), hợp chất gốc thơm CHC các hợp chất VOCs… và phân hủy chúng thành các chất hóa học cơ bản và trung tính

Trong lĩnh vực công nghiệp, Ozone được sử dụng trong giai đoạn cuối của quá trình xử lý khí. Quá trình này ozone sẽ phát huy tác dụng khử mùi của mình. Ozone sẽ oxy hóa hầu hết các chất ô nhiễm, gây mùi khó chịu và loại bỏ chúng một cách triệt để trước khi thải ra môi trường. Trong công nghiệp, Ozone đang ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý khói bếp, xử lý khói máy cắt CNC, …

Ozone trong khử trùng và diệt khuẩn

Ozone được biết đến như một chất Sát khuẩn bởi chúng Oxy hóa – diệt hầu hết các loại vi khuẩn (mạnh hơn Clo 600 lần, nhanh hơn Clo 3000 lần). Các loại vi khuẩn que, khuẩn E-coli, khuẩn tụ cầu – khuẩn gây bệnh viêm ruột Salmone, khuẩn gây bệnh lao và các vi rút khác. Nồng độ sử dụng chỉ cần 0,5 1g O3/m3 đã có thể tiêu diệt gần hết các vi khuẩn và virus nói trên. 

Trong lĩnh vực y tế, ozone được sử dụng để khử trùng các dụng cụ y tế, khử trùng bệnh viện nhằm ngăn cản vi khuẩn gây bệnh lây nhiễm qua không khí. Bên cạnh đó, Ozone được ứng dụng chữa sâu răng hay chữa các bệnh nguy hiểm như: ung thư, bệnh sản, phụ khoa, thần kinh học, tiết niệu,…

Ngoài ra Ozone còn được sử dụng để khử trùng và sát khuẩn văn phòng, nơi làm việc, các xí nghiệp nhà xưởng và các khu vực chuồng trại chăn nuôi,…nơi có yêu cầu cao về độ an toàn trong quá trình hoạt động sản xuất.

Ozone trong ngành thực phẩm

Ozone có tính khử trùng cao được sử dụng để kiểm soát và loại bỏ sự hiện diện của vi sinh vật, vi khuẩn trong các sản phẩm thực phẩm cũng như kéo dài thời gian bảo quản và loại bỏ mùi nấm mốc không mong muốn. Vì thế, Ozone được áp dụng rộng rãi trong công nghệ rửa sạch thực phẩm và bảo quản thực phẩm. Bên cạnh đó ozone còn được ứng dụng trong quá trình chế biến hoặc chăm sóc cây trồng vật nuôi. Trong quá trình chăm sóc cây trồng, Ozone được bơm trực tiếp xuống gốc cây nhằm tiêu diệt và hạn chế vi khuẩn xâm nhập vào rễ cây trông và được phun trực tiếp lên cây trồng để giảm thiểu các bệnh cho cây. Chính vì đặc tính tự phân hủy thành oxy trong môi trường tự nhiên nên ozone hoàn toàn an toàn đối với cây trồng và con người.

Phương pháp phổ biến để tạo ra khí Ozone.

Sử dụng nguyên lý phóng điện của dòng điện cao áp- Máy tạo ozone:

Nguyên lý cơ bản tạo ra khí ozone bằng phương pháp phóng điện. Nguồn: HSVN Global

Sử dụng nguyên lý phóng điện cao áp  là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiên nay bởi nó có khả năng tạo ra lương ozone rất lớn và có nồng độ cao. Không chỉ thế, phương pháp này còn vô cùng tiết kiệm và an toàn. Phương pháp này sẽ lấy oxy trực tiếp từ môi trường không khí, khi không khí đi vào buồng tạo ozone quá trình phóng điện sẽ diễn ra, các phân tử khí oxy đi qua môi trường này sẽ bị phá vỡ liên kết vốn có tạo ra các nguyên tử Oxy và ba nguyên tử Oxy kết hợp với nhau tạo ra khí Ozone và thoát ra ngoài. Ngoài ra nếu muốn tạo ra lượng ozone lớn có nồng độ cao sử dụng trong  các ngành công nghiệp lớn, thì khí đó đầu vào của máy tạo ozone sẽ là khí Oxy tinh khiết (lượng oxy >=92%) được tạo ra từ các máy tạo oxy. Các máy tạo ozone thông thường có tuổi thọ rất lớn nên mang lại hiệu quả sử dụng và giá trị kinh tế rất cao. Tuổi thọng trung bình của một buồng phóng ozone có thể lên tới  tuổi thọ có thể lên tới 100.000 giờ.

Sử dụng nguồn sáng tia cực tím UV – Máy UV :

Nguyên lý tạo ra khí Ozone bằng tia UV. Nguồn: Khithaicongnghiep.com

Phương pháp này sử dụng nguồn sáng của đèn UV tạo ra dải ánh sáng cực tím có bước sóng hẹp (Bước sóng ánh sáng tia cực tím ngắn hơn 240nm) , các tia này sẽ phá hủy liên kết của phân tử khí khi đi qua chúng tạo ra các hạt mang điện. Sau đó, ba nguyên tử oxy sẽ kết hơn với nhau và tạo ra khí Ozone và đi ra ngoài môi trường. Phương pháp này sẽ tốn kém hơn và sản lượng ozone được tạo ra thấp hơn so với phương pháp sử dụng máy tạo ozone.

Nhược điểm của phương pháp sử dụng UV tạo Ozone không chỉ nằm ở tuổi thọ bóng. Thực tế khi sử dụng UV tạo ra Ozone thì nồng độ Ozone rất thấp không phục vụ được cho mục đích công nghiệp. Tỉ lệ thông thường, nồng độ Ozone tạo ra khi sử dụng ánh sáng tia cực tím UV chỉ khoảng 0.5% so với không khí, điều đó có nghĩa chỉ khoảng 1%/20.9% khí oxy được tận dụng. Bên cạnh đó, tuổi thọng thông thường của các bóng UV chỉ từ 6000 giờ đến 8000 giờ, và không thể hoạt động liên tục.