Sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng tồn tại của ozone

Ozone là chất khí có sẵn trong tự nhiên, được các nhà khoa học nghiên cứu và khẳng định là chất có tính oxy hoá khử mạnh, có thể loại bỏ được hơn 1000 chất hoá học khác nhau. Chúng cũng có sự ảnh hưởng mạnh đến vi sinh vật gây hại. Chính vì lý do đó, trong một thời gian dài của lịch sử, ozone được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với mục đích xử lý mùi, màu, diệt khuẩn cho nước và không khí. Tuy nhiên, bản thân ozone lại là chất dễ bị phân rã, tốc độ phân huỷ trở nên nhanh hơn khi tồn tại trong môi trường nhiệt độ cao. Đặc điểm này của ozone được Dr.Ozone đề cập cụ thể hơn trong bài viết dưới đây.

Ozone là gì?

Ozone là một phân tử chất vô cơ với công thức hóa học O3. Nó là một chất khí màu xanh lam nhạt, có mùi hăng đặc biệt, là một dạng thù hình của oxy kém bền hơn nhiều so với dạng nguyên tử O3, bị phá vỡ trong bầu khí quyển thấp hơn thành Oxy (O2).
mo-hinh-phan-tu-cua-ozone

Mô hình phân tử Ozone

Sự hình thành phân tử Ozone

Trên thực tế Ozone có thể tạo ra từ nhiều phương pháp khác nhau trong đó có 2 phương pháp phổ biến :

Sự phóng điện (tia lửa điện)

Ozone được tạo ra bằng công nghệ Plasma (Li tử thể) để tạo ra 2 phản ứng hoá học (Chemical reaction) đồng thời, trong đó điện áp cao được sử dụng để tạo ra các tia lửa điện (Electric spark) - sự phóng điện đột ngột xảy ra khi điện trường đủ cao) phá vỡ liên kết đôi phân tử Ôxy (Oxygen) để tạo ra 2 nguyên tử (atoms) Oxy & một phản ứng kết hợp giữ một phân tử Oxy với một nguyên tử Oxy vừa tạo ra để tạo ra phân tử Ozone (Ôzôn).

Sự hình thành ozone từ sét

Gần 500g ozone có thể được tạo ra với mỗi lần xuất hiện sét trên bầu trời. Sự xuất hiện của ozone giúp loại bỏ các chất gây mùi trong không khí, chính vì vậy, sau những lần mưa giông, không khí thường trong lành, tạo cảm giác dễ
chịu cho con người.

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính bền Ozone

Ozone là một chất oxy hóa mạnh nhất được sử dụng trong ứng dụng xử lý mùi khí thải công nghiệp, xử lý nước, khử trùng diệt khuẩn. Ozone có thể phá vỡ các liên kết mùi, hợp chất hữu cơ bay hơi VOCs, hoặc phá hủy lớp tế bào vi sinh vật, nhưng chính đặc tính oxy hóa mạnh, nên Ozone không ổn định, đặc biệt khi ở nồng độ cao hoặc trong môi trường có nhiệt độ cao. Trong tự nhiên, chu kỳ bán rã của Ozone thay đổi theo điều kiện khí quyển như nhiệt độ, độ ẩm và chuyển động của không khí.
Phản ứng khi Ozone phân rã : 2O3 -> 3O2. Phản ứng này diễn ra nhanh hơn khi nhiệt độ tăng (theo https://en.wikipedia.org/wiki/Ozone).
Chu kỳ bán rã của Ozone trong nước ngắn hơn rất nhiều so với trong không khí hay nói cách khác, ozone phân hủy nhanh hơn trong nước. Khả năng hòa tan của Ozone giảm khi ở nhiệt độ cao và kém bền. Về cơ bản, Ozone không thể hòa tan trong nước khi nhiệt độ nước trên 40°C, ở nhiệt độ này, thời gian bán hủy của Ozone rất ngắn.

Bảng so sánh ảnh hưởng nhiệt độ đến thời gian phân rã Ozone (Nguồn lenntech.com)

Biểu đồ so sánh ảnh hưởng nhiệt độ ảnh hưởng độ hòa tan ozone trong nước.

su-anh-huong-cua-nhiet-do-toi-ozon-trong-khong-khi

Biểu đồ này cho thấy khi nhiệt độ chênh lệch đáng kể làm giảm khả năng hòa tan ozone vào nước. Điều này chứng minh rằng, sự thay đổi nhiệt độ nước tạo ra sự khác biệt lớn về tiềm năng hòa tan trong nước của Ozone. Ngoài ra, biểu đồ cho thấy nồng độ ozone cũng gây ra ảnh hưởng lớn về khả năng hòa tan. Để khắc phục việc giảm khả năng hòa tan ozone, cần phải tăng nồng độ ozone từ 3 - 9%.
Theo tài liệu nghiên cứu có chủ đề "Half-life time of ozone as a function of air conditions and movement", thời gian bán hủy của Ozone trong không khí là có tốc độ tăng khi nhiệt độ tăng, tốc độ phân rã 0 đến 370 m3/h khi nhiệt độ
tăng 4 đến 40°C, ở độ ẩm 0 đến 80%.

Bằng chứng về nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình tạo Ozone

Sản lượng ozone tạo ra từ các máy tạo ozone công nghiệp giảm xuống đáng kể khi nhiệt độ buồng phóng tạo ozone. Sơ đồ dưới đây cho thấy nhiệt độ nước làm mát cho buồng phóng Ozone tỉ lệ nghịch với sản lượng ozone tạo ra.
anh-huong-cua-nhiet-do-toi-ozon

Sơ đồ trong tài liệu "Ozone technical aspects của of its generation and use" của Air Products Plc, European Technology Group tại Anh

Một số thông tin khác về ảnh hưởng tới độ bền của Ozone

Theo Absolute Systems Inc ở nhiệt độ 30°C, trung bình cứ 12 phút, nồng độ Ozone trong nước bị giảm khoảng 1/2 (chưa tính tới lượng ozone tham gia phản ứng oxy hóa). Do đó các dự án xử lý nước bằng công nghệ Ozone cần bổ sung liên tục lượng ozone để có hiệu quả xử lý tốt nhất.

Kết luận

Nhiệt độ là nguyên nhân quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới Ozone, chu kỳ bán rã Ozone (độ bền) & ứng dụng Ozone trong xử lý nước, mùi khí thải công nghiệp, khử mùi, khử trùng.

Tăng tốc độ chuyển hóa Ozone O3 thành O2, giảm thời gian tồn tại Ozone.
Giảm hiệu suất của máy Ozone, từ đó dẫn tới việc sản lượng & nồng độ ozone không đạt yêu cầu, giảm hiệu quả xử lý của cả hệ thống.
Giảm khả năng hòa tan của ozone trong nước.
Căn cứ vào ảnh hưởng nhiệt độ để xây dựng phương pháp phá hủy Ozone dư trong các ứng dụng công nghiệp yêu cầu ozone nồng

Bài viết khác

Cải thiện chất lượng sản phẩm và làm sạch không gian tại nhà máy chế biến cà chua bằng ozone (Phần 2)

01-09-2020

Hệ thống khử trùng bằng ozone được ứng dụng trong nhà máy chế biến cà chua. Kết quả cho thấy, các chất gây hại trên bề mặt thực phẩm bị loại bỏ, nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời không gian nhà máy, dụng cụ chế biến cũng sạch hơn.

6 công nghệ nổi bật được dùng để lọc nước

27-11-2017

Sử dụng máy tạo ozone công nghiệp để xử lý nước là một giải pháp lọc nước không chỉ mang lại hiệu quả cao mà còn tiết kiệm chi phí cho chủ đầu tư.

Ozone giải pháp được sử dụng phổ biến trong xử lý nước uống

22-05-2020

Được biết đến là một chất khử trùng với khả năng oxy hóa tuyệt vời, ozone được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước uống. Ozone được thêm tại một số khâu trong hệ thống xử lý, có thể là xử lý nước giai đoạn đầu, oxy hóa trung gian hoặc khâu khử trùng cuối cùng. Thông thường, nên sử dụng ozone cho giai đoạn trước khi lọc cát hoặc lọc carbon hoạt động. Sau khi quá trình ozone hóa được thực hiện có thể loại bỏ các chất hữu cơ ô nhiễm, là một điểm quan trọng đối với khâu khử trùng cuối cùng.

Ozone trong quy trình xử lý nước thải

14-06-2021

Trong các giai đoạn xử lý nước thải, ozone được dùng trong bước khử trùng, làm sạch nước ở khâu cuối cùng, đôi khi, chúng cũng được tham gia vào giai đoạn đầu hoặc hỗ trợ các phương pháp xử lý khác.

Ứng dụng của công nghệ ozone trong điều trị các bệnh Nội khoa

24-10-2017

Bệnh Nội khoa là tên gọi chung dành cho các bệnh liên quan đến các cơ quan nội tạng của con người. Công nghệ ozone không chỉ được ứng dụng trong việc làm sạch nước, làm sạch không khí hay làm đẹp mà cũng được đánh giá cao trong việc điều trị các căn bệnh này.

Lợi ích của ozone đối với sức khoẻ làn da

26-10-2020

Ozone không chỉ được ứng dụng rộng rãi trong việc khử trùng nước, không khí, khử độc thực phẩm mà còn hỗ trợ tốt cho việc chăm sóc sức khoẻ và đặc biệt là làm đẹp da.

Công nghệ khử trùng nước và đồ uống đóng chai bằng ozone

23-05-2020

Các nhà máy nước tại châu Âu và Canada đã lựa chọn Ozone như chất khử trùng do tính oxy hoá mạnh, không để lại chất tồn dư cũng như kiểm soát được mùi và vị của nước.