CHỦ ĐỀ 6 : HĨA HỌC XANH I KHÁI NIỆM Khái niệm Hóa học xanh (hay cịn gọi là hóa học bền vững) là một khái niệm chỉ một ngành hóa học và kỹ thuật khuyến khích việc thiết kế các sản phẩm và q trình giảm thiểu việc sử dụng và tạo ra các chất độc hại. Hóa học xanh tìm cách giảm thiểu và ngăn ngừa ơ nhiễm tại nguồn của nó Mục đích Hóa học xanh có những mục đích như sau : Để phịng ngừa ơ nhiễm nhằm truy tìm những biện pháp giải quyết, sáng kiến kỹ thuật tối ưu hơn là đặt trọng tâm vào việc quản lý và xử lý các chất thải rắn, lỏng, và khí từ ngành cơng nghiệp Giảm thiểu hoặc loại bỏ phát sinh và sử dụng những chất nguy hiểm độc hại trong q trình thiêt kế ,sản xuất và ứng dụng các sản phẩm hóa học Tạo ra những sản phẩm bền hơn ,ít độc hại và hồn tồn có khả năng tái chế II NGĂN NGỪA Ơ NHIỄM VÀ KIỂM SỐT CHẤT THẢI Việc ngăn ngừa ơ nhiễm và kiểm sốt chất thải , chúng ta có thể sử dụng 4 phương pháp như sau : Phương pháp xúc tác xanh Phương pháp dung mơi xanh Phương pháp vi sóng siêu – âm Vi bình phản ứng PHƯƠNG PHÁP XÚC TÁC XANH Xúc tác xanh khơng chỉ thay thế một phần chất tham gia phản ứng hoặc làm cho q trình diễn ra hiệu quả hơn (hiệu suất chuyển hóa cao hơn) mà cịn giảm tác động xấu tới mơi trường và giảm chi phí cho các q trình sản xuất hóa chất Một số loại xúc tác xanh :xúc tác dị thể, đồng thể, xúc tác ánh sáng, đặc biệt xúc tác sinh học (sử dụng các enzym làm xúc tác cho phản ứng hóa học) Ví dụ :sử dụng zeolits hạt nano làm xúc tác cho nhiều q trình chuyển hóa trong ngành chế biến dầu, khí… Men nitrilase để thủy phân các hợp chất nitril, chuyển hóa các nitril thành axit carboxylic… 2.PHƯƠNG PHÁP DUNG MƠI XANH Hóa học xanh khuyến cáo thay thế sử dụng các dung mơi hữu cơ truyền thống bằng các dung mơi thân thiện với mơi trường như ít độc, an tồn (về cháy, nổ), ít bay hơi…; loại bỏ những dung mơi làm suy giảm tầng ơzơn (các hợp chất cfc) Các loại dung mơi thân thiện với mơi trường là: dung mơi nước và dung mơi siêu tới hạn như o Ví dụ : sử dung cơng nghệ dung mơi siêu tới hạn để phun sơn lên các chi tiết ơ tơ,trang thiết bị cơng nghiệp nhuộm vải,phủ socola lên bánh,tách và tinh lọc một số chất Dùng nước siêu tới hạn trong sản xuất nhựa PET làm dung mơi thì tồn bộ các hóa chất như pxylen, acid terephtalic có thể được hịa tan, khơng có sản phẩm thải và khơng gây hại cho mơi trường 3. PHƯƠNG PHÁP VI SĨNG SIÊU ÂM Vi sóng, siêu âm: Hóa học xanh ứng dụng siêu âmvi sóng đóng vai trị quan trọng trong các quy trình hóa học. Chiếu xạ vi sóngsiêu âm làm tăng hiệu suất phản ứng và rút ngắn thời gian, giảm sử dụng năng lượng tiêu tốn và khơng thải các khí độc hại Ví dụ :Trong sản xuất dược phẩm, siêu âm sẽ làm tăng hiệu suất và dễ dàng sử dụng cho một hệ thống lớn như trong cơng nghiệp Trong lĩnh vực phát triển xúc tác, siêu âm tạo ra được bề mặt có diện tích lớn vì thế làm tăng hoạt tính của chất xúc tác Để xác định hàm lượng N trong mẫu sữa bị, phương pháp Kieldahl cổ điển phải mất 180 phút trong khi phương pháp siêu âmvi sóng chỉ mất 10 phút 4.PHƯƠNG PHÁP VI BÌNH PHẢN ỨNG Vi bình phản ứng là hệ thống các bình phản ứng cực nhỏ có kích thước vào cỡ micromet sắp xếp rất đều nhau được đặt trong một hệ thống điều chỉnh nhiệt có kèm theo một số thiết bị phụ trợ khác như hệ thống lọc, hệ thống bơm… Các chất phản ứng hay xúc tác đều phải ở dạng đồng thể Nhờ vi bình phản ứng có thể tổng hợp số lượng lớn các dược phẩm mới trong một thời gian ngắn để tiến hành các phân tích thử hoạt tính sinh học Phản ứng tổng hợp dipeptid được thực hiện trong vi bình phản ứng, hiệu suất 100% chỉ trong 20 phút (quy trình thơng thường là 50% trong 24 giờ) III NHỮNG NGUN TẮC CƠ BẢN CỦA HĨA HỌC XANH Tại Mỹ, hóa học xanh bắt đầu thu hút sự quan tâm từ năm 1990 khi Luật ngăn ngừa ơ nhiễm ra đời . Trong cuốn sách xuất bản vào năm 1998 mang tựa đề Ngành hóa chất xanh: Lý thuyết và thực tiễn (Nhà Xuất bản Đại học Oxford), Paul Anastas và John Warner đã đưa ra 12 ngun tắc như một lộ trình cho các nhà hóa học trong việc thực hiện hóa chất xanh 1. Ngăn ngừa: Tốt nhất là ngăn ngừa sự phát sinh của chất thải hơn là là xử lý hay làm sạch chúng 2. Tính kinh tế: Các phương pháp tổng hợp phải được thiết kế sao cho các ngun liệu tham gia vào q trình tổng hợp có mặt tới mức tối đa trong sản phẩm cuối cùng 3. Phương pháp tổng hợp ít nguy hại: Các phương pháp tổng hợp được thiết kế nhằm sử dụng và tái sinh các chất ít hoặc khơng gây nguy hại tới sức khỏe con người và cộng đồng 4. Hóa chất an tồn hơn: Sản phẩm hóa chất được thiết kế, tính tốn sao cho có thể đồng thời thực hiện được chức năng địi hỏi của sản phẩm nhưng lại giảm thiểu được tính độc hại 5. Dung mơi và các chất phụ trợ an tồn hơn: Trong mọi trường hợp có thể nên dùng các dung mơi, các chất tham gia vào q trình tách và các chất phụ trợ khác khơng có tính độc hại 6. Thiết kế nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng: Các phương pháp tổng hợp được tính tốn sao cho năng lượngsử dụng cho các q trình hóa học ở mức thấp nhất. Nếu như có thể, phương pháp tổng hợp nên được tiến hành ở nhiệt độ và áp suất bình thường 7. Sử dụng ngun liệu có thể tái sinh: Ngun liệu dùng cho các q trình hóa học có thể tái sử dụng thay cho việc loại bỏ 8. Giảm thiểu dẫn xuất: Vì các q trình tổng hợp dẫn xuất địi hỏi thêm các hóa chất khác và thường tạo thêm chất thải 9. Xúc tác: Tác nhân xúc tác nên dùng ở mức cao hơn so với đương lượng các chất phản ứng 10. Tính tốn, thiết kế để sản phẩm có thể phân hủy sau sử dụng: Các sản phẩm hóa chất được tính tốn và thiết kế sao cho khi thải bỏ chúng có thể bị phân huỷ trong mơi trường 11. Phân tích thời gian hữu ích để ngăn ngừa ơ nhiễm: Phát triển các phương pháp phân tích cho phép quan sát và kiểm sốt việc tạo thành các chất thải nguy hại 12. Hóa học an tồn hơn để đề phịng các sự cố: Các hợp chất và q trình tạo thành các hợp chất sử dụng trong các q trình hóa học cần được chọn lựa sao cho có thể hạn chế tới mức thấp nhất mối nguy hiểm có thể xẩy ra do các tai nạn, kể cả việc thải bỏ, nổ hay cháy, hóa chất IV. NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA HĨA HỌC XANH Ứng dụng Nền hóa học xanh ngày càng phát triển và chúng đã có những ứng dụng trong cuộc sống Sản xuất chất dẽo (plastic) từ trái bắp: Polylactic acid hay PLA là một loại chất dẽo thực vật có được từ việc tổng hợp đường dextrose trong trái bắp Loại plastic “bắp” này có thể áp dụng trong các kỹ nghệ như quần áo, khăn, thảm, bao bì cho thực phẩm và nhiều ứng dụng khác trong nơng nghiệp Sản xuất các amin Một nhóm các nhà khoa học tại đại học Riverside (California) vừa phát minh ra một phương pháp tổng hợp các amin. Cơng nghệ mới này khơng phức tạp, thân thiện với mơi trường và hiệu quả kinh tế cao. Amin là những hợp chất chứa nitơ dẫn xuất từ amoniac được ứng dụng nhiều trong cơng nghiệp như: làm dung mơi, chất phụ gia, chất ức chế ăn mịn, chất tẩy rửa, thuốc nhuộm, thuốc sát trùng… Vào lĩnh vực mỹ phẩm Bộ sản phẩm dưởng da chiết xuất từ táo xanh của skinfood Vào lĩnh vực ngun liệu và nhiên liệu Xăng sinh học (thay thế phụ gia chì bằng ethanol) Diesel sinh học ( xuất xứ từ loại mỡ sinh học ):đậu nành, được sử dụng nhiều hơn để sản xuất dầu diesel sinh học Khí sinh học (biogas): là một loại khí hữu cơ gồm Methane và các đồng đẳng khác Ethanol là nhiên liệu sạch chiết xuất từ các chất hữu cơ như thân cây ngơ hoặc mía, quốc gia nổi tiếng về nhiên liệu này chính là Brazil, nơi trồng hàng triệu hecta mía. Thành phần của nhiên liệu E85 gồm có 85% ethanol và 15% xăng Vào lĩnh vực mơi trường Vật liệu thân thiện mơi trường (compsite,visco…) Dung mơi xanh (thay thế sử dụng các dung mơi hữu cơ truyền thống bằng các dung mơi thân thiện với mơi trường như ít độc, an tồn (về cháy, nổ), ít bay hơi…; loại bỏ những dung mơi làm suy giảm tầng ơzơn) Xử lý chất thải bằng những biện pháp hóa học an tồn và thân thiện với mơi trường 2 . Thành tựu của nền hóa học xanh Cơng ty Dow Chemical (Mỹ) là một cơng ty sản xuất hóa chất lớn nhất thế giới đã giảm được sự thải khí (CO2) trong các quy trình sản xuất từ 28,1 triệu tấn cho năm 1994 xuống cịn 26,1 triệu tấn năm 2002 Mỹ đã tổng kết tất cả các thành quả của Hóa học xanh tại nước này từ năm 1996 đến 2002, là trung bình hàng năm, Mỹ đã: Loại bỏ 800.000 tấn hóa chất trong đó có Chlorofluorocarbon (CFC) , hợp chất hữu cơ nhẹ, độc hại và khơng bị thối hóa Giảm 650 triệu gallon dung mơi hữu cơ Giảm 138 tỷ gallon nước dùng trong việc sản xuất các kỹ nghệ dệt, phim ảnh, chất bán dẫn Giảm được 90.000 tỷ đơn vị năng lượng tiêu thụ và 430.000 tấn CO2 thải hồi vào khơng khí Giải quyết được 19 triệu tấn phế thải độc hại đã được xử lý hay tái sinh V. NỀN HĨA HỌC XANH Ở VIỆT NAM 1. Thành tựu Cho đến nay đã có nhiều cơng trình KHCN triển khai theo các hướng của Hóa học xanh, có thể kể đến một số cơng trình sau: Nghiên cứu sử dụng CO2 Hóa học xanh tới hạn để tách các loại tinh dầu quế ,trầm,tiêu đã được tiến hành tại Viện Hóa học cơng nghiệp Việt Nam, Viện Dược liệu Nghiên cứu tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ theo hướng Hóa học xanh, sử dụng lị vi sóng (microway) của nhóm tác giả tại Đại học KHTNĐại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh Nghiên cứu tổng hợp các xúc tác kích thước nano, ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ và chế biến dầu Nghiên cứu cơng nghệ gia cơng thuốc BVTV sử dụng dung mơi nước thay thế dung mơi hữu cơ hoặc khơng dùng dung mơi; Nghiên cứu tổng hợp Biogas sinh học từ các nguồn ngun liệu phế thải 2.Hạn chế Tuy nhiên, việc áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn vẫn cịn hạn chế sau: Trình độ cơng nghệ sản xuất, trang thiết bị máy móc sản xuất hóa chất phần lớn được nhập ,trong điều kiện thiếu thơng tin, thiếu vốn nên cịn ở mức thấp Về nguồn nhân lực trong sản xuất và sử dụng hóa chất nói chung là cịn thiếu về số lượng và khơng cao về chất lượng Hiện nay sự nhận thức về tầm quan trọng và các nội dung của hóa học xanh trong cơng đồng, cũng như các nhà quản lý sản xuất cịn gần như đứng ngồi cuộc,… VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO Thư viện điện tử đại học Trà Vinh https:// vi.wikipedia.org/wiki/H%C3%B3a_h%E1%BB%8Dc_xanh https://hoahocngaynay.wordpress.com/tag/hoah%E1%BB%8Dcxanh / Tailieu.vn ... người và cộng đồng 4. Hóa chất an tồn hơn: Sản? ?phẩm? ?hóa chất được thiết kế, tính tốn sao cho có thể đồng thời? ?thực? ?hiện được chức năng địi hỏi của sản? ?phẩm? ?nhưng lại giảm thiểu được tính độc hại... Sản xuất chất dẽo (plastic) từ trái bắp: Polylactic acid hay PLA là một loại chất dẽo? ?thực? ?vật có được từ việc tổng hợp đường dextrose trong trái bắp Loại plastic “bắp” này có thể áp dụng trong các kỹ? ?nghệ? ?như quần áo, khăn, thảm, bao bì cho? ?thực? ?phẩm? ?và nhiều ứng dụng khác trong nơng nghiệp... bơm… Các chất phản ứng hay xúc tác đều phải ở dạng đồng thể Nhờ vi bình phản ứng có thể tổng hợp số lượng lớn các dược? ?phẩm? ?mới trong một thời gian ngắn để tiến hành các phân tích thử hoạt tính sinh học Phản ứng tổng hợp dipeptid được? ?thực? ?hiện trong vi bình phản ứng, hiệu suất