Tiểu luận hóa học xanh môi trường, trình bày khái niệm hóa học xanh, an toàn và phòng ngừa tai nạn. Nguyên lý và nguyên tắc của hóa học xanh, ứng dụng của hóa học xanh trong hiện đại, 12 nguyên tắc của hóa học xanh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI *** TIỂU LUẬN MƠN HỌC Đề tài: An tồn phịng ngừa tai nạn Học phần: Hóa học mơi trường Mã học phần: EV6101 GVHD: PGS.TS Hoàng Thị Thu Hương Học viên: Trần Văn Quyền Mã học viên: 20202438M *** Hà Nội, 3/2021 MỤC LỤC I Tổng quan II Nguyên lý nguyên tắc hóa học xanh .2 III An tồn phịng ngừa tai nạn .3 IV Kết luận I Tổng quan Trong khoảng hai kỷ qua, hóa học ngày phát triển Những thành hóa học góp phần nâng cao đời sống tinh thần, vật chất sức khỏe người thông qua việc phát triển sản xuất ngành cơng nghiệp dược phẩm, phân bón, y khoa, điện tử, hàng không, xây dựng, vật liệu mới, tăng suất sản xuất nông nghiệp Cùng với thành tựu vượt bậc ngành khoa học kỹ thuật khác, hóa học ngành cơng nghiệp hóa chất tạo giá trị làm tăng chất lượng sống người Bên cạnh phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật phục vụ đời sống người năm qua, vấn đề ô nhiễm mơi trường, cạn kiệt tài ngun, nóng lên Trái Đất, sinh vật sống kể người từ phát thải chất độc hại, khơng có khả phân hủy, khai thác phá hủy rừng, sử dụng ngun liệu khơng có khả tái tạo Sản xuất ngành cơng nghiệp hóa chất chiếm 7% thu nhập 9% thương mại 80% sản lượng công nghiệp giới Tại Hoa Kỳ, ngành công nghiệp hóa học đóng góp 5% GDP tăng them 12% giá trị GDP Điều nói lên tầm quan trọng ngành cơng nghiệp hóa học sống hàng ngày người việc hỗ trợ kinh tế quốc gia Tuy nhiên, ngành công nghiệp hóa chất ngành cơng nghiệp khác nguyên nhân gây vấn đề mơi trường tồn cầu cạn kiệt nhiên liệu tái tạo, ô nhiễm môi trường, xả chất thải độc hại, gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái người Quá trình sản xuất lý tưởng yêu cầu đơn giản, giai đoạn an toàn, sử dụng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường, không rác thải, hiệu suất cao, giai đoạn tách đơn giản Sản phẩm lý tưởng đòi hỏi lượng sản xuất bao bì tối thiểu, an tồn, phân hủy sinh học 100% tái chế Phạm vi sản phẩm hóa chất ngày lớn, đóng góp vơ giá cho chất lượng sống thiết kế sản xuất dược phẩm chữa bệnh nan y, chất bảo vệ thực vật tăng trưởng cho phép tăng sản lượng lương thực cách đáng kể Hóa học đóng góp tiếp tục giữ vai trò hầu hết khía cạnh xã đại, lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, thực phẩm, chỗ ở, phương tiện giao thơng hàng hóa tiêu dùng,… nhu cầu hóa chất ngành công nghiệp tiếp tục tăng cao Khái niệm hóa học xanh xuất phát từ kiến nghị Hiệp ước Phịng chống nhiễm Quốc hội Hoa Kỳ thông qua vào năm 1990 Ý tưởng cách tốt để giảm chi phí nhiễm kiểm soát nguồn giải vấn đề liên quan đến việc thải chất độc vào môi trường Hóa học xanh kết hợp cách tiếp cận trình tổng hợp, chế biến sử dụng hóa chất để giảm thiểu mối đe dọa sức khỏe người môi trường Bất kỳ q trình hóa học phải đáp ứng 12 tiêu chuẩn hóa học xanh xem thực bền vững, không gây tác động xấu tới mơi trường Hóa học xanh khái niệm phát triển hóa học cách bền vững, qua khuyến khích phát triển phương pháp trình tạo sản phẩm nhằm hạn chế sản xuất sử dụng hóa chất độc hại Hóa học xanh tìm cách giảm thiểu ngăn ngừa nhiễm nguồn phát sinh Những năm gần đây, hóa học xanh đóng vai trị chủ đạo việc phát triển, nhận biết vấn đề liên quan đến môi trường Vai trị hóa học xanh phát triển bền vững cần thiết đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế mục tiêu môi trường II Nguyên lý nguyên tắc hóa học xanh Mục đích quan trọng hóa học xanh xác định 12 nguyên tắc, bao gồm nguyên tắc để giảm loại bỏ ô nhiễm môi trường Tập trung vào vấn đề tìm kiếm hóa chất thay thân thiện môi trường, tăng tốc độ phản ứng, hạ nhiệt độ phản ứng để tiết kiệm lượng, hiệu phản ứng, sử dụng dung mơi độc hại hơn, giảm thiểu nguyên liệu sử dụng sản phẩm độc hại, giảm chất thải Những nguyên tắc hóa học xanh chia thành nhóm: - Ít sử dụng hóa chất, dung mơi lượng An tồn: sử dụng ngun liệu, q trình dung mơi an tồn Qúa trình: q trình hiệu khơng chất thải, khơng sử dụng dẫn xuất sử dụng xúc tác Chất thải: chất thải phát sinh phải theo dõi thời gian thực tế phải phân hủy Bền vững: hóa chất, nguyên liệu lượng phải tái tạo bền Các nguyên tắc hóa học xanh: - - - Phòng ngừa: phòng ngừa phát sinh chất thải tốt xử lý hay làm chúng tạo trình Điều dựa khái niệm ngăn chặn nguồn Nguyên lý kinh tế Antom: bước tổng hợp phản ứng nên thiết kế để tối đa hóa kết hợp tất nguyên liệu sử dụng trình vào sản phẩm cuối thay tạo sản phẩm vơ dụng khơng mong muốn Giảm tổng hợp hóa học: phương pháp tổng hợp nên thiết kế để sử dụng tạo chất khơng có độc hại môi trường công cộng Thiết kế hóa chất an tồn: sản phẩm hóa chất nên thiết kế để không thực chức thiết kế mà cịn phải độc hại ngắn hạn dài hạn Dung môi chất trợ tạo an toàn hơn: sử dụng chất phụ trợ dung môi chất tách thật cần thiết dùng nên sử dụng chất khơng có tính độc hại Thiết kế cho hiệu suất lượng: q trình hóa học phải tính tốn để tác động lượng kinh tế môi trường thấp Nếu có thể, tất phản ứng nên tiến hành nhiệt độ áp suất bình thường Sử dụng nguồn nguyên liệu tái sinh: ngun liệu dùng cho q trình hóa học nên tái sử dụng loại bỏ đáp ứng mặt kinh tế kỹ thuật Giảm chất phát sinh: cần phải giảm thiểu tránh sử dụng dẫn xuất khơng cần thiết bước cần chất phụ gia tạo chất thải Sử dụng xúc tác: xúc tác tốt chất phương trình tỷ lượng, có mặt xúc tác giảm lượng hóa chất cần sử dụng Thiết kế để phân hủy: thiết kế sản phẩm để sau sử dụng phân hủy khơng tồn mơi trường Phân tích thời gian thực để ngăn ngừa nhiễm: phát triển phương pháp phân tích để giám sát kiểm soát việc tạo thành chất thải nguy hại q trình An tồn phòng ngừa tai nạn: chất sử dụng trình hóa học cần chọn lựa để hạn chế tối đa khả gây tai nạn kể việc mơi trường, nổ hay cháy III An tồn phịng ngừa tai nạn Hiện nay, hợp chất hóa học ngày ứng dụng rộng rãi, việc tạo hợp chất thân thiện mơi trường ln ưu tiên tồn giới Các hợp chất phải đáp ứng yêu cầu khắt khe an tồn phịng ngừa tai nạn Trước đây, hợp chất chống cháy có chứa dẫn xuất halogen gây độc hại cho sức khỏe người mơi trường Vì vậy, chất dần hay hóa chất khơng độc hại Công ty Solberg nghiên cứu thành công bọt chữa cháy tốt thân thiện với môi trường có tên RE-HEALING cách pha trộn chất hoạt động bề mặt với đường so với bọt chống cháy truyền thống làm từ bọt có nồng độ cao flo Thành công loại bỏ chất hoạt động bề mặt flo hóa bọt chống cháy có khả phân hủy thấp, tích tụ sinh học độc hại, hay chất hoạt động bề mặt flo hóa độc hại tồn lâu môi trường Hợp chất chứng nhận đáp ứng tất tiêu chí thực chữa cháy cần thiết Các hợp chất chống cháy ứng dụng rộng rãi ngành: sản xuất vỏ, dây cáp điện, quần áo tiêu dùng, ngành hàng dệt kỹ thuật, bo mạch điện tử, đồ nội thất, thảm trải sàn ghế, kết cấu nhựa giao thông đường sắt, đường bộ, hàng hải,… Mặc dù hợp chất chống cháy không chứa halogen không độc hại với môi trường người, yêu cầu hàm lượng cao để đạt hiệu (chỉ số oxy giới hạn cao LOI, UL94…), đặc biệt vật liệu vô ATH / MDH, dẫn đến hiệu suất học vấn đề xử lý khác Chất chống cháy sở Photpho tăng trưởng nhanh Alumina Trihydrat (ATH) chất chống cháy sử dụng rộng rãi giới năm 2013, chiếm gần phần ba số tiêu thụ toàn cầu Các chất chống cháy halogen hóa, đại diện sản phẩm bromine chlorine loại bỏ toàn cầu rủi ro sức khỏe môi trường, tạo hội cho nhà cung cấp chất chống cháy thay để thay chúng Chất chống cháy chất gây trì hỗn ức chế khả lây lan lửa cách ngăn cản phản ứng hóa học tạo cháy hình thành lớp bảo vệ bề mặt vật liệu Các chất chống cháy có hiệu phải đạt mục tiêu sau đây: Tăng nhiệt độ bắt cháy vật liệu Làm chậm tốc độ cháy Làm giảm tỷ lệ giải phóng nhiệt Làm giảm phát triển lửa Làm giảm lượng khói sinh Các phụ gia chống cháy có nhiệm vụ ngăn cản dập tắt q trình cháy thơng qua chế sau: - Tạo lớp bảo vệ bề mặt pha rắn: Các phụ gia chống cháy giúp hình thành lên lớp bảo vệ cacbon, lớp bảo vệ hình thành lớp cách nhiệt ngăn cản tiếp xúc bề mặt polymer với oxi - Dập tắt gốc tự hoạt động pha khí: Trong q trình cháy, phần polymer tương tác với oxi chất nhạy phản ứng dể tạo gốc tự oxi, hydroxy hydro Những phụ gia có chứa halogen photpho tác dụng với gốc tự để tạo chất hoạt động nhằm ngăn cản trình cháy Phân loại chất chống cháy: - Chất chống cháy halogen: Là chất chống cháy có chứa clo brom, nhóm chất có thị trường lớn xét giá trị Các chất chống halogen làm gián đoạn khả trì lửa axit HCl hay HBr dạng khí Một số chất chống cháy phổ biến Decabromodiphenyl oxit (DECA), Tetrabromobisphenol A (TBBA), Hexabromocyclododecane (HBCD), TBBA-bis-(2,3-dibromopropyl ete)… - Chất chống cháy hydrat kim loại: Nhóm sản phẩm không mang lại rủi ro sức khỏe, mơi trường, gọi chất chống cháy thân thiện môi trường Chất chống cháy hydrate kim loại bao gồm trihydroxit nhôm (ATH) (loại ứng dụng cho nhiều loại nhựa nhiệt dẻo nhiệt rắn - Chất chống cháy photpho: Là loại chất chống cháy có chứa photpho bao gồm polyphotphat amoni (APP), photpho đỏ, photphat hữu photphonat, choroaliphatic Chúng làm chậm trình lây lan lửa Các hợp chất có chế chống cháy phức tạp, gần mang tính chất chất chống cháy halogen với hoạt động ức chế lửa pha khí chế hydrate kim loại với khả ngưng tụ dập lửa tạo lớp tinh thể bảo vệ vật liệu Khối lượng lớn chất phụ gia chống cháy phopho photphat este, phải kể đến resorcinol diphotphat (RDP) bisphenol A diphotphat (BDP), chúng sử dụng rộng rãi PVC, ABS/PC PPO Dưới biểu đồ thể nhu cầu thị trường chất chống cháy: Hợp chất photpho Hợp chất photpho ngày phổ biến để lựa chọn thay cho chất chống cháy halogen hóa sản phẩm điện Bao gồm: Red phosphorus Phosphine oxide Triphenyl phosphine oxide Inorganic phosphates Aryl phosphates such as bisphenol A bis (diphenyl phosphate) Ammonium phosphate and polyphosphate The organophosphates Phosphinates and phosphonates Halophosphates and halophosphonates Cơ chế chống cháy: Hình thành lớp bề mặt rắn hợp chất photpho, số trường hợp đặc biệt làm gián đoạn chuỗi gốc tự pha khí Chất chống cháy có chứa photpho chủ yếu hoạt động pha rắn polyme Các chất chống cháy chuyển thành axit photphoric q trình phân hủy nhiệt, nước giải phóng từ chất pha rắn Một lớp bảo vệ phát triển axit polyphotphoric hình thành than hóa sau Các lớp bảo vệ bao gồm mạng lưới cacbon oxitphotpho Cụ thể, chất chống cháy photpho photphinat kim loại hoạt động pha khí hình thành gốc tự P* PO* làm gián đoạn chế chuỗi gốc tự trình cháy Một số chất chống cháy chứa photpho: - Resorcinol bis (diphenyl phosphate) (RDP): sử dụng chủ yếu để chống cháy cho blend PC/ABS Triaryl phosphates: sử dụng cho số ứng dụng nhựa nhiệt dẻo 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO): sử dụng sợi polyeste bo mạch in Trischloropropyl phosphate (TCCP): sử dụng chủ yếu xốp dẻo polyuretan Ammonium polyphosphate (APP): ứng dụng Sản phẩm sơn chống cháy, PP nhựa nhiệt rắn PEKN Photpho đỏ: sử dụng hầu hết polyamit Aluminium Trihydroxit (Alumina Trihyrat, ATH): Hydroxit kim loại hợp chất thay quan trọng cho chất chống cháy halogen hóa ATH chất chống cháy sử dụng phổ biến cho chất dẻo ATH phân hủy nung 190 0C theo phản ứng: ATH ức chế trình cháy cách loại bỏ nhiệt từ hệ thống Các phản ứng phân hủy thu nhiệt, tạo nước làm lỗng khí dễ cháy sinh phân hủy polymer Cơ chế thứ ba hình thành oxit nhơm hấp thụ số chất khí dễ cháy, dễ bay hơi, giảm khói ATH có hiệu chống cháy ức chế khói dùng với lượng lớn (thường 50% 100 phần khối lượng) Nó sử dụng thành cơng với acrylic nhiệt rắn, epoxy PEKN, copolymer etylen vỏ bọc cáp, PVC, LDPE, EVA cao su khác nhau, bao gồm EPDM, kẽm borat làm tăng thêm hiệu ATH hoạt động tốt với polyme phân cực khơng bám dính tốt với PP, cần biến tính bề mặt với silan với muối titanat Một cách khác chức hóa PP cách ghép monome acrylic lên Magie Hydroxit: Magie Hydroxit (MGH) biết đến chất chống cháy kể từ năm 1964, sử dụng lượng lớn thương mại kể từ 10 năm trở lại Nó bị phân hủy gia nhiệt đến 3400C, tạo nước sử dụng theo cách giống ATH với lượng lớn Mặc dù nhiệt độ phân hủy cao cho phép sử dụng polymer không phù hợp với ATH, bị hút ẩm hấp thụ cacbondioxit từ khơng hí tạo thành lớp bề mặt magie cacbonat Borat: Borat axit boric sử dụng chất chống cháy nhiều năm gỗ, giấy xốp polyuretan Kẽm borat sử dụng ngành công nghiệp nhựa để thay cho trioxit antimon chất hỗ trợ 25 năm qua Khi kết hợp với ATH có kết có lợi việc giảm khói phát sinh đạt cách sử dụng kẽm borat để thay antimon trioxit số trường hợp Nó bắt đầu bị nước 190 0C Một loại kẽm borat khan dùng nhựa nhiệt độ cao Cơ chế hoạt động kẽm borat bao gồm: Phản ứng khử nước thu nhiệt Hình thành lớp bảo vệ polyme halogen hóa với việc sinh axit boric Ổn định lớp bảo vệ polyme halogen hóa Hình thành lớp cách nhiệt sử dụng kết hợp với ATH Kẽm borat kết hợp với graphit tróc lớp để giảm khói phát sinh polyolefin Hợp chất nito: Hợp chất nito không ứng dụng rộng rãi làm chất chống cháy Được biết đến nhiều melamin Melamin photphat sử dụng kết hợp với hợp chất photpho Melamin diborat sử dụng polyme epoxy melamin xyanua polyamit Một số hợp chất có chứa nito photpho nghiên cứu, chẳng hạn sản phẩm phản ứng từ tri(diethanolaminemethyl) melamine axit ortophotphoric Melamin chất chống cháy tương đối rẻ hoạt động theo chế: Thăng hoa 350oC trình thu nhiệt mạnh Hơi melamin làm lỗng dễ cháy Khi melamin cháy tạo thành nito Melamin phân ly pha để tạo thành xianamit Cả melamin xianamit phân hủy để cung cấp amoniac, chất khơng trì cháy Một số hợp chất chống cháy chứa nito quan trọng: Melamine poly (zinc- or aluminum) phosphates: có tác dụng hỗ trợ với photphinat kim loại polyamit PBT ATH magie hydroxit ứng dụng dây cáp Melamin xyanua(MC): sử dụng polyamit 66; melamin: sử dụng chống cháy cho xốp dẻo polyuretan để bọc nội thất gia đình bọ ghế ngồi tàu hỏa máy bay; Melamine polyphosphate (MPP): sử dụng polyamit 66 gia cường sợi thủy tinh Cùng với photphinat kim loại cho tác dụng hỗ trợ Thiếc: Hợp chất thiếc sử dụng làm chất chống cháy 15 năm qua Có hàng chục chất dã thử thành cơng, có chất quan trọng zinc hydroxystannate, zinc stannate and kẽm oxit Tất chũng độc Kẽm stannat sử dụng polyme gia cơng nhiệt độ 1800C Ứng dụng thay trioxit antimon chất hỗ trợ hệ thống chứa halogen IV Kết luận Các nguyên tắc hóa học áp dụng nghiên cứu ứng dụng công nghiệp khác thành công với mục tiêu giảm thiểu tiêu thụ lượng, sản phẩm độc hại chất thải tối thiểu Những tiến góp phần quan trọng vào an toàn sức khỏe người lao động làm việc trực tiếp sản xuất ngành công nghiệp hóa chất, người tham gia vận chuyển, phân phối sản phẩm người tiêu dùng Việc áp dụng hóa học xanh tìm thấy đường cắt giảm tiêu thụ lượng, cách thay đổi quy trình, thơng qua việc sử dụng xúc tác Việc không mang lại lợi ích kinh tế mà quan trọng giảm vấn đề mơi trường Hóa học xanh đặt vấn đề đổi thiết kế sản phẩm công nghiệp trình sử dụng sau chu kỳ sống hữu ích Đây thay đổi quan trọng mục tiêu phát triển bền vững Hóa học xanh thông qua việc thiết kế lựa chọn phương pháp tổng hợp tốt làm cho kỹ thuật sản xuất sản phẩm tiêu dùng độc từ thuốc trừ sâu, phân bón, chất đàn hồi, nhựa, thuốc chữa bệnh, thuốc thử phân tích sản phẩm thương mại khác Các tập đồn cơng nghiệp lớn quan tâm tập trung cho sản xuất sản phẩm an toàn, thân thiện cho môi trường ... vào môi trường Hóa học xanh kết hợp cách tiếp cận trình tổng hợp, chế biến sử dụng hóa chất để giảm thiểu mối đe dọa sức khỏe người môi trường Bất kỳ q trình hóa học phải đáp ứng 12 tiêu chuẩn hóa. .. trường Vai trị hóa học xanh phát triển bền vững cần thiết đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế mục tiêu môi trường II Nguyên lý nguyên tắc hóa học xanh Mục đích quan trọng hóa học xanh xác... dụng hóa chất độc hại Hóa học xanh tìm cách giảm thiểu ngăn ngừa nhiễm nguồn phát sinh Những năm gần đây, hóa học xanh đóng vai trị chủ đạo việc phát triển, nhận biết vấn đề liên quan đến môi trường