Mở Đầu Chương 1: Giới thiệu về chất xúc tác 1.1Khái niệm và ứng dụng của xúc tác Chất xúc tác là những chất có thể làm thay đổi vận tốc của phản ứng hoá học, nhưng chất xúc tác lại không hề thay đổi gì (về chất cũng như lượng) sau khi phản ứng hoá học đã xảy ra.Chất xúc tác có vai trò quan trọng trong công nghiệp hoá học. Chất xúc tác có thể tăng tốc độ phản ứng hoá học lên nhiều lần, hàng chục lần, hàng trăm lần, nên rút ngắn được thời gian, tăng cao hiệu suất sản xuất. Ví dụ trong các nhà máy sản xuất phân đạm người ta thường dùng sắt làm chất xúc tác để tăng vận tốc phản ứng giữa nitơ và hyđro qua tác dụng xúc tác bề mặt, nhờ đó nitơ và hyđro trong hỗn hợp dễ tạo thành amoniac. Nếu không có chất xúc tác thì trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, phản ứng tổng hợp amoniac sẽ xảy ra với tốc độ rất chậm, không thể tiến hành sản xuất với lượng lớn. Chất xúc tác còn có khả năng chọn lịch trình cho phản ứng hoá học. Chất xúc tác có thể giúp chọn các bước phản ứng phù hợp với con đường mà người ta đã thiết kế, phản ứng sẽ xảy ra theo con đường thuận lợi nhất cho quá ưình sản xuất. Ví dụ khi dùng rượu etylic làm nguyên liệu thì tuỳ thuộc việc chọn chất xúc tác và điều kiện phản ứng mà ta có thể nhận được các sản phẩm phản ứng khác nhau. Nếu chọn bạc làm chất xúc tác và đưa nhiệt độ lên đến 550°c, rượu etylic sẽ biến thành axetalđehyd; nếu dùng nhôm oxit làm xúc tác và ở nhiệt độ 350°c ta sẽ nhận được etylen; nếu dùng hỗn họp kẽm oxit và crom (III) oxit làm chất xúc tác và ở nhiệt độ 450°c ta sẽ thu được butylen; nếu dùng axit sunfuric đặc làm xúc tác và giữ nhiệt độ 130 140°c ta sẽ có ete etylic. Từ đó có thể thấy chất xúc tác có vai trò rất to lớn trong sản xuất công nghiệp hoá học, và quả là hòn đá chỉ vàng trong ngành công nghiệp này. Chất xúc tác quả đã mở rộng cánh cửa cho sản xuất hoá học. Trong không khí ở thành thị thường bị ô nhiễm do khí thải của ô tô, thành phần khí có hại trong khí thải chủ yếu là nitơ oxit, monoxit cacbon và hyđrocacbon thừa... Ngày nay các nhà khoa học đã tìm được chất xúc tác chế tạo thành thiết bị xúc tác nối vào ống xả khí thải của ô tô. Khi khí xả ô tô qua thiết bị xúc tác sẽ được xử lý, các chất cháy còn dư thừa sẽ bị oxi hoá biến thành cacbon đioxit và nước;nitơ oxit biến thành khí nitơ. Còn như với các vết máu, vết mồ hôi làm hoen ố quần áo để lậu sẽ rất khó giặt sạch. Nếu thêm vào bột giặt một loại men thì các vết máu, vết mồ hôi bám lên vải, không cần phải vò mạnh, cũng tự phân giải và tự hoàtan vào nước. Loại men thêm vào bột giặt chính là chất xúc tác sinh học. Trong tự nhiên có nhiều loại men sinh học có thể dùng năng lượng Mặt Tròi phân giải nước thành hyđro và oxy; biến cacbon đioxit và nước trong không khí thành các họp chất chứa nước và cacbon. Hyđro chính là một trong các nguồn năng lượng sạch có hiệu suất cao. Mà năng lượng Mặt Tròi và nước là nguồn có thể là vô tận, nên nếu có thể dùng chất xúc tác để biến nước thành nhiên liệu hyđro, hoặc biến nước và cacbon đioxit thành thức ăn gia súc, thậm chí thành thực phẩm cao cấp quả là một điều khó tưởng tượng hết hiệu quả. Nếu có thể dùng chất xúc tác sinh học làm được việc đó thì nó sẽ đem lại cho loài người nhiều lọi ích to lớn. Xúc tác đống vai trò quan trọng có đến khoảng 60% các công trình công nghệ khoa học, 90% sản phẩm công nghiệp hóa học có sử dụng xúc tác, thì trường xúc tác hiện nay đc đánh giá là vào khoảng 12 tỷ USD năm. Những năm gần đây trước những viển cảnh nguồn dầu mỏ cạn kiệt, môi trường bị suy thoái nghiêm trọng thì xúc tác là niềm hy vọng trong việc sản xuất năng lượng mới, vật liệu mới, các quá trình sản xuất sạch hơn, ít thải hơn mà đỉnh cao là hóa học xanh, xúc tác đồng thời cũng đã và sẽ là vũ khí hữu hiệu trong công cuộc bảo vệ môi trường. Trong việc ứng dụng bảo vệ môi trường thì bạn tham khảo tại đây Xúc tác sinh học Protease ứng dụng trong sản xuất nước mắm, tương, chao, phomai, sữa... Trong công nghiệp thực phẩm thì dùng làm mềm thịt. Trong công nghiệp thuộc da thì làm mềm da, sạch lông, bóng da... Trong hương liệu mỹ phẩm như kem thoa, kem cạo râu, dầu gội, dầu bôi tóc...để làm cho da tóc mềm mại tẩy bỏ dễ dàng tế bào già... xà phòng, kem giặt có enzym sẽ dễ dàn tẩy bỏ vết bẩn. Trong y học dùng để sản xuất môi trường dinh dưỡng nuôi vi sinh vật, sản xuất huyết thanh miễn dịch... 1.2.1 Xúc tác sinh học Sự sống là quá trình trao đổi vật chất liên tục, quá trình đó bao gồm hàng loạt phản ứng phân giải và tổng hợp. Kết quả là những chất glucid, lipid, protein... đưa theo thức ăn vào sẽ biến thành thành phần mới của mô bào hoặc thành năng lượng cung cấp cho hoạt động sống. Các quá trình này nếu ở phòng thí nghiệm thường mất nhiều thì giờ, cần nhiều hoá chất, nhiệt độ cao mà kết quả đôi khi không phân hoá triệt để được. Trái lại, ở điều kiện in vi vo (tức là trong sinh thể) các phản ứng sinh hoá học nói trên tiến hành rất dễ dàng, nhanh và hiệu quả rất cao. Đó là nhờ sự xúc tác của hệ thống enzym Lịch sử về enzym . Trước kia người ta đưa ra thuyết sinh lực thuyết này cho rằng các quá trình sống được điều khiển bởi một lực huyền bí không thể tìm hiểu được. Nhưng ngáy từ đầu thế kỷ XVIII người ta đã bắt đầu tìm tòi về quá trình tiêu hoá. Năm 1783 một người Ý tên là Spalacani gói thịt vào mảnh lưới thép rồi cho diều hâu nuốt, khi kéo lưới ra thì thịt đã bị hoà tan hết. Ông đưa ra kết luận là thịt bị một loại chất có tác dụng đặc biệt hoà tan. Mãi đến năm 1811 1814 nhà bác học Nga Kiếcgốp tìm ra trong mầm lúa một chất có khả năng biến tinh bột thọ đường maltose. Gần 19 năm sau, 1833, Phi en và Pec xô mới phân lập được chất đó dưới dạng tinh thể mà ngày nay chúng ta gọi là enzym amylase. Tuy người Cổ Đại đã biết dùng enzym vào việc sản xuất lườn, thuộc da, làm bánh mì, làm phomat, làm mắm, ủ tương... nhưng sự nghiên cứu về enzym có thể nói chỉ phát triển từ cuối thế kỷ XIX. Sang đầu thế kỷ XX, những phát hiện về enzym thu được càng nhiều, người ta đần dần biết được bản chất hoá học của enzym là protein, đã thu được nhiều enzym tinh khiết (sanmer 1926) đã phát hiện được cấu tạo nhóm ghép của enzym (Wilstaetter 1920 1930). Riêng việc nghiên cứu các enzym tiêu hoá đã được nhà sinh lý học người Nga Páp lốp đóng góp đáng kể. Cho tới nay các kiến thức về enzym đã tập hợp thành một môn học sâu rộng. Đó là môn enzym học (enzymologia). Hiện tượng xúc tác Hiện tượng xúc tác là hiện tượng làm tăng tốc độ phản ứng để cho hệ thống chóng đạt tới trạng thái cân bằng động. A + B ↔ AB Bằng những chất hoặc đưa từ ngoài vào cơ thể hoặc nó tự sản sinh trong quá trình phản ứng, bản chất của chất xúc tác là không tham gia vào sản phẩm cuối cùng của phản ứng. A + B + K ↔ AB + K Trong sinh thể các chất tham gia xúc tác các phản ứng hoá học gọi là enzym. Định nghĩa về enzym Enzym là chất xúc tác sinh học, nhờ có enzym mà các phản ứng sinh hoá học xảy ra với một tốc độ rất nhanh, chính xác, nhịpnhàng, hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng. Người ta cho rằng enzym là động cơ đầu tiên để sự sống biểu hiện bằng các hiện tượng sống. 1.2.2 Xúc tác Zeolite