Báo cáo được nhóm học viên sau đại học thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa TPHCM. Báo cáo nêu rõ những đặc điểm của CO2 siêu tới hạn, những tính chất quyết định tính chất khác biệt của CO2 siêu tới hạn so với các loại dung môi và môi chất thông thường khác. Phương pháp điều chế và những ứng dụng cũng được nêu rõ để làm nổi bật những ứng dụng quan trọng của CO2 siêu tới hạn trong hóa học xanh ngày nay. Báo cáo là tài liệu tham khảo hay cho các bạn đang theo học môn Hóa học xanh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BÁO CÁO SEMINAR NHỮNG TIẾN BỘ TRONG HÓA HỌC XANH Chủ đề: CO2 SIÊU TỚI HẠN GVHD: PGS.TS Phan Thanh Sơn Nam TPHCM, tháng năm 2017 NỘI DUNG KHÁI QUÁT CHUNG TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ ỨNG DỤNG KHÁI QUÁT CHUNG - Thay dung môi dung môi xanh - Tăng cường trình truyền khối hệ phản ứng - Cải tiến hiệu suất, cải tiến độ chọn lọc cho phản ứng, kết hợp hạn chế đến mức thấp lượng sử dụng - Đồng thời sử dụng CO2 làm tác chất cho phản ứng KHÁI QUÁT CHUNG - Sức căng bề mặt thấp - Độ linh động cao - Độ nhớt thấp, khả khuếch tán cao - Tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng chất lỏng - Khả hoà tan dễ điều chỉnh nhiệt độ áp suất - Phân riêng sản phẩm, kéo dài tuổi thọ xúc tác, thu hồi tái sử dụng xúc tác… KHÁI QUÁT CHUNG - Dễ kiếm, rẻ tiền - Trơ, phản ứng với chất cần tách - Không bắt lửa, không trì cháy - Không làm ô nhiễm môi trường - Không độc với thể, không ăn mòn thiết bị - Hoà tan tốt chất hữu rắn, lỏng - Hoá không để lại cặn độc hại KHÁI QUÁT CHUNG Hạn chế SCO2 - Phải thực áp suất cao nâng cao giá thành - CO2 không phân cực, sử dụng chiết tách chất phân cực KHÁI QUÁT CHUNG - Aldehyde, Ketone, Ester, Alcohol - Các chất khí H2, O2, CO… - Các halogen-cacbon có phân tử lượng nhỏ trung bình - Các hydrocacbon mạch thẳng không phân cực, phân tử lượng thấp có mạch cacbon 20 - Các hydrocacbon thơm có phân tử lượng nhỏ TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN o Tc = 31oC o Pc = 73,75 bar o rc = 0,47g/mL Thấp so với dung môi khác Giản đồ pha nhiệt độ - áp suất CO8 TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN Tên gọi Carbon dioxide Công thức hóa học CO2 (cấu trúc phân tử: O=C=O) Khối lượng phân tử MCO2 = 44,011 kg/kmol Thể tích điều kiện chuẩn Vmn = 22,263 m3/kmol Hằng số khí RCO2 = 0,1889 kJ/(kg.K) Khối lượng riêng khí 273,15Kvà 1,013 bar ρn = 1,977 kg/m3 Nhiệt độ tới hạn Tc = 304,15 K Áp suất tới hạn Pc = 73,83 bar Khối lượng riêng tới hạn ρc = 466 kg/m3 Nhiệt độ thăng hoa Ts = 194,25 K; Ps = 0,981 bar Điểm ba TT = 216,55 K; PT = 5,18 bar Nhiệt độ phân hủy >1473,15 K TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN Các hình chụp thể biến dần mặt phânchia pha CO2 tăng nhiệt độ áp suất a) Bề mặt phân chia pha lỏng – khí rõ rang b) Bề mặt phân chia pha mờ dần c) CO2 trạng thái siêu tới hạn đồng 10 SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ Kỹ thuật phân riêng Kĩ thuật sử dụng lưu chất siêu tới hạn làm dung môi tan Jennifer Jung, M.P , Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey The Journal of Supercritical Fluids, 2001 20: p 179-219 25 SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ Kỹ thuật phân riêng B.Gupta, R., Nanoparticle Technology for Drug Delivery, in Drug and The Phamaceutical sciences, U.B.K., Editor 2006, Taylor & Francis Group: New York.26 p 51-82 SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ Kỹ thuật phân riêng Kỹ thuật phun phân tán (atomization/nebulization) • Phân tán thành phần không tan SCO2 • SCO2 tạo nhũ pha lưu chất sau giảm áp, CO2 thoát khỏi hỗn hợp=> lưu chất lại phân tán thành giọt nhỏ • Được sử dụng công nghệ vật liệu vô cơ: tạo hạt, tạo lớp phủ, phẩm màu dạng pigment 27 SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ Kỹ thuật phân riêng Kĩ thuật tạo hạt từ trình phân tán SCO2 Jennifer Jung, M.P , Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey The Journal of Supercritical Fluids, 2001 20: p 179-219 28 SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ Ứng dụng sử dụng kỹ thuật phân riêng Zeljko Knez, E.W., Particles formation and particle design using supercritical fluids Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2003 7: p 353-361 29 ỨNG DỤNG CỦA SCO2 Là trình tách thành phần (chất chiết suất) từ hỗn hợp (chất rắn hỗn hợp lỏng) chất lỏng trạng thái siêu tới hạn 30 ỨNG DỤNG CỦA SCO2 CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE) Sơ đồ chiết sử dụng SCO2 31 ỨNG DỤNG CỦA SCO2 SIÊU liệu: TỚI HẠN (SFE) Dùng CO2 siêu tới hạn (SCO2CHIẾT ) ly trích hương SCO2 từ compressor qua extractor theo hương liệu, -> giảm áp suất để hương liệu kết tụ lại -> qua separator hương liệu giữ lại CO2 nén compressor tiếp tục quy trình 32 ỨNG DỤNG CỦA SCO2 CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE) Tách caffeine cafe chè: 33 ỨNG DỤNG CỦA SCO2 Đặc điểm chiết tách SCO2 + Hòa tan chlorophyl, sáp, carotenoid + Không hòa tan đường, protein, thuốc trừ sâu, acid amin,tannin Vì vậy, SCO2 ly trích caffein hạt cafe không làm mùi vị caffein, hiệu suất cao từ 97-99 % ko để lại cặn bã 34 ỨNG DỤNG CỦA SCO2 Mạ - Lớp mạ sáng, bóng, nhẵn nhiều so với phương pháp mạ truyền thống Thậm chí với lớp mạ có độ dày lớn nhiều lần (hình dưới); - Kích thước độ hạt đạt đến 10nm; 35 ỨNG DỤNG CỦA SCO2 Mạpháp mạ SCO2 thực Một ưu điểm trội phương trình mạ khe hở/lỗ hàng chục nanomet Kết đạt nhờ khả khuếch tán dung dịch mạ môi trường SCO2 cao nhiều so với điều kiện mạ truyền thống 36 ỨNG DỤNG CỦA SCO2 Mạ - Công nghệ mạ sau siêu tới hạn CO2 cho thấy độ cứng lớp mạ cao hẳn độ cứng lớp mạ truyền thống - Quá trình mạ sau siêu tới hạn CO2 không sử dụng chất phụ gia - Cả lớp mạ siêu tới hạn CO2 sau siêu tới hạn CO2 phát có chứa hàm lượng Carbon Đây yếu tố làm tăng độ cứng lớp mạ nickel 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Jennifer Jung, M.P , Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey The Journal of Supercritical Fluids, 2001 20: p 179-219 Zeljko Knez, E.W., Particles formation and particle design using supercritical fluids Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2003 7: p 353-361 B.Gupta, R., Nanoparticle Technology for Drug Delivery, in Drug and The Phamaceutical sciences, U.B.K., Editor 2006, Taylor & Francis Group: New York p 51-82 Nam, P T S (2008) Hóa học xanh Việt Nam, Đại học quốc gia tpHCM Dũng, N V (2012) Tạo hạt submicro acid salicylic sử dụng lưu chất siêu tới hạn, ĐHBK HCM Minh, N C (2010) Nghiên cứu chiết tách caffeine từ trà CO2 lỏng trạng thái siêu tới hạn, ĐHBK HCM Phụng, L T K (2009) Ứng dụng kĩ thuật lưu chất siêu tới hạn tạo hạt dược phẩm ĐHBK HCM Bhardwaj, L "A review on methodology and application of supercritical fuild technology in pharmaceutical industry." Dvoyashkin, M "Introduction to supercriticalfluids." 38 39 THANK YOU! ... TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN Đường phân chia pha lỏng khí rõ ràng 11 TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN Khi tăng nhiệt độ đường phân chia pha mờ dần 12 TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN Tăng nhiệt... sát 13 TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN Khi đạt tới nhiệt độ áp suất tới hạn không phân biệt pha nữa, đường phân cách không còn, tạo pha đồng 14 TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN Ảnh hưởng nhiệt độ... CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN o Tc = 31oC o Pc = 73,75 bar o rc = 0,47g/mL Thấp so với dung môi khác Giản đồ pha nhiệt độ - áp suất CO8 TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN Tên gọi Carbon dioxide Công thức hóa