hhxanh

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC  Bài tiểu luận mơn HĨA HỌC XANH ĐỀ TÀI: CÁC NGUYÊN TẮC TRONG HÓA HỌC XANH Giảng viên: Nguyễn Thị Hồng Anh Nhóm thực hiện: Trần Hoàng Phương Anh 2004181014 Nguyễn Lê Trang Anh 2004181009 Nguyễn Thị Kiều My 2004181126 Đào Thị Lệ Phúc 2004180153 Lê Ngọc Phương Thanh 2004180053 Nguyễn Tuấn Thanh 2004181192 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10, 2020 MỤC LỤC I LỜI MỞ ĐẦU Hóa học xanh (hay cịn gọi hóa học bền vững) khái niệm ngành hóa học kỹ thuật khuyến khích việc thiết kế sản trình giảm thiểu việc sử dụng tạo chất độc hại Hóa học xanh tìm cách giảm thiểu ngăn ngừa nhiễm nguồn Lĩnh vực hóa học xanh phát triển mạnh, phương diện cách hay cách khác phân chia thành nhiều chuyên ngành nhỏ đặc biệt thập kỉ vừa qua Ngày nay, tất hoạt động hóa học xanh nghiên cứu, giáo dục đào tạo sản xuất công nghiệp phải dựa tảng định nghĩa hóa học xanh Như triết lý hóa học, hóa học xanh áp dụng cho hóa hữu cơ, hóa học vơ cơ, hóa sinh, hóa phân tích, chí hóa học vật lý Trọng tâm giảm thiểu nguy hiểm tối đa hóa hiệu lựa chọn hóa chất sử dụng Khác biệt với hóa học mơi trường tập trung vào tượng hóa học mơi trường Để tìm hiểu kĩ hơn, tổng quát hóa học xanh, tìm hiểu 12 ngun tắc hóa học xanh Paul Anastas John Warner, phần cần tìm hiểu nắm rõ hết nguyên tắc 12 nguyên tắc II CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC XANH DO PAUL ANASTAS VÀ JOHN WARNER -Bao gồm mười hai nguyên tắc : + Nguyên tắc thứ nhất: phòng ngừa chất thải (waste prevention) + Nguyên tắc thứ hai: tiết kiệm nguyên tử (atom economy) + Nguyên tắc thứ ba: sử dụng q trình tổng hợp độc hại (less hazardous chemical synthesis) + Nguyên tắc thứ tư: thiết kế hóa chất an tồn (designing safer chemical) + Ngun tắc thứ năm: sử dụng dung môi chất trợ an toàn (safer solvent and auxiliaries) + Nguyên tắc thứ sáu: thiết kế trình để đạt hiểu lượng (design for energy efficiency) + Nguyên tắc thứ bảy: sử dụng nguyên liệu có khả tái tạo (renewable feedstocks) + Nguyên tắc thứ tám: hạn chế trình dẫn xuất (reduce derivatives) + Nguyên tắc thứ chín : sử dụng xúc tác (catalysis) + Nguyên tắc thứ mười: thiết kế sản phẩm phân hủy (design for degradation) + Nguyên tắc thứ mười một: phân tích sản phẩm quy trình (on-line analysis, real-time analysis) + Nguyên tắc thứ mười hai: hóa học an tồn phịng ngừa tai nạn (safer chemistry for acciedent prevention) Bằng cách sử dụng mười hai nguyên tắc hóa học xanh khung hoạt động, thống ý kiến nhà thiết kế quy mô phân tử, nguyên vật liệu, phận, sản phẩm, hay quy mô hệ thống phức tạp dựa ngôn ngữ chung phương pháp chung Các nguyên tắc không danh mục, mục tiêu III NGUYÊN TẮC THỨ NHẤT: PHÒNG NGỪA CHẤT THẢI (WASTE PREVENTION) Các loại chất thải  Các chất thải độc hại chia thành ba loại chung: chất thải hóa học, chất thải phóng xạ chất thải phân chia  Chất thải hóa học, chẳng hạn chất ăn mòn, dễ cháy, dễ phản ứng (nghĩa là, hóa chất tương tác với người khác để tạo sản phẩm phụ gây nổ độc hại), cực độc, gây ung thư, gây đột biến Cũng kim loại nặng (chẳng hạn chì thủy ngân) xếp vào loại  Chất thải phóng xạ bao gồm nguyên tố hợp chất tạo hấp thụ xạ ion hóa vật chất tương tác với nguyên tố hợp chất (chẳng hạn nước điều hòa phản ứng hạt nhân nhà máy điện Occupational health and safety  Các chất độc hóa học nguy hiểm giới thường nhà hóa học nhà mơi trường tập hợp thành sưu tập gọi “chất bẩn”, phân loại chất nhiễm hữu khó phân hủy (POP) Một số POP thuốc trừ sâu: aldrin, chlordane, DDT, dieldrin, heptachlor,hexachlorobenzene, mirex toxaphene Các POP khác tạo q trình đốt cháy Ví dụ, điôxin furan sản phẩm phụ trình sản xuất hóa chất đốt chất clo hóa, polychlorinated biphenyls (PCB), sử dụng để sản xuất sản phẩm sơn, nhựa máy biến áp điện, phát tán vào khơng khí sản phẩm bị đốt cháy Các chất độc khác asen, berili, cadmium, đồng, chì, niken kẽm thuộc nhóm hóa chất rộng gọi chất độc tích lũy sinh học khó phân hủy (PBTs), bao gồm chất bẩn tồn môi trường thời gian dài Những cách làm giảm chất thải hóa học - Trước vứt bỏ hóa chất cấp độ thuốc thử, xác định xem người khác có nhu cầu hóa chất hay khơng - Thiết lập thơng số sử dụng hóa chất trước đặt hàng Điều giảm thiểu chất thải cách mua hóa chất có kích thước thùng chứa cho phép tiêu thụ tối đa - Mua hóa chất với số lượng Nội dung vật chứa nhỏ có nhiều khả sử dụng bị ô nhiễm giảm chất lượng Bất có thể, thay hóa chất nguy hiểm cho hóa chất nguy hiểm Ví dụ: Thay "no-Chromix" cho chromerge; xiclohexan cho benzen; nhiệt kế không thủy ngân dùng cho nhiệt kế chứa thủy ngân The Economic Times - Tránh chất đống hóa chất thơng thường Ngồi ra, nhiều nhà cung cấp hóa chất cung cấp đơn đặt hàng "đúng lúc" cho phép người mua tận dụng lợi việc định giá số lượng lớn - Khi nhận hóa chất, lấy tất khuyến nghị để bảo quản chúng theo khuyến nghị nhà sản xuất chẳng hạn tủ lạnh, môi trường trơ tủ tráng miệng Tuân theo yêu cầu bảo quản đặc biệt làm tăng thời hạn sử dụng hóa chất - Khi nhận hóa chất, ghi ngày tháng bảo quản theo cách cho phép sử dụng hóa chất cũ trước Điều phát triển hệ thống luân chuyển để hóa chất sử dụng trước hết hạn sử dụng Ngoài ra, loại bỏ hóa chất có xu hướng tạo thành peroxit trở nên dễ phản ứng với thời gian hết hạn sử dụng chúng Ví dụ, ete etylic tetrahydrofuran có xu hướng tạo thành peroxit nổ axit picric trở nên nhạy cảm với sốc khơ - Kiểm kê hóa chất phịng thí nghiệm bạn sáu tháng lần Thay nhãn bị mòn theo kiểu lâu dài, dễ đọc Điều ngăn khơng cho hóa chất khơng xác định tạo Hóa chất khơng rõ nguồn gốc khó quản lý đắt tiền chất thải - Dán nhãn tất vật chứa bình phản ứng có chứa hóa chất KHƠNG sử dụng chữ viết tắt, tên thương mại ký hiệu hóa học Chỉ sử dụng tên hóa học thơng thường danh pháp IUPAC để nhận biết chất chứa thùng Điều ngăn khơng cho hóa chất không xác định tạo - Thay nắp nắp bị lỗi bị hỏng Điều bảo vệ khỏi ảnh hưởng ô nhiễm không khí độ ẩm American Chemical Society - Nếu yêu cầu phân phối chất lỏng nhiều lần, sử dụng pipet hiệu chuẩn dụng cụ phân phối chai Gạn chất lỏng cốc hiệu chuẩn bình chia độ có xu hướng tạo lượng lớn chất thải - Các chai chứa khí cần kiểm tra thường xuyên Không đổ đầy bình gas Việc nạp chai phải hồn thành nhà cung cấp chai khí Tuân thủ tất quy trình an tồn sử dụng khí nén chất lỏng IV NGUYÊN TẮC THỨ HAI: TIẾT KIỆM NGUYÊN TỬ (ATOM ECONOMY) Các quy trình tổng hợp phải thiết kế cho lượng nguyên liệu sử dụng phải chuyển hoá đến mức tối đa thành sản phẩm mong muốn Tăng hiệu suất phản ứng: Sử dụng yếu tố xúc tác (nhiệt độ, áp suất, chất xúc tác,…) để phản ứng đạt hiệu suất cao Tránh lãng phí lượng tác chất chưa phản ứng Giảm sản xuất, tái sử dụng: _Tái sử dụng vật liệu làm từ nhựa, giấy, vải, kim loại,… _Giảm thiểu số lượng bao nilon cách sử dụng loại túi vải, giỏ chợ,… Sử dụng lượng thiên nhiên: Tận dụng nguồn nhiên liệu ánh sáng nhiệt từ mặt trời, sức gió,… Trồng nhiều xanh tăng diện tích rừng phịng hộ: _Lọc khơng khí giúp mơi trường _Góp phần chống lại thiên tai môi trường tạo ngăn chặn lũ lụt, chống sạt lở đất Tác động lên ý thức người: _Tuyên truyền nâng cao ý thức người dân tầm quan trọng việc bảo vệ mơi trường _Tăng cường quản lí nhà nước, thể chế pháp luật bảo vệ môi trường _Khai thác hợp lý sử dụng tiết kiệm, bền vững nguồn tài nguyên _Tăng cường lực nghiên cứu phát triển công nghệ bảo vệ môi trường _Đẩy mạnh xã hội hóa cơng tác bảo vệ mơi trường _Tăng cường hợp tác quốc tế bảo vệ môi trường Sử dụng chất trợ, dung mơi độc hại Trong vài thập kỷ qua, tích hợp mơi trường bền vững tinh thần vào phát triển kinh tế nâng lên cấp độ toàn cầu Các dung mơi xanh thường trích dẫn văn bản- chắn bao gồm nước , carbon dioxide siêu tới hạn (CO 2) , chất lỏng ion (ILs) , 2- methyltetrahedronfuran (MeTHF), khác dung môi xanh hữu Xem xét tất khía cạnh, nước xem dung mơi xanh a Nước Sở hữu nhiều tính chất vật lý độc đáo số điện môi lớn nhiệt dung cao Một số đặc tính quan trọng khác nước bao gồm hiệu ứng liên kết hydro hi ệu ứng k ỵ nước (sự đùn chất hữu không phân cực từ pha nước) Những đặc tính vật lý hóa học ban tặng cho số lợi đặc biệt 'dung môi xanh' cho ngành hữu Rideout Breslow năm 1980 báo cáo dung môi nước làm tăng tốc độ ph ản ứng DielseAlder Narayan cộng cần cho ch ất không tan mặt nước cách sử dụng lượng tối thiểu dung môi hữu c khơng tan nước để hịa tan chất rắn với dung mơi nước đẩy nhanh phản ứng (cái gọi hiệu ứng mặt nước) Khả hòa tan hạn chế phân tử hữu nước, có th ể thi ết k ế m ột h ệ thống xúc tác hai pha cho phản ứng cata-lytic chất xúc tác làm tan nước; đó, sản phẩm hữu dễ dàng tách cách tách pha đơn giản, dung dịch chất xúc tác nước thu hồi để sử dụng nhiều lần q trình hydroformyl hóa anken nước công nghiệp sử dụng chất xúc tác Rh mang muối trinatri hòa tan nước tris (m-sulfona- tophenyl) phosphin Do tính ch ất khơng độc hại khơng cháy, dung dịch nước thải có chứa chất gây ô nhi ễm vô h ại n ếu xử lý thích hợp thải trực tiếp Tuy nhiên, điều quan tr ọng phải thi ết kế quy trình để tránh hình thành chất thải nước có chứa chất gây nhiễm độc hại Nước siêu tới hạn nước tới hạn tìm thấy ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp, chẳng hạn trình khai thác, thủy phân khí hóa Bảng tính chất vật lí nước b CO2 siêu tới hạn Có độ phân cực thấp, chất thay tuyệt vời đầy h ứa hẹn cho dung môi hữu dễ bay truyền thống Tuy nhiên, khác với nhiều dung môi hữu cơ, CO siêu tới hạn không nổ, khơng độc, khơng cháy, có tự nhiên, dồi rẻ ti ền Ngoài ra, mức quan trọng tương đối thấp nhiệt độ (Tc: 32,1○C) khả phản ứng CO2 thấp cho phép tiếp cận địi hỏi kỹ thuật Khi giải phóng áp suất, CO2 bay dễ dàng trở thành “vô giá trị” sản phẩm Điều kiện chiết xuất nhẹ bảo vệ sản phẩm khỏi bị oxy hóa hư hỏng Do đó, sử dụng rộng rãi để chiết xuất tinh chế Khí CO2 xung quanh dễ dàng thu giữ sau sử dụng chất lỏng siêu tới hạn để tránh phát thải khí nhà kính Tuy nhiên, độ phân c ực th ấp, vi ệc chiết xuất hợp chất mang nhóm phân cực mạnh (-OH, eCOOH) không hi ệu qu ả không thể, chẳng hạn chiết xuất carbohydrate phân cực Một nhược điểm khác việc sử dụng CO siêu tới hạn làm dung môi yêu cầu thiết bị đắt tiền Tính chất dung mơi xanh thơng thường c Dung mơi Ion Những dung mơi thiết kế để có độ ổn định nhiệt cao, không bay bay thấp, không cháy nổ, độ phân cực cao, khả hòa tan m ạnh đối v ới chất hòa tan cụ thể độ dẫn điện tương đối cao Chúng coi có lợi phát triển chất thay lành tính với mơi trường cho dung môi hữu dễ bay trình tổng h ợp hóa h ọc, xúc tác phân tách Dung dịch ion sử dụng rộng rãi làm dung mơi mơi trường tái chế, cho thấy hiệu ứng tăng tốc phản ứng xúc tác Tuy nhiên, dung d ịch ion không dễ dàng có sẵn cần tổng hợp hóa học, làm tăng chi phí cho ứng dụng công nghiệp d 2-MeTHF Ngày sử dụng nhiều tổng hợp hữu Mặc dù có khác bi ệt nh ỏ v ề cấu trúc so với THF, 2-MeTHF có nguồn gốc từ ngu ồn tài nguyên tái t ạo t ự nhiên axit furfural axit levulinic tạo dễ dàng từ xenlulo, hemixenluloza, lignin chất thải nông nghiệp thực vật khác, có đặc tính thuận l ợi nh kh ả n ăng tái tạo, khả phân hủy sinh học, tái chế dễ dàng độc tính thấp Nhóm metyl vị trí 2-MeTHF cải thiện đáng kể độ ổn định hóa học thuốc thử có tính bazơ cao đó, thường hoạt động tốt dung mơi truy ền thống THF dietyl ete cho phép ứng dụng rộng rãi c m ột lo ạt biến đổi hóa học 2- MeTHF thay THF làm dung mơi cho phản ứng ghép n ối có xúc tác kim loại (phản ứng Heck, Stille, Suzuki, v.v.), phản ứng thạch hóa nhiệt độ th ấp, ph ản ứng Grignard Reformatsky, khử hyđrua 2- MeTHF thay th ế t ốt cho dichloromethane phản ứng hai pha, chẳng hạn phản ứng thay th ế nucleophin, amid hóa alkyl hóa 2-MeTHF cần tổng hợp từ nguồn tái tạo, làm tăng chi phí sản xuất Ngồi ra, dung mơi dễ cháy dẫn đến vấn đề môi trường có kh ả phân hủy sinh học So sánh dung môi xanh sử dụng ngành cơng nghiệp hóa chất dược phẩm tốt Phần kết luận Tóm lại, việc lựa chọn dung mơi thích hợp quan trọng hiệu việc giảm thiểu tác hại số lượng ô nhiễm tác động đến môi trường gây ngành cơng nghiệp hóa chất dược phẩm Có khơng có dung mơi hồn hảo để giải hoàn toàn vấn đề này, kể nước VIII NGUYÊN TẮC THỨ SÁU: THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH ĐỂ ĐẠT HIỂU QUẢ NĂNG LƯỢNG (DESIGN FOR ENERGY EFFICIENCY) Năng lượng sử dụng cho q trình hóa học phải giảm đến mức thấp sử dụng lượng cần phải ý tác động đến vấn đề kinh tế mơi trường Giảm thiểu lãng phí lượng nâng cao hiệu lượng không đồng nghĩa với việc sử dụng lượng đi, mà lượng phải sử dụng hiệu Xây dựng xanh có hàm nghĩa thiết kế tòa nhà tiết kiệm lượng thân thiện mơi trường, có kết hợp quản lý lượng thông minh với xây dựng bền vững Sau tổng quan ngắn quy trình sử dụng thiết kế cơng trình xanh Tạo nên cơng trình tiết kiệm tài ngun thân thiện với môi trường Ở châu Âu Hoa Kỳ, khu vực dân cư trường Đại học, cao đẳng phận đóng góp nhiều trực tiếp nghiệp tiết kiệm lượng Ví dụ: Ở Pháp, theo số liệu Bộ Sinh thái, Năng lượng Phát triển bền vững công bố tháng năm 2013, hai phận nêu chiếm đến 44% tổng lượng điện tiêu thụ tồn kinh tế Có hai lựa chọn khả thi việc giảm thiểu lãng phí điện năng: -Thứ cải tạo cơng trình xây dựng có theo hướng hiệu lượng Ở Pháp, việc hỗ trợ chương trình hố đơn "Grenelle I" thực từ năm 2009 Trong đó, nhà nước luật hoá hàng loạt cam kết tăng cường hiệu lượng, sau chuỗi hội đàm trị hiệp hội, viện sách, cơng ty đảng phái trị) + -Thứ hai xây dựng cơng trình bền vững Một ví dụ điển hình cho giải pháp cải tạo Toà nhà liên bang Edith Green-Wendell Wyatt Portland, Mỹ cải tạo công ty SERA Architects Kết cấu cơng trình cải tạo lại để tạo mặt tiền nhằm nâng cao hiệu suất tiết kiệm lượng, với mái gắn pin quang điện hệ thống thu nước mưa lắp đặt thêm, nhờ cải thiện hiệu lượng môi trường, tăng cường tính chất cơng trình "xanh" Giảm tiêu thụ lượng nhờ thiết kế thông minh sử dụng vật liệu phù hợp Một hệ thống cách nhiệt tốt giảm thiểu nhiệt cách đơn giản để tiết kiệm lượng Qn tính nhiệt đạt cách sử dụng trần giả, bơng khống cách nhiệt gai dầu cửa sổ kính hai lớp, từ giảm thiểu tác động biến đổi nhiệt độ bên ngồi Hiện tượng cầu nhiệt, cịn gọi cầu lạnh, thường gây rò rỉ nhiệt lớp vật liệu cách nhiệt, tránh cách đặt vị trí cách nhiệt bên ngồi "lớp vỏ cách điện" làm từ gạch polystyrene Ngồi ra, trao đổi nhiệt mặt đất sử dụng để sưởi ấm làm mát khơng khí cách sử dụng qn tính nhiệt trái đất Cách nhiệt cách hiệu để tránh tổn thất lượng, nhiều giải pháp tiết kiệm lượng cần xem xét để tìm phương thức thích hợp cho loại hình xây dựng, vị trí sử dụng cụ thể Tận dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên cách khác để giảm thiểu tiêu thụ lượng dùng cho việc sưởi ấm chiếu sáng Các cơng trình xây dựng thiết kế theo cách cho phép tối ưu hóa ánh sáng mặt trời thông qua việc cài đặt cửa sổ thu nhiệt hiệu đón ánh sáng mặt trời vật liệu thấm nhiệt khác Những phương thức xây dựng tận dụng lượng thụ động nêu hữu hiệu việc giảm thiểu lượng dùng cho sưởi ấm Một cơng trình sử dụng từ 15 kWh/m năm cho việc sưởi ấm 120 kWh/m2 năm cho tất nhu cầu Trung tâm Luật Đại học Baltimore, thiết kế Behnisch Architekten Ayers Saint Gross, ví dụ tuyệt vời thiết kế lượng thụ động nhu cầu ánh sáng nhân tạo giảm thiểu cách sử dụng cửa sổ rộng cho phép tối ưu hóa ánh sáng tự nhiên Các cửa sổ trang bị mành tự động nhằm ngăn chặn ánh sáng mặt trời thâm nhập vào Thiết kế cơng trình sử dụng nhiệt hiệu Xây dựng xanh gắn liền với phương thức thiết kế chủ động nhằm tạo cơng trình sử dụng nhiệt hiệu Tiền đề điều việc làm cho cơng trình xây dựng tự tạo lượng phục vụ cho nhu cầu tự thân Pin quang điện công nghệ nhiệt, sử dụng để tạo điện nhiệt, có bước nhảy vọt mười năm qua ngày công nghệ lắp đặt mái nhà, khoảng không gian bên cạnh tồ nhà hay chí hiệu mặt nhà, điều giúp tạo nhiều lượng hết Công viên Bushwick New York, thiết kế Kiss + Architects Cathcart, sở hữu sở bảo dưỡng với mái nhà lượng xanh, có