V. CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC XANH
V.7 Nguyên tắc 7– Chuyển đổi tối đa lượng nguyên tử tham gia phản ứng vào sản phẩm
hiện trong môi trường nước. Đây là quy trình sử dụng enzym đã được trao giải thưởng về thân môi trường. Nhờ quy trình này mà từ 2007 đến 2020 Pfizer có thể tránh được hơn 200.000 tấn phế thải là hóa chất hữu cơ.
V.7 Nguyên tắc 7 – Chuyển đổi tối đa lượng nguyên tử tham gia phản ứng vàosản phẩm sản phẩm
“Phương pháp tổng hợp nên được thiết kế nhằm tối đa hóa sự hợp nhất của tất cả những vật liệu sử dụng trong quy trình sản xuất vào sản phẩm cuối cùng. Để sản phẩm cuối cùng chứa đựng tỉ lệ cao nhất của nguyên liệu ban đầu và có ít (nếu có) những nguyên tử thải bỏ.”
Phương trình 1 phản ứng hóa học : AB+CD AC+BD
Khi tính toán dùng khái niệm phân tử gam của vật liệu ban đầu và phân tử gam của sản phẩm. Người ta thường chú ý đến khối lượng vật liệu ban đầu và lượng sản phẩm đầu ra là bao nhiêu để tính hiệu suất mà không chú ý đến lượng sản phẩm thải bỏ. Một số phản ứng 1 gam nguyên liệu đầu vào được 1 gam thành phẩm => hiệu suất 100% nhưng sản phẩm bỏ đi lại cao hơn rất nhiều.
=> Sử dụng khái niệm kinh tế chuyển đổi tối đa lượng nguyên tử tham gia phản ứng vào sản phẩm cuối cùng => quan sát tất cả các chất tham gia phản ứng nhằm đo lường mức độ mà mỗi chất kết hợp vào sản phẩm cuối cùng.
Tái sắp xếp: phương thức chuyển hóa 100% các nguyên tử của chất tham gia vào sản phẩm (tái tổ chức các nguyên tử cấu thành phân tử)
Cộng: bổ sung thêm nguyên tố của chất phản ứng vào chất nền.
Thế: phản ứng có tính tiết kiệm nguyên tử, phụ thuộc vào chất phản ứng cụ thể và chất nền sử dụng.
Khử: hiệu quả tiết kiệm nguyên tử ban đầu ít nhất.
Ví dụ: Công ty Pháp Novasep đã phát triển các thiết bị phản ứng cỡ micro, cho phép thực hiện phản ứng an toàn hơn và dễ thao tác hơn, tính chọn lọc cao hơn, tạp chất ít hơn nên giảm các bước làm sạch cuối dòng. Công ty cũng phát triển quy trình sắc ký liên tục, cho phép giảm lượng dung môi làm sạch và có thể tái chế hầu như toàn bộ dung môi nếu kết hợp với các phương pháp cô dung môi có hiệu quả. Nhờ áp dụng quy trình UCB dùng để tách các chất đồng phân đối ảnh, Công ty có thể tái chế
99,97% dung môi trong khi sản xuất hàng trăm tấn thuốc mỗi năm. Đối với các quy trình tách quy mô nhỏ, Novasep sử dụng hỗn hợp CO2 tái chế và dung môi hữu cơ 2 - 20%. Công nghệ này rất phù hợp cho các phòng thí nghiệm điều chế nhỏ với sản lượng từ vài gam đến vài kg, phục vụ nhu cầu phát triển hóa chất.
V.8 Nguyên tắc 8 – Sử dụng dung môi và điều kiện phản ứng an toàn hơn
“Việc sử dụng những hợp chất bổ trợ (như là dung môi, tác nhân tách…) nên hạn chế ở bất cứ nơi nào có thể, và nếu phải dùng phải mang tính vô hại đối với con người và môi trường.”
Chất bổ trợ - chất hỗ trợ sự vận động của một hay nhiều hóa chất à vượt qua những cản trở cụ thể trong việc tổng hợp hay sản xuất một phân tử hay sản phẩm hóa học.
Dung môi: halogen, benzene, hydrocarbons thơm, CFC, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) à gia tăng ung thư, suy hô hấp ở người và động vật, suy giảm ôzon ở tầng bình lưu
Ví dụ 1:
Nguyên liệu để sản xuất dung môi sinh học (DMSH) là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phi thực phẩm, trong đó có thành phần chính là cây Jatropha Curcas (cây cọc rào).
Trên cơ sở hợp tác quốc tế, nghiên cứu một cách bài bản và hệ thống, đề tài 'Nghiên cứu công nghệ sản xuất DMSH từ các nguồn nguyên liệu tái tạo' do PGS, TS Vũ Thu Hà làm chủ nhiệm và Ths Nguyễn Thu Trang (đồng chủ nhiệm), Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam đã được đăng ký độc quyền sáng chế tại CH Pháp. PGS, TS Vũ Thu Hà, Phó Viện trưởng Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam (HHCNVN) cho biết: Năm 2008, đề tài hợp tác quốc tế theo Nghị định thư cấp Nhà nước giữa Viện HHCNVN và Viện Nghiên cứu xúc tác và môi trường, thuộc Trung tâm Nghiên cứu khoa học quốc gia CH Pháp được ký kết. Nhóm nghiên cứu xác định vấn đề cần tập trung là công nghệ sản xuất DMSH từ các nguồn nguyên liệu tái tạo. Vì lẽ, nguyên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, mặt khác sản xuất nhiên liệu, dung môi từ nguyên liệu truyền thống có mặt trái của nó là gây ảnh hưởng môi trường và sức khỏe con người. Sử dụng nguyên liệu sẵn có là dầu, mỡ động, thực vật phế thải và cây cọc rào (tên khoa học là cây Jatropha Curcas), một loại cây cho dầu từ hạt có thể mọc trên những vùng đất khô hạn, hành lang giao thông mà không cạnh tranh với nguồn thực phẩm nuôi sống con người. Các nhà chuyên môn tạm đưa ra một phép tính: Nếu cây cọc rào được trồng trên toàn hành lang giao thông nước ta, hằng năm nó hấp thu một lượng khí CO2 khoảng 11 triệu tấn. Ðồng thời sử dụng vào sản xuất nhiên liệu sinh học, DMSH thì diện tích cây cọc rào theo thời giá hiện tại, có thể đem lại nguồn lợi lớn cho các ngành công nghiệp.
Ðược pha chế từ nhiều thành phần, với các tính chất khác nhau, DMSH có thể ứng dụng khá rộng rãi trong các ngành in, cao-su, giấy, vệ sinh công nghiệp, sản xuất các loại sơn. Mặt khác, có thể sử dụng DMSH để xử lý các vùng biển bị nhiễm bẩn do sự cố tràn dầu. Cũng theo nhóm nghiên cứu chỉ dùng DMSH để làm sạch động cơ, các chi tiết máy một doanh nghiệp cơ khí, ô-tô có thể tiết kiệm được ba tỷ đồng/năm. Sản phẩm DMSH do được sản xuất theo quy trình công nghệ tiên tiến, áp dụng quá trình
xúc tác dị thể siêu a-xít thế hệ mới cho nên không có bã thải, hiệu suất chuyển hóa cao và có khả năng phân hủy sinh học. Bởi vậy các nhà chuyên môn gọi đây là sản phẩm thân thiện với môi trường. Quy trình công nghệ điều chế Metyl ste từ dầu của hạt cây Jatropha Curcas (và tận dụng cả dầu, mỡ động, thực vật phế thải), theo giới chuyên môn, lần đầu được nghiên cứu một cách có hệ thống và bài bản không chỉ ở nước ta mà còn ở tầm quốc tế. Các kết quả nghiên cứu quá trình este hóa của a-xít lactic trên xúc tác dị thể siêu a-xít thế hệ mới; trong đó có nội dung liên quan việc sử dụng dung môi cho quá trình este hóa nhằm chuyển dịch cân bằng là kết quả của sự sáng tạo lần đầu được công bố trên thế giới và ở nước ta. Cũng từ đây, một dự án sản xuất thử nghiệm metyl este dầu, mỡ động, thực vật quy mô 200 tấn/năm (làm nhiên liệu sinh học) từ dầu mỡ phế thải và nguyên liệu phi thực phẩm theo công nghệ Việt Nam - Hàn Quốc đã được thực hiện. Tuy mới đi vào hoạt động, nhưng dây chuyền công nghệ sản xuất metyl este dầu, mỡ động, thực vật với ứng dụng làm nhiên liệu sinh học và hợp phần pha chế DMSH phục vụ các ngành công nghiệp, bước đầu được đánh giá là có triển vọng tốt.
Ðiều đáng chú ý là giá trị khoa học và thực tiễn của đề tài đã được phía Pháp cấp bằng độc quyền sáng chế, mã số Fr10-51571 (ngày 4-3-2010). Ðồng thời, công trình 'Nghiên cứu công nghệ sản xuất DMSH từ các nguồn nguyên liệu tái tạo' sẵn có, thân thiện với môi trường do PGS, TS Vũ Thu Hà, Viện HHCNVN làm chủ nhiệm đã được Hội đồng Giám khảo giải thưởng VIFOTEC năm 2010 tặng giải ba cuộc thi. Và một tin vui ngoài mong đợi của nhóm nghiên cứu, như PGS Hà cho biết là mới đây, sau nhiều lần thảo luận, các hãng công nghiệp của Pháp đã chọn đề tài này là một trong số năm sáng chế của ngành hóa học quốc tế năm 2011 để tiếp tục đầu tư nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ trước khi đưa vào ứng dụng rộng rãi trong thực tế.