Thuyết trình Hóa học xanh

CHỦ ĐỀ 6 : HÓA HỌC XANH KHÁI NIỆM Khái niệm Hóa học xanh (hay còn gọi là hóa học bền vững) là một khái niệm chỉ một ngành hóa học và kỹ thuật khuyến khích việc thiết kế các sản phẩm và quá trình giảm thiểu việc sử dụng và tạo ra các chất độc hại. Hóa học xanh tìm cách giảm thiểu và ngăn ngừa ô nhiễm tại nguồn của nó. Mục đích Hóa học xanh có những mục đích như sau : Để phòng ngừa ô nhiễm nhằm truy tìm những biện pháp giải quyết, sáng kiến kỹ thuật tối ưu hơn là đặt trọng tâm vào việc quản lý và xử lý các chất thải rắn, lỏng, và khí từ ngành công nghiệp. Giảm thiểu hoặc loại bỏ phát sinh và sử dụng những chất nguy hiểm độc hại trong quá trình thiêt kế ,sản xuất và ứng dụng các sản phẩm hóa học. Tạo ra những sản phẩm bền hơn ,ít độc hại và hoàn toàn có khả năng tái chế. NGĂN NGỪA Ô NHIỄM VÀ KIỂM SOÁT CHẤT THẢI Việc ngăn ngừa ô nhiễm và kiểm soát chất thải , chúng ta có thể sử dụng 4 phương pháp như sau : Phương pháp xúc tác xanh Phương pháp dung môi xanh Phương pháp vi sóng siêu – âm Vi bình phản ứng PHƯƠNG PHÁP XÚC TÁC XANH Xúc tác xanh không chỉ thay thế một phần chất tham gia phản ứng hoặc làm cho quá trình diễn ra hiệu quả hơn (hiệu suất chuyển hóa cao hơn) mà còn giảm tác động xấu tới môi trường và giảm chi phí cho các quá trình sản xuất hóa chất Một số loại xúc tác xanh :xúc tác dị thể, đồng thể, xúc tác ánh sáng, đặc biệt xúc tác sinh học (sử dụng các enzym làm xúc tác cho phản ứng hóa học) Ví dụ :sử dụng zeolits hạt nano làm xúc tác cho nhiều quá trình chuyển hóa trong ngành chế biến dầu, khí Men nitrilase để thủy phân các hợp chất nitril, chuyển hóa các nitril thành axit carboxylic 2.PHƯƠNG PHÁP DUNG MÔI XANH Hóa học xanh khuyến cáo thay thế sử dụng các dung môi hữu cơ truyền thống bằng các dung môi thân thiện với môi trường như ít độc, an toàn (về cháy, nổ), ít bay hơi; loại bỏ những dung môi làm suy giảm tầng ôzôn (các hợp chất cfc). Các loại dung môi thân thiện với môi trường là: dung môi nước và dung môi siêu tới hạn như co2 Ví dụ : sử dung công nghệ dung môi siêu tới hạn co2 để phun sơn lên các chi tiết ô tô,trang thiết bị công nghiệp nhuộm vải,phủ socola lên bánh,tách và tinh lọc một số chất Dùng nước siêu tới hạn trong sản xuất nhựa PET làm dung môi thì toàn bộ các hóa chất như p-xylen, acid terephtalic có thể được hòa tan, không có sản phẩm thải và không gây hại cho môi trường. 3. PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG SIÊU ÂM Vi sóng, siêu âm: Hóa học xanh ứng dụng siêu âm-vi sóng đóng vai trò quan trọng trong các quy trình hóa học. Chiếu xạ vi sóng-siêu âm làm tăng hiệu suất phản ứng và rút ngắn thời gian, giảm sử dụng năng lượng tiêu tốn và không thải các khí độc hại. Ví dụ :Trong sản xuất dược phẩm, siêu âm sẽ làm tăng hiệu suất và dễ dàng sử dụng cho một hệ thống lớn như trong công nghiệp Trong lĩnh vực phát triển xúc tác, siêu âm tạo ra được bề mặt có diện tích lớn vì thế làm tăng hoạt tính của chất xúc tác. Để xác định hàm lượng N trong mẫu sữa bò, phương pháp Kieldahl cổ điển phải mất 180 phút trong khi phương pháp siêu âm-vi sóng chỉ mất 10 phút. 4.PHƯƠNG PHÁP VI BÌNH PHẢN ỨNG Vi bình phản ứng là hệ thống các bình phản ứng cực nhỏ có kích thước vào cỡ micromet sắp xếp rất đều nhau được đặt trong một hệ thống điều chỉnh nhiệt có kèm theo một số thiết bị phụ trợ khác như hệ thống lọc, hệ thống bơm Các chất phản ứng hay xúc tác đều phải ở dạng đồng thể. Nhờ vi bình phản ứng có thể tổng hợp số lượng lớn các dược phẩm mới trong một thời gian ngắn để tiến hành các phân tích thử hoạt tính sinh học. Phản ứng tổng hợp dipeptid được thực hiện trong vi bình phản ứng, hiệu suất 100% chỉ trong 20 phút (quy trình thông thường là 50% trong 24 giờ). NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA HÓA HỌC XANH Tại Mỹ, hóa học xanh bắt đầu thu hút sự quan tâm từ năm 1990 khi Luật ngăn ngừa ô nhiễm ra đời . Trong cuốn sách xuất bản vào năm 1998 mang tựa đề Ngành hóa chất xanh: Lý thuyết và thực tiễn (Nhà Xuất bản Đại học Oxford), Paul Anastas và John Warner đã đưa ra 12 nguyên tắc như một lộ trình cho các nhà hóa học trong việc thực hiện hóa chất xanh. 1. Ngăn ngừa: Tốt nhất là ngăn ngừa sự phát sinh của chất thải hơn là là xử lý hay làm sạch chúng. 2. Tính kinh tế: Các phương pháp tổng hợp phải được thiết kế sao cho các nguyên liệu tham gia vào quá trình tổng hợp có mặt tới mức tối đa trong sản phẩm cuối cùng. 3. Phương pháp tổng hợp ít nguy hại: Các phương pháp tổng hợp được thiết kế nhằm sử dụng và tái sinh các chất ít hoặc không gây nguy hại tới sức khỏe con người và cộng đồng. 4. Hóa chất an toàn hơn: Sản phẩm hóa chất được thiết kế, tính toán sao cho có thể đồng thời thực hiện được chức năng đòi hỏi của sản phẩm nhưng lại giảm thiểu được tính độc hại. 5. Dung môi và các chất phụ trợ an toàn hơn: Trong mọi trường hợp có thể nên dùng các dung môi, các chất tham gia vào quá trình tách và các chất phụ trợ khác không có tính độc hại. 6. Thiết  kế nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng: Các phương pháp tổng hợp được tính toán sao cho năng lượngsử dụng cho các quá trình hóa học ở mức thấp nhất. Nếu như có thể, phương pháp tổng hợp nên được tiến hành ở nhiệt độ và áp suất bình thường. 7. Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh: Nguyên liệu dùng cho các quá trình hóa học có thể tái sử dụng thay cho việc loại bỏ. 8. Giảm thiểu dẫn xuất: Vì các quá trình tổng hợp dẫn xuất đòi hỏi thêm các hóa chất khác và thường tạo thêm chất thải. 9. Xúc tác: Tác nhân xúc tác nên dùng ở mức cao hơn so với đương lượng các chất phản ứng. 10. Tính toán, thiết kế để sản phẩm có thể phân hủy sau sử dụng: Các sản phẩm hóa chất được tính toán và thiết kế sao cho khi thải bỏ chúng có thể bị phân huỷ trong môi trường. 11. Phân tích thời gian hữu ích để ngăn ngừa ô nhiễm: Phát triển các phương pháp phân tích cho phép quan sát và kiểm soát việc tạo thành các chất thải nguy hại. 12. Hóa học an toàn hơn để đề phòng các sự cố: Các hợp chất và  quá trình tạo thành các hợp chất sử dụng trong các quá trình hóa học cần được chọn lựa sao cho có thể hạn chế tới mức thấp nhất mối nguy hiểm có thể xẩy ra do các tai nạn, kể cả việc thải bỏ, nổ hay cháy, hóa chất. IV. NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA HÓA HỌC XANH Ứng dụng Nền hóa học xanh ngày càng phát triển và chúng đã có những ứng dụng trong cuộc sống Sản xuất chất dẽo (plastic) từ trái bắp:  Polylactic acid hay PLA là một loại chất dẽo thực vật có được từ việc tổng hợp đường dextrose trong trái bắp  Loại plastic “bắp” này có thể áp dụng trong các kỹ nghệ như quần áo, khăn, thảm, bao bì cho thực phẩm và nhiều ứng dụng khác trong nông nghiệp Sản xuất các amin Một nhóm các nhà khoa học tại đại học Riverside (California) vừa phát minh ra một phương pháp tổng hợp các amin. Công nghệ mới này không phức tạp, thân thiện với môi trường và hiệu quả kinh tế cao. Amin là những hợp chất chứa nitơ dẫn xuất từ amoniac được ứng dụng nhiều trong công nghiệp như: làm dung môi, chất phụ gia, chất ức chế ăn mòn, chất tẩy rửa, thuốc nhuộm, thuốc sát trùng Vào lĩnh vực mỹ phẩm Bộ sản phẩm dưởng da chiết xuất từ táo xanh của skinfood. Vào lĩnh vực nguyên liệu và nhiên liệu Xăng sinh học (thay thế phụ gia chì bằng ethanol) Diesel sinh học ( xuất xứ từ loại mỡ sinh học ):đậu nành, được sử dụng nhiều hơn để sản xuất dầu diesel sinh học. Khí sinh học (biogas): là một loại khí hữu cơ gồm Methane và các đồng đẳng khác. Ethanol là nhiên liệu sạch chiết xuất từ các chất hữu cơ như thân cây ngô hoặc mía, quốc gia nổi tiếng về nhiên liệu này chính là Brazil, nơi trồng hàng triệu hecta mía. Thành phần của nhiên liệu E85 gồm có 85% ethanol và 15% xăng. Vào lĩnh vực môi trường Vật liệu thân thiện môi trường (compsite,visco) Dung môi xanh (thay thế sử dụng các dung môi hữu cơ truyền thống bằng các dung môi thân thiện với môi trường như ít độc, an toàn (về cháy, nổ), ít bay hơi; loại bỏ những dung môi làm suy giảm tầng ôzôn) Xử lý chất thải bằng những biện pháp hóa học an toàn và thân thiện với môi trường 2 . Thành tựu của nền hóa học xanh Công ty Dow Chemical (Mỹ) là một công ty sản xuất hóa chất lớn nhất thế giới đã giảm được sự thải khí (CO2) trong các quy trình sản xuất từ 28,1 triệu tấn cho năm 1994 xuống còn 26,1 triệu tấn năm 2002. Mỹ đã tổng kết tất cả các thành quả của Hóa học xanh tại nước này từ năm 1996 đến 2002, là trung bình hàng năm, Mỹ đã: Loại bỏ 800.000 tấn hóa chất trong đó có Chlorofluorocarbon (CFC) , hợp chất hữu cơ nhẹ, độc hại và không bị thoái hóa. Giảm 650 triệu gallon dung môi hữu cơ. Giảm 138 tỷ gallon nước dùng trong việc sản xuất các kỹ nghệ dệt, phim ảnh, chất bán dẫn. Giảm được 90.000 tỷ đơn vị năng lượng tiêu thụ và 430.000 tấn CO2 thải hồi vào không khí. Giải quyết được 19 triệu tấn phế thải độc hại đã được xử lý hay tái sinh. V. NỀN HÓA HỌC XANH Ở VIỆT NAM 1. Thành tựu Cho đến nay đã có nhiều công trình KHCN triển khai theo các hướng của Hóa học xanh, có thể kể đến một số công trình sau: Nghiên cứu sử dụng CO2  Hóa học xanh tới hạn để tách các loại tinh dầu quế ,trầm,tiêu đã được tiến hành tại Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam, Viện Dược liệu. Nghiên cứu tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ theo hướng Hóa học xanh, sử dụng lò vi sóng (microway) của nhóm tác giả tại Đại học KHTN-Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh. Nghiên cứu tổng hợp các xúc tác kích thước nano, ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ và chế biến dầu Nghiên cứu công nghệ gia công thuốc BVTV sử dụng dung môi nước thay thế dung môi hữu cơ hoặc không dùng dung môi; Nghiên cứu tổng hợp Biogas sinh học từ các nguồn nguyên liệu phế thải. 2.Hạn chế Tuy nhiên, việc áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn vẫn còn hạn chế sau: Trình độ công nghệ sản xuất, trang thiết bị máy móc sản xuất hóa chất phần lớn được nhập ,trong điều kiện thiếu thông tin, thiếu vốn nên còn ở mức thấp. Về nguồn nhân lực trong sản xuất và sử dụng hóa chất nói chung là còn thiếu về số lượng và không cao về chất lượng. Hiện nay sự nhận thức về tầm quan trọng và các nội dung của hóa học xanh trong công đồng, cũng như các nhà quản lý sản xuất còn gần như đứng ngoài cuộc,. VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO Thư viện điện tử đại học Trà Vinh. https://vi.wikipedia.org/wiki/H%C3%B3a_h%E1%BB%8Dc_xanh https://hoahocngaynay.wordpress.com/tag/hoa-h%E1%BB%8Dc-xanh/ Tailieu.vn