Số điện thoại: 024 6683 9670
Đăng ký
Đăng nhập
![[Vietnamese]](/html/style/images/lang-vie.jpg){kind=small}
![[English]](/html/style/images/lang-eng.jpg){kind=small}
Hóa học xanh là việc thiết kế các sản phẩm hóa chất và quy trình để giảm hoặc loại bỏ việc sử dụng hoặc tạo ra các chất độc hại. Nó áp dụng trên toàn bộ vòng đời của một sản phẩm hóa chất, từ việc thiết kế và sản xuất đến việc sử dụng và xử lý.
Một số nhà nghiên cứu hóa học xanh tập trung vào các mục tiêu dài hạn, giống như thiết kế một phân tử mà không có độc tính hay bất kỳ loại độc hại nào ảnh hưởng đến môi trường. Một số nhà nghiên cứu đang tìm kiếm các hình thức thay thế của sự xúc tác và các tuyến sinh hóa với hóa chất, trong khi những người khác vẫn đang xem xét hóa học xanh từ sự phòng ngừa truyền thống hơn hoặc hạn chế các vật liệu độc hại và ô nhiễm chất thải.
Đối với bài viết này, hóa học xanh trong mối quan hệ với các dung môi, các yếu tố nguy cơ cạn kiệt và tái chế sẽ được xét đến.
Một dung môi xanh là gì?
Dung môi là một ưu tiên quan trọng khi thực hiện hóa học xanh vì chúng được sử dụng với khối lượng lớn và thường là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, dẫn đến nguy cơ cao vì lượng chất thải lớn, ô nhiễm không khí và vấn đề sức khỏe khác.
Một dung môi xanh là một dung môi làm cho quá trình của bạn diễn ra “xanh” nhất - có thể đó không phải dung môi sẽ làm ảnh hưởng đến môi trường ít nhất trên mỗi lít.
Ví dụ, nếu bạn có hai dung môi và một trong số chúng làm ảnh hưởng đến môi trường ít hơn trên mỗi lít nhưng không hoạt động tốt trong phản ứng hóa học cụ thể của bạn, bạn sẽ phải sử dụng nó tăng lên để tạo ra kết quả. Các dung môi bổ sung cần nhiều năng lượng hơn để duy trì quy trình khoa học khả thi một cách đầy đủ. Như vậy, kết quả tổng thể cho môi trường sẽ tồi tệ hơn nhiều so với các dung môi khác có thể được nhìn thấy “xanh” hơn trên giấy tờ.
Tiêu chuẩn vàng để lựa chọn một dung môi xanh là phân tích toàn bộ vòng đời nhưng nó vượt quá khả năng của các nhân viên phòng thử nghiệm (PTN) trung bình. Philip Jessop, Giáo sư hóa học tại Đại học Queen, thành viên hội đồng ACS GCI, đề xuất sử dụng các phương pháp với một lít dung môi đã được chứng minh để làm việc trong các quá trình hóa học mong muốn. Ngoài ra, Jessop đề nghị xem xét các tài liệu về chủ đề này, cũng như tư vấn công khai một hướng dẫn lựa chọn dung môi của GlaxoSmithKline (GSK).
Hướng dẫn về dung môi của GSK có thể dễ dàng truy cập trực tuyến, đã được phát triển như một công cụ cho phép nhân viên PTN có thể nhanh chóng thực hiện các lựa chọn dung môi ngay. Cấp độ 1 của hướng dẫn trình bày ba loại: Các dung môi có ít vấn đề (màu xanh), dung môi với một số vấn đề (màu vàng) và dung môi với các vấn đề lớn (màu đỏ). Hướng dẫn này được chia theo phân loại dung môi như rượu, este, ete, xeton, hydrocarbons, vv… Hai cấp độ tiếp theo của hướng dẫn nghiên cứu kỹ hơn, kiểm tra dung môi cụ thể và phân loại thứ hạng từ 1 đến 10 đối với một loạt các yếu tố, bao gồm cả chất thải, tác động, sức khỏe, tính dễ cháy và độ phản ứng. Điểm số vòng đời cho mỗi dung môi cũng được liệt kê.
Một trong những vấn đề lớn nhất trong nghiên cứu dung môi xanh là việc sử dụng các dung môi hữu cơ dễ bay hơi. Cách duy nhất để có thể tiếp cận được là sử dụng nước mà bản thân nó cũng có những vấn đề riêng - hoặc các dung môi hữu cơ không bay hơi. Dung môi hữu cơ không bay hơi có xu hướng thấm vào một sản phẩm, gây nên một thách thức hoàn toàn mới phải tách dung môi từ sản phẩm. Nó chủ yếu yêu cầu giải pháp đối với một nhóm các vấn đề về môi trường.
Trong khi tìm kiếm một giải pháp, Jessop bắt đầu làm việc với CO2 đặc biệt trong PTN, thậm chí cả với một số loại sắc ký và chiết xuất. Câu trả lời của ông về dạng dung môi ông thiết kế đặc biệt được gọi là "dung môi chuyển đổi được" ( switchable solvents). Mỗi dung môi có hai phiên bản. Ví dụ, một phiên bản có thể phân cực và loại kia không phân cực, hoặc một phiên bản chấp nhận nước và loại kia không chấp nhận nước. Các dung môi chuyển đổi qua lại giữa hai phiên bản khi CO2 được thêm vào hay bớt đi, dùng CO2 làm chất xúc tác.
Các lớp của các hợp chất được biết đến như là các dung môi không proton phân cực, trong đó bao gồm DMSO (màu vàng) và DMF (màu đỏ), đặc biệt gây khó khăn cho các nhà nghiên cứu hóa học xanh vì chúng là dung môi rất hữu ích và phổ biến nhưng lại không xanh. Cho đến nay, không ai có thể tìm thấy một chất thay thế - một dung môi xanh phù hợp có đặc tính tương tự.Các lớp của các hợp chất được biết đến như là các dung môi không proton phân cực, trong đó bao gồm DMSO (màu vàng) và DMF (màu đỏ), đặc biệt gây khó khăn cho các nhà nghiên cứu hóa học xanh vì chúng là dung môi rất hữu ích và phổ biến nhưng lại không xanh. Cho đến nay, không ai có thể tìm thấy một chất thay thế - một dung môi xanh phù hợp có đặc tính tương tự.
Một vấn đề khác về dung môi theo Jessop là nước. Trong khi điều đó có vẻ trực quan khi nước không cháy, không góp phần tạo sương và về tổng thể không gây bất kỳ nguy cơ gì cho sức khỏe, Jessop khẳng định nó không phải là một sự lựa chọn dung môi xanh đặc biệt.
Tái sử dụng và tái chế
Theo Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, trong 118 nguyên tố hóa học, 44 nguyên tố sẽ phải đối mặt với những hạn chế nguồn cung trong những năm tới. Các nhà khoa học đã có kinh nghiệm với sự thiếu helium một vài năm trước đây, đe dọa các doanh nghiệp y tế và hóa học trên toàn thế giới. Đó là lý do tại sao các yếu tố có nguy cơ cạn kiệt cũng là một phần quan trọng trong nghiên cứu hóa học xanh.
Ví dụ, nguyên tố indi, được sử dụng như một điốt trong mảng silicon, cho điện thoại di động và màn hình LCD là nguồn cung rất hiếm. Khi indi được lấy từ trái đất, nó được thực hiện ở một nồng độ rất cao. Tuy nhiên, do phương pháp tinh luyện, khi nguyên tố này được đưa trở lại vào sử dụng trong thương mại, nó chỉ ở mức một phần triệu(ppm).
Một cách khác để bảo tồn các yếu tố có nguy cơ cạn kiệt là tập trung vào kết quả cuối cùng mong muốn chứ không phải là yếu tố đó. Trong ví dụ indi, các nhà nghiên cứu nên tự hỏi mình "có những điều gì chúng ta có thể làm để thay đổi graphin không sử dụng indi, mà sử dụng nguyên tố khác dồi dào của trái đất để thực hiện các chức năng và/hoặc kết quả tương tự?"
Tất nhiên, cơ hội tái sử dụng và tái chế không chỉ cần thiết ở cấp nguyên tố - chúng cần phải được triển khai trên tất cả các khía cạnh của nghiên cứu hóa học xanh.
Khi nguồn tài nguyên nhiên liệu hóa thạch truyền thống giảm, các nhà hóa học đã quay về hướng chuyển đổi chất thải (sinh khối, thực phẩm, công nghiệp, v..v.) vào nhiên liệu và hóa chất có giá trị cao khác. Thay vì ủ chất thải, đưa nó vào một nhà máy xử lý nước thải hoặc đốt nó trong một bãi rác, các nhà khoa học đang nghiên cứu để có thể trích xuất các hóa chất từ các sinh khối và biến đổi nó thành hóa chất sử dụng được.
Các nhà nghiên cứu cũng đang làm việc về sự lựa chọn tái chế chất xúc tác thông thường, giống như các vật liệu nano nhẹ phát triển bởi nhà nghiên cứu EPA Rajender Varma. Bằng cách tạo chất xúc tác bằng vật liệu nano với lõi sắt và phủ bằng kim loại khác, các chất xúc tác có thể được tách ra bằng cách sử dụng một từ trường đơn giản và sau đó được sử dụng lại, tránh việc sử dụng các chất độc hại mà hầu như không tạo ra chất thải.
Các chất dung môi cũng có thể được tái chế, mặc dù đôi khi điều đó có thể không phải là lựa chọn tốt nhất. Theo Jessop, một dung môi như hexane khá đơn giản và rất dễ cháy nên tốt hơn cho môi trường khi chuyển nó đến các lò đốt làm nhiên liệu thay vì cố gắng để tái chế nó. Mặt khác, các dung môi như DMSO và DMF có cấu trúc phức tạp và gây hại cho môi trường sản xuất nên tốt hơn hết là tái chế chứ không đốt chúng.
Giáo dục và các nguồn lực
"Tại các trường đại học trên khắp thế giới, chúng tôi dạy cho các nhà hóa học làm thế nào để thiết kế phân tử. Họ ra làm cho các công ty, các ngành công nghiệp và chính phủ nhưng họ chưa bao giờ được đào tạo làm thế nào để khiến phân tử đó không độc hại hoặc có rất ít độc tính. Họ chỉ mới được đào tạo làm thế nào để thiết kế các phân tử với các chức năng".
Đại học Queen ở Ontario (Canada) là một trong số ít các trường đại học ở Bắc Mỹ cung cấp một lớp đào tạo hóa học xanh. Jessop cho biết hiện ông đang thực hiện việc để nó trở thành một yêu cầu trong chương trình đào tạo hóa học.
ACS GCI và Constable đang xem xét các ý tưởng của Jessop khi họ bắt tay vào một sáng kiến mang tên "Lộ trình Giáo dục Hóa học Xanh" (Green Chemistry Education Roadmap). Tiền đề của sáng kiến này dựa vào những nhà nghiên cứu xanh, những người đã thực hiện một công việc tuyệt vời, đặc biệt là trong giáo dục và lĩnh vực giảng dạy. Tuy nhiên, tất cả những công việc đó chưa bao giờ được chuẩn hoá hoặc mô tả theo cách dễ nhìn thấy đối với tất cả mọi người.
Trong khi giáo dục hóa học xanh chưa trở thành chính thức, điều đó không có nghĩa là không có các công cụ và nguồn lực ở đây để giúp các nhà nghiên cứu đưa ra những quyết định “xanh” tốt nhất có thể.
Việc mua hóa chất xanh thay thế từ MIT là một trong những công cụ như vậy. Dễ dàng truy cập trực tuyến miễn phí, công cụ này đã được phát triển để giảm chất thải nguy hại ở các PTN nghiên cứu, trong khi cũng tiết kiệm được tiền bạc. Các nhà nghiên cứu có thể tìm kiếm các hóa chất mà họ muốn thay thế, quy trình họ muốn thay thế hoặc sửa đổi, một hóa chất thay thế hoặc một quy trình thay thế.
Hội đồng Công trình xanh Hoa Kỳ (USGBC), cơ quan chịu trách nhiệm cấp giấy chứng nhận LEED, thậm chí còn cung cấp các khoản tín dụng cho việc sử dụng các công cụ miễn phí như việc xem xét y tế hiện nay là một phần của tiêu chuẩn xây dựng.
ACS cung cấp các Máy tính PMI (Process Mass Intensity) cho ngành công nghiệp dược phẩm. Các máy tính sẽ giúp các công ty giảm tổng lượng nguyên vật liệu được sử dụng để tạo ra một sản phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong ngành công nghiệp dược phẩm như sản xuất các thuốc phân tử phức tạp đòi hỏi nhiều bước và nhiều nguyên liệu hơn trong lĩnh vực sản xuất hóa chất tốt hoặc số lượng lớn. Chỉ số PMI đã được phát triển như là một cách để chuẩn hóa và định lượng những cải tiến cho một quá trình sản xuất xanh hơn.
Theo www.digital.laboratoryequipment.com
Tin bài khác
![[VIDEO] Hội thảo “Chất lượng nước – Những kỹ thuật mới nhất trong đảm bảo và kiểm soát chất lượng”](/resize/363/thu-vien-anh/hoi-thao-chat-luong-nuoc-vinalab-jaima-2024-12x363x4.jpg)
