Bài giảng Hóa học xanh: Chương 5 - TS. Nguyễn Đăng Khoa

Tài liệu này là một phần của chuỗi bài giảng về Hóa học xanh, cụ thể là Chương 5: Dung môi xanh. Được biên soạn bởi đội ngũ chuyên gia từ Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM và Viện nghiên cứu Jülich, Đức, tài liệu này cung cấp cái nhìn tổng quan về vai trò và tầm quan trọng của dung môi trong ngành hóa học, đồng thời giới thiệu các giải pháp bền vững nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của chúng.

Sinh viên, nghiên cứu sinh, giảng viên và các nhà khoa học trong lĩnh vực hóa học, kỹ thuật hóa học, đặc biệt là những người quan tâm đến hóa học xanh và phát triển các quy trình sản xuất bền vững.

Tài liệu này trình bày chuyên sâu về Chương 5 của Hóa học xanh, tập trung vào chủ đề "Dung môi xanh". Bắt đầu bằng việc giới thiệu tổng quan về dung môi, định nghĩa, đặc tính cơ bản như khả năng hòa tan, bay hơi, độ phân cực và độ nhớt, cùng với phân loại các loại dung môi hữu cơ truyền thống. Tài liệu nhấn mạnh vai trò không thể thiếu của dung môi trong các ngành công nghiệp hóa chất, từ giặt tẩy, sản xuất hóa chất đến các ứng dụng đặc thù như mực in, sơn, dược phẩm. Một phần quan trọng được dành để phân tích những vấn đề nghiêm trọng do dung môi hữu cơ truyền thống gây ra, bao gồm độc tính, nguy cơ cháy nổ, và đặc biệt là tác động tiêu cực của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) lên sức khỏe con người và môi trường (như ô nhiễm không khí, phá hủy tầng ozone, hiệu ứng nhà kính). Các nguyên tắc của Hóa học xanh, đặc biệt là nguyên tắc thứ 5 về việc sử dụng dung môi và chất phụ trợ an toàn hơn, được trình bày làm cơ sở cho việc tìm kiếm các giải pháp bền vững. Tài liệu sau đó đi sâu vào các giải pháp dung môi xanh tiên tiến, bao gồm bốn phương pháp chính: 1. Quá trình không dung môi: Đề cập đến ưu và nhược điểm của việc loại bỏ hoàn toàn dung môi khỏi phản ứng, cùng các ví dụ minh họa như phản ứng ngưng tụ Aldol hay tổng hợp MOFs bằng phương pháp nghiền bi. 2. Sử dụng nước làm dung môi: Nêu bật những lợi ích (thân thiện, sẵn có) và hạn chế (khả năng hòa tan, chi phí năng lượng) khi sử dụng nước, kèm theo ví dụ về phản ứng "trên nước". 3. Lưu chất siêu tới hạn (ví dụ CO2 siêu tới hạn): Giải thích khái niệm, đặc tính nổi bật của lưu chất siêu tới hạn (tính linh động như khí, khả năng hòa tan như lỏng) và lợi thế của CO2 siêu tới hạn (không cháy, không độc, dễ loại bỏ), đồng thời chỉ ra những thách thức (áp suất cao, chi phí thiết bị). Các ứng dụng thực tế trong chiết xuất và giặt khô cũng được đề cập. 4. Chất lỏng ion (Ionic Liquids - ILs): Định nghĩa ILs là muối nóng chảy ở nhiệt độ thường, phân tích các đặc tính ưu việt (không bay hơi, bền nhiệt, khả năng hòa tan đa dạng) nhưng cũng không quên đề cập đến nhược điểm (độc tính, khả năng phân hủy sinh học kém, chi phí và khó khăn trong tinh chế/tách sản phẩm). Cuối cùng, tài liệu tổng kết các giải pháp dung môi trong công nghiệp hóa học theo thứ tự ưu tiên từ "trường hợp tệ nhất" (xử lý/thu hồi) đến "trường hợp tốt nhất" (quá trình không dung môi), khuyến khích việc áp dụng các phương pháp giảm thiểu và thay thế dung môi truyền thống để hướng tới một nền công nghiệp bền vững hơn.