Alumina- Xúc tác mới an toàn và hiệu quả hơn trong tổng hợp polymer ppt

Alumina- Xúc tác mới an toàn và hiệu quả hơn
trong tổng hợp polymer
Phản ứng polymer hoá hoặc hydrogen hoá các hydrocabon bất bão hoà là
hoá là các phản ứng cơ bản trong nhiều quá trình tồng hợp và có ứng dụng
quan trọng trong công nghiệp sản xuất chất dẻo. Tuy nhiên, các phản ứng
này thường đòi hỏi phải sử dụng các hệ xúc tác là những chất rất đắt tiền
hoặc độc hại với môi trường. Và một kết quả vừa được công bố trên tạp chí
Angewandte Chemie, International Edition với ghi chú « kết quả rất quan
trọng » đã mở ra việc phát triển các hệ xúc tác mới cho các phản ứng
polymer hóa trên cơ sở alumina (oxit nhôm), một loại vật liệu rất phổ biến
và không gây ô nhiễm môi trường.

Cấu trúc bề mặt xúc tác alumina
Phản ứng polymer hóa, chính xác hơn là phản ứng trùng hợp, là phản ứng cơ
bản tạo liên kết nối các đơn vị lặp lại monomer để hình thành chuỗi mạch
polymer. Tuy nhiên, các phản ứng này thường đòi hỏi phải sử dụng các xúc
tác là những chất rất đắt tiền hoặc độc hại với môi trường.

Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc polymer, là các hợp chất cao phân tử,
được dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hằng
ngày cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiện đại của
con người. Chúng là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác
dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.
Những loại polymer nhiệt dẻo như polyethylene và polypropylene là những
loại polymer được tổng hợp nhiều nhất trên thế giới. Chúng là các vật liệu
không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày và trong nhiều lĩnh vực công
nghiệp. Để tổng hợp các loại polymer này nhất thiết phải xử dụng các loại
xúc tác để đẩy nhanh tốc độ phản ứng. Hầu hết các xúc tác sử dụng trong
quy trình tổng hợp các polymer này là những xúc tác kim loại quý rất đắt
tiền như platin (bạch kim), rhodium,… hoặc những kim loại gây ô nhiễm
môi trường như niken hoặc crom.

Các kim loại quý như Pt, Rh, Pd đều có hoạt tính xúc tác cho các phản
ứng polymer hóa rất cao, tuy nhiên giá thành của chúng cũng rất đắt Các
nhà nghiên cứu tại Villeurbanne và Villeneuve d'Ascq (Pháp) đã phát triển
một phương pháp mới để tổng hợp các polymer thông qua các phản ứng đơn
giản và trong điều kiện dễ dàng thực hiện (áp suất thấp và nhiệt độ khoảng
350 độ C). Họ sử dụng một loại xúc tác mới để tổng hợp polymer trên cơ sở
alumina không chứa các kim loại chuyển tiếp. Phản ứng được thực hiện dễ
dàng và không tốn kém. Bằng phương pháp này họ đã tổng hợp được
polyethylene trong điều kiện êm dịu, một loại polymer có nhiều ứng dụng
trong y sinh (chế tạo các bộ phận giả thay thế), sản xuất các loại sợi có độ
bền cao và là thành phần để làm phần vỏ của ván trượt tuyết.

Hơn nữa, tiến hành các khảo sát sâu hơn về thành phần bề mặt của xúc tác
sử dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) rắn, các nhà nghiên cứu đã lần
đầu tiên chứng minh sự hiện diện trên bề mặt nhóm nhôm hiđrua (Al-H) có
hoạt tính xúc tác đặt biệt rất cao cho các phản ứng polymer hóa. Bằng cách
đo tín hiệu cộng hưởng cho cả hai hạt nhân nhôm và proton họ có thể biết
được cấu trúc bề mặt của xúc tác. Kỹ thuật này giúp các nhà khoa học có
những hiểu biết sâu sắc về cấu trúc của các tâm hoạt động trên bề mặc xúc
tác. Kết quả nghiên cứu cho thấy các tâm phản ứng Al-H là nguồn gốc hoạt
tính xúc tác đặc biệt của vật liệu này.
Nghiên cứu này mở ra một hướng mới trong khoa học xúc tác nhằm tìm
kiếm các loại xúc tác mới thân thiện với môi trường trong bối cảnh phát
triển bền vững chung cho xã hội. Loại xúc tác mới này cũng sẽ được nghiên
cứu trên phản ứng hydogen hoá các olefin (các hydrocarbon bất bảo hoà có
chứa liên kết đôi), các hợp chất này không chỉ lấy từ nguyên liệu là dầu mỏ
mà còn từ sinh khối.