Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp IPP chuyên đề hóa học XANH

Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
CHUYÊN ĐỀ

HÓA HỌC XANH
MÔN HỌC : NGĂN NGỪA Ô NHIỄM CÔNG NGHIỆP
GIẢNG VIÊN : LÊ THANH HẢI
HỌC VIÊN : PHAN HUỲNH AN HẠ
NGUYỄN THỊ HỒNG VÂN
TÔ THỊ LÊ THANH
TRƯƠNG VŨ PALE
PHẠM THỊ KIM HUỆ
CHUYÊN NGÀNH : QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG –K2009
1
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9/2010
2
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
MỤC LỤC
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HÓA HỌC XANH 4
I. KHÁI NIỆM VỀ HÓA HỌC XANH 4
II. LỢI ÍCH CỦA HÓA HỌC XANH 5
II.1 Lợi ích môi trường: 5
II.2 Lợi ích về kinh tế: 5
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC XANH 5
IV. CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC XANH 6
IV.1 Nguyên tắc 1 – Ngăn ngừa chất thải: 7
IV.2 Nguyên tắc 2 : Thiết kế hóa chất và sản phẩm an toàn hơn 11
IV.3 Nguyên tắc 3 : Thiết kế những hóa chất tổng hợp ít nguy hại hơn 14
IV.4 Nguyên tắc 4 : Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh 19

IV.5 Nguyên tắc 5 : Sử dụng chất xúc tác thay vì chất phản ứng lượng pháp 24
IV.6 Nguyên tắc 6 – Loại trừ dẫn xuất hóa học 31
IV.7 Nguyên tắc 7 – Chuyển đổi tối đa lượng nguyên tử tham gia phản ứng vào sản phẩm
33
IV.8 Nguyên tắc 8 – Sử dụng dung môi và điều kiện phản ứng an toàn hơn 35
IV.9 Nguyên tắc 9 – Gia tăng hiệu suất năng lượng 37
IV.10 Nguyên tắc 10 – Thiết kế hóa chất và sản phẩm để có thể phân rã sau sử dụng 38
IV.11 Nguyên tắc 11 - Phân tích trong nội quy trình tức thời để ngăn ngừa ô nhiễm 40
IV.12 Nguyên tắc 12 – Tối thiểu hóa tiềm năng xảy ra rủi ro 47
V. MỘT SỐ THÍ DỤ VỀ THAY THẾ NGUYÊN LIỆU HÓA CHẤT THEO NGUYÊN TẮC
HÓA HỌC XANH TRONG MỘT SỐ NGÀNH CÔNG NGHIỆP TẠI VIỆT NAM 50
V.1 Ngành sản xuất dệt nhuộm 50
V.1.1 Tổng quan 50
V.1.2 Công nghệ đặc trưng của ngành dệt 50
V.1.3 Các loại thuốc nhuộm đặc trưng của ngành dệt 52
V.1.4 Các nguồn gây ô nhiễm chủ yếu trong ngành dệt 53
V.1.5 Ảnh hưởng nước thải của ngành dệt nhuộm đến môi trường 53
V.1.6 Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 54
V.1.7 Áp dụng nguyên tắc hóa học xanh vào ngành sản xuất dệt nhuộm 55
V.2 NGÀNH GIẤY VÀ BỘT GIẤY 56
V.2.1 Tổng quan: 56
V.2.2 Công nghệ sản xuất giấy và bột giấy 58
V.2.3 Hóa chất và các chất phụ gia trong ngành sản xuất giấy 59
V.2.4 Nguồn gây ô nhiễm trong ngành sản xuất giấy 59
V.2.5 Ảnh hưởng của sản xuất giấy và bột giấy đến môi trường 62
V.2.6 Một số ví dụ thành công về thay thế nguyên liệu hóa chất theo nguyên tắc Hóa
học xanh trong ngành sản xuất giấy và bột giấy 62
V.2.7 Định hướng áp dụng Hóa học xanh trong TKVMT hướng tới PTBK của ngành
sản xuất giấy và bột giấy 63
V.3 NGÀNH SẢN XUẤT THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT 64

V.3.1 Tổng quan 64
V.3.2 Qui trình sản xuất thuốc BVTV 64
V.3.3 Hóa chất sử dụng trong thuốc BVTV 64
V.3.4 Tác động dư lượng thuốc bảo vệ thực vật đến môi trường 65
V.3.5 Các biện pháp quản lý trong ngành sản xuất thuốc BVTV 68
V.3.6 Áp dụng công nghệ sinh học trong sản xuất thuốc BVTV 69
V.3.7 Định hướng áp dụng HHX trong TKVMT hướng tới PTBV cho ngành sản xuất
Thuốc BVTV 72
3
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HÓA HỌC XANH
Do nhu cầu ngày càng phát triển đa dạng mà thiên nhiên không đủ sức cung cấp,
không đa dạng, không đạt yêu cầu về chất lượng sản phẩm, do đó, ngành công nghiệp
hóa chất ra đời gắn liền với đời sống con người trên các lĩnh vực: dược phẩm, hóa
nông, nhiên liệu, hương liệu, hóa màu, phụ gia thực phẩm và các hóa chất cơ bản khác.
Ngành công nghiệp hóa chất mới ra đời chỉ chú trọng đến hiệu suất các phản ứng,
không tính đến sự gây hại của các sản phẩm và qui trình sản xuất. Vì vậy, một thảm
họa lớn nhất đã xảy ra trong ngành công nghiệp hóa chất - thuốc trừ sâu tại Bhopal,
Madhya Pradesh, Ấn Độ ngày 3 tháng 12 năm 1984, gọi tắt là Thảm họa Bhopal.
Khoảng 12 giờ trưa, nhà máy rò gỉ ra khí Methyl isocyanate (MIC -Phosgene COCl
2
,
HCN, CO, HCl, các Ôxít nitơ, ethylamine và CO
2
) gây ra cái chết cho 3.000 người
ngay trong đêm xảy ra sự cố; 5.000 người chết sau 3 ngày; 15.000 người được ghi
nhận tử vong suốt 20 năm sau; 120.000 người khác vẫn còn di chứng vì các căn bệnh
liên quan đến khí ga rò gỉ cho đến nay; 390 tấn các hóa chất độc hại vẫn tồn tại sau 25
năm và nguồn tài nguyên nước ngầm, động thực vật trong khu vực bị ảnh hưởng
nghiêm trọng.

Trước thảm họa Bhopal, các hội thảo khoa học của các nước trên thế giới chú ý đến
môi trường trong sản xuất công nghiệp và phát triển bền vững do Ủy ban Môi trường
và Phát triển Thế giới (World Commission on Environment and Development -
WCED) tổ chức. Các giai đoạn phát triển của thuật ngữ “hóa học xanh” trên thế giới:
 Năm 1987, Liên Hiệp Quốc công bố chính thức thuật ngữ "phát triển bền
vững".
 Năm 1991, thuật ngữ Hóa học xanh bắt đầu xuất hiện.
 Năm 1995, giải thưởng quốc tế lần 1 về hóa học xanh.
 Năm 1998, hội thảo đầu tiên về hóa học bền vững.
 Năm 1999, tạp chí Green Chemistry xuất bản số đầu tiên.
 Năm 2000, tổng thống Bush đề nghị các kỹ nghệ ở Mỹ tuân thủ các nguyên tắc
về hóa học xanh.
 Năm 2001, hội nghị quốc tế đầu tiên về dung môi xanh
 Năm 2005, Nobel về hóa học xanh.
Hóa học xanh ngày càng phổ biến vào các ngành công nghiệp hóa chất và phát
triển theo hướng bền vững, mang ý nghĩa thân thiện với sinh thái, êm dịu với môi
trường.
I. KHÁI NIỆM VỀ HÓA HỌC XANH
Hóa học xanh được định nghĩa là thiết kế, phát triển và áp dụng những sản phẩm
hóa học hay quy trình với mục đích làm giảm hoặc loại trừ việc sử dụng và phát sinh
những hợp chất nguy hại cũng như những độc chất.
4
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Mục tiêu đạt đến của Hóa học xanh là tìm kiếm phương cách nhằm tích kết và thúc
đẩy sự hình thành mới của những công nghệ kỹ thuật và khoa học.
II. LỢI ÍCH CỦA HÓA HỌC XANH
II.1 Lợi ích môi trường:
Thay đổi công nghệ, quá trình sản xuất để giảm thiểu lượng chất thải ra gây ô
nhiễm môi trường.
Thí dụ: Eli Lilly tái thiết kế sự tổng hợp của 1 loại thuốc chống co giật đã loại trừ

được 300kg chromium thải và 34.000 lít dung môi cho mỗi 100kg sản phẩm sản xuất
ra, cùng lúc đó sản lượng tăng lên gấp 3 lần.
II.2 Lợi ích về kinh tế:
 Vì lợi ích kinh tế nên thúc đẩy việc áp dụng những công nghệ xanh. Ví dụ như
áp dụng công cụ LCA nhằm nghiên cứu dòng vật chất và năng lượng trong
những chu trình và sản phẩm giúp tổ chức hóa chất dễ dàng hơn trong việc
nhận rõ nguồn gốc những chi phí ẩn liên quan đến sản xuất.
 Khi phân tích thừa số những chi phí : thải bỏ và xử lý chất thải, mối quan hệ
công cộng và tra cứu luật lệ thì tác động mang tính dây chuyền của việc sử
dụng tài nguyên kém hiệu quả => những chu trình mới có thể lại trừ vấn đề
dòng thải chính là những vấn đề kinh tế được quan tâm.=> cải tiến công
nghệ=> hiệu quả kinh tế.
 Tạo ra thế chủ động hợp tác: Công nghệ HHX có tính đa dạng trong cách thức
thực thi kỷ luật và khuyến khích những sự cộng tác chủ động, những công nghệ
này đại diện cho nhiều lĩnh vực bổ sung hóa học: nông nghiêp, công nghệ sinh
học, sinh học…
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC XANH
Có nhiều phương pháp để “xanh hóa” những công nghệ hóa học. Những phương
pháp này có thể thực hiện riêng lẻ hay phối hợp trong các qui trình của công nghệ hóa
học, nhằm mục tiêu làm tăng hiệu suất và giảm lượng thải độc hại. Gồm có 04 phương
pháp sau:
Phương pháp 1: 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.
Thí dụ: Để xác định hàm lượng Nitơ 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.
Phương pháp 2: Các vi bình phản ứng (microreactor, các thiết bị vi phản ứng): là
những hệ thống phản ứng hóa học ở quy mô cực nhỏ nhưng hiệu quả cao. 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
5
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
thực hiện trong vi bình phản ứng, hiệu suất 100% chỉ trong 20 phút (quy trình thông
thường là 50% trong 24 giờ).
Phương pháp 3: Tổng hợp hữu cơ trong dung môi xanh, bao gồm nước, cacbon
dioxit siêu tới hạn và chất lỏng ion: Dung môi xanh không có tính dễ cháy, không độc
với bất kỳ dạng sống nào, không có tính chất gây ung thư, không có khả năng tạo
sương, hay gây hủy hoại tầng ozone hoặc là nguồn dinh dưỡng cho nước tự nhiên.
Dung môi xanh cũng không đòi hỏi nguồn năng lượng lớn để sản xuất ra chúng hoặc
tách loại chúng ra khỏi các chất tan hoặc sản phẩm. Dung môi xanh là loại có thể được
sản xuất từ các nguồn nguyên liệu có thể tái tạo lại được – dung môi sinh học.
Thí dụ: Thay vì dùng các loại dung môi độc hại, các nhà sản xuất thay thế bằng
những dung môi cực kỳ rẻ tiền và sẵn có trong cuộc sống như nước … Chuyển chúng
thành một trạng thái siêu tới hạn, chúng ta đã có một loại dung môi xanh (siêu tới hạn
là trạng thái trung gian của khí và lỏng). 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. Phân xưởng sản
xuất CO2 siêu tới hạn công suất 1000 tấn/năm đã được đưa vào vận hành tại Consett,
Anh. Tại Việt Nam, các cán bộ nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hóa học TP. HCM đã
bước đầu thành công trong “Nghiên cứu quy trình công nghệ chiết xuất tinh dầu tiêu,
quế, trầm bằng CO2 lỏng siêu tới hạn”, với những thiết bị tự thiết kế và chế tạo có
dung tích 2 lít, giá thành khoảng 150 triệu đồng. Trong khi đó, giá thiết bị ngoại nhập
xấp xỉ 100 nghìn USD.
Phương pháp 4: Xúc tác xanh: Các xúc tác hoá chất thường được biết là có khả
năng làm tăng tốc độ các phản ứng nhưng chúng cũng có thể ảnh hưởng tới cấu trúc
của hoá chất được sinh ra trong phản ứng đó. Vì thế, Xúc tác có vai trò rất quan trọng
trong công nghệ hóa học và thường được xem là “vũ khí bí mật” của các công ty hóa
chất. Trong hóa học xanh, xúc tác sinh học được xem là một xúc tác quan trọng nhất vì
tính chất tuyệt đối “xanh” của nó.

Thí dụ: Cortison là một hormon dùng trong dược phẩm, có nhiều tác dụng như
kháng viêm, chống dị ứng, chống mẫn cảm, chống choáng và chống ngộ độc. Tổng
hợp được cortison là một bước ngoặt của ngành công nghiệp dược. Tuy nhiên, tổng
hợp cortison phải qua 31 bước phức tạp và không kinh tế (1kg cortison cần đến 615kg
acid deoxycolic) đẩy giá thuốc lên cao. Dùng xúc tác vi sinh vật vào qui trình sản xuất
cortison làm tăng hiệu suất, làm giảm giá cortison từ 200 USD/g xuống còn 6 USD/g
và sau một số cải tiến chỉ còn dưới 1 USD/g.
IV. CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC XANH
Hạt nhân quan trọng nhất của hóa học xanh là mười hai nguyên tắc hóa học xanh
do ông Anastas và GS. John C. Warner của Trường đại học Massachusetts, Boston đề
xuất. Mười hai nguyên tắc của hóa học xanh có thể được tóm tắt như sau:
 Nguyên tắc 1 – Ngăn ngừa chất thải;
6
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
 Nguyên tắc 2 – Thiết kế hóa chất và sản phẩm an toàn hơn;
 Nguyên tắc 3 – Thiết kế những hóa chất tổng hợp ít nguy hại hơn;
 Nguyên tắc 4 – Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh;
 Nguyên tắc 5 – Sử dụng chất xúc tác thay vì chất phản ứng lượng pháp;
 Nguyên tắc 6 – Loại trừ dẫn xuất hóa học;
 Nguyên tắc 7 – Chuyển đổi tối đa lượng nguyên tử tham gia phản ứng vào sản
phẩm;
 Nguyên tắc 8 – Sử dụng dung môi và điều kiện phản ứng an toàn hơn;
 Nguyên tắc 9 – Gia tăng hiệu suất năng lượng;
 Nguyên tắc 10 – Thiết kế hóa chất và sản phẩm để có thể phân rã sau sử dụng;
 Nguyên tắc 11 - Phân tích trong nội quy trình tức thời để ngăn ngừa ô nhiễm;
 Nguyên tắc 12 – Tối thiểu hóa tiềm năng xảy ra rủi ro.
Giải thích thuật ngữ các nguyên tắc:
IV.1 Nguyên tắc 1 – Ngăn ngừa chất thải:
“Phòng ngừa chất thải tốt hơn là xử lý hay làm sạch chất thải sau khi chúng đã hình
thành”

 Chi phí xử lý và thải bỏ hợp chất hóa học là một chi phí đáng kể .
 Một dạng sản phẩm chất thải phổ biến, thường có khả năng ngăn ngừa là việc
chuẩn bị vật liệu và chất phản ứng không được chuyển đổi “ một khi một người
thải bỏ vật liệu ban đầu, người đó phải chi trả gấp đôi cho hợp chất: 1 lần như là
nguyên liệu đầu vào và 1 lần nữa như là chất thải. Và người đó không đạt bất cứ
gì gọi là tính hữu dụng từ hợp chất đó”
 Chi phí cho việc thải bỏ chất thải gấp nhiều lần chi phí của vật liệu chuẩn bị ban
đầu.
 Trước đây, công nghiệp hóa chất và những nhà sản xuất hay chế biến hóa chất
đã né tránh phòng ngừa hơn là phát sinh vì họ biết cách giải quyết và xử lý
những hóa chất đó.
Ví dụ 1:
Sản xuất nicotinic acid bằng cách oxid hóa nicotine bằng crom trioxide.
Nếu cho rằng phản ứng là lý tưởng (hiệu suất 100%) thì lượng chất có liên quan sẽ
là
Nicotine: 1,32 tấn
CrO
3
: 9,02 tấn
7
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
CO
2
sinh ra: 1,43 tấn
NOx (tính cho NO
2
): 0,37 tấn
Cr
2
O

3
: 6,80 tấn
Khoảng hơn 9 tấn sản phẩm phụ được tạo thành chỉ để thu được 1 tấn nicotinic
acid
(Ullmann encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition; Wiley – VCH, 1986)
*) Quy trình xanh sản xuất nicotinic acid của hãng Lonza
Ngoài việc sử dụng các chất ít độc hại còn có thể thu được một sản phẩm có giá trị
khác là nicotinamide (Vitamin PP)
(Roderick Chuck; A catalytic green process for the production of Niacin; Lonza LTD,
2000)
Hãng Lonza đã sử dụng glucose để tổng hợp (R)-etil-4,4,4-trifluoro-3-
hydroxibutanoate, là chất quan trọng trong quá trình tổng hợp thuốc chống trầm cảm
Befloxatone của Synthelabo. Sản phẩm thu được ở dạng tinh khiết quang học với hiệu
suất phản ứng đạt đến 95%
(N.Kizaki, Y. Yasohara, J.Hasegawa, M.Wada, M.Kataoka and S.Shimizu, Synthesis of
optically pure ethyl (S)-4-chloro-3-hydroxibutanoate by Escherichia coli transformant
cells coexpressing the carbonyl reductase and glucose dehydrogenase genes., Applied
Microbiology and Biotechnology, 55 (5), 2001)
Ví dụ 2:
Dinatri iminodiacetate (DSIDA) là một trung gian quan trọng trong việc sản xuất
thuốc diệt cỏ của Monsanto ® Roundup, một loại thuốc diệt cỏ thân thiện môi trường.
Theo truyền thống, Monsanto và những nhà sản xuất khác có sản xuất DSIDA sử dụng
8
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
một quy trình nổi tiếng (quy trình Strecker). Quy trình này cần ammonia,
formaldehyde, hydrogen cyanide, và acid hydrochloric. Hydrogen cyanide được quan
tâm đặc biệt vì tính độc hại cấp tính của nó, và việc sử dụng nó đòi hỏi phải xử lý đặc
biệt để giảm thiểu rủi ro cho người lao động, cộng đồng và môi trường. Hơn nữa, hóa
học liên quan đến sự tỏa nhiệt của các thành phần trung gian không ổn định, do vậy
cần có một sự quan tâm đặc biệt để ngăn chặn khả năng xảy ra một phản ứng xảy ra.

Quá trình tổng thể cũng tạo ra lên đến 1kg chất thải cho mỗi 7 kg sản phẩm. Phần lớn
chất thải này có chứa dấu vết của xyanua và formaldehyde do vậy phải được xử lý
trước khi loại bỏ.
Trong việc theo đuổi để có sản phẩm hóa học an toàn hơn và môi trường lành tính,
Monsanto đã phát triển và thực hiện một quá trình DSIDA thay thế dựa trên xúc tác
khử đồng của Diethanolamine (DEA). Các nguyên liệu có biến động thấp và ít độc hại
hơn so với các quá trình khác. Quá trình hoạt động là vốn an toàn hơn bởi vì phản ứng
khử là thu nhiệt và do đó không nguy hiểm hiện tại. Hơn nữa, việc hướng tới phát thải
bằng không đối với DSIDA đã sản xuất một dòng sản phẩm có chất lượng cao mà
không cần có tinh chế hoặc cắt giảm chất thải, điều này là cần thiết để sử dụng tiếp
theo trong sản xuất Roundup ®. Công nghệ mới đại diện cho một bước đột phá lớn
trong sản xuất DSIDA bởi vì nó tránh được việc sử dụng xyanua và formaldehyde, là
an toàn hơn để hoạt động, năng suất tổng thể cao hơn và có bước xử lý ít hơn.
Các kim loại được chuyển đổi xúc tác của rượu amino-acid thành muối amino đã được
biết đến từ năm 1945. Tuy nhiên, ứng dụng thương mại của hóa học này đã không
được biết đến cho đến khi Monsanto phát triển một loạt các chất xúc tác độc quyền
qua đó làm cho hóa thương mại khả thi. Phương pháp Dehydrogenative nguyên thủy
để tạo muối amino acid dường như đã không thể thi hành bởi vì các chất xúc tác,
cadmium, nickel và đồng, hoặc là quá độc hại, kém chọn lọc, kém hoạt động, và tính
vật lý không ổn định để thương mại hóa. Những cải tiến được cấp bằng sáng chế về
chất xúc tác kim loại đồng thực hiện tại Monsanto đủ khả năng một xúc tác hoạt động,
dễ dàng khôi phục, tính chọn lọc cao, có tính vật lý bền vững. Điều này đã chứng minh
bản thân trong việc sử dụng quy mô lớn.
Công nghệ này xúc tác cũng có thể được sử dụng trong sản xuất axit amin khác
như glycine. Hơn nữa, nó là một phương pháp chung để chuyển đổi của rượu chính
thành muối axit cacboxylic và có khả năng áp dụng cho việc chuẩn bị của nhiều nông
nghiệp khác, hàng hóa, đặc sản, dược phẩm và hóa chất.
(Công nghệ này được trao giải Presidential Green Chemistry Challenge, giải thưởng
tại Mỹ vào năm 1996.)
Ví dụ 3:

9
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Trong những năm gần đây, Công ty hóa chất Dow đã phát triển một quy trình
mới lạ thay chlorofluorocarbon bằng việc sử dụng 100% lượng khí carbon dioxide
CO
2
trong qui trình sản xuất tấm xốp polystyrene. Xốp polystyrene là một loại vật liệu
đóng gói hữu ích cung cấp độ cứng cao so với tỷ lệ trọng lượng, giá trị cách nhiệt tốt,
chịu ẩm và tái sử dụng. Sự kết hợp của tính chất mong muốn đã dẫn đến sự tăng
trưởng của thị trường tấm xốp polystyrene ở Hoa Kỳ đến trên 700.000.000 £ vào năm
1995, các ứng dụng hiện tại bao gồm hộp thịt đông lạnh, gia cầm và sản xuất khay,
hộp đựng thức ăn nhanh, hộp đựng trứng…
Việc này sẽ đảm bảo rằng không tăng CO
2
từ việc sử dụng công nghệ này ở toàn
cầu. Carbon dioxide cũng không dễ cháy nên gia tăng an toàn lao động và có hiệu quả
chi phí. Carbon dioxide cũng được sử dụng trong các ứng dụng thông dụng như nước
giải khát và thức ăn lạnh và đông lạnh.
Việc sử dụng công nghệ của Dow, 100% CO
2
loại bỏ việc sử dụng 3.500.000£/năm
của CFC-12 (cứng) hoặc HCFC-22(mềm). Công nghệ này đã được chuyển đổi quy
mô từ thí điểm tại phòng thí nghiệm đến việc thực hiện trên quy mô toàn cầu có tính
chất thương mại. Công nghệ sử dụng CO
2
trong ngành hóa thực phẩm không chỉ ngăn
ngừa được những chất độc hại thải ra, còn làm cho môi trường giảm thiểu ô nhiễm,
không tạo nên những biến đổi khí hậu trên toàn cầu.
(Công nghệ này được trao giải Presidential Green Chemistry Challenge, giải thưởng
tại Mỹ vào năm 1996.)

Ví dụ 4:
Sử dụng nhiên liệu sinh học thay vì dầu mỏ để sản xuất hóa chất. Nhiên liệu sinh
học (biomass) góp phần lớn để xây dựng một khí quyển giảm thiểu CO
2
, bảo tồn nhiên
liệu hóa thạch và đó là một nguồn cung cấp xúc tác an toàn có khả năng thực hiện một
loạt các sản phẩm hóa học.
Biofine, Inc đã phát triển một quá trình thủy phân acid loãng ở nhiệt độ cao, quá
trình này có thể chuyển đổi biomass từ cellulose thành acid levulinic (LA) và các chất
dẫn xuất. Cellulose bước đầu được chuyển đổi thành đường hòa tan, sau đó sẽ chuyển
thành acid levulinic. Quá trình này đã tiết kiệm về tính kinh tế không cần tiêu tốn lệ
phí xử lý chất thải.
Trong tháng 8/1997, Bộ Năng lượng Mỹ, Cơ quan nghiên cứu và phát triển năng
lượng New York cùng với công ty Biometics, Inc đã bắt đầu sản xuất LA từ bùn nhà
máy giấy ở một nhà máy có khả năng sản xuất một tấn mỗi ngày tại Epic Ventures,
Inc, phía Nam Glen Falls, New York.
Biofine đã được chứng minh trên một quy mô nhỏ hơn với một loạt các nguyên
liệu cellulosic, bao gồm cả chất thải rắn đô thị, giấy thải không tái sử dụng, gỗ phế
liệu, và sản phẩm dư từ nông nghiệp. Biofine hy vọng sẽ phục vụ nhu cầu ngày càng
tăng về xử lý chất thải môi trường.
10
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Bởi vì LA là một chất hóa học nền tảng, nó không cần phải được bán như là một
hóa chất hàng hóa. Các dẫn xuất là thành phần chính để tiếp thị và thị trường tồn tại
như vậy cho dẫn xuất của LA như tetrahydrofuran, butanediol, gamma-butyrolactone,
acid succinic, và acid diphenolic.
Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (NREL), phòng thí nghiệm quốc gia
Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) và Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) đang
phát triển các ứng dụng thị trường và phương pháp sản xuất cho các dẫn xuất khác,
bao gồm methytetrahydrofuran (MTHF), một phụ gia nhiên liệu xăng; levulinic delta-

amino acid (DALA), thuốc trừ sâu không độc và polyme phân huỷ sinh học mới.
Như vậy, khi sử dụng biomass thay thế cho những nhiên liệu hóa thạch trong việc sản
xuất LA đã ngăn ngừa được chất thải tạo ra.
(Công nghệ này được trao giải Presidential Green Chemistry Challenge, giải thưởng
tại Mỹ vào năm 1999)
IV.2 Nguyên tắc 2 : Thiết kế hóa chất và sản phẩm an toàn hơn
“Sản phẩm hóa học nên được thiết kế để bảo đảm tính hiệu quả của chức năng
trong khi vẫn có khả năng làm giảm độc tính”.
 Mục đích: cân bằng giữa việc tối đa hóa tính chất mong muốn và chức năng của
sản phẩm hóa học trong khi vẫn bảo đảm độc tính và rủi ro được làm giảm để
mức thấp nhất có thể.
 Cách tiếp cận trong việc thiết kế hóa chất an tòan là: biến đổi cấu trúc để loại
trừ những hoạt động trong cơ chế gây độc nhưng vẫn đảm bảo chức năng của
phân tử.
 Khi cơ chế gây độc chính xác không đuợc hiểu rõ thì dựa sự tương quan tồn tại
giữa cấu trúc hóa học (sự hiện hữu có nhóm chức năng) và sự xuất hiện hiệu
ứng độc để giảm thiểu hay loại trừ chất độc đó.
 Cách khác nữa là: tối thiểu hóa khả năng sinh học, sự hấp thụ và tính sinh học
là cách thức độc chất di chuyển đến cơ quan mục tiêu.
Ví dụ 1:
Qui trình sản xuất phenol trong công nghiệp. Theo phương thức cổ điển, nguyên
liệu đầu vào để sản xuất ra phenol là benzen và axit sunfuaric để tạo ra chất axit
benzene sulphonic (hình 5). Chất này sẽ phản ứng với NaOH và nung ở nhiệt độ cao
để tạo ra phenol.
11
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Giả sử một năng suất 100% thu được tức là tất cả benzen được chuyển đổi để
phenol thì hiệu quả nguyên tử là
ATOM
Carbon

Hydrogen
Oxygen
Sodium
Sulphur
% EFFICIENCY
100
50
20
0
0
Nếu chúng ta nhìn vào khối lượng phân tử tương đối, đó là khi sản xuất mỗi tấn
phenol sẽ thải ra 1,5 tấn chất thải.
Chúng ta có thể so sánh với quá trình sản xuất hiện đại của phenol (hình 6).
Nguyên liệu chính cũng là benzen cho phản ứng với propene và với một chất xúc tác
không đồng nhất có thể tái sử dụng để hình thành benzen isopropyl. Sau đó, benzen
isopropyl phản ứng với oxy để tạo ra chất hydroperoxide mà chất này được phân ly ở
một nhiệt độ nhất định để hình thành phenol và acetone. Không giống như natri
sulphite acetone là một hóa chất có giá trị sản xuất với độ tinh khiết cao.
12
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Ví dụ 2:
Một ví dụ khác, nơi công nghiệp hóa chất đã phát triển một quy trình nguyên
tử hiệu quả hơn trong những năm gần đây là trong sản xuất maleic anhydride (được sử
dụng trong sản xuất nhựa polyester). Trong lịch sử quá trình tham gia vào quá trình
oxy hóa của benzen để tạo thành anhydride maleic bằng cách sử dụng một chất xúc tác
vanađi pentôxít pha tạp với molypden hay vonfram (hình 7). Chúng ta, có thể dễ nhận
thấy rằng, chỉ có bốn trong số sáu nguyên tử cacbon trong benzen được yêu cầu sản
xuất các sản phẩm, hai nguyên tử cacbon khác tạo ra carbon dioxide lượng khí gây
hiệu ứng nhà kính.
Quá trình hiện tại, sản xuất maleic anhydride là sử dụng cả butene hoặc butan

làm nguyên liệu (Hình 8). Lợi ích ở đây là tất cả các nguyên tử carbon của các nguyên
liệu C4 kết thúc trong sản phẩm.
Chúng ta có thể thấy hiệu quả nguyên tử khi sản xuất ra Maleic anhydride ở bảng sau:
ATOM
From Benzene
% Eff
From Butene
% Eff
From Butane
% Eff
Carbon 67 100 100
Hydrogen 33 25 20
Oxygen 27 50 43
13
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Ví dụ 3:
Quá trình tổng hợp pravadoline (là một loại thuốc chữa bỏng) như sau:
Ví dụ 4:
Qui trình sản xuất sertraline, hoạt chất chính trong dược phẩm chống trầm cảm
Zoloft. Sử dụng qui trình tổng hợp mới đã mang lại nhiều lợi nhuận: hàng năm lượng
sản phẩm tăng gấp đôi, loại trừ việc sử dụng 140 tấn TiCl
4
, 440 tấn chất thải rắn chứa
TiO
2
, giảm 150 tấn HCl 35%, giảm 100 tấn NaOH 50%. Thành tựu nổi bật nhất là đã
giảm được việc sử dụng 4 loại dung môi khác nhau xuống còn 1 dung môi duy nhất là
ethanol trong giai đoạn đầu tiên. Qui trình trước đây sử dụng 60.000L dung
môi/1000kg sản phẩm sertraline, trong khi qui trình sản xuất cải tiến chỉ 6.000L dung
môi/1000 kg sản phẩm. Quy trình được cải tiến đã được thương mại hóa, có nhiều

điểm vượt trội về mặt an toàn cho người vận hành, giảm chi phí năng lượng và chi phí
giải quyết chất thải trong khi tăng gấp đôi sản lượng.
IV.3 Nguyên tắc 3 : Thiết kế những hóa chất tổng hợp ít nguy hại hơn
“Bất cứ khi nào khả thi, phương pháp tổng hợp nên được thiết kế để sử dụng và tạo
ra các hợp chất mang ít độc tính hay không có độc tính đối với sức khoẻ con người và
môi trường. Cơ sở nền tảng của HHX là sự hợp nhất giữa sự tối thiểu hóa nguy cơ hay
loại trừ trên tất cả các khía cạnh thiết kế hóa học.”
14
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
HHX nhìn nhận việc sử dụng hóa chất như là một giải pháp hơn là một vấn đề. Cần
xem xét nguy cơ rủi ro đối với môi trường khi thiết kế hóa học, hai phương cách để
giảm thiểu rủi ro: Tối thiểu hóa nguy cơ và Tối thiểu hóa sự tiếp xúc.
Ví dụ 1:
Quy trình chuẩn sản xuất Viagra gồm có 9 bước tổng hợp liên tiếp với hiệu suất
thấp, trong đó phản ứng closunfo hóa rất khó tiến hành. Kết quả là tạo ra nhiều chất
thải.
Và khi có sự "can thiệp" của vi bình phản ứng. Trong các hệ thống vi bình phản
ứng do có độ ổn nhiệt cao và các chất được trộn đều với nhau ở một thể tích rất nhỏ
nên ít có sự phân tán nồng độ, điều này làm các phản ứng tiến hành trong vi bình phản
ứng có hiệu suất cao hơn hẳn so với các phản ứng bình thường.
Ví dụ 2:
Theo kết quả nghiên cứu của các tác giả thì việc tiến hành phản ứng đầu bằng KOH
trong dung môi 1-butyl-2,3-dimetylimidazolium hexafluorophotphat cho hiệu suất đến
15
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
99%, mặt khác chất thải chỉ là KCl không độc so với quy trình chuẩn ngày xưa tạo
AlCl
3
vừa độc hại lại khó xử lý.
Quá trình sản xuất Ibuprofen cơ bản được tiến hành theo 6 bước và thải ra nhiều

chất thải như: HCl, NH
3
… khó xử lý và tốn kém kinh phí. Phương trình phản ứng như
sau:
Classic Route to Ibuprofen
Ac
2
O
AlCl
3
COCH
3
HCl, AcOH, Al Waste
ClCH
2
CO
2
Et
NaOEt
O
EtO
2
C
HCl
H
2
O / H+
OHC
AcOH
NH

2
OH
OHN
N
H
2
O / H+
HO
2
C
NH
3
Do đó, để bảo đảm sản phẩm có tính thân thiện với môi trường và có lợi nhuận về
mặt kinh tế, các nhà sản xuất đã rút ngắn qui trình sản xuất Ibuprofen còn 3 bước với
các xúc tác ít gây tác hại với môi trường hơn, không thải ra môi trường các chất độc
khó xử lý. Phương trình phản ứng gồm 3 bước sau:
Hoechst Route To Ibuprofen
O
HF
AcOH
Ac
2
O
H
2
/ Ni
OH
CO, Pd
HO
2

C
16
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Ví dụ 3:
Quá trình sản xuất axit Adipic với nguyên liệu là được hiển thị (hình 1). Benzen,
một hóa chất gây ung thư đến từ quá trình lọc, nó được xúc tác bằng chất hydro hóa
và dưới áp lực cao để tạo ra cyclohexane, sau đó cyclohexane lần lượt được ôxi hóa để
tạo thành axit adipic
Qui trình sản xuất ra axit Adipic khác được được phát triển bởi John Ford tại đại
học Michigan State (hình 2) bắt đầu từ glucose và sử dụng vi khuẩn để chuyển hóa nó
thành acid muconic để dễ dàng giảm xuống sản phẩm.
Ưu điểm của quá trình này bao gồm:
• Nguyên liệu mang tính bền vững
• Tránh sử dụng Benzene là chất gây ung thư
• Tránh việc đòi hỏi dùng thiết bị có áp suất cao.
• Sử dụng nước làm dung môi.
• Tránh thải ra sản phẩm N
2
O, từ sử dụng acid nitric mà nó góp phần vào sự ấm
lên toàn cầu.
17
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Ví dụ 4:
Vanillin được sử dụng rộng rãi trong hương liệu và nước hoa cũng như các vật liệu,
nguyên liệu cho dược phẩm, hiện đang được thực hiện bởi hai qui trình, một từ sinh
khối, khác là từ dầu. Quá trình sản xuất từ sinh khối bao gồm một loạt các bước chiết
và chưng cất từ chất thải sản xuất trong sản xuất bột giấy. Quá trình sản xuất không
bền vững liên quan đến một loạt các bước khá phức tạp từ 2-methoxyphenol (Hình 3),
nhưng được sử dụng vì quá trình sản xuất cho chi phí thấp nhất.
Furfural là một sản phẩm hóa chất lớn từ sinh khối. Công ty hóa chất Quaker đã và

đang sản xuất furfural từ pentosans (đường 5 carbon trong nhiều năm qua một loạt các
bước khử nước có tính axít và sắp xếp lại (hình 4). Khác với quá trình trên, việc sản
xuất Furfural đã từng sử dụng dung môi trong lọc dầu và giống là một trung gian dược
phẩm.
18
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
IV.4 Nguyên tắc 4 : Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh
Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh hơn là các nguyên liệu có thể cạn kiệt khi đạt
được tính khả thi về kỹ thuật và kinh tế. Nguyên liệu có khả năng tái sinh thường có
nguồn gốc từ các sản phẩm nông nghiệp hay là chất thải của những quy trình khác.
Nguyên liệu có thể cạn kiệt là nguyên liệu dược khai khoáng từ nhiên liệu hóa thạch
(dầu mỏ, khí tự nhiên, than…)”
 Sử dụng tài nguyên không tái sinh được=> cạn kiệt tài nguyên: ngược với quan
điểm phát triển bền vững.
 Về phương diện môi trường, tác động của sử dụng nhiên liệu hóa thạch đối với
sức khoẻ con người và môi trường đã được cảnh báo vì nhiên liệu hóa thạch
muốn sử dụng phải sử dụng những hóa chất oxi hóa để kích hoạt chức năng và
điều chế dẫn xuất.
 Về phương diện kinh tế, nguồn cung cấp hạn chế tạo ra áp lực kinh tế, quy luật
cung và cầu chỉ rõ chi phí của nguyên liệu này sẽ tăng.
Ví dụ 1:
Tập đoàn Asahi Kasei đã và đang phát triển qui trình sản xuất polycarbonate dùng
trong sản xuất xe hơi, vật liệu gia dụng, DVDs… theo hướng bền vững hơn. Qui trình
sản xuất cũ, polycarbonate được sản xuất từ bisphenol-A và 1 lượng lớn phosgene rất
độc hại, đồng thời sử dụng một lượng lớn dung môi methylene chloride. Quy trình sản
xuất mới không sử dụng dung môi và phosgene, mà đã kết hợp bisphenol-A với
ethylene oxide và CO
2
, trong đó CO
2

là sản phẩm phụ từ nhà máy sản xuất ethylene
oxide. Quy trình mới này đã làm giảm lượng khí thải xuống khoảng 173 tấn CO
2
/1000
tấn polycarbonate.
Ví dụ 2:
Biodiesel có công thức hóa học là ester alkyl của axit béo (thường là methyl ester,
FAME), là một loại nhiên liệu sạch được sản xuất từ nguồn nguyên liệu như dầu thực
vật, mỡ động vật. Nó có thể biến đổi sinh học, không dễ bốc cháy, ko độc hại, tạo ra
19
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
CO, SO
2
, HC không cháy được ít hơn so với diesel sản xuất từ dầu mỏ. Điều này làm
cho biodiesel trở thành một nhiên liệu thay thế hữu hiệu cho dầu diesel sản xuất từ dầu
mỏ.
Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất giống với
dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động
vật. Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng sạch. Mặt
khác chúng không độc và dể phân giải trong tự nhiên.
Bản chất của biodiesel là sản phẩm ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và acid
béo tự do có trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật.
Quá trình thu BIODIESEL từ phản ứng chuyển vị Ester.
Dầu nguyên liệu, rượu và chất xúc tác được trộn trong lò phản ứng trong thời gian
thích hợp (1-2 tiếng) ở nhiệt độ khoảng 60 độ C.
Quá trình thu biodiesel có thể liên tục hoặc gián đoạn. Trên thực tế quá trình
thường được thực hiện liên tục qua hai giai đoạn (2 lò phản ứng): khoảng 80% lượng
rượu và xúc tác được dùng ở lò phản ứng thứ nhất. Hỗn hợp phản ứng sau khi tách
khỏi pha glixerin được đưa vào lò phản ứng thứ hai để kết thúc phản ứng với lượng
rượu và xúc tác còn lại.

Glixerin tạo thành được tách ra khỏi pha este ở máy phân ly hoặc máy ly tâm. Quá
trình tách thường xảy ra dễ dàng vì glixerin hầu như không tan trong este. Lượng rượu
dư có thể làm chậm quá trình tách vì rượu hòa tan tốt cả glixerin lẫn este. Nhưng
không thể đuổi lượng rượu dư trước quá trình tách pha vì như thế sẽ dịch chuyển cân
bằng về phía tạo ra triglixerit.
Este sau khi tách khỏi glixerin được đưa đến khâu trung hòa và qua tháp tách
metanol. Ở khâu trung hòa người ta dùng axit như HCl, axit xitric để trung hòa lượng
xúc tác kiềm dư và lượng xà phòng tạo thành:
20
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Tất cả lượng dư xúc tác, xà phòng, muối, metanol và glixerin tự do được tách khỏi
biodiesel bằng quá trình rửa nước. Trung hòa bằng axit trước khi rửa nước nhằm giảm
tối đa lượng xà phòng và lượng nước rửa cần dùng do đó hạn chế được quá trình tạo
nhũ tương (nước trong biodiesel với tác nhân tạo nhũ tương là xà phòng), gây khó
khăn cho việc tách nước khỏi biodiesel. Biodiesel được làm sạch nước trong tháp bay
hơi. Nếu sản xuất ở qui mô nhỏ người ta thường dùng các muối khô để hút nước.
Một số nguồn nguyên liệu chứa một lượng lớn axit béo tự do. Axit béo tự do
phản ứng với xúc tác kiềm sinh ra xà phòng và nước. Thực tế cho thấy rằng quá trình
thu biodiesel có thể xảy ra bình thường với hàm lượng axit béo tự do thấp hơn 5%. Khi
đó, cần dùng thêm xúc tác để trung hòa axit béo tự do. Lượng xà phòng tạo ra nằm ở
mức cho phép.
Khi hàm lượng axit béo tự do lớn hơn 5%, lượng xà phòng tạo ra làm chậm quá
trình tách pha este và glixerin, đồng thời tăng mạnh sự tạo nhũ tương trong quá trình
rửa nước. Để giảm hàm lượng axit béo tự do, trước phản ứng chuyển vị este, người ta
dùng xúc tác axit, như H
2
SO4, chuyển hóa axit béo tự do thành este (phản ứng este
hóa).
Vì vậy, hàm lượng axit béo tự do là yếu tố chính trong việc lựa chọn công nghệ
cho quá trình sản xuất biodiesel

Ví dụ 3:
Một số công ty hóa chất lớn đang có những bước tiến to lớn đối với việc sử dụng
tài nguyên tái tạo biorefineries (nhà máy lọc sử dụng các chất sinh học). Biorefinery
điển hình là phức hợp của các polyme tự nhiên, như cellulose, lần đầu tiên được chia
nhỏ thành các khối đơn giản (ví dụ như ethanol, lactic acid), sau đó được xây dựng
thành các polyme phức tạp.
Nếu một người có thể sử dụng biocomplexity (là nghiên cứu về cấu trúc phức tạp
và hành vi phát sinh từ các tương tác phi tuyến của các tác nhân sinh học hoạt động,
trong đó có thể phạm vi quy mô từ phân tử, tế bào sinh vật ) của các polyme tự nhiên
để hình thành vật liệu mới trực tiếp. Giáo sư Rogers và nhóm của ông đã thành công
thể hiện một chiến lược nền tảng để khai thác có hiệu quả biocomplexity bởi một trong
những polyme tái tạo của thiên nhiên là cellulose. Cellulose có khả năng làm giảm sự
phụ thuộc của xã hội vào nguồn nguyên liệu dầu khí không thể tái chế từ các polyme
tổng hợp. Chưa có ai khai thác các đầy đủ tiềm năng của cellulose trước đó, một phần
do sự chuyển dịch theo hướng polyme dầu khí trên cơ sở từ những năm 1940, khó
khăn trong việc thay đổi các đặc tính polymer của cellulose, và số lượng hạn chế các
dung môi phổ biến cho cellulose.
21
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Công nghệ của Giáo sư Rogers kết hợp hai nguyên tắc chính của hóa học xanh:
phát triển các dung môi thích hợp hơn với môi trường và sử dụng nguyên liệu sinh học
có khả năng tái tạo để hình thành vật liệu tiên tiến.
Giáo sư Rogers đã thấy rằng cellulose từ bất kỳ nguồn nào hầu như (xơ, bột giấy,
bông, vi khuẩn, giấy lọc, vv) có thể bị phân rã dễ dàng và nhanh chóng, mà không có
derivatization là 1 trong một chất lỏng ion nóng chảy thấp (IL), 1 - butyl-3-
methylimidazolium clorua ([C4mim] Cl) bằng cách nung nóng nhẹ nhàng (đặc biệt là
với vi ba). IL-tan cellulose có thể dễ dàng được tái tạo trong nước trong kiến trúc được
kiểm soát (sợi, màng, beads, flocs, vv). Bằng cách kết hợp các chất phụ gia chức năng
vào quy trình trước khi khôi phục lại để tình trạng cũ bằng cách thêm nước, Giáo sư
Rogers có thể chuẩn bị vật liệu pha trộn hoặc Vật liệu composite .

Các phụ gia chức năng kết hợp có thể phân hủy (thuốc nhuộm, complexants,
polyme khác) hoặc phân tán (các hạt nano, đất sét, các enzyme) trong IL trước hoặc
sau khi phân hủy cellulose này. Với cách tiếp cận từ phương pháp noncovalent đơn
giản, Giáo sư Rogers có thể chuẩn bị những cellulose tổng hợp. IL có thể được tái chế
bằng cách trao đổi cation chung. Công việc hiện tại của Giáo sư Rogers là nhằm mục
đích cải thiện tính hiệu quả và kính tế của [C4mim] Cl, các nghiên cứu về độc tính IL,
quá trình phát triển kỹ thuật, và thương mại hóa.
Giáo sư Rogers và nhóm của ông hiện đang làm nghiên cứu thị trường và lập kế
hoạch kinh doanh dẫn đến việc thương mại hóa vật liệu nhắm mục tiêu, hoặc thông
qua các thỏa thuận phát triển chung với các công ty hóa học hiện có hoặc thông qua
việc tạo ra các doanh nghiệp nhỏ. Nguyên tắc hóa học xanh sẽ hướng dẫn các công
việc phát triển và lựa chọn sản phẩm. Ví dụ, mục tiêu polypropylene và polyethylene
có nguồn gốc từ vật liệu dẻo nóng cho ngành công nghiệp ô tô có thể dẫn đến nguyên
vật liệu với chi phí thấp hơn, linh hoạt hơn, trọng lượng thấp hơn, mài mòn thấp hơn,
độc tính thấp hơn, và biodegradability được cải thiện, cũng như giảm đáng kể trong
việc sử dụng dầu khí có nguồn gốc từ nhựa.
(Công nghệ này được trao giải Presidential Green Chemistry Challenge, giải
thưởng ở Mỹ trong năm 2005.)
Ví dụ 4:
Công ty Cargill Dow thuộc nhóm Nature Works là đã thành công trong việc sản
xuất chất dẽo (plastic) từ trái bắp. Polylactic acid hay PLA là một loại chất dẻo thực
vật có được từ việc tổng hợp đường dextrose trong trái bắp. Phát minh này đã được
giải thưởng Presidential Green Chemistry Challenge năm 2002. 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. Cũng theo Cargill Dow thì việc sản xuất chất
dẽo trong điều kiện trên sẽ giảm thiểu được 20% đến 50% năng lượng sử dụng so với
việc sản xuất theo quy trình chất dẽo hiện tại. Công ty này hiện ở Blair, Nebraska đã
bắt đầu sản xuất 140.000 tấn /năm từ năm 2002 và tăng lên 500.000 tấn năm 2006.
22
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP

Qui trình sản xuất polylactic acid được thể hiện như sau:
Tại Hokkaido, chúng tôi có một số lượng lớn các sản phẩm nông nghiệp hàng năm.
Bằng cách sử dụng một sản phẩm chung của khoai tây như là một nguồn cấp thức ăn,
một quá trình lên men của axit L-lactic mà tại đó các polyme phân huỷ sinh học được
dẫn xuất, đang được phát triển như một dự án quốc gia. Hóa lỏng của tinh bột khoai
tây được sử dụng như 1 chất xúc tác để sản xuất ra acid L-lactic, sự tách và cô cạn acid
L-lactic từ nước bằng cách sử dụng thẩm tách điện và thanh lọc axit L-lactic như di-
lactide sản xuất bởi chất xúc tác depolymerization của các L-lactic acid, polymer thô
được nghiên cứu.
23
Corn
Dextrose
Fermentation
Distillation
Meso Lactide
Polymerization
PLA Polymer
Low D Lactide
Lactic acid
Pre polymer
Lactide
Formation
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
IV.5 Nguyên tắc 5 : Sử dụng chất xúc tác thay vì chất phản ứng lượng pháp
“Chất xúc tác được sử dụng với một lượng nhỏ và có thể thực hiện một phản ứng
riêng lẻ nhiều lần. Chúng thích hợp hơn và tạo ra ít chất thải hơn so với chất phản ứng
lượng pháp (stoichiometric) là chất thường phải được dùng với lượng nhiều hơn và chỉ
sử dụng được một lần.”
 Vai trò chất xúc tác: Chất xúc tác tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuyển đổi
mong muốn mà không ảnh hưởng đến phản ứng cũng như không tham gia vào

sản phẩm cuối cùng.
 Quy trình lượng pháp: tác nhân lượng pháp sẽ tạo ra 1 mol sản phẩm cho mỗi
mol chất phản ứng sử dụng, thường thì 1 phản ứng có thể thực hiện hàng ngàn,
hàng triệu chuyển đổi trước khi bị chuyển bỏ
=> Chất xúc tác mang lại những cải tiến về phương diện sử dụng năng lượng: bằng
cách hạ thấp năng lượng kích hoạt phản ứng, hạ thấp nhiệt độ cần thiết cho 1 phản ứng
=> hiệu suất sử dụng nguyên liệu ban đầu được tăng cường và chất thải được giảm
thiểu.
Ví dụ 1: Trong ngành hóa dầu – công nghiệp dầu mỏ
Sử dụng chất xúc tác siêu acid và zeolit các loại cho phản ứng alkyl hóa trong công
nghệ chế biến dầu khí thay thế cho các acid sulphurhydric và acid flohydric khan –
những chất xúc tác độc hại với môi trường
Ở nhiều nhà máy hiện nay trên thế giới vẫn sử dụng 2 loại xúc tác chính là acid
sulphurhydric (H
2
SO
4
) và acid flohydric khan (HF). Dùng H
2
SO
4
thì độc hại tuy có ít
hơn so với HF nhưng phải dùng với số lượng lớn vì hoạt tính kém hơn HF. Việc tái
sinh một lượng lớn H
2
SO
4
như vậy rất tốn kém mà thải ra thì gây ô nhiễm môi trường.
Vì vậy, tuy HF là một chất lỏng rất độc, ăn mòn mạnh nhưng vì hoạt tính trong phản
ứng alkyl hóa rất cao nên vẫn được sử dụng phổ biến hiện nay.

24
Môn học: Ngăn ngừa ô nhiễm công nghiệp-IPP
Nhiều công trình nghiên cứu trong thời gian qua đã tập trung vào việc chế tạo
những chất xúc tác rắn, có độ acid cực mạnh nhằm thay thế cho HF. Hiện nay, ở Mỹ
đã đưa vào sử dụng trong công nghiệp chất xúc tác siêu acid, trong đó được chú ý
nhiều nhất là sunfat oxit ZrO
2
, TiO
2
, SnO
2
, Fe
2
O
3
, Al
2
O
3
, SiO
2
, và zeolit các loại khác
nhau. Ở Việt Nam hiện nay, các loại zeolite phục vụ cho công nghệ lọc hóa dầu như
Zeolite Y modun cao, ZSM-5 với năng lực sản xuất 100kg/ngày đã được nghiên cứu
thành công ở Trung tâm nghiên cứu công nghệ lọc hóa dầu Đại học Bách Khoa
TPHCM.
Ví dụ 2 : Sử dụng các chất xúc tác có chất nền
Các hạt xúc tác thường được phân tán trên chất nền. Mục đích chính của việc sử
dụng thành phần hoạt tính xúc tác cho chất nền là để làm tăng đáng kể sự khuyếch tán
và sinh ra các chất hoạt tính cao. Khái niệm trước đây về chất nền là một chất trơ,

dùng để làm phương tiện phân bố hợp phần cấu tử xúc tác đắt tiền, như là kim loại
quý, để tận dụng được hiệu quả lớn hơn nữa của các kim loại so với kim loại dạng
khối, ví dụ như là bột platin. Tuy nhiên, với các chất xúc tác kim loại thường thì việc
sử dụng chất nền nhằm mục đích chủ yếu là nâng cao độ ổn định của chất xúc tác.
Điều này có thể đạt được nhờ sự tương tác phù hợp của các thành phần hoạt tính với
chất nền. Do đó, việc lựa chọn chất nền là cực kỳ quan trọng trong việc thiết kế một
chất xúc tác. Các đặc tính vật lý và hoá học cần có trong việc lựa chọn chất nền được
đưa ra trong bảng 1 sau:
Bảng 1: Các tính chất vật lý và hoá học của chất nền
Tính chất vật lý Tính chất hoá học
· Bền cơ học
· Khối lượng thể tích (dung trọng)
phù hợp
· Cấp nguồn (hoặc bộ) thoát nhiệt
· Làm loãng pha quá hoạt tính
· Tăng diện tích bề mặt hoạt tính
· Tối ưu hoá độ xốp chất xúc tác
· Tối ưu hoá kích cỡ cấu tử và tinh
thể kim loại
· Trơ với các phản ứng phụ
· Ổn định dưới các điều kiện phản
ứng và điều kiện tái sinh
· Phản ứng với chất xúc tác để làm
tăng độ hoạt tính đặc trưng hoặc tính
chọn lọc
· Làm ổn định chất xúc tác để
chống lại sự dính kết
· Làm giảm tối thiểu sự nhiễm độc
chất xúc tác
Mặc dù một bảng tóm tắt chi tiết các đặc điểm được liệt kê trong bảng trên nhưng

cũng nên biết rằng không một chất nền nào có thể đáp ứng đủ tất cả các yêu cầu trên.
Các vật liệu chất nền thường được sử dụng nhất là Al
2
O
3
, SiO
2
, 3Al
2
O
3
.2SiO
2
và
cácbon hoạt tính. Một vài vật liệu khác được sử dụng giới hạn làm chất nền như là
TiO
2
, MgO, Cr
2
O
3
và Zn
2
O
3
(ZnO
2
). Việc dùng Cr
2
O

3
làm chất nền cho chất xúc tác là
rất hạn chế bởi độc tính tự nhiên của nó.
Vật liệu chất nền có thể ở dưới nhiều dạng khác nhau như là dạng khối cầu, dạng
hạt, dạng ép trồi, dạng hình trụ và dạng bột. Những vật liệu chất nền này có thể được
25