Bài tổng hợp trả lời câu hỏi môn hóa học xanh

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP
Môn: Hóa học xanh
1. Hóa học xanh là gì? Nêu 12 nguyên tắc của Hóa học xanh (Paul Anastas & John
Warner)? 12 nguyên tắc của kỹ thuật xanh ?
Hóa học xanh là gì ?
Hoá học xanh liên quan đến việc thiết kế các quá trình sản xuất và sản phẩm hoá
học trong đó việc sử dụng hoặc tạo ra các chất độc hại được loại trừ hoàn toàn hoặc giảm
đến mức thấp nhất.
12 nguyên tắc của hóa học xanh: (trang 12/sách)
1. Phòng ngừa chất thải:
2. Tiết kiệm nguyên tử
3. Sử dụng quá trình tổng hợp ít độc hại nhất
4. Thiết kế các hoá chất an toàn hơn
5. Sử dụng dung môi và chất trợ an toàn hơn
6. Thiết kế quá trình để đạt được hiệu quả năng lượng
7. Sử dụng nguyên liệu có khả năng tái tạo
8. Hạn chế quá trình tạo dẫn xuất
9. Sử dụng xúc tác
10. Thiết kế sản phẩm phân huỷ được
11. Phân tích sản phẩm ngay trong qui trình
12. Hoá học an toàn và phòng ngừa tai nạn.
Có thể viết
(((((1. Ngăn ngừa: Tốt nhất là ngăn ngừa sự phát sinh của chất thải hơn là là xửlý 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 tổnghợp có mặt tới mức tối đa trong sản phẩm cuối cùng.

1


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.
Ví dụ: quá trình tổng hợp ta có thể thay dung môi CH3OH bằng dung môi nước để giảm
sự độc hại của CH3OH hoặc là sử dụng chất ban đầu ít độc hại hơn. Mặc khác nếu hóa
chất sử dụng ít độc hại thì dụng cụ ít tốn kém, quá trình sử dụng cũng đơn giản hơn.
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 lượng sử 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
2


tới mức thấp nhất mối nguy hiểm có thể xảy ra do các tai nạn, kể cả việc thải bỏ, nổ hay

cháy, hóa chất )))))
12 nguyên tắc của kĩ thuật xanh: ( trang 18/sách)
1. Càng không độc hại càng tốt
2. Phòng ngừa thay vì xử lý
3. Thiết kế cho quá trình phân riêng
4. Sử dụng được tối đa hiệu quả vật chất, năng lượng, không gian và thời gian
5. Quan tâm xử lý đầu ra thay vì tăng cường đầu vào
6. Tính phức tạp của sản phẩm
7. Bền, nhưng khí thải ra môi trường thì không tồn tại lâu dài
8. Đáp ứng nhu cầu và hạn chế dư thừa quá mức quy định
9. Hạn chế tối đa tính đa dạng của nguyên vật liệu
10. Tác dụng nguồn nguyên vật liệu và năng lượng sẵn có
11. Thiết kế phải quan tâm đến giá trị sau khi hoàn thành chức năng sử dụng.
12. Có khả năng tái tạo thay vì cạn kiệt.
2. Chất lỏng ion là gì, cho VD? Các tính chất đặc trưng tổng quát của các chất lỏng
ion?
Chất lỏng ion là gì, cho VD?
Chất lỏng ion là những chất lỏng chỉ chứa toàn bộ ion mà không có các phân tử
trung hòa. VD: muối chứa cation hữu cơ như tetraankylammonium, alkylpyridinium,…
Các tính chất đặc trưng tổng quát của các chất lỏng ion?
+ Các chất lỏng ion hoàn toàn không bay hơi và không có áp suất hơi
+ Các chất lỏng ion có độ bền nhiệt cao và không bị phân hủy vì nhiệt trong một
khoảng nhiệt độ khá rộng.
+ Các chất lỏng ion có khả năng hòa tan 1 dảy khá rộng các chất hữu cơ, chất vô
cơ cũng như các hợp chất cơ kim.
+ Các chất lỏng ion có khả năng hòa tan khá tốt các khí như H2, O2, CO, CO2.
+ Độ tan của chất lỏng ion phụ thuộc vào bản chất cation và anion tương ứng.
+ Các chất lỏng ion mặc dù phân cực nhưng thông thường không tạo phối trí với
các hợp chất cơ kim, các enzyme và với các hợp chất hữu cơ khác nhau.
3

+ Nhờ có tính chất ion, rất nhiều phản ứng hữu cơ được thực hiện trong dung môi
chất lỏng ion, thường có tốc độ phản ứng lớn hơn so với trường hợp sử dụng các dung
môi hữu cơ thông thường, đặc biệt là khi có sự hỗ trợ của vi sóng.
+ Hầu hết các chất lỏng ion có thể được lưu trữ trong 1 thời gian dài mà không bị
phân hủy.
+ Các chất lỏng ion là dung môi có nhiều triển vọng cho các phản ứng cần độ chọn
lọc quang học tốt.
+ Các chất lỏng ion chứa chloroaluminete ion (AlCl4-) là những axit Lewis mạnh,
có khả năng thay thế cho axit độc hại như HF trong nhiều phản ứng cần sử dụng xúc tác
axit.
3. Nguyên tắc tổng hợp chất lỏng ion? Cho VD minh họa quá trình tổng hợp một họ
chất lỏng ion cụ thể (imidazonium, aluminate, ammonium)?
nguyên tắc: ( có trong sách trang 150)
-Quá trình tổng hợp chất lỏng ion được chia làm 2 giai đoạn chính:
+ tạo muối để hình thành cation thích hợp (gđ 1)
+trao đổi ion để hình thành sản phẩm chất lỏng ion mong muốn (gđ 2a và 2b)

-Trong 1 số trường hợp , chỉ cần gđ thứ 1. Ví dụ: chỉ cần tạo muối bậc 4 của các
hợp chất amin hay photphat sử dụng các tác nhân alkyl hóa khác nhau tùy theo
yêu cầu.
-Trong trường hợp không thể hình thành các ion thích hợp bằng pp tạo muối
như trên, cần sử dụng them gđ thứ 2. Ví dụ bắt đầu từ muối ammonium
4


[R’R3N+]X- điều chế từ gđ 1 , có thể sử dụng 2 pp để thu hồi anion thích hợp
trong chất lỏng ion. Thứ nhất, có thể xử lí muối [R’R3N+]X với 1 Lewis acid
dạng MXy để có chất lỏng ion [R’R3N]+[My+1]- . thứ 2, có thề trao đổi ion Xthành anion mong muốn -bằng cách xử lí muối M+A- kèm theo sự kết tủa

M+X-, H+X-.
- Trong trường hợp thứ 2, muối ammonium [R’R3N+]X- được tham gia phản ứng với
muối M+A- kèm theo sự kết tủa M+X- , hoặc tham gia với acid mạnh như H+[A-] kèm
theo sự giải phóng H+X-.: VÍ DỤ

4. Nguyên tắc tổng hợp chất lỏng ion? Trình bày một phản ứng hóa học sử dụng dung
môi là chất lỏng ion?
5


*nguyên tắc:
-Quá trình tổng hợp chất lỏng ion được chia làm 2 giai đoạn chính:
+ tạo muối để hình thành cation thích hợp (gđ 1)
+trao đổi ion để hình thành sản phẩm chất lỏng ion mong muốn (gđ 2a và 2b)

-Trong 1 số trường hợp , chỉ cần gđ thứ 1. Ví dụ: chỉ cần tạo muối bậc 4 của các hợp chất
amin hay photphat sử dụng các tác nhân alkyl hóa khác nhau tùy theo yêu cầu.
-Trong trường hợp không thể hình thành các ion thích hợp bằng pp tạo muối như trên,
cần sử dụng them gđ thứ 2. Ví dụ bắt đầu từ muối ammonium [R’R3N+]X- điều chế từ gđ
1 , có thể sử dụng 2 pp để thu hồi anion thích hợp trong chất lỏng ion. Thứ nhất, có thể
xử lí muối [R’R3N+]X với 1 Lewis acid dạng MXy để có chất lỏng ion [R’R3N]+[My+1]- .
thứ 2, có thề trao đổi ion X- thành anion mong muốn -bằng cách xử lí muối M+A- kèm
theo sự kết tủa M+X-, H+X-.
- Trong trường hợp thứ 2, muối ammonium [R’R3N+]X- được tham gia phản ứng với
muối M+A- kèm theo sự kết tủa M+X- , hoặc tham gia với acid mạnh như H+[A-] kèm
theo sự giải phóng H+X-.
Ví dụ:

6

5. Ưu điểm của việc sử dụng nước làm dung môi trong tổng hợp hữu cơ? Những
phương pháp nhằm tăng độ tan hoặc độ phân tán của tác chất hữu cơ trong nước?
7


• Ưu điểm:
- Giá thành: nước là dung môi rẻ nhất và dễ kiếm nhất hiện nay
- An toàn: hầu hết các dung môi hữu cơ thong thường đều có khả năng gây ra các
vấn đề cháy nổ hoặc bệnh tật như ung thư chẳng hạn
- Các vấn đề lien quan đến môi trường: sử dụng nước làm dung môi sẽ giảm
được một lượng thải độc đáng kể vốn đang được thải ra môi trường từ những
quá trình sử dụng dung môi hữu cơ độc hại dễ bay hơi
- Bên cạnh đó việc sử dụng nước làm dung môi trong tổng hợp hữu cơ còn có ưu
điểm :
 Sử dụng nước làm dung môi cho phản ứng có khả năng làm tăng tốc
độ phản ứng cũng như làm tăng tốc độ chọn lọc của sản phẩm
 Bên cạnh đó, độ tan của oxygen trong nước thấp hơn so với trường
hợp các dung môi hữu cơ thong thường, ít ảnh hưởng đến quá trình
phản ứng xử dụng xúc tác phức kim loại chuyển tiếp – vốn nhạy cảm
với oxygen
 Ngoài ra, việc sử dụng nước làm dung môi sẽ có lợi cho các tác chất
tan tốt trong nước , do không cần phải chuyển hóa chúng thành các
dẫn xuất tan trong dung môi hữu cơ trước khi sử dụng. do đó có thể
giảm được 1 số gđ trong quá trình tổng hợp  giảm chi phí và giảm
chất thải độc
* Những pp làm tăng độ tan hoặc độ phân tán của tác chất hữu cơ trong nước:

8

9


6. Ưu điểm của việc sử dụng nước làm dung môi trong tổng hợp hữu cơ? Trình bày
một phản ứng hóa học sử dụng dung môi là nước, phân tích và giải thích các thành
phần tham gia phản ứng?
Ưu điểm của việc sử dụng nước làm dung môi trong tổng hợp hữu cơ?
1. Giá thành : Nước là dung môi rẻ nhất và dễ tìm nhất cho đến nay.
2. An toàn :Hầu hết các dung môi hữu cơ thông thường đều có khả năng gây ra các vấn
đề cháy nổ hoặc gây ra những bệnh tật nguy hiểm như ung thư.
3. Các vấn đề liên quan đến môi trường: sử dụng nước làm dung môi sẽ giảm được một
lượng chất thải độc hại đáng kể vổn đang được thải ra môi trường từ những quá trình sử
dụng dung môi hữu cơ độc hại dễ bay hơi.
Ngoài ra còn có các ưu điểm sau:
+ Sử dụng nước làm dung môi cho phản ứng có khả nang làm tăng tốc độ phản ứng
cũng như làm tăng độ chọn lọc của sản phẩm do các tinh chất có một không hai của nước.
+ Độ tan của oxygen trong nước thấp hơn so với các hệ dung mội hữu cơ thông
thường, do đó sẽ ít ảnh hưởng xấu lên các quá trình phản ứng sử dụng xúc tác phức kim
loại chuyển tiếp ( vốn thường nhạy cảm với oxygen).
+ Việc tách sản phẩm hữu cơ ra khỏi nước cũng thực hiện dễ dàng bằng phương
pháp tách pha,từ đó việc thu hồi và tái sử dụng xúc tác tan trong pha nước làm sẽ dễ dàng
hơn.
Trình bày một phản ứng hóa học sử dụng dung môi là nước, phân tích và giải thích
các thành phần tham gia phản ứng?

10


Phản ứng giữa dẫn xuất benzene với gốc acryl ( metyl acrylate, etyl acrylate,

styrene, acrylonitrile) được thực hiện trong dung môi là nước với xúc tác là muối
palladium
+ Sử dụng dung dịch đệm là NaHCO3/NaOAc nhằm thay đổi độ pH của tác chất
nhằm tan tốt hơn trong nước.
+ Sử dụng xúc tác chuyễn pha là CTAB(Cetyl trimetylammonium bromua) do đây
là 1 chất hoạt động bề mặt gồm 1 đầu kị nước và ái nước nên nó có tác dụng tăng độ hòa
tan và độ phân tán của tác chất trong nước.
+ Thực hiện ở nhiệt độ 80-1300C vì dẫn xuất benzene thường phản ứng xảy ra khó
vì có vòng thơm do đó cần làm ở nhiệt độ cao.
7. CO2 siêu tới hạn là gì? Mô tả quá trình hình thành sCO2? Những thuận lợi và khó
khăn khi sử dụng sCO2 làm dung môi trong tổng hợp hữu cơ? Ứng dụng sCO2 vào
thực tế thế nào, lấy ví dụ?
CO2 siêu tới hạn là gì?
CO2 siêu tới hạn là CO2 ở trạng thái giữa khí và lỏng khi nhiệt độ và áp suất vượt
quá điểm tới hạn tại điểm cân bằng lỏng khí, một trong những môi trường phản ứng được
lựa chọn để thay thế cho các dung môi hữu cơ thông thường,bên cạnh các dung môi là
chất lỏng ion và các hệ dung môi chứa nước nhằm giải quyết các vấn đề độc hai hay ô
nhiễm do các dung môi thông thường gây ra.
Mô tả quá trình hình thành sCO2?
Quá trình hình thành sCO2: Khi đun CO2 và tăng nhiệt độ lên (khoảng 330C) các
phân tử trong pha lỏng của CO2 được phân bố ít dày đặc hơn do hiện tượng giản nở nhiệt
đồng thời phân bố rộng. Khi ngừng gia nhiệt thì pha lỏng chuyển thành pha khí do áp
suất tăng lên rồi sau đó lại hình thành pha lỏng mỗi lần làm như trên thì tỷ trọng của hai
pha lỏng khí có giá trị biến đổi lại gần nhau hơn. Thực hiện nhiều lần như trên thì các
điểm trong phân tử CO2 sẽ hình thành điểm siêu tới hạn và khi đó sự khác biệt giữa pha
lỏng và khí sẽ mất dần ( nhiệt độ và áp suật đạt giá trị tới hạn) có thể nhìn thấy trên thiết
bị cao áp có kính quan sát.
11

Những thuận lợi và khó khăn khi sử dụng sCO2 làm dung môi trong tổng hợp hữu
cơ?
 Thuận lợi:
- Dung môi trên cơ sở CO2 siêu tới hạn không độc hại, không gây cháy nổ, và có
chi phí thấp hơn so với các dung môi thông thường khác.
- Các chất khí như H2,O2,CO… thường rất ít tan trong các dung môi hữu cơ thông
thường nhưng lại tan tốt trong CO2.
- Sử dụng sCO2 sẽ tăng cường quá trình truyền khối trong hệ phản ứng

(tăng

cường tốc độ phản ứng đặc biệt các dạng khuếch tán vì sCO2 có độ nhớt thấp).
- Dung môi CO2 có các tính chất vật lý có thể điều chỉnh được theo yêu cầu.
- sCO2 có độ bền với tác nhân oxy hóa do CO2 không thể nào tiếp tục bị oxy hóa
thành các sản phẩm có số oxy hóa cao hơn nên là dung môi lý tưởng cho các phản ứng
oxy hóa xúc tác.
- sCO2 có khả năng tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân riêng sản phẩm, thu hồi
và tái sử dụng xúc tác, đặc biệt là kim loại chuyển tiếp đắt tiền.
- Có khả năng éo dài tuổi thọ của xúc tác, đặc biệt là xúc tác trên cơ sở là kim loại
chuyện tiếp vì nó có khả năng hòa tan các chất đầu độc xúc tác.
 Khó khăn:
- Vì sCO2 là chất không phân cực nên chỉ sử dụng đối với các tác chất không phân
cực, còn đối với các tác chất phân cực thì không áp dụng được.
- Khi sử dụng sCO2 cần phải điều chỉnh các giá trị nhiệt độ hoặc áp suất thích hợp
với từng phản ứng để có độ tan hợp lý.
- Vì chủ yếu phức sử dụng là phức kim loại nên khi sử dụng sCO2 trên các phức
kim loại chuyển tiếp phân cực như trên cơ sở phức phosphine,porphyrin,carbonyl…. Cần
tăng độ tan của các phức kim loại này.
 Ứng dụng sCO2 vào thực tế thế nào, lấy ví dụ?

sCO2 được sử dụng chủ yếu là trong quá trình trích ly cũng như chiết tách trong
công nghiệp dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm. Các hợp chất tự nhiên như tinh dầu,
chất màu, chất thơm là những chất nhạy cảm với các tác nhân vật lý.
12


Ví dụ:
- Sử dụng sCO2 vào việc trích ly tinh dầu gấc để thu được hàm lượng vitamin E, ßcaroten, lycopen gấp nhiều lần so với các phương pháp trích ly thông thường
- Áp dụng trong công nghệ chiết tách cafein ra khỏi cà phê và chè cũng được sử
dụng sCO2 hàm lượng cafein sau khi chiết tách chỉ còn lại trong cà phê

< 0,1% trong

sản phẩm.
- Dùng phương pháp sCO2 cũng được áp dụng để chiết tách các hoạt chất từ hoa
huplon để dùng trong công nghệ bia và dược phẩm với sản lượng lớn (ở Đức sản phẩm
chiết hoa huplon bằng công nghệ sCO2 là 10.000 tấn/năm), sản xuất sản phẩm có hàm
lượng chất béo thấp và sản phẩm không cholesterol hoặc các sản phẩm chức năng khác.
8. Quy trình xử lý sơ bộ nguyên liệu dầu thực vật trước khi làm biodiezel?
A. LỌC: loại bỏ các tạp chất cơ học có trong dầu
B. XỬ LÍ HÀM LƯỢNG AXIT TỰ DO TRONG NGUYÊN LIỆU
- Phương pháp trung hoà : để tách các axit tự do có trong dầu . Hàm lượng axit tự
do càng thấp thì hiệu suất biodiezel càng cao

Dầu dừa

Dầu bônng

Lượng axit

0,5

1,0

1,5

2,0

béo tự do %
Hiệu suất

80

65

40

30

biodiezel,%
Lượng axit

0,5

1,0

1,5

2,0

béo tự do %
Hiệu suất

85

67

53

35

biodiezel ,%
- Phương pháp glyxerin hoá : Phương pháp này làm giảm lượng axit béo tự do và
làm tăng hiệu suất biodiezel.

13


Glyxerin + nguyên liệu

Monoglyxerit và diglyxerit  +CHOH→ Biodiezel
3

- Phương pháp sử dụng xúc tác axit : nhược điểm là nước ở lại trong phản ứng, và
phải dùng dư lượng CH3OH để 1 phần tác dụng với axit béo (RCOOH), còn 1 phần thực
hiện phản ứng trao đổi este.
H SO
RCOOH + CH3OH 
→ RCOOCH3 + H2O
2

4

C3H5(OCOR)3 + 3CH3OH

3RCOOCH3 + C3H5(OH)3

C. RỬA VÀ SẤY DẦU : để loại bỏ xà phòng ra khỏi dầu.
D. TẨY MÀU DẦU : dùng chất hấp phụ loại các hợp chất gây màu, làm cho dầu sáng

màu. Thường dùng than hoạt tính hoặc nhôm oxit.
E. KHỬ MÙI : Khử mùi là quá trìng tách các chất gây mùi khỏi dầu đặ biệt là trong mỡ
động vật.
Phương pháp: cất cuốn hơi nước , dùng hơi nước quá nhiệt ( 325-375oc), trong
chân không (5- 8 kPa).
Có thể dùng than hoạt tính hoặc các chất hấp phụ rắn khác để khử mùi dầu.
*Chú ý: Ngoài ra, ta có thể làm giảm lượng axit béo bằng phương pháp cất cuốn
hơi nước ( làm giảm tsôi của các axit béo), chuyển axit béo ở thể lỏng thành khí.
9. Trình bày phương pháp tổng hợp biodiezel theo phương pháp trao đổi este?
Cơ sở hóa học:

14


Phương pháp chuyển hóa este tạo biodiezel là phương pháp tốt nhất vì dễ thực hiện và chi
phí thấp. Các đặc tính của alkyl este rất gần với diezel thông dụng.
ROH: metanol (CH3OH), etanol (C2H5OH) và các rượu no khác.

CÁC PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ESTE KHÁC
* Phương pháp siêu tới hạn: Đây là phương pháp mới không cần dùng xúc tác

nhưng nhiệt độ và áp suất pứ cao (P = 100 Mpa, T = 850 K). Phương pháp cho hiệu suất
chuyển hóa cao.

15


* Phương pháp chuyển hóa dầu thành axit, và sau đó este hóa thành biodiezel. Vì
trải qua 2 giai đoạn nên hiệu suất không cao.
* Phương pháp hai giai đoạn: Nguyên liệu đầu vào thường có hàm lượng acid tự do
cao vì vậy chúng cần được tinh chế về còn 1-2% acid tự do, sau đó mới thực hiện phản
ứng trao đổi este bằng xúc tác kiềm.
- GĐ 1: Phản ứng este hóa trên xúc tác acid để đưa hàm lượng acid tự do trong dầu
về 1%, CH3OH dùng dư để hấp thụ nước tạo ra, giúp phản ứng xảy ra theo chiều thuận.
H SO
→ RCOOCH3 + H2O
RCOOH + CH3OH (dư) 
2

4

- GĐ 2: Sản phẩm GĐ 1 sau khi tách acid H2SO4, metanol, nước được dùng làm
nguyên liệu cho GĐ 2. Phản ứng trao đổi este bằng xúc tác kiềm.

CH3OH/dầu = 4/1. Sau phản ứng hổn hợp phản ứng sẽ lắng tách thành 2 lớp. Lớp
trên chủ yếu là biodiezel, lớp dưới là glyxeryl.

16


10. Tính chất, ưu và nhược điểm của nhiên liệu biodiezel (hoặc xăng ethanol)?

Tính chất của biodiezel
Biodiesel được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật, có chỉ tiêu kỹ thuật gần
giống với diesel khoáng. Về bản chất hóa học nó là monoankyl este của các axit béo
mạch dài. Biodiesel thu được từ phản ứng trao đổi este của triglyxerit với rượu đơn chức
mạch ngắn (như metanol, etanol…). Như vậy nguyên liệu để sản xuất biodiesel khá
phong phú, và chúng có nguồn gốc sinh học, có thể tái tạo được.
Ưu điểm của nhiên liệu biodiezel
- Trị số xetan cao: trị số xetan là một đơn vị đo khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu
diezel. Nhiên liệu diezel thông thường có trị số xetan 50 – 54, biodiezel 56- 58.
- Hàm lượng S thấp: trong biodiezel hàm lượng S thấp khoảng 0.001%, nó làm
giảm đáng kể khi thải Sox gây ăn mòn thiết bị và ô nhiễm môi trường.
- Quá trình cháy sạch: trong nhiên liệu biodiezel chứa khoảng 11% oxi nên quá
trình cháy xảy ra hoàn toàn, không gây muội, cặn đáng kể trong động cơ.

17


- Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn; biodiezel có khả năng bôi trơn tốt hơn
diezel khoáng. Khả năng bôi trơn đặc trưng bởi giá trị HFRR. Giá trị HFRR càng nhỏ thì
khả năng bôi trơn của nhiên liệu càng tốt.
Diezel đã xử lý S có HFRR 500, biodiezel

200

- Tính ổn định thấp: vì biodiezel dễ bị phân hủy ( phân hủy 98% trong 21 ngày)
- Thích hợp cho mùa đông: phù hợp ở điều kiện -200C, còn diezel khoáng có hiện
tượng kết tinh n- parafin làm tắc ngẽn ống dẫn nhiên liệu.
- Giảm lượng khí thải và nguy cơ mắc bệnh ung thư: giảm 93% nguy cơ khí thải
mắc bệnh ung thư so với diezel khoangsvif giảm hợp chất thơm, S, cháy hoàn toàn không
dư hidrocacbon.

- An toàn về cháy nổ: biodiezel có nhiệt độ chớp cháy cao trên 1100C, còn diezel
600C
- Nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa học: nguồn nguyên liệu sản xuất rượu béo
cho dược phẩm và mỹ phẩm, các alkanolamin. Isopropylic este, các polyeste được ứng
dụng như chất nhựa, chất hoạt động bề mặt,…
- Có khả năng nuôi trồng được: tạo ra nguồn năng lượng độc lập, không làm suy
yếu các nguồn năng lượng tự nhiên, không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và
môi trường.
Nhược điểm của biodiezel
- Giá thành cao: đắt hơn nhiên liệu diezel thông thường. nhưng bù lại thu được
glyxerin là chất có tiềm năng thương mại lớn. VD: 1 gallon dầu đậu nành = 3 gallon
diezel khoáng
- Tính chất thời vụ: vì là tách ra từ cây trồng nên muốn có thường xuyên phải quy
hoạch vùng nguyên liệu tốt.
- Có thể gây ô nhiễm: nếu rửa không tốt còn dư xà phòng, kiềm dư, metanol,
glyxerin,… là những chất gây ô nhiễm. vì vậy phải có tiêu chuẩn cụ thể để đánh giá chất
lượng của biodiezel.
11. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp biodiezel bằng phương pháp trao đổi
este?
18


Độ ẩm và axit béo tự do: Wright và cộng sự yêu cầu nguyên liệu cho vào phải thỏa
mãn:
+ glyxerit cần có trị số axit thấp
+ nguyên liệu phải được làm khan hoàn toàn
+ hàm lượng nước phải rất nhỏ (gây phản ứng xà phòng hóa, xà phòng sinh ra làm
tăng độ nhớt => qt tách glyxerin khó)
Ảnh hưởng của nhiệt độ: phản ứng este hóa có thể tiến hành ở các nhiệt độ khác
nhau tùy vào loại dầu. nhiệt độ càng cao phản ứng càng nhanh, nhưng thường thì 55 –

700C ( t0C cao => tăng phản ứng xà phòng hóa và t0 sôi CH3OH là 640C => dễ bay hơi)
- Ảnh hưởng của áp suất: áp suất không ảnh hưởng đến phản ứng, thường tiến hành
ở P khí quyển.
- Ảnh hưởng của tốc độ khuấy:vì phản ứng tồn tại trong 2 pha khác biệt nên tốc độ
khuấy càng cao thì hiệu suất càng cao.VD: 300 vòng/phút, sau 8h => H= 12%, 600
vòng/phút, sau 2h => H = 97%
- Ảnh hưởng của lượng metanol dư: vì là phản ứng thuận nghịch nên để phản ứng
xảy ra theo chiều thuận thì lượng metanol dùng phải dư, tỉ lệ metanol/dầu 5-7,5
- Ảnh hưởng của thời gian phản ứng: thời gian phản ứng càng lâu thì hiệu suất
càng cao, thường thì 1-8h. Nhưng cũng không được khuấy quá lâu vì dễ xảy ra phản ứng
phụ.
12. Vi sóng là gì? Cơ chế ảnh hưởng của vi sóng trong tổng hợp hữu cơ?
Vi sóng là gì?
Là sóng điện từ có bức sóng dài hơn tia hồng ngoại nhưng ngắn hơn sóng radio, có
bức sóng khoảng từ 1m (f= 0,3GHz) đến 1mm (f=300 GHz). Tuy vzy, ranh giới giữa
hồng ngoại và vi sóng và sóng radio tần số cực cao là tùy ý và thay đổi trong các lĩnhvực
nghiên cứu khác nhau.
Cơ chế ảnh hưởng của vi sóng trong tổng hợp hữu cơ?
Các phân tử thức ăn (nước, chất béo, đường và các chất hữu cơ khác) thường ở
dạng lưỡng cực điện (có một đầu tích điện âm và đầu kia tích điện dương). Những lưỡng
cực điện này có xu hướng quay sao cho nằm song song với chiều điện trường ngoài. Khi
19


điện trường dao động, các phân tử bị quay nhanh qua lại. Dao động quay được chuyển
hóa thành chuyển động nhiệt hỗn loạn qua va chạm phân tử, sinh nhiệt và làm nóng thức
ăn (10oC/giây).

 Khi áp dụng vào tổng hợp hóa học nó giúp gia nhiệt phản ứng hiệu quả và tăng sự va
chạm các phân tử phản ứng. Dẫn đến hiệu quả phản ứng tăng, do đó hiệu suất tăng.

13. Sóng siêu âm là gì? Cơ chế ảnh hưởng của sóng siêu âm trong tổng hợp hữu cơ?
Sóng siêu âm là gì?
Là sóng âm có tần số cao hơn ngưỡng tai người nghe đc.sóng siêu âm có tần số cao
hơn 16000 Hz hoặc 20000 Hz. Ngoài ra, sóng siêu âm có bản chất là sóng dọc hay sóng
nén, nghĩa là trong trường siêu âm các phần tử dao động theo phương cùng với phương
truyền của sóng. Sóng siêu âm có tần số trên 100000 Hz gọi là siêu siêu âm.
Cơ chế ảnh hưởng của sóng siêu âm trong tổng hợp hữu cơ?
Nguyên lý tác động của sóng siêu âm gồm 2 phần: Hiện tượng xâm khí thực và
Hiện tượng vi xoáy
+ Hiện tượng xâm khí thực
Khi sóng siêu âm được truyền vào môi trường chất lỏng, các chu trình kéo và nén
liên tiếp được tạo thành. Trong điều kiện bình thường, các phân tử chất lỏng ở rất gần
nhau nhờ liên kết hóa học. Khi có sóng siêu âm, trong chu trình nén các phân tử ở gần
nhau hơn và trong chu trình kéo chúng bị tách ra xa. Áp lực âm trong chu trình kéo đủ
mạnh để thắng các lực liên kết giữa các phân tử và tạo thành những bọt khí nhỏ. Bọt khí
20


trở thành hạt nhân của hiện tượng xâm thực khí, bao gồm bọt khí ổn định và bọt khí tạm
thời (Kuldiloke J., 2002).
Bọt khí ổn định là nguồn gốc của những bong bóng khí nhỏ, kích thước của chúng
dao động nhẹ trong các chu trình kéo và nén. Sau hàng ngàn chu trình, chúng tăng thêm
về kích thước. Trong suốt quá trình dao động, bọt khí ổn định có thể chuyển thành bọt
khí tạm thời. Sóng siêu âm làm rung động những bọt khí này, tạo nên hiện tượng “ sốc
sóng “ và hình thành dòng nhiệt bên trong chất lỏng. Bọt khí ổn định có thể lôi kéo
những bọt khí khác vào trong trường sóng, kết hợp lại với nhau và tạo thành dòng nhiệt
nhỏ (Kuldiloke J., 2002).
Các bọt khí tạm thời có kích cỡ thay đổi rất nhanh chóng, chỉ qua vài chu trình
chúng bị vỡ ra. Trong suốt chu trình kéo/nén, bọt khí kéo giãn và kết hợp lại cho đến khi
đạt được cân bằng hơi nước ở bên trong và bên ngoài bọt khí. Diện tích bề mặt bọt khí

trong chu trình kéo lớn hơn trong chu trình nén, vì vậy sự khuyếch tán khí trong chu trình
kéo lớn hơn và kích cỡ bọt khí cũng tăng lên trong mỗi chu trình. Các bọt khí lớn dần đến
một kích cỡ nhất định mà tại đó năng lượng của sóng siêu âm không đủ để duy trì pha
khí khiến các bọt khí nổ tung dữ dội. Khi đó các phân tử va chạm với nhau mãnh liệt tạo

21


nên hiện tượng “ sốc sóng “ trong lòng chất lỏng, kết quả là hình thành những điểm có
nhiệt độ và áp suất rất cao (50000C và 5x104kPa) với vận tốc rất nhanh 106 oC/s
(Kuldiloke J., 2002).

Hiện tượng xâm thực khí mở đầu cho rất nhiều phản ứng do có sự hình thành các
ion tự do trong dung dịch; thúc đẩy các phản ứng hóa học nhờ có sự trộn lẫn các chất
phản ứng với nhau; tăng cường phản ứng polymer hoá và depolymer hóa bằng cách phân
tán tạm thời các phần tử hay bẻ gãy hoàn toàn các liên kết hóa học trong chuỗi polymer;
tăng hiệu suất đồng hoá; hỗ trợ trích ly các chất tan như enzyme từ tế bào động vật, thực
vật, nấm men hay vi khuẩn; tách virus ra khỏi tế bào bị nhiễm; loại bỏ các phần tử nhạy
cảm bao gồm cả vi sinh vật (Kuldiloke J., 2002).
+ Hiện tượng vi xoáy
Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào trong lòng chất lỏng sẽ gây nên sự kích
thích mãnh liệt. Tại bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha lỏng/rắn hay khí/rắn, sóng siêu âm gây
nên sự hỗn loạn cực độ do tạo thành những vi xoáy. Hiện tượng này làm giảm ranh giới
giữa các pha, tăng cường sự truyền khối đối lưu và thúc đẩy xảy ra sự khuyếch tán ở một
vài trường hợp mà khuấy trộn thông thường không đạt được (Kuldiloke J., 2002).
14. Phân tích và giải thích quá trình tổng hợp chất lỏng ion họ (imidazonium,
aluminate, ammonium)? Lấy ví dụ.
Chất lỏng ion họ alumonium
NR3 + R’X  [R’R3N]+X –
VD: (CH3)3N + C2H5Br  [(CH3)3NC2H5]+Br –

Amin bậc 3 sẽ kết hợp với các tác nhân alkyl hóa để hình thành muối bậc 4 của các hợp
chất amin (chất lỏng ion họ ammonium).
Chất lỏng ion họ aluminate
 [R’R3N]+X – + MXy

[R’R3N]+[MXy+1] –
22


VD: [(CH3)3NC2H5]+Br – + AlCl3

[(CH3)3NC2H5]+[AlCl4] –

Muối ammonium sẽ kết hợp với một axit Lewis (AlCl 3). Khi đạt trạng thái cân bằng,
trong dung dịch có nhiều anion tồn tại tùy thuộc vào tỷ lệ mol giữa [R’R 3N]+X – và MXy
theo phương trình trên.
Khi sử dụng một lượng dư axit Lewis (AlCl 3), phản ứng axit-bazơ giữa anion mới sinh ra
với AlCl3 dư sẽ tiếp tục hình thành các anion khác.
[R’R3N]+AlCl4 – + AlCl3

[R’R3N]+[Al2Cl7] –

VD: [(CH3)3NC2H5]+[AlCl4] – + AlCl3
[R’R3N]+[Al2Cl7] – + AlCl3

[(CH3)3NC2H5N]+[Al2Cl7] –

[R’R3N]+[Al3Cl10] –

VD: [(CH3)3NC2H5N]+[Al2Cl7] – + AlCl3

[(CH3)3NC2H5N]+[Al3Cl10] –



1. Muối kim loại M+[A] –

[R’R3N]+X +

2. Bronsted acid H+[A] –  [R’R3N]+[A] –
3. Nhựa trao đổi ion

Muối amonium sẽ kết hợp với muối kim loại có dạng M +[A] – hay Bronsted acid H+[A] –
hoặc là nhựa trao đổi ion cũng tạo ra muối aluminate (chất lỏng ion họ aluminate).
VD: 1. [(CH3)3NC2H5]+Br – + NaCl  [(CH3)3NC2H5]+Cl – + NaBr
2. [(CH3)3NC2H5]+Br – + HCl  [(CH3)3NC2H5]+Cl – + HBr
3. [(CH3)3NC2H5]+Br – + Cl –  [(CH3)3NC2H5]+Cl – + Br –
Chất lỏng ion họ imidazonium

23


VD:

15. Lấy ví dụ và phân tích cấu tạo một xúc tác phức trên chất mang silica? Ưu điểm,
nhược điểm của xúc tác loại này?
Ví dụ: Xúc tác 66

Xúc tác trên có 3 bộ phận chính: chất mang silica, móc ( hợp chất silane) và phức
palladium họ oxime-carbapalldacycle.

* Chất mang silica

* Móc (hợp chất silane)

24


* Phức palladium họ oxime-carbapalldacycle

 Ưu điểm: độ bền hóa, độ bền cơ và độ bền nhiệt tốt. Do đó, được chọn cho các
phản ứng thực hiện ở điều kiện nhiệt độ cao hoặc có khuấy trộn mạnh.
 Nhược điểm: sự han chế về số lượng các nhóm chức trên bề mặt chất mang vô cơ.
Do đó, phương pháp cố định các xúc tác phức lên chất mang vô cơ cũng hạn chế
hơn.

25