Giáo trình Vật liệu nano và hóa học xanh: Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn giáo trình "Vật liệu nano và hóa học xanh" trình bày các nội dung: Giới thiệu chung về hóa học xanh, vai trò của xúc tác và dung môi trong hóa học xanh; các mối quan hệ về năng lượng; hóa học trong việc bảo vệ môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Vật liệu nano và hóa học xanh: Phần 2 Chương 4 GIỚI THIỆU CHUNG VÈ HÓA HỌC XANH 4.1. Khái niệm Hóa học xanh Hóa học là một ngành khoa học có nhiều đóng góp trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống và hạnh-phúc của con người, đưa ra các giải pháp sáng tạo trong nhiều lĩnh vực, như điều chế thuôc đê điêu trị nhiêu loại bệnh, phát triển thuốc bảo vệ thực vật cho cây trồng nhằm cung câp lương thực cho con người, hoặc sản xuất vật liệu mới đê chê tạo thiêt bị phục vụ đời sống ngày càng cao cho nhiều thành phần dân cư. Tuy nhiên, gần đây trên các phương tiện truyền thông, ở góc độ xã hội, hóa học có vẻ như xấu đi, khi mà hóa chất đồng nghĩa với một cái gì đó nguy hiểm, có hại hoặc tiêu cực. Điều này thường dẫn đến việc phát tán các khía cạnh tiêu cực của ngành khoa học này, chẳng hạn như độc tính của một số chất hoặc ô nhiễm do sử dụng sai hoặc xử lý không đúng cách các hóa chất nói chung. Trước những thách thức phát triển các thói quen tốt về góc độ môi trường và do ý thức xã hội xuất hiện vào những năm 1990 liên quan đến các vấn đề phát sinh từ việc sử dụng, lưu trữ hoặc vận chuyển hóa chất, nhu cầu chuyển hướng một số thực hành phổ biến trong các phòng thí nghiệm được sử dụng trong giảng dạy, nghiên cứu và công nghiệp đã được đặt ra thời bấy giờ. Để làm cơ sở cho những điều này, các phương pháp tiếp cận mới để phát triển các quá trình hóa học, các tài liệu và sáng kiến đã xuất hiện từ một số tổ chức bảo vệ môi trường của Mỹ [1]. Thuật ngữ 'Green Chemistry - Hóa học xanh (HHX)” đề cập đến việc thiết kế các sản phẩm và quy trình hóa học với việc làm 149 VÕ VIỄN giảm hoặc loại bỏ việc sử dụng và sản xuất các chất nguy hiểm hoặc độc hại. Nó không thể được coi như là một nhánh của hóa học theo phân loại truyền thống, như Hóa phân tích, Hóa lý, Hóa học vô cơ, Hóa học hữu cơ và Kỹ thuật hóa học, mà là một quy tắc ứng xử để cố gắng giảm tác động môi trường của bất kỳ quá trình hóa học nào dù ở quy mô phòng thí nghiệm hay quy mô công nghiệp. Từ đồng nghĩa của HHX là Hóa học bền vững hoặc Hóa học ít tác động đến môi trường [1], Các lĩnh vực chính của HHX có thể được tóm tắt bằng những điểm sau: - Sử dụng các giải pháp thay thế cho các nguyên liệu hiện hành, ít độc hại hơn và với các quy trình sản xuất, ít gây tác động đến môi trường hơn so với các quy trình hiện tại, chủ yếu dựa trên các nguyên liệu có khả năng tái sinh. - Phát triển các hóa chất an toàn để thay thế các hóa chất độc hại hoặc nguy hiểm đang được sử dụng. Giảm chất thải sinh ra trong bất kỳ quá trình chuẩn bị hoặc điều chế hóa chất nào. - Vật liệu nên được chuẩn bị bằng các quy trình cải tiến để giảm các tác động không mong muốn đến môi trường. - Thay thế các dung môi, thuốc thử nguy hiểm bằng những dung môi khác ít rủi ro hơn khi sử dụng và xử lý. - Phát triển các điều kiện phản ứng thay thế so với các điều kiện hiện tại, để tiêu thụ ít năng lượng hơn, rút ngắn thời gian phản ứng và đơn giản hóa việc phân lập và tinh chế các sản phẩm cuối cùng. - Giảm chi phí bằng cách loại bỏ bất kỳ thao tác nào không cần thiết và giảm thời gian đầu tư vào việc điều chế một chất. - Khuyến khích tất cả các hành động cần thiết để sử dụng hóa chất tương thích với phát triển bền vững. 150 GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU NANO VẢ HỎA HỌC XANH Kể từ khi HHX ra đời, sự phát triển theo cấp số nhân về các loại ấn phẩm khoa học đã xảy ra, dẫn đến rất nhiều tạp chí, sách và chuyên khảo chuyên về chủ đề này cũng như nhiều mạng lưới và tô chức khoa học quan tâm. Hom nữa, các nguyên tắc của HHX đã được đưa vào chương trình giảng dạy của các nhà hóa học và kỹ sư hóa học như là một phần của các môn học trong nghiên cứu đại học cũng như các khóa học cụ thể, nghiên cứu sau đại học, v.v. và ngày nay là một phần quan trọng trong việc đào tạo các chuyên gia tương lai. 4.2. Lịch sử của Hóa học xanh Ý tưởng về HHX ban đầu được phát triển như một phản ứng đối với Đạo luật Ngăn ngừa Ô nhiễm năm 1990, trong đó tuyên bố rằng chính sách quốc gia của Hoa Kỳ nên loại bỏ ô nhiễm bằng cách cài tiến thiết kế (bao gồm các thay đổi hiệu quả về chi phí trong sản phẩm, quy trình, sử dụng nguyên liệu thô và tái chế) thay vì xử lý và thải bỏ. Mặc dù Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (Environmental Protection Agency, EPA) được biết đến như một cơ quan quản lý, nhưng cơ quan này đã bỏ cách tiếp cận “chỉ huy và kiểm soát” trong việc thực hiện cái chương trình “Hóa học xanh” [1], Đên năm 1991, Văn phòng Phòng chổng Ô nhiễm và Độc tố của EPA đã khởi động một chương trình tài trợ nghiên cứu khuyến khích thiết kế lại các sản phẩm và quy trình hóa chất hiện có để giảm tác động đến sức khỏe con người và môi trường. EPA, hợp tác với Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (National Science Foundation, NSF), sau đó đã tiến hành tài trợ cho nghiên cứu cơ bản về HHX vào đầu những năm 1990. Sự ra đời của Giải thưởng “Thách thức Hóa học Xanh” hàng năm vào năm 1996 đã thu hút sự chú ý đến cả những câu chuyện thành công vê HHX trong công nghiệp và học thuặt. Chương trình Giải thường và các công nghệ mà nó nêu bật hiện là nền tảng cùa chương trình giáo dục HHX [1], 151 VÕ VIỄN Từ giữa đến cuối những năm 1990 đã chứng kiến sự gia tăng số lượng các cuộc họp quốc tế dành cho HHX, chẳng hạn như Hội nghị nghiên cứu Gordon về HHX, các mạng lưới HHX được phát triển ở Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Tây Ban Nha và Ý. Đến năm 1998, 12 Nguyên tắc HHX được đề xuất, cung cấp cho lĩnh vực mới một bộ hướng dẫn rõ ràng để phát triển hơn nữa. Năm 1999, Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh ra mắt tạp chí Hóa học Xanh của mình [1]. Trong nhiều thập kỷ qua, các mạng lưới quốc gia đã phát triển mạnh mẽ, các vấn đề đặc biệt dành cho HHX đã xuất hiện trên các tạp chí lớn và các khái niệm HHX tiếp tục có đ ...