BÀI GIẢNG HÓA HỌC XANH

Giới thiệu môn học − Vận dụng được XANH trong lãnh vực nghiên cứu  Thiết kế sản phẩm hay dây chuyền công nghệ, ….. − Trình bày, phân tích, giải thích được:  Vấn đề môi trường ảnh hưở

HÓA HỌC XANH

TS Lê Thị Thanh Hương

1.2016

Nội dung

1 Giới thiệu môn học

2 Phương pháp giảng dạy & Đánh giá môn học

3 Kế hoạch giảng dạy

4 Nội dung môn học

5 Tài liệu tham khảo

1 Giới thiệu môn học

− Vận dụng được XANH trong lãnh vực nghiên cứu

 Thiết kế sản phẩm hay dây chuyền công nghệ, …

− Trình bày, phân tích, giải thích được:

 Vấn đề môi trường ảnh hưởng đến phát triển bền vững

 Định nghĩa lịch sử phát triển của hóa học xanh

 Những nguyên lý, nguyên tắc của hóa học xanh

2 Phương pháp giảng dạy & đánh giá

 Giảng bài

 Đọc bài trước ở nhà

 Dịch tài liệu

 Dự lớp: trên 80%

 Thảo luận theo nhóm, làm bài tập

 Kiểm tra thường xuyên: viết 02 bài tiểu luận

 Thi giữa học phần: tự luận

 Thi kết thúc học phần: tự luận

3 Kế hoạch giảng dạy

dạy Thời gian

1

Giới thiệu môn học & phương pháp giảng dạy 1

2/8/2016 Chương 1: Lịch sử và quá trình phát triển của hóa học

2

Chương 1: Lịch sử và quá trình phát triển của hóa học

Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của hóa học xanh 2

3 Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của hóa học xanh 3 16/8/2016

4

Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của hóa học xanh 2

23/8/2016

5 Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của kỹ thuật xanh 3 30/8/2016

3 Kế hoạch giảng dạy

dạy Thời gian

6 Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của kỹ thuật xanh 3 6/9/2016

7 Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của kỹ thuật xanh 3 13/9/2016

8 Chương 3: Đánh giá các tác động đến môi trường (LCA) 3 27/9/2016

9 Chương 3: Đánh giá các tác động đến môi trường (LCA) 3 4/10/2016

10 Chương 3: Đánh giá các tác động đến môi trường (LCA) 3 11/10/2016

3 Kế hoạch giảng dạy

dạy Thời gian

11

Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học 2

18/10/2016

12 Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học: 3 25/10/2016

13 Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học 3 1/11/2016

14 Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học 3 8/11/2016

15 Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học 3 15/11/2016

THI CUỐI KỲ 1 22/11/2016

4 Nội dung môn học

1 Chương 1: Lịch sử và quá trình phát triển của hóa học xanh

2 Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của HHX và KTX

3 Chương 3: Đánh giá tác động của sản phẩm đến môi trường (LCA)

4 Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học

5 Tài liệu tham khảo

SÁCH:

1 Phan Thanh Sơn Nam, Hóa học xanh, NXB ĐHQG TPHCM, 2014

2. Mike Lancaster, Green Chemistry: An Introductory Text, The Royal Society

6. S Armenta, S Garrigues, M de la Guardia, Green Analytical Chemistry,

Trends in Analytical Chemistry, Vol 27, No 6, 2008

7. M De La Guardia, S Armenta (Ed), Green Analytical Chemistry: Theory &

Practice, Elsevier, 2011

8. Gadi Rothenberg, Catalysis: Concepts and Green Applications, Wiley-VCH

Verlag GmbH & Co KgaA, 2008

5 Tài liệu tham khảo

Chương 1: Lịch sử và quá trình phát triển

của hóa học xanh

1.1 Các vấn đề về môi trường

 5 yếu tố chính của môi trường:

− Liên quan, tương tác chặt chẽ với nhau

− Trao đổi chất và năng lượng

 Hoạt động của con người sẽ có tác

− Khai thác dầu khoáng, khoáng sản

− Sản xuất công nghiệp

− Sinh hoạt

− Giao thông

− …

Environmental issues are any such issues created due to human activities and cause

harm to the environment

 Ảnh hưởng của ô nhiễm tiếng ồn:

 Ảnh hưởng của ô nhiễm không khí (air pollution):

 Wangjing Soho, khu trung tâm thương mại nổi tiếng Bắc Kinh, chìm trong màu xám ảm đạm

 Ánh đèn phát ra từ điện thoại di động còn sáng hơn

cả màu trời Bắc Kinh

 Mặc áo trùm khăn kín mặt khi đi ngoài đường Bắc Kinh khuyến cáo người dân không nên ra khỏi nhà

 Ảnh của NASA cho thấy một vùng trắng bao phủ Bắc Kinh và lan rộng khắp các tỉnh miền Bắc Trung Quốc

Ô nhiễm báo động ở Bắc Kinh vì ô nhiễm từ

chất thải nhiệt điện và công trình xây dựng

 1 nghệ sĩ Trung Quốc đã dùng máy hút bụi để hút 'mù khô' ở Bắc Kinh trong

 Ai nín thở đếm tiền được

Khảo sát độ pH nước mưa của Mỹ

Mưa axit ở châu Âu

 Ảnh hưởng của ô nhiễm nước (water pollution):

− Nước trên bề mặt

− Nguồn nước ngầm

− Sức khỏe con người

− Phân bố hệ sinh thái

 Chất lượng của nước:

− DO

− Khuẩn

− Chất vô cơ và hữu cơ

 Ảnh hưởng của ô nhiễm đất (land pollution):

 Ảnh hưởng của ô nhiễm ánh sáng (light pollution):

− Tâm lý, lo lắng

− Tăng huyết áp

− Tăng khả năng ung thư vú

 Ảnh hưởng của ô nhiễm phóng xạ (radioactive pollution):

− Gây ra ung thư da, xương, máu

− Các bệnh về mắt

Sự thay đổi phân bố các loài hệ sinh thái

 Thảm họa do con người

1969: Cháy vệt dầu loang ở Ohio

Trung tâm công nghiệp Widnes ở

Tây Bắc nước Anh cuối thế kỷ 19

Widnes 120 năm sau: môi trường

sống đã được cải thiện

1984: Thảm họa công nghiệp lớn nhất thế giới

− Pesticide Plant in Bhopal

− Rò rỉ 40 tấn khí Metyl Isocyanat (MIC) s

− Làm chết 2,500 - 5,000 người chỉ trong 1 giờ

3 2005: Nổ nhà máy lọc dầu của BP ở Texas

7.1988: Cháy đường ống dẫn dầu Alpha (UK)

11 2005: Cháy kho xăng dầu của Buncefield UK

1976: Rò rỉ hóa chất có dioxin, Ý

Thảm họa lũ lụt

Thảm họa hạn hán

Sa mạc hóa

 Biến đổi khí hậu

Dự báo của NASA về độ tăng nhiệt độ toàn cầu

pH nước biển giảm làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển

Ảnh hưởng đến nền kinh tế

− 8/12/2015 ở Bắc Kinh: chỉ số PM2.5 là 291 mg/m3 so với mức an toàn của Tổ chức Y tế Thế giới là 25 mg/m3

− Bụi mù bao trùm Bắc kinh

− Một số khu vực có tầm nhìn chỉ 200m

− Bắc Kinh phải ban hành báo động cam (mức cao thứ 2/4)

Ảnh Bắc Kinh trước và sau 1 ngày

− 5/1/2016 tại thị trấn Pác Miều, Bảo Lâm, Cao Bằng: vỡ bể chứa, hàng trăm nghìn m3 nước và bùn thải chì, kẽm tràn ra ngoài,

chảy xuống sông Gấm

Ảnh Bắc Kinh trước và sau 1 ngày

− Khu khai thác mỏ quặng bô xít Tân Rai: Bùn đỏ tràn ra đường

Hồ chứa bùn đỏ

Lớp bùn đỏ sau 10 ngày

Thảm họa bùn đỏ ở Hungary

 Bùn đỏ là hỗn hợp gồm Fe, Mn, Al, NaOH dư, …

 Bùn đỏ là chất thải rất độc hại “bùn bẩn, bom bẩn”, pH = 13

do đó có thể tiêu diệt thảm thực vật, hư hại diện tích đất canh tác, làm chết mọi sinh vật như tôm, cá

 4/10/2010: Bể chứa bùn mới được kiểm tra cách 2 tuần đã bị

vỡ khiến biển bùn đỏ tràn ngập các khu dân cư là thảm họa sinh thái lớn nhất trong lịch sử chế biến Al

 1.000.000 m3 bùn ngập 40 km2 khu dân cư

 Biện pháp xử lý là dẫn bùn đỏ vào đất canh tác sau đó thay đất và hoàn thổ

 Nguyên nhân biến đổi khí hậu

– Tia sóng ngắn bị phản xạ thành sóng dài

– Tia UV: bị O3 hấp thu

– Tia IR: CO2 và hơi nước hấp thu và lưu giữ

– Ánh sáng nhìn thấy:

o Bị hấp thu bởi nước, cây, đất: sinh ra IR

o Một phần IR bị giữ bởi các khí nhà kính

• Lượng khí nhà kính tăng do hoạt động của con người

 IR giữ lại nhiều

 nhiệt độ Trái đất tăng

• Tầng ozon bị mỏng hoặc thùng

 Tia UV chiếu trực tiếp đến Trái đất

− Lớp CO2 : giữ nhiệt lượng của Trái Đất

− 0,036 % CO2 làm nhiệt độ tăng khoảng 30 oC

− Không có hiệu ứng nhà kính: nhiệt độ Trái Đất khoảng – 15 oC

Lượng khí nhà kính tăng

Khí Dự báo Hiện nay

CO2 280 ppm 387 ppm

CH4 700 ppb 1,745 ppb NOx 270 ppb 314 ppb CFCs 0 533 ppt

Mức độ các nguồn gây ra khí nhà kính ở Mỹ (1990 – 2004)

Tại sao tầng ozon bị thủng?????

X + O3 → XO + O2

XO + O → X + O2

X: NO, OH, Cl, Br

1.2 Ảnh hưởng của các vấn đề về môi trường

 Sức khỏe con người

 Giảm chất lượng cuộc sống

− Ảnh hưởng đến chăn nuôi, trồng trọt

− Môi trường sống: chất lượng nguồn nước, không khí, …

 Thiệt hại về kinh tế

− Chi phí chữa khám, phòng, chữa bệnh

− Chi phí cải thiện môi trường

− Việt Nam (5,5 % GDP): 3,9 tỷ USD/2007, 4,2 tỷ USD/2008

− Châu Âu: 100 tỷ EU/năm

− Trung Quốc: 100 – 300 tỷ USD/2014

 Phát triển không bền vững

“Development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs”

 Mục tiêu phát triển bền vững

− Môi trường + kinh tế: kinh tế bền vững

− Môi trường + xã hội: môi trường tự nhiên bền vững

− Xã hội + kinh tế: xã hội công bằng

 Hóa học xanh và phát triển bền vững

− Là công cụ kỹ thuật giải quyết phát triển bền vững môi

trường và kinh tế hiệu quả

− Liên quan trực tiếp đến môi trường và tài nguyên thiên nhiên

 Thương mại quốc tế

 Khai thác tài nguyên

1.4 Định nghĩa Hóa học xanh

 Hóa học xanh xuất phát từ các kiến nghị của Hiệp ước Phòng chống ô nhiễm được Quốc hội Hoa Kỳ thông qua vào 1990

 Định nghĩa:

Hóa học xanh là một loạt những nguyên tắc hiệu quả nhằm

giảm thiểu hoặc hạn chế việc sử dụng hoặc tạo ra các chất

độc hại trong thiết kế, sản xuất và ứng dụng các sản phẩm

hóa học

“Green Chemistry is the utilization of a set of principles that

reduces or eliminates the use or generation of hazardous substances in the design, manufacture and applications of chemical products”

“Green chemistry, also known as sustainable chemistry, is the

design of chemical products and processes that reduce or eliminate the use or generation of hazardous substances.”

 Đặc trưng của hóa học xanh:

− Hóa học phát triển bền vững

− Giảm thiểu chi phí, chất thải, nguyên vật liệu, năng lượng, rủi ro và độc hại

− Ngăn ngừa ô nhiễm tại nguồn

− Áp dụng cho cả chu kỳ sống của sản phẩm: thiết kế, sản xuất và sử dụng

 Ví dụ của hóa học xanh: tổng hợp PLA

− 1997: Cargill Dow Polymers LLC

− Acid lactic → polylactid (PLA): polyeste béo nhựa nhiệt dẻo

− Làm bao bì (thay cho PET), màng gói thực phẩm, sợi và các

vật liệu không dệt, (đồ lót, áo khoác ngoài), công nghiệp (xây dựng, nông nghiệp, lâm nghiệp, giấy), y tế

− Có thể phân hủy sinh học

− Có nguồn gốc từ nguồn tái tạo: tinh bột ngô, rễ sắn, khoai tây,

tinh bột, mía

− 2010: PLA tiêu thụ thứ hai trong chất dẻo sinh học

− Phản ứng tổng hợp xanh:

o Nguyên liệu từ sản phẩm nông nghiệp

o Không tạo ra muối thải và sản phẩm phụ

o Sản phẩm không độc, dễ bị phân huỷ sinh học

o Sản phẩm bị thuỷ phân thành etanol và acid lactic (dùng trong thực phẩm)

Phân hủy PLA

 Phương pháp tổng hợp PLA:

− Truyền thống từ sản phẩm dầu hỏa

− Nguồn sinh khối

 2002, Cargill Dow (Natureworks) được trao giải “Điều kiện phản ứng xanh hơn” Greener Reaction Conditions Award

 Chu trình tổng hợp xanh

Packaging Catering

Technical material Agriculture

Consumer goods

Construction materials

others

2020

Các lãnh vực ứng dụng của PLA được sản xuất từ nguồn tái tạo

1.5 Các giai đoạn phát triển của Hóa học xanh

 1991: P.T Anastas đề cập đến sự phát triển bền vững của hóa học và kỹ thuật hóa học trước chính phủ, các nhà

nghiên cứu và giới công nghiệp

 1995: công bố giải thưởng Hóa học xanh hằng năm của Tổng thống ở Mỹ và các nước châu Âu

 1996: Hiệp hội Hóa học xanh ra đời ở châu Âu

 1998, Paul T Anastas và John C Warner thuộc Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã đề ra 12 nguyên tắc nền tảng cho Hóa học xanh

 2001, Winterton giới thiệu 12 nguyên tắc khác

 2005, Tang, Smith và Poliakoff rút gọn 12 nguyên tắc lại thành thuật ngữ PRODUCTIVELY để dễ nhớ

Aqueous Solvents

ALL CHEMISTRY ALL SECTORS

Tốc độ tăng trưởng của các ngành Công nghệ hóa học bền vững

ALL CHEMISTRY ALL SECTORS

1.6 Kỹ thuật xanh (green engineering)

 Định nghĩa:

Kỹ thuật xanh là những thái độ, giá trị và những nguyên tắc có nhận

thức về môi trường kết hợp với thực tế của khoa học, kỹ thuật và công

nghệ hướng trực tiếp đến việc cải thiện chất lượng môi trường toàn cầu và khu vực

Green Engineering can be defined as environmentally conscious attitudes, values, and principles, combined with science, technology, and engineering practice, all directed toward improving local and global environmental quality

 EPA, Office of Pollution Prevention and Toxics (US):

GE là sự phát triển và thương mại hóa các quá trình công nghệ có tính

khả thi về kinh tế và giảm thiểu các rủi ro cho sức khỏe con người và môi trường

Green Engineering is the development and commercialization of industrial processes that are economically feasible and reduce the risk to human

health and the environment

 Thách thức của GE trong giải quyết các vấn đề môi trường

− Ngăn chặn ô nhiễm

− Giảm thiểu rủi ro

− Khai thác cạn kiệt các nguồn tài nguyên

− Tận dụng nguyên liệu hiệu quả

 GE trong công nghệ Hóa học

− CNHH liên quan hầu hết các lãnh vực công nghiệp sản xuất

tiêu dùng, quân sự, hàng không,

− CNHH tham gia giải quyết các vấn đề môi trường

− Sản phẩm CNHH đóng góp nâng cao chất lượng cuộc sống

− CNHH tạo ra việc làm, chăm sóc và bảo vệ sức khỏe

 Các giai đoạn của kỹ thuật xanh:

− 2001 tại Virginia (USA): hội nghị „Kỹ thuật xanh: kỹ thuật bền vững và kỹ thuật có nhận thức về môi trường‟ (Green Engineering: Sustainable and Environmetally Conscious Engineering

− 2003 tại Floria (USA):

o Hội nghị thảo luận về nguyên tắc xanh

o Nguyên tắc kỹ thuật xanh do Paul Anastas và Julie Zimmermans đề nghị đã nhận được nhiều ủng hộ

 Đặc trưng của kỹ thuật xanh:

Tập trung vào việc thiết kế vật liệu, sản phẩm, quy trình,

hệ thống mới thân thiện với môi trường và con người

 Vai trò của hóa học xanh và kỹ thuật xanh đối với phát triển bền vững:

Dựa vào việc nhận thức về vòng đời đưa đến các nguyên tắc nguyên lý để đạt được mục tiêu kinh tế và xã hội bền vững

Green chemistry relies upon lifecycle thinking to bring their concepts to fruition; it serves to achieve the ultimate goal of a sustainable economy and society

1 Alternative synthetic pathways

2 Alternative reaction conditions

3 Design of safer chemical

4 Small business

5 Academic investigator

US EFA Presidential green Chemistry Award

http://www.epa.gov/greenchemistry

Câu hỏi

1 Các vấn đề môi trường, nguyên nhân và hệ quả của nó

2 Định nghĩa, phân biệt hóa học xanh và kỹ thuật xanh

3 Vai trò của hóa học xanh và kỹ thuật xanh đối với phát

triển bền vững