Hóa học xanh và ứng dụng trong sản xuất Oligonucleotide

- Có thể lựa chọn và kết hợp 12 nguyên tắc của hóa học xanh vào những trường hợp thực tế nhằm mục tiêu giảm phát thải, an toàn, cải thiện môi trường và đảm bảo sức khỏe cộng đồng, trong đó việc áp dụng được thực hiện trong các trường hợp sau: + Kỹ thuật sẵn có tốt nhất (BAT); + Thiết kế vì môi trường; + Ngành sản xuất hoặc xây dựng khu công nghiệp thân thiện môi trường. Việc kết hợp này sẽ nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường và lợi ích kinh tế trong sản xuất. - Thực tế, nhận thức về việc ứng dụng hóa học xanh và các nguyên tắc chưa được đầy đủ ở các tổ chức, doanh nghiệp, cá nhân liên quan.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

oOo

CHUYÊN ĐỀ NHÓM 2

HÓA HỌC XANH VÀ ỨNG DỤNG TRONG

SẢN XUẤT OLIGONUCLEOTIDE

MÔN HỌC : QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP

GVHD : NGƯT GS TS LÊ THANH HẢI

HỌC VIÊN : 1 ĐINH KIM CHI

2 NGUYỄN HỮU NAM

3 NGUYỄN VŨ PHONG

4 TRƯƠNG HOÀNG PHÚC

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2018

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 4

DANH MỤC CÁC HÌNH 4

1 MỞ ĐẦU 5

1.1 Đặt vấn đề 5

1.2 Mục tiêu của chuyên đề 6

1.3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 6

1.3.1 Cách tiếp cận: 6

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu: 6

1.4 Phân công thực hiện 7

2 TỔNG QUAN VỀ HÓA HỌC XANH 7

2.1 Khái niệm về hóa học xanh 7

2.2 Tổng quan tài liệu 7

2.3 Findings 49

2.4 Lợi ích và cản ngại của hóa học xanh 12

2.4.1 Lợi ích sức khỏe 12

2.4.2 Lợi ích về khía cạnh môi trường 13

2.4.3 Lợi ích về kinh tế 13

2.4.4 Trở ngại trong việc chuyển đổi quy trình sạch 14

2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC XANH 15

3 CÁC NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN HÓA HỌC XANH 17

3.1 Nguyên tắc 1 – Ngăn ngừa chất thải (Waste Prevention) 17

3.2 Nguyên tắc 2 – Thiết kế hóa chất và sản phẩm an toàn hơn (Design safer chemicals and products) 20

3.3 Nguyên tắc 3 – Thiết kế những hóa chất tổng hợp ít nguy hại hơn (Design less hazardous chemical syntheses) 26

3.4 Nguyên tắc 4 – Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh (Use of renewable feedstocks) 28

3.5 Nguyên tắc 5 – Sử dụng chất xúc tác thay vì chất phản ứng lượng pháp (Use catalysts, not stoichiometric reagents) 30

3.6 Nguyên tắc 6 – Tránh sử dụng những dẫn xuất hóa học (Avoid chemical derivatives) 31

3.7 Nguyên tắc 7 – Chuyển đổi tối đa lượng nguyên tử tham gia phản ứng vào sản phẩm (Maximize atom economy) 32

3.8 Nguyên tắc 8 – Sử dụng dung môi và điều kiện phản ứng an toàn hơn (Use safer solvents and reaction conditions) 38

3.9 Nguyên tắc 9 – Gia tăng hiệu suất năng lượng (Increase energy efficiency) 40

3.10 Nguyên tắc 10 – Thiết kế hóa chất và sản phẩm để có thể phân rã sau sử dụng (Design chemicals and products to degrade after use) 43

3.11 Nguyên tắc 11 – Phân tích trong nội quy trình tức thời để ngăn ngừa ô nhiễm (Analyze in real time to prevent pollution) 45

3.12 Nguyên tắc 12 – Tối thiểu hóa tiềm năng xảy ra rủi ro (Minimize the potential for accidents) 47

4 ỨNG DỤNG HÓA HỌC XANH TRONG SẢN XUẤT OLIGONUCLEOTIDE[8] 49

4.1 Thay thế nucleosides trích xuất từ cá bằng các thành phần tổng hợp 50

4.2 Loại bỏ dung môi và chất thải gốc halogen từ quá trình sản xuất 51

4.3 Sử dụng pyridinium trifluoroacetat nhờ hoạt động an toàn hơn so với 1H-tetrazole 51

4.4 Cải thiện hiệu quả nguyên tử bằng cách thu hồi nhóm bảo vệ 4,4-dimethoxytrityl và amidite dư 52

4.5 Phát triển các hóa chất hỗ trợ rắn tái sử dụng để tổng hợp oligonucleotide 52

4.6 Giảm tổng mức tiêu thụ dung môi và tác động của nó trên dòng thải 53

4.7 Quy trình để phân tách an toàn hơn cho nhóm bảo vệ 54

4.8 Sử dụng nước thay vì dung môi hữu cơ cho sắc ký 54

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

KDC : Khu dân cư

KC&CN : Khoa học và Công nghệ

(Life cycle assessmentLHQ : Liên Hợp Quốc

OECD : Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế

(Organization for Economic Cooperation and Development)QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TN&MT : Tài nguyên và Môi trường

TP.HCM : Thành phố Hồ Chí Minh

US-EPA : Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ

(United States Environmental Protection Agency)VGI : Viện Hóa học Xanh

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Phân công thực hiện chuyên đề 7

Bảng 2 Các phương pháp hóa học xanh [21] 15

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 Dự báo tăng trưởng sản xuất hóa chất toàn cầu [15] 5

Hình 2 Sơ đồ các bước tổng hợp oligonucleotide 50

Hình 3 Nguồn nguyên liệu thô cho oligonucleotides 50

Hình 4 Tái sử dụng hóa chất hỗ trợ dạng rắn 53

1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Trong nỗ lực cải thiện bảo vệ cây trồng, sản phẩm thương mại và thuốc men đãgây ra thiệt hại không mong muốn cho hành tinh và con người của chúng ta Một sốtác động tiêu cực lâu dài là ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí, hệ sinh thái Một số hóa chất sử dụng phổ biến đã bị nghi ngờ gây ra hoặc liên quan trực tiếp đếnung thư ở người và các kết cục sức khỏe con người và môi trường bất lợi khác NhiềuChính phủ bắt đầu điều chỉnh việc tạo và thải bỏ chất thải công nghiệp và khí thải

Khái niệm hóa học xanh hóa được phát triển trong các cộng đồng kinh doanh vàquản lý như một sự tiến hóa tự nhiên của các sáng kiến phòng chống ô nhiễm Hóa họcxanh nghĩa là thiết kế, phát triển và ứng dụng các sản phẩm hóa chất cũng như các quátrình sản xuất, tổng hợp hóa chất nhằm giảm thiểu hoặc loại trừ việc sử dụng các chấtgây nguy hại tới sức khỏe cộng đồng và môi trường

Hóa học xanh bắt đầu thu hút sự quan tâm từ năm 1990 khi Luật ngăn ngừa ônhiễm ra đời, khái niệm hóa học xanh được nhà hóa học hữu cơ Paul T Anastas, địnhnghĩa lần đầu tiên Năm 1991, Chương trình Hóa học xanh bắt đầu được triển khaithực hiện ở qui mô rộng rãi và phổ biến hơn Để tuyên truyền và phổ biến áp dụng hóahọc xanh, rất nhiều quốc gia đã thành lập Giải thưởng Hóa học xanh như tại Anh,Australia, Italia, Đức,…

Tại Mỹ, sản xuất hóa chất toàn cầu được dự đoán sẽ tiếp tục tăng trưởng khoảng 3% mỗi năm, nhanh chóng vượt qua tốc độ tăng trưởng dân số toàn cầu, ướctính ở mức 0,77% mỗi năm, với tốc độ tăng gấp đôi 24 năm từ năm 2000, nhanh chóngvượt qua tốc độ tăng dân số toàn cầu Sự tăng trưởng này sẽ phân phối trên toàn cầu cảlợi ích lẫn sức khỏe và hậu quả môi trường của các công nghệ hóa học công nghiệp

-Hình 1 Dự báo tăng trưởng sản xuất hóa chất toàn cầu [15]

Đứng trước những thách thức này, Hóa học xanh sẽ là một hướng đổi mới quantrọng để mục tiêu hướng tới sự phát triển bền vững Trên thực tế, việc áp dụng nhữngnguyên lý thân thiện môi trường của hóa học xanh đã và đang góp phần giúp ngành

hóa chất đi theo hướng phát triển bền vững, mang lại những lợi ích tích cực cả về kinh

tế, môi trường và xã hội cho nhân loại Cuộc cách mạng hóa học xanh đang cung cấp

một số lượng lớn thách thức cho những người thực hành hóa học trong công nghiệp,giáo dục và nghiên cứu Tuy nhiên, với những thách thức này, có một số cơ hội nhưnhau để khám phá và áp dụng hóa học mới, để cải thiện nền kinh tế của sản xuất hóachất và để tăng cường hình ảnh hóa học Trong tương lai, nhà hóa học cần phải quantâm đến chất thải được tạo ra như sản phẩm được tạo ra Ngoài ra, các nhà nghiên cứuhóa học và giáo dục thành công hơn sẽ là những người có thể đánh giá cao giá trị củahóa học xanh trong đổi mới, ứng dụng và giảng dạy [11]

Dưới đây là những nét chính liên quan đến khái niệm, tình hình phát triển, hiệuquả và khả năng áp dụng hóa học xanh trong các lĩnh vực sản xuất, nghiên cứu, giáodục, đào tạo cũng như sử dụng hóa chất

1.2 Mục tiêu của chuyên đề

Nghiên cứu (12) nguyên tắc của hóa học xanh và ứng dụng trong sản xuấtoligonucleotide để nâng cao năng suất, tiết kiệm năng lượng, giảm sử dụng hóa chấtđộc hại, thân thiện với môi trường

1.3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Cách tiếp cận:

Tiếp cận vấn đề nghiên cứu từ các nội dung về hóa học xanh tại chương 3, Giáotrình Quản lý môi trường công nghiệp của GS.TS Lê Thanh Hải, NXB Đại học Quốcgia Tp Hồ Chí Minh

Từ thực tiễn sản xuất của một số ngành trong các lĩnh vực hóa chất, sản xuấtvật liệu, nông nghiệp, xử lý môi trường; các thông tin từ các website, các bài báo khoahọc, nhóm làm chuyên đề xác định các vấn đề phù hợp để trình bày trong chuyên đề vềhóa học xanh

1.4 Phân công thực hiện

Danh sách các học viên tham gia thực hiện chuyên đề “Hóa học xanh” được

trình bày trong bảng 1

Bảng 1 Phân công thực hiện chuyên đề

1 Đinh Kim Chi Tổng quan, findings, lợi ích, cản ngại, các nguyên

2 TỔNG QUAN VỀ HÓA HỌC XANH

2.1.1 Phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp

Là phương pháp thu thập thông tin cần thiết từ những tài liệu, ảnh, các côngtrình nghiên cứu có liên quan đến chuyên đề nghiên cứu Tài liệu thu thập được xử lý,phân tích, phân loại để từ đó xác định những vấn đề cần đánh giá

2.2 Khái niệm về hóa học xanh

Hóa học xanh là thiết kế của sản phẩm hóa chất và quá trình giảm hoặc loại bỏviệc sử dụng hay tạo ra các chất độc hại Hóa học xanh áp dụng trong suốt vòng đờicủa một sản phẩm hóa chất, bao gồm thiết kế, sản xuất, sử dụng và xử lý cuối cùng.Hóa học xanh còn được gọi là hóa học bền vững.[1]

2.3 Tổng quan tài liệu

Cuộc cách mạng hóa học xanh đang cung cấp một số lượng lớn thách thức chonhững người thực hành hóa học trong công nghiệp, giáo dục và nghiên cứu Tuy nhiên,với những thách thức này, có một số cơ hội như nhau để khám phá và áp dụng hóa họcmới, để cải thiện nền kinh tế của sản xuất hóa chất và để tăng cường hình ảnh hóa học.Trong tương lai, nhà hóa học tổng hợp sẽ cần phải quan tâm đến hiệu suất nguyên tửnhư là tuyến đường tổng hợp và nhà hóa học quá trình sẽ cần phải quan tâm đến chấtthải được tạo ra như sản phẩm được tạo ra Ngoài ra, các nhà nghiên cứu hóa học vàgiáo dục thành công hơn sẽ là những người có thể đánh giá cao giá trị của hóa học

xanh trong đổi mới, ứng dụng và giảng dạy (James H.C., 1999) Trong thời gian từ khi

hóa học xanh ra đời, hóa học xanh đã chứng minh cách các phương pháp khoa học cơbản có thể bảo vệ sức khỏe con người và môi trường trong sự phát triển của kinh tếtoàn thế giới Những tiến bộ trong hóa học xanh giải quyết cả những mối nguy hiểm rõràng và những mối liên hệ với những vấn đề toàn cầu như biến đổi khí hậu, sản xuấtnăng lượng, nguồn cung cấp nước an toàn và đầy đủ, thực phẩm sản xuất và sự hiệndiện của các chất độc hại trong môi trường Thách thức về tính bền vững sẽ được đápứng với công nghệ mới cung cấp cho xã hội các sản phẩm chúng ta phụ thuộc mộtcách có trách nhiệm với môi trường Sự phát triển của hóa học xanh trong quá khứthập kỷ cần tăng ở tốc độ tăng tốc nếu phân tử khoa học là để đáp ứng những tháchthức về tính bền vững Người ta nói rằng cuộc cách mạng trong một ngày trở thànhchính thống mới của kế tiếp Khi 12 nguyên tắc của Hóa học xanh được kết hợp đơn

giản như một tích phân một phần của hóa học hàng ngày, sẽ không còn là nhu cầu nữa

để lấy nét, làm nổi bật và biệt danh của màu xanh lục hóa học Và khi ngày đó đến,

những thách thức hóa học sẽ gặp không thể tưởng tượng được (Paul T.A và Mary

M.K., 2002)

Ứng dụng công nghệ để giảm thiểu việc sử dụng các nguyên liệu có hại trongthiết kế và phát triển, do đó đây là một phương pháp tiếp cận mới để giảm bớt ônhiễm Ứng dụng công nghệ nano là ví dụ điển hình, nghiên cứu do Hội Hoàng gia vàHoàng gia ủy nhiệm Học viện Kỹ thuật ở Anh năm 2003 đã phát hiện ra rằng côngnghệ nano không có rủi ro về sức khỏe và an toàn mới Nó làm nổi bật những bất trắc

về những tác động tiềm tàng lên con người sức khỏe và môi trường của các hạt nanođược sản xuất và ống nano nếu chúng được tự do và không được tích hợp vào vật chất.Cho đến gần đây, những phát triển ngoạn mục trong công nghệ nano đã ít quan tâmđến hiệu ứng tiềm năng của chúng đối với sức khỏe con người và môi trường Do khảnăng có các đặc tính khác nhau bằng cách thay đổi kích thước, hình dạng và đặc điểm

bề mặt của hạt nano, các chỉ số hóa học xanh cần được đưa vào các công nghệ nano tại

nguồn (Matthew A.A và cs., 2006)

Trong xử lý ô nhiễm, việc sử dụng một số sinh vật như tảo biển, nấm, bùn hoạttính và bùn tiêu hóa được sử dụng để hấp phụ sinh học các kim loại Tuy nhiên, hiệusuất không cao, độ ổn định sau khi tái sinh không cao Bùn hạt hiếu khí là vật liệu phùhợp để loại bỏ kim loại khỏi nước thải so với các bùn hoạt tính khác Hạt hiếu khíđóng vai trò quan trọng trong việc hấp phụ các hóa chất độc hại do diện tích bề mặtcao, độ rỗng và khả năng lắng đọng tốt Bùn hạt hiếu khí là sản phẩm phụ của quátrình xử lý nước thải đô thị và nó có thể là một chất hấp phụ rẻ tiền và phong phú trongviệc loại bỏ kim loại nặng Khả năng loại bỏ kim loại nặng của nó cao gấp 6 lần so vớithan hoạt tính, đặc biệt là khả năng loại bỏ Cd rất cao Nghiên cứu cho thấy giá trị pHtối ưu cho sự hấp thụ khoảng 4-5 trong khoảng thời gian 20-30 phút Sự hấp thụ củacác kim loại nặng trên bùi hạt hiếu khí có hiệu quả trong việc áp dụng vào mô hình xử

lý nước thải Các hạt tái sinh có thể được tái sử dụng trong ít nhất 4 chu kỳ hấp phụ.Các nhóm chức năng carboxylate, amine và phosphate có trong sinh khối hiếu khí

không khả thi được tìm thấy là các vị trí hấp phụ chính cho các ion Pb, Cu, Cd (Trung

N.Đ., 2012) Việc xử lý nhằm loại bỏ các kim loại nặng trong nước thải đã được thực

hiện bằng các phương pháp như kết tủa hóa học, trao đổi ion, lọc màng,… Tuy nhiên,các biện pháp này còn tồn tại nhiều hạn chế như phát sinh lượng bùn lớn, chi phí bảodưỡng vận hành cao, hiệu quả thấp khi xử lý kim loại nặng ở nồng độ thấp Kết quảnghiên cứu của Hường P.T.T và cs tại đề tài: Nghiên cứu khả năng loại bỏ niken trongnước bằng vỏ lạc biến tính axit citric đã khảo sát cấu trúc vật liệu hấp phụ tự nhiên vàbiến tính thông qua phổ hồng ngoại FTIR và hình ảnh SEM Kết quả nghiên cứu chothấy vỏ lạc biến tính axit citric có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng trong nước Từkết quả trên mô hình cột hấp phụ, đường cong thoát của nồng độ ion Ni2+ và thời gianbão hòa cột phụ thuộc vào chiều cao cột hấp phụ, nồng độ ion ban đầu và vận tốc dòng

chảy qua cột Khả năng hấp phụ của vật liệu tăng khi tăng chiều cao cột và giảm khi

tăng vận tốc dòng vào và nồng độ ion kim loại ban đầu (Hường P.T.T và cs., 2016).

Nghiên cứu Xử lý nước thải xi mạ bằng phương pháp keo tụ điện hóa sử dụng bể sụckhí với điện cực hình trụ đã xử lý kim loại nặng có trong nước thải xi mạ bằng phươngpháp keo tụ điện hóa Nước thải xi mạ chưa qua xử lý được lấy từ nhà máy xi mạ vớinồng độ cao các kim loại Cr, Ni, Cu, Zn (riêng với Cr, nồng độ tổng của Cr(III) vàCr(VI) lên đến 350 ppm) Mô hình bể thí nghiệm có thể tích 2 L Điện cực sắt hình trụđược sử dụng trong thí nghiệm, quá trình vận hành được sục khí oxygen nguyên chất

99 % nhằm tăng hiệu quả xử lý Kết quả cho thấy rằng pH, mật độ dòng điện, và thờigian xử lý ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý của phương pháp keo tụ điện hóa Hiệusuất xử lý đạt hơn 99,9% đối với tất cả các kim loại nặng trong nước thải khi vận hành

mô hình với mật độ dòng điện 9,4 mA/cm2, thời gian 30 phút tại pH nước thải 5 Kếtquả tối ưu bằng RSM gần như tương đương với kết quả tối ưu bằng thực nghiệm vớimật độ dòng điện 8,79 mA/cm2, thời gian xử lý 30,01 phút và pH 4,95 Ngoài ra,phương pháp này có khả năng xử lý tốt kim loại nặng ở nhiều khoảng nồng độ Điệncực trong quá trình sử dụng bị ăn mòn không đáng kể qua khảo sát quét thế tuần hoàn.Với hiệu quả xử lý cao, cách vận hành đơn giản, không cần tiêu tốn hóa chất, lượngđiện tiêu thụ chỉ 10 kWh/m3, đây là phương pháp triển vọng có thể áp dụng trong việc

xử lý nước thải xi mạ trong thực tế (Hiền T.T và cs., 2016) Nghiên cứu khả năng hấp

phụ niken bằng vật liệu Mn2O3 kích thước nanomet trên SiO2 của Lưu Minh Đại vàcộng sự đã sử dụng vật liệu chứa oxit mangan kích thước nanomet để hấp phụ Ni2 và

từ đó định hướng sử dụng loại vật liệu này để xử lý niken trong môi trường nước thải

Đề tài đã đánh giá khả năng ngâm tẩm Mn2O3 kích thước nanomet trên SiO2 và giá trịcực đại là 8,06% Kết quả xác định cấu trúc, hình thái học của mẫu trước và sau khingâm tẩm Mn2O3 kích thước nanomet cho thấy trên bề mặt vật liệu sau khi ngâm tẩm

có các hạt Mn2O3<30 nm Đã khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ và đánh giá khảnăng hấp phụ Ni2+ của vật liệu Mn2O3/SiO2 kích thước nanomet theo phương trìnhđẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Dung lượng hấp phụ niken cực đại là 3,575 mg/g Đãxác định được tải trọng an toàn của vật liệu chứa Mn2O3 kích thước nanomet khi chạy

trên cột là an toàn = 0,29 mg/g (Đại L.M và cs., 2011) Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm

lượng cadimi và chì trong đất đến khả năng sinh trưởng và hấp thu các kim loại nàycủa cây cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) đã đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng cadimi(Cd) và chì (Pb) trong đất đến khả năng sinh trưởng và hấp thu các kim loại này củacây cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) đồng thời xác định được khả năng loại bỏ chúng

ra khỏi đất chuyên canh rau sau 3 tháng thí nghiệm Kết quả nghiên cứu cho thấy, cây

cỏ mần trầu đều sinh trưởng và phát triển được trong môi trường đất canh tác bị ônhiễm Cd và Pb Tuy nhiên, với hàm lượng Cd và Pb bổ sung khác nhau thì sinh khốicủa cây cỏ mần trầu cũng khác nhau Nếu bổ sung vào đất 200 mg Cd2+/kg đất và3.000 mg Pb2+/kg đất thì sinh khối cây giảm tương ứng là 44,22% và 28,29% so vớiđối chứng Hiệu quả loại bỏ Cd và Pb của cây cỏ mần trầu và khả năng tích lũy Cd và

Pb ở rễ cao hơn ở phần thân lá Khi bổ sung Cd vào đất nhiều thì lượng Cd tích lũy

trong rễ và trong thân lá đều tăng Tuy nhiên, khi hàm lượng Cd cao quá thì khả năngloại bỏ Cd ra khỏi môi trường đất của cây tăng không đáng kể Với hàm lượng Cd bổsung là 100, 200 mg Cd2 /kg đất thì khả năng loại bỏ Cd ra khỏi môi trường đất ở cáccông thức không có sự sai khác nhiều, tương ứng là 2,956; 2,973 mg Cd/cây Khả năngloại bỏ Pb lớn nhất ở công thức bổ sung 3.000 mg Pb2+/kg đất (CT5), đạt 14,36mg/cây So với công thức bổ sung 1.500, 2.000 mg Pb2+/kg đất thì lượng Pb cây lấy rađược khỏi đất ở CT5 tăng không đáng kể Như vậy, đối với đất ô nhiễm Cd hoặc Pb thìcây cỏ mần trầu có thể được sử dụng như một giải pháp hiệu quả, an toàn để xử lý đất

ô nhiễm Cd hoặc Pb tương ứng ở mức khoảng 50-200 mg/kg và 1.500-3.000 mg/kg

(Phương P.T.M và cs., 2018).

Trong vài năm gần đây, việc sản xuất thuốc trừ sâu tổng hợp ngày càng tăng,tác động của ô nhiễm trong các lĩnh vực nông hóa thông qua tiếp xúc trực tiếp hoặcgián tiếp sử dụng thuốc trừ sâu không đúng cách, ảnh hưởng đến động vật và sức khỏecon người Các loại thuốc trừ sâu này cũng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và dẫn đến

sự phú dưỡng của các dòng sông và hồ, và sự chuyển động của các hóa chất độc hại từmôi trường xung quanh thành sinh vật Để giảm thiểu những tác động có hại này, việc

sử dụng nông nghiệp hữu cơ nên được tăng lên thay cho thuốc trừ sâu tổng hợp Hóahọc xanh liên quan đến việc thiết kế và phát triển các sản phẩm và quy trình giảm thiểuhoặc loại bỏ việc sử dụng và tạo ra các hóa chất độc hại đối với môi trường và sứckhỏe con người Các nguyên tắc của hóa học xanh liên quan đến sự phát triển của cácchất xúc tác xanh và sử dụng các thuốc thử không độc hại Hóa học xanh nhấn mạnhviệc sử dụng các phản ứng cải thiện hiệu quả nguyên tử, sử dụng hệ thống dung môi

có thể tái chế không có dung môi hoặc không có môi trường và sử dụng các nguồnnăng lượng tái tạo Trong vài năm qua, để sản xuất nông nghiệp bền vững, sử dụng cácnguồn sinh khối tái tạo tăng lên để tạo ra các sản phẩm thực phẩm có sinh học với đầuvào thấp, chất thải không, giá trị xã hội đáng kể và giảm thiểu tác động môi trường Có

ba khía cạnh chính mà hóa học xanh kết nối với nông nghiệp bền vững Thứ nhất,nguyên tắc hóa học xanh khuyến cáo sử dụng nguyên liệu sinh học hoặc sử dụngnguyên liệu hoặc nguyên liệu thô có thể tái tạo Thứ hai, sử dụng hóa học xanh trong

xử lý tại chỗ bằng cách tương tác với nông nghiệp Cuối cùng, hóa học xanh tạo ra đầu

vào xanh mới cho sản xuất và bảo vệ nông nghiệp bền vững (Suneeta B và Virendra

K., 2018).

Trong lĩnh vực nông nghiệp có một số nghiên cứu liên quan như: Nghiên cứuhiệu ứng của chế phẩm nano bạc tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma phối trộn vớikẽm-EDTA lên nấm Puccinia spp gây bệnh gỉ sắt ở cây hoa cúc đã xác định Chế phẩmnano Ag tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma phối trộn với Zn-EDTA là chế phẩm

có hiệu quả trong phòng và trị bệnh gỉ sắt (bệnh cóc) ở cây hoa cúc Chế phẩm khôngnhững không làm ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của cây hoa mà còn giúp sinhtrưởng mạnh hơn Nghiên cứu cho thấy chế phẩm nano Ag-Zn.EDTA có khả năng thaythế cho một vài loại thuốc hóa học như Daconil, Nativo, Macozeb… đang sử dụng

hiện nay (Hạng N.D và cs 2018) Nghiên cứu chuyển hóa gellan thành gellan khử

acyl nhằm ứng dụng trong chế biến thực phẩm hay dùng tạo màng bao bảo quản quảtươi Kết quả nghiên cứu đã xác định được các thông số công nghệ chuyển hóa gellanthành gellan khử acyl đạt độ deacyl 86%, quy trình có hiệu suất thu hồi là 85,6% Chếphẩm gellan khử acyl thu được của nghiên cứu này có cấu trúc hóa học và các đặc tính

hóa lý tương tự với mẫu chuẩn và mẫu thương phẩm (Hà N.T.H và cs 2018) Nghiên

cứu ứng dụng, phát triển phương pháp phân tích kích hoạt notron hóa phóng xạ và cácphương pháp liên quan để đánh giá sự phân bố hàm lượng các kim loại nặng (As, Cd,

Cu, Hg, Pb, Sb, Zn) trong lúa gạo Việt Nam đã xác định độ nhạy thích hợp để xác địnhcác nguyên tố kim loại nặng trong gạo bằng phương pháp NAA (phân tích kích hoạtnơtron) và GF-AAS (Quang phổ hấp thụ nguyên tử sử dụng lò graphit); phát triển quytrình xác định Cu và Hg bằng phương pháp kích hoạt nơtron có xử lý hóa với kỹ thuậtchiết lỏng – lỏng dựa vào hằng số bền của các phức giữa Cu với ZnDDC/CHCl3 trongmôi trường H2SO4 có nồng độ 0,001-1M và Hg với NiDDC/CHCl3 trong môi trường1M HNO3; thiết lập quy trình tách As và Sb trong mẫu lúa gạo bằng hợp chất hấp phụ

vô cơ Al2O3 trong môi trường HNO3 có nồng độ từ 0,5-2M và Sb được tách ra khỏi Astrong môi trường HCl có nồng độ 9-10M, đây là quy trình mới lần đầu tiên áp dụng tại

Việt Nam (Giằng N., 2011).

Trong lĩnh vực vật liệu, một số nghiên cứu liên quan đế chế tạo vật liệu ứngdụng trong các ngành năng lượng, xử lý ô nhiễm như Vật liệu chuyển pha trữ nhiệtgốc paraphin là đối tượng được nghiên cứu ở nhiều nước, để dùng làm vật liệu chuyểnpha, paraphin có nhiều thuận lợi: nhiệt lượng chuyển pha cao, nóng chảy và đông đặcgần như ở cùng nhiệt độ (không xảy ra hiện tượng quá lạnh khi kết tinh), không cóhiện tượng tách pha, không độc hại và trơ về mặt hoá học Nghiên cứu về chế tạo vậtliệu chuyển pha cho các ứng dụng tiết kiệm năng lượng, trong đó Paraphin chưa xử lýchứa các hydrocarbon no CnHn+2, với n = 21 - 29, có nhiệt lượng chuyển pha cao vànhiệt độ chuyển pha thích hợp cho các ứng dụng ở vùng nhiệt độ 50 – 60oC Biến tínhparaphin nói trên theo hướng pha tạp với hai axit béo lauric và stearic làm giảm nhiệt

độ chuyển pha, thích hợp cho các ứng dụng ở vùng nhiệt độ thấp hơn (35 – 45oC)

(Hiển V.D và Bích P.T.N., 2013) Nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lý asen dạng viên từ

phế thải bùn đỏ từ các nhà máy sản xuất quặng nhôm để ứng dụng xử lý asen trongnước cấp Bùn đỏ được phối trộn với các chất kết dính như laterit, silicagel và theo tỷ

lệ khác nhau để tạo thành các vật liệu dạng viên RS-5, RS-10, RS-15 và TC-20 Vậtliệu TC-20 với tỷ lệ trộn laterit: silicagel là 1:1:0,1 là vật liệu phù hợp để hấp phụ asenvới nguồn nước có nồng độ ô nhiễm asen <150mg/l Theo kết quả chụp X - ray chothấy vật liệu TC-20 có có thành phần khoáng sắt tăng mạnh so với bùn đỏ và lateritthô Vật liệu TC-20 hấp phụ trong khoảng pH tối ưu từ 3,5 - 7, thời gian đạt cân bằng t

= 10 phút Quá trình hấp phụ của vật liệu TC-20 tuân theo mô hình Langmuir với dunglượng hấp phụ cực đại qmax = 8,38 mg/g Hiệu suất hấp phụ của vật liệu cao nhất đạt

99,84% (Thúy P.T và cs., 2016) Trong nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lý ô nhiễm từ

nước thải, nghiên cứu của Phương Thảo và cs đã sử dụng đá ong tự nhiên biến tínhbằng axit HCl 3M và tẩm thêm 2 % hàm lượng lantan đã giúp cải thiện bề mặt vật liệuhấp phụ, nâng cao tải trọng hấp phụ cực đại đối với cả florua (gấp 3 lần) và photphat(gấp đôi) so với vật liệu đá ong nguyên khai ban đầu Khả năng hấp phụ florua và phốtphát tối đa của đá ong kích hoạt được tìm thấy lần lượt là 3,00 mg / g và 5,30 mg / g.

Cả hai sự hấp phụ florua và phốt phát quá trình tốt ở môi trường axit và trung tính và

giảm ở môi trường kiềm (Thảo N.P và cs., 2016) Trong xử lý nước thải hóa chất và

phân bón, vật liệu pyrolusite đã được sửa đổi bằng phương pháp nhiệt và hóa học để

xử lý đồng thời hiệu quả của asen và phốt pho trong nước thải có chứa phân bón vàhóa chất Kết quả nghiên cứu cho thấy ở các giá trị pH là 3, nhiệt biến tính ở 400oC vàtẩm vật liệu trong axit HNO3 7% đã nhận được vật liệu có khả năng hấp phụ phosphate

là tốt nhất (thì hiệu suất xử lý đạt 26,58%) Kết quả hình ảnh SEM cho thấy cấu trúchình thái bề mặt của vật liệu có nhiều thay đổi sau khi tẩm pyrolusite trong dung dịchaxit Nồng độ của các ion photphat là 10 ppm đã giảm xuống dưới mức tiêu chuẩn chophép (QCVN 40: 2011) Hiệu suất xử lí tăng lên gần gấp đôi khi điều chỉnh pH và thờigian cân bằng hấp phụ Quá trình biến tính vật liệu bằng phương pháp hóa học (HNO37%) thì hiệu suất tăng lên đến 59,9% Như vậy quá trình biến tính vật liệu đã có hiệuquả làm tăng khả năng hấp phụ ion photphat của vật liệu pyrolusite Việc đưa thêm cáchợp chất khác như La3+, Ce3+ sẽ hứa hẹn hiệu quả hấp phụ photphat tốt hơn (Huệ N.T.

và cs., 2015) Luận văn thạc sĩ của Bùi Thị Lan Anh đã chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ

dừa bằng phương pháp cacbon hóa để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện Kết quảnghiên cứu cho thấy than cacbon hóa xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa ở nhiệt độ

500oC, thời gian từ 30-50 phút Hiệu suất xử lý amoni phụ thuộc vào pH của dungdịch, trong môi trường pH 7-8 đạt hiệu suất xử lý cao nhất đạt 54,36% Thời gian hấpphụ đạt cân bằng ở t = 30 phút đạt hiệu suất 43,93% Đánh giá được triển vọng củathan cacbon hóa xơ dừa chế tạo so với than hoạt tính thị trường, cụ thể than cacbon

hóa xơ dừa chế tạo đạt hiệu suất cao hơn 56,59 % (Anh B.T.L, 2016).

2.4 Lợi ích và cản ngại của hóa học xanh

- Sản phẩm an toàn: sản phẩm mới, an toàn hơn; sản xuất ra sản phẩm ít phátsinh chất thải (ví dụ: thuốc); một số sản phẩm an toàn hơn sẽ thay thế cho các sảnphẩm độc hại (ví dụ: thuốc trừ sâu, sản phẩm làm sạch)

- Thực phẩm an toàn hơn: loại bỏ các hóa chất độc hại khó phân hủy xâm nhậpvào chuỗi thức ăn; thuốc trừ sâu an toàn hơn chỉ tập trung tiêu diệt cho các loại sâubệnh cụ thể, không gây hại cho các loài thiên địch.

- Hạn chế sử dụng các chất gây rối loạn nội tiết [26]

2.4.2 Lợi ích về khía cạnh môi trường

- Nhiều hóa chất phát thải chủ động trong quá trình sử dụng (ví dụ, thuốc trừsâu), hoặc bằng cách phát tán (bao gồm phát thải trong quá trình sản xuất), hoặc bằngcách thải bỏ được thay thế bằng các loại hóa chất xanh, hóa chất có thể phân hủy thànhcác sản phẩm vô hại hoặc được thu hồi để tái sử dụng

- Cải tiến quy trình sản xuất dẫn đến sản lượng, ít tạo ra các sản phẩm phụ vàdòng thải và giảm việc tiêu thụ nguyên liệu

- Hạn chế hoặc ngăn ngừa phát sinh chất thải vì quá trình xử lý chất thải rất tốnkém, không hiệu quả kinh tế

- Hạn chế sử dụng các hóa chất độc hại gây hại cho sinh vật

- Giảm sự phát thải các loại khí thải, hóa chất gây nóng lên toàn cầu, sự suygiảm tầng ôzôn

- Hạn chế sử dụng bãi chôn lấp, nhất là đối với chất thải nguy hại [26]

2.4.3 Lợi ích về kinh tế

- Áp dụng hóa học xanh nhằm điều chỉnh các chu trình hóa học và sản xuất sảnphẩm theo cách có thể gia tăng cả lợi ích kinh tế lẫn môi trường Việc áp dụng cáccông cụ như LCAs nhằm nghiên cứu dòng vật chất và năng lượng trong chu trình sảnxuất sản phẩm để giúp quản lý các loại hóa chất dễ dàng hơn cũng như giúp tìm ranhững chi phí ẩn liên quan đến sản xuất

- Khi phân tích định lượng các chi phí từ quá trình thải bỏ và xử lý chất thải,mối quan hệ với cộng đồng và pháp lý, các tác động mang tính dây chuyền của việc sửdụng tài nguyên kém hiệu quả, các nhà sản xuất quan tâm đến việc gia tăng lợi nhuận

từ việc áp dụng quy trình sản xuất mới, loại trừ dòng thải Tuy nhiên, xuất phát từ cạnhtranh thương mại, chi phí lớn cho những giải pháp kỹ thuật mới có thể hạn chế quátrình đổi mới công nghệ sản xuất Do đó, nhằm khuyến khích việc đổi mới những quytrình sản xuất thân thiện với môi trường và gia tăng hiệu quả kinh tế, Viện Hóa họcxanh (Green Chemistry Institute) đã tiến hành thu thập và phổ biến dữ liệu có thể địnhlượng được về lợi ích kinh tế và môi trường khi áp dụng những công nghệ hóa họcxanh

- Tạo ra thế chủ động hợp tác: công nghệ hóa học xanh thúc đẩy việc tuân thủcác nguyên tắc, khuyến khích sự hợp tác chủ động trong nhiều lĩnh vực có liên quannhư: nông nghiêp, công nghệ sinh học, sinh học,…

- Nâng cao hiệu suất phản ứng hóa học giúp giảm tiêu thụ nguyên liệu để sảnxuất cùng một lượng sản phẩm

- Giảm các bước tổng hợp tạo ra sản phẩm, cho phép quá trình sản xuất diễn ranhanh hơn, tăng công suất nhà máy, giúp tiết kiệm nước và năng lượng.

- Giảm chất thải giúp giảm các phương pháp xử lý cuối đường ống, từ đó làmgiảm chi phí xử lý chất thải, chất thải nguy hại

- Cho phép thay thế nguồn nguyên liệu thô bằng phụ phẩm của một quy trìnhsản xuất khác

- Sản phẩm hóa học nên được thiết kế để bảo đảm tính hiệu quả của chức năngtrong khi vẫn có khả năng làm giảm độc tính

- Giảm sử dụng các nguồn nguyên liệu hóa thạch như: dầu mỏ, khoáng sản, giatăng sử dụng nguồn nguyên liệu có thể tái tạo giúp tránh giảm nguy cơ về biến độnggiá và chủ động nguồn cung

- Giảm kích thước nhà máy sản xuất thông qua tăng sản lượng

- Dán nhãn sản phẩm sinh thái, giúp tiết kiệm thời gian quyết định mua sảnphẩm góp phần tăng doanh thu các sản phẩm tiêu dùng

- Cải thiện mối quan hệ của các nhà sản xuất hóa chất, giảm mức độ cạnh tranh

của các đối tác và các khách hàng của họ [26]

Từ khi hóa học xanh ra đời, nó đã chứng minh rằng: việc áp dụng các phươngpháp khoa học cơ bản có thể cải thiện sức khỏe và bảo vệ môi trường trong quá trìnhphát triển kinh tế Những tiến bộ trong hóa học xanh giúp giải quyết các nguy cơ hiệnhữu, đảm bảo nguồn cung cấp nước đầy đủ và an toàn, sản xuất năng lượng, sản xuấtthực phẩm, giảm các chất độc hại trong môi trường và các vấn đề toàn cầu khác nhưnóng lên toàn cầu, biến đổi khí hậu Việc ứng dụng hóa học xanh trong hơn một thập

kỷ qua cần được phátp triển hơn nữa để đáp ứng những thách thức ngày càng gia tăng

và phát triển bền vững [16]

2.4.4 Trở ngại trong việc chuyển đổi quy trình sạch

Việc sử dụng những dung môi độc hại trong phòng thí nghiệm và trong quytrình công nghệ sẽ gây mất an toàn, ảnh hưởng đến sức khoẻ của người lao động vàcác nhà nghiên cứu Hóa học xanh nhằm mục đích thay đổi những dung môi độc hạibằng các dung môi khác, ít độc hại hay không độc hại hoặc thay đổi các quy trình tổnghợp, phân tích và tinh chế mà không cần sử dụng dung môi

Do áp lực cạnh tranh và lợi nhuận, việc chuyển đổi các quy trình cũ sang quytrình thân thiện hơn trong tiến trình toàn cầu hóa là một việc không dễ dàng Vì thế,vấn đề “bảo thủ trong sản xuất” là một trong những trở ngại căn bản cho quá trìnhchuyển đổi này

Theo ước tính, nếu một công ty đã nghiên cứu thành công một dây chuyền sảnxuất sạch thì trong giai đoạn “chuyển tiếp”, quá trình sản xuất sẽ bị gián đoạn đến50%, dẫn đến suy giảm lợi nhuận, dẫn đến việc công ty không dễ dàng đánh đổi lợinhuận để thực hiện quá trình chuyển đổi này

Do đó, các công ty sản xuất, ngoài việc nghiên cứu quy trình sạch, cần phảithực hiện song song với việc nghiên cứu về tài chính và thị trường trong quá trìnhchuyển đổi sang một quy trình sạch, thân thiện [26]

 Những điểm “tối” trong hóa học xanh

Chuyển đổi nền hóa học hiện tại qua hóa học xanh là một cuộc cách mạng toàndiện, trong khi, những nhà hóa học và kỹ sư hiện nay đang gặp rất nhiều khó khăntrong công cuộc chuyển đổi này Một lý do cơ bản là hầu như không có một quy trìnhnào làm cơ sở cho nghiên cứu mà chỉ dựa vào sự sáng tạo của cá nhân của người làmnghiên cứu khoa học

Trên lý thuyết, phương pháp “tối đa hóa kinh tế ở mức nguyên tử” (Maximizeatom economy) sẽ được áp dụng để sản xuất ra sản phẩm sau cùng Từ đó có thể kiểmsoát được lượng “nguyên tử nguyên liệu” và “nguyên tử sản phẩm” Theo nguyên tắcnày, thì trong quá trình sản xuất sản phẩm sẽ không có phụ phẩm (by-product) Ví dụ:trong quá trình sản xuất cũ, việc sản xuất thuốc diệt cỏ 2,4,5-T đã sản sinh ra một loạiphụ phẩm nổi tiếng là Dioxin với tỷ lệ là 1/1.000.000 tính theo khối lượng sản phẩm

Vấn đề mấu chốt của việc tổng hợp trên là làm thế nào để đo lường lượng

“nguyên tử nguyên liệu” cho quá trình này Đây chính là một điểm “tối” cơ bản tronghóa học xanh [22]

2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC XANH

Có nhiều phương pháp để “xanh hóa” những công nghệ hóa học, những phươngpháp này có thể thực hiện riêng lẻ hay phối hợp trong các quy trình của công nghệ hóahọc, nhằm mục tiêu làm tăng hiệu suất và giảm lượng thải độc hại Có 04 phương phápchính:

Bảng 2 Các phương pháp hóa học xanh [21]

Cortison là một hormon dùngtrong dược phẩm, có nhiều tácdụng như kháng viêm, chống dịứng, chống mẫn cảm, chốngchoáng và chống ngộ độc Tổnghợp được cortison là một bướcngoặc của ngành công nghiệpdược Tuy nhiên, tổng hợpcortison phải qua 31 bước phứctạp và không kinh tế (1 kgcortison cần đến 615 kg aciddeoxycolic) đẩy giá thuốc lêncao Dùng xúc tác vi sinh vật vàoqui trình sản xuất cortison làmtăng hiệu suất, làm giảm giácortison từ 200 USD/g xuống còn

quan trọng nhất vì tính chấttuyệt đối “xanh” của nó.

6 USD/g và thêm một số cải tiếnchỉ còn dưới 1 USD/g.[21]

môi

xanh

Dung môi xanh không có tính

dễ cháy, không độc với bất kỳdạng sống nào, không có tínhchất gây ung thư, không cókhả năng tạo sương, hay gâyhủy hoại tầng ozone hoặc lànguồn dinh dưỡng cho nước

tự nhiên Dung môi xanh cũngkhông đòi hỏi nguồn nănglượng lớn để sản xuất rachúng hoặc tách loại chúng rakhỏi các chất tan hoặc sảnphẩm Dung môi xanh là loại

có thể được sản xuất từ cácnguồn nguyên liệu có thể táitạo lại được – dung môi sinhhọc

Thay vì dùng các loại dung môiđộc hại, các nhà sản xuất thay thếbằng những dung môi cực kỳ rẻtiền và sẵn có như nước, CO2…Chuyển chúng thành một trạngthái siêu tới hạn, chúng ta đã cómột loại dung môi xanh (siêu tớihạn là trạng thái trung gian củakhí và lỏng) Dùng nước siêu tớihạn trong sản xuất nhựa PET(Polyethylene terephthalate ) làmdung môi thì toàn bộ các hóa chấtnhư p-xylen, acid terephtalic cóthể được hòa tan, không có sảnphẩm thải và không gây hại chomôi trường Phân xưởng sản xuất

CO2 siêu tới hạn công suất 1000tấn/năm đã được đưa vào vậnhành tại Consett, Anh.[21]

3 Vi sóng,

siêu âm

Hóa học xanh ứng dụng siêuâm-vi sóng đóng vai trò quantrọng trong các quy trình hóahọc Chiếu xạ vi sóng-siêu âmlàm tăng hiệu suất phản ứng

và rút ngắn thời gian, giảm sửdụng năng lượng tiêu tốn vàkhông thải các khí độc hại

Để xác định hàm lượng N trongmẫu sữa bò, phương phápKjeldahl (Tiêu chuẩn quốc giaTCVN 8099-1:2009 (ISO 8968-

1 : 2001) về Sữa - Xác định hàmlượng nitơ - Phần 1: Phương phápKjeldahl ) cổ điển phải mất 180phút trong khi phương pháp siêuâm-vi sóng chỉ mất 10 phút.[21]

bị phụ trợ khác như hệ thốnglọc, hệ thống bơm… Các chấtphản ứng hay xúc tác đều phải

ở dạng đồng thể Phản ứngtổng hợp dipeptid được thựchiện trong vi bình phản ứng,hiệu suất 100% chỉ trong 20

Trong quy trình sản xuất thuốcViagra với quy trình chuẩn cần 9bước tổng hợp liên tiếp với hiệusuất thấp, trong đó, phản ứngCloSunfo hóa rất khó tiến hành,hiệu suất khoảng 7,5% và kết quảtạo ra nhiều chất thải Tuy nhiên,khi có sự can thiệp của vi bìnhphản ứng, hiệu suất được cảithiện rất nhiều, khoảng 75% vàchất thải được giảm về mức thấpnhất [12]

phút (quy trình thông thường

là 50% trong 24 giờ)

3 CÁC NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN HÓA HỌC XANH

Mười hai nguyên tắc chung của hóa học xanh được đề xuất đầu tiên bởi hainhà khoa học người Mỹ là Paul Anastas và John Warner vào năm 1998 Các nguyêntắc hóa học xanh ngày nay đã được chi tiết hóa và được bổ sung, tuy nhiên vẫn dựatrên cốt lõi các nguyên tắc này Đây được xem là kim chỉ nam cho các hoạt độngnghiên cứu và sản xuất trong lĩnh vực hóa học

3.1 Nguyên tắc 1 – Ngăn ngừa chất thải (Waste Prevention)

“Phòng ngừa chất thải tốt hơn là xử lý hay làm sạch chất thải sau khi chúng đãhình thành”

- Chi phí xử lý và thải bỏ hợp chất hóa học là một chi phí đáng kể Hợp chấtcàng nguy hại thì chi phí xử lý càng cao

- Một dạng sản phẩm chất thải phổ biến và có khả năng ngăn ngừa nhất lànguyên liệu đầu vào và chất phản ứng không bị biến đổi Có ý kiến cho rằng: “Một khichúng ta thải bỏ chất thải, là đang phải chi trả gấp đôi cho chất đó; một lần là nguyênliệu đầu vào và một lần nữa là chất thải Và do đó sẽ không đạt được bất cứ gì gọi làtính hữu dụng từ hợp chất đó.”

- Thường thì chi phí cho việc thải bỏ chất thải gấp nhiều lần chi phí của nguyênvật liệu ban đầu

- Từ lâu mọi người đều ý thức rằng việc ngăn ngừa tốt hơn là cố gắng giải quyếtvấn đề một khi đã phát sinh Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp hóa chất, những nhàsản xuất, chế biến hóa chất thường tránh né công tác phòng ngừa hơn là phát sinh vì

họ biết cách giải quyết và xử lý những hóa chất đó

Ví dụ 1: Áp dụng hóa học xanh sản xuất Celecoxib thành phần hoạt chất trong Celebrex [19]

Celecoxib là thành phần hoạt chất trong Celebrex, tác nhân kháng viêmCOX-2 được sử dụng rộng rãi Phân tử này được tổng hợp từ một quá trình hợp

lý vào thời điểm đó (sơ đồ) Tuy nhiên, như cầu ngày càng tăng cần một số lượnglớn, cho thấy rằng công việc cải tiến quá trình là cần thiết trong tăng năng suất vàsong song đó là giảm lượng chất thải

Việc chuẩn bị hiện tại của vòng pyrazole (C3H4N2) yêu cầu tái kết tinh để loại

bỏ hydrazin (N2H4) không phản ứng ký hiệu 40 trong sơ đồ và các thuốc hồi quy,được tạo ra trong quá trình tạo vòng cyclization Nhu cầu phản ứng này yêu cầu đáng

kể vào xử lý các chất thải và dung môi, dẫn các nhà hóa học nhắm mục tiêu để tối ưuhóa để giảm dấu chân sinh thái của quá trình

Liên quan đến sự hình thành tạp chất đồng phân ký hiệu 44 ở mức 2% - 3% ,trong quá trình phát triển cho thấy mức độ tạp chất có thể thấp hơn nhiều Các nhà

hóa học phát hiện ra rằng sự có mặt của nước sẽ làm giảm hydrate của diketon, cũng

như nồng độ của hydrazine (N2H4) (hydrat là hợp chất được tạo ra bởi sự thêm vào

của nước hoặc các thành phần của nước thêm vào các nguyên tố của phân tử).

Nồng độ nước đã được giữ ở mức thấp và thêm muối HCl  hydrazine đãgiảm xuống Muối này có độ hòa tan hạn chế trong môi trường không nước cho đếnkhi muối natri của diketone được thêm vào, muối đủ trung hòa để dẫn đến một phảnứng có kiểm soát Phản ứng này làm giảm sự sản sinh chất đồng phân xuống 0,5%,chiết Celecoxib tinh khiết khỏi phản ứng hỗn hợp bằng cách pha loãng đơn giảnbằng nước và làm mát

Sơ đồ so sánh quá trình ban đầu và các quy trình cải tiến cho Celecoxib

Việc sử dụng hai dung môi lành tính (methanol (CH 3 OH) và isopropanol (C 3 H 8 OH)) là cần thiết Công suất tăng từ 63% lên 84%, giảm 35% lượng chất thải và giảm việc sử dụng hydrazin nguy hiểm Lò phản ứng cải tiến giúp tăng hiệu

suất lên 50% Điều kiện phản ứng hiện nay chỉ yêu cầu làm mát đến 20 độ C quytrình mới thay vì 5 độ C trong quy trình cũ

Quy trình mới giảm lượng dung môi từ 100% isopropanol xuống còn 50%,

loại bỏ các dung môi không mong muốn methylen clorua và hexan Tổng quan toàn

bộ quá trình cải tiến đã loại bỏ đến 5.200 tấn dung môi mỗi năm Quá trình xanh

Tạp chất tạo ra khi tạo sản phẩm

hóa của quy trình sản xuất Celecoxib được thể hiện như sau.

Ví dụ 2:

Công ty Cargill Dow thuộc nhóm Nature Works đã thành công trong việc sảnxuất chất dẻo (plastic) từ trái bắp Có thể nói đây là một cuộc cách mạng xanh lớnnhất vào đầu thế kỷ 21 Polylactic acid hay PLA là một loại chất dẻo thực vật có được

từ việc tổng hợp đường dextrose trong trái bắp Loại plastic “bắp” này có thể áp dụngtrong các kỹ nghệ như quần áo, khăn, thảm, bao bì cho thực phẩm và nhiều ứng dụngkhác trong nông nghiệp

Ảnh minh họa Chất dẻo sinh học giúp giảm ấm lên toàn cầu

Cũng theo Cargill Dow thì việc sản xuất chất dẻo trong điều kiện trên sẽ giảmthiểu được 30 đến 50% năng lượng sử dụng so với việc sản xuất theo quy trình chấtdẻo hiện tại Chất thải nhựa PLA an toàn ủ trong khoảng 45 ngày nếu giữ ẩm và ấm(trên 140oF) sau khi được sử dụng được đốt cháy như giấy hoặc sản xuất vài sảnphẩm phụ PLA cung cấp một nguồn sản phẩm thay thế cho PET và polyester, cả haiđều được sử dụng rộng rãi trong sản phẩm bao bì và quần áo Công ty này đặt trụ sởtại Blair, Nebraska đã bắt đầu sản xuất từ năm 2002, công suất 140.000 tấn sảnphẩm/năm và dự kiến tăng lên 1.000.000 tấn vào năm 2016 [9]

3.2 Nguyên tắc 2 – Thiết kế hóa chất và sản phẩm an toàn hơn (Design safer chemicals and products)

Sản phẩm hóa học nên được thiết kế để bảo đảm tính hiệu quả của chức năngtrong khi vẫn có khả năng làm giảm độc tính

Các nhà hóa học, nhà độc chất học và nhà dược học đã phát triển những công

cụ khác nhau nhằm xác định đặc tính độc của phân tử Sự cân bằng giữa việc tối đahóa tính chất mong muốn và chức năng của sản phẩm hóa học trong khi vẫn bảo đảmđộc tính và rủi ro giảm đến mức thấp nhất Đây là mục đích của việc thiết kế hóa chất

an toàn hơn

Cách tiếp cận đến việc thiết kế hóa chất an toàn hơn là khả thi bởi vì có nhữngcải tiến lớn trong việc tìm hiểu những độc tính hóa chất: các nhà hóa học có thể làmbiến đổi cấu trúc để loại trừ những hoạt động trong cơ chế gây độc mà vẫn đảm bảochức năng của phân tử

Trong những trường hợp mà cơ chế gây độc không được hiểu rõ, khi đó, một sựtương quan có thể tồn tại giữa cấu trúc hóa học (sự hiện hữu có nhóm chức năng) vàxuất hiện hiệu ứng độc Bằng cách tác động đến cấu trúc hóa học đảm nhiệm chứcnăng gây độc, hiệu ứng độc có thể được giảm thiểu hay loại trừ

Một cách thức để thiết kế hóa chất an toàn hơn là tác động thông qua việc tốithiểu hóa khả năng sinh học như sự hấp thụ và tính sinh học là cách thức độc chất dichuyển đến cơ quan mục tiêu Bằng cách tác động đến khả năng sinh học này có thểhạn chế khả năng gây độc của hợp chất độc

Ví dụ 1: Thay thế thuốc trừ sâu hóa học bằng thuốc trừ sâu sinh học

Thuốc trừ sâu Organochlorine (OC) là thuốc trừ sâu tổng hợp được sử dụngrộng rãi trên toàn thế giới Chúng thuộc nhóm các dẫn xuất hydrocarbon clo hóa, cóứng dụng rộng lớn trong ngành hóa chất và trong nông nghiệp Các hợp chất này cóđộc tính cao, phân hủy chậm và tích lũy sinh học Mặc dù nhiều hợp chất thuộc OC đã

bị cấm ở các nước phát triển, tổng lượng sử dụng các chất này vẫn đang tăng lên Đặcbiệt là việc lạm dụng các hóa chất này trong thực tế trên khắp các châu lục Mặc dùthuốc trừ sâu đã được phát triển tập trung vào sinh vật đích, nhưng các loài không phảimục tiêu thường bị ảnh hưởng xấu bởi khi sử dụng thuốc

Thuốc trừ sâu organochlorine chính, cấu trúc hóa học, độc tính, sử dụng và tồn tại củachúng

Phân loại WHO dựa

trên chuột

150 - 300 mg/kgChuột lang: uống:

300 mg/kgThỏ: uống: 400mg/kg

Thuốcdiệt côntrùng

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

2 - 15 năm

Nguyhiểmtrungbình

Thuốcdiệt côntrùng

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

5–10 năm

Khôngnguyhiểmcấp3

Insecticide

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

10 năm

Hơinguyhiểm

4 Dicofol

C14H9Cl5O

Chuột: uống: 684–

1495 mg/kgThỏ: uống: 1810mg/kg

Da: 2.1 g/kg

Thuốcdiệtmuỗi

5 EndrinC

12H8Cl6O

Chuột: uống: 3mg/kg; da: 15mg/kg

Chuột nhắtuống: 1.37 g/kg;

Truyền tĩnh mạch:

2300 g/kgDê: uống: 50mg/kg

Thỏ: uống: 60–94mg/kg

Thuốctrừ sâu

6 DieldrinC

12H8Cl6O

Chuộtuống: 46 mg/kgDa: 50–120 mg/kgChuột nhắtuống: 38–77 mg/kgChó

uống: 56–120mg/kg

Thỏuống: 45–50 mg/kgBò

uống: 25 mg/kgVịt

uống: 381 mg/kg

Diệtcôntrùng

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

9 tháng

Nguyhiểmcao

7 MethoxychlorC

16H15Cl3O2

Chuột: uống:

5000–6000 mg/kgChuột nhắt: uống:

2000 mg/kgKhỉ: uống: 2500mg/kg

Diệtcôntrùng

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

< 120ngày

Khôngnguyhiểmcấp

145–430 mg/kg;

Da: 153 mg/kgThỏ: da: 780mg/kg

Diệtcôntrùng

Độ bềncao Chu

30–68 mg/kgChuột lang: uống:

116 mg/kg; da:

1000 mg/kgThỏ: da: 2000mg/kg

Diệtcôntrùng

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

2 năm

Nguyhiểm từcao -TB

59–246 mg/kg

Diệtmuỗi,côntrùng,chuột

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

15 tháng

NguyhiểmTB

11 EndosulfanC

9H6Cl6O3S

Chuột: uống: 18 to

220 mg/kg; da: 74mg/kg

Thỏ: da: 200–359mg/kg

Vịt: uống: 33mg/kg

Diệtcôntrùng

Độ bền

TB Chu

kỳ bán rã:

AlphaIsomer: 35ngàyBetaIsomer:

150 ngày

Nguyhiểmcao

12 Isodrin C12H8Cl6 Chuột: uống: 8.8

mg/kg

Diệtcôntrùng

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

0,5–6 năm

Nguyhiểmcao13

Isobenzan

C9H4Cl8O

Chuột: uống: 4.8mg/kg

Thỏ: da: 12 mg/kgChuột nhắt: uống:

8.4 mg/kg

Diệtcôntrùng

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

2,8 năm

Nguyhiểmcao

14 Chloropropylate

C17H16Cl2O3

Chuột: uống: 5000mg/kg

Chim: uống: 2500mg/kg

Thỏ: uống: 10200

Diệtmuỗi,côntrùng

15 Aldrin C12H8Cl6

Uống: 39 to 60mg/kg; da: 100mg/kg

Chuột nhắt: uống:

44 mg/kgChó: uống: 65–95mg/kg

Diệtcôntrùng

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

4–7 năm

Nguyhiểmcao

Nguyhiểm TB -

< 3000 mg/kgChuột: uống: 4000mg/kg

Thuốcdiệtmuỗi,côntrùng,chuột

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

3 – 6 năm

Khôngnguyhiểmcấp

18 Mirex C10Cl12 Chuột: uống: 600–

740 mg/kg

Thuốcdiệt côntrùng

Độ bềncao Chu

kỳ bán rã:

10 năm

Khôngnguyhiểmcấp

74–130 mg/kgThỏ: uống: 70–300mg/kg; da: < 100mg/kg

Thuốcdiệtnấm,côntrùng

Thuốcdiệt côntrùng

như độ bền, tích lũy sinh học và độc tính Độ bền của các hợp chất OC thay đổi từ

TB với chu kỳ bán rã khoảng 60 ngày đến cao với chu kỳ bán rã lên đến 10 - 15 năm

Loại thuốc trừ sâu được sử dụng phổ biến nhất trong nông nghiệp làdichlorodiphenyltrichloroethane (DDT), độ tính TB, có độ bền cao và chu kỳ bán rã từ

2-15 năm (Augustijn-Beckers và cs., 1994) DDT hiện bị cấm ở nhiều quốc gia

nhưng nó vẫn được sử dụng bất hợp pháp ở hầu hết các nước đang phát triển [13]

Do đó, cần phải phát triển thuốc trừ sâu sinh học có hiệu quả, phân hủy sinh học và không để lại bất kỳ tác động có hại nào đến môi trường Thuốc trừ sâu sinh

học là tác nhân quản lý dịch hại dựa trên các vi sinh vật sống hoặc các sản phẩm tựnhiên Thuốc sinh học có nguồn gốc từ nấm, vi khuẩn, tảo, vi rút, tuyến trùng, độngvật nguyên sinh và một số hợp chất khác được sản xuất trực tiếp từ các vi khuẩn như

chất chuyển hóa để kiểm soát dịch hại.

Tóm tắt một số các sản phẩm và công dụng của thuốc trừ sâu vi sinh [18]

Bacteria

Bacillus thuringiensis

var kurstaki (Bt) Hiệu quả đối với sâu bướm ăn lá (và sâu bướm trong ngũcốc được lưu trữ tại Ấn Độ) Bị vô hiệu hóa nhanh chóng

trong ánh sáng mặt trời; áp dụng vào buổi tối hoặc vàonhững ngày u ám và sử dụng bằng cách xịt vào bề mặt lá.Không tích lũy trong môi trường

Bacillus

thuringiensis var.

israelensis (Bt)

Chỉ có tác dụng chống ấu trùng Chỉ hoạt động nếu chúng

ăn phải Muỗi Culex và Anophele không được kiểm soát ởnồng độ ứng dụng thông thường Không tích lũy trongmôi trường

Ví dụ 2: Giải thưởng thiết kế hóa học xanh 2014 - Designing Greener Chemicals Award

Đổi mới và lợi ích: Chất hoạt động bề mặt dạng flo là thành phần quan trọngcủa bọt chữa cháy, nhưng chúng là hóa chất bền vững và có tiềm năng tác động đếnmôi trường Trong việc phát triển các bọt TM RE-HEALING TM (RF) là hỗn hợp củahydrocar- bon bề mặt và hóa chất khác phụ gia và được sử dụng làm nguyên chất100% sản phẩm được trộn với không khí, Công ty Solberg đã thay thế các chất hoạtđộng bề mặt flo trong bọt chữa cháy của nó tập trung với sự pha trộn của các chất hoạtđộng bề mặt không chứa flo và đường Bọt mới hoạt động tốt với tác động môi trường

ít hơn nhiều

Tóm tắt công nghệ: Các bọt chữa cháy ngăn chặn quá trình đốt cháy bằng cáchphủ kín nhiên liệu đốt và cháy Trong nhiều năm, các bọt này đã sử dụng các chất hoạtđộng bề mặt có chứa flo mạch dài như là “thành phần hoạt tính” Năm 2006, EPA đãthiết lập một chương trình quản lý tự nguyện để giảm sử dụng các chất hoạt động bềmặt fluoros bền lâu bởi vì chúng bền bỉ, tích tụ sinh học và độc hại Kết quả là, cácchất tạo bọt được chuyển từ các chất hoạt động bề mặt huỳnh quang dài thành chuỗingắn Tuy nhiên, cần thêm 40% chất hoạt động fluorosurfactant để đáp ứng tiêu chuẩnhiệu suất bọt chữa cháy của Underwriter Laboratories - UL 162 (là một bên thứ ba,công ty tư vấn và cấp giấy chứng nhận cho 104 nước trên thế giới) khi sử dụng cácchất hoạt động bề mặt fluorosurf chuỗi ngắn hơn là chuỗi dài Trong khi ít chất tích tụfluorosurfactants tích tụ và ít độc hại hơn, vẫn còn dai dẳng, và, với số lượng lớn hơnđược sử dụng, số lượng lớn các hóa chất fluorochemicals ngắn chuỗi này dự kiến sẽđược thải ra môi trường

Thay vì chỉ đơn giản là chuyển sang fluorosurfactant chuỗi ngắn, Công ty

Solberg đã phát triển một dòng sản phẩm xốp không chứa halogen

Trên dung môi phân cực hòa tan trong nước, chất cô đặc bọt RE-HEALING tạothành một lớp polymer kết dính trên bề mặt nhiên liệu Lớp polymer bảo vệ bọt khỏi

sự cố do dung môi phân cực Nếu lớp bảo vệ nên bị gián đoạn, nhiều lớp polymerđược tạo ra bằng phương tiện của một hành động tái sinh RE-HEALING TM Foam(RF) là một loại bọt chữa cháy rất hiệu quả tập trung cho việc dập tắt và chống cháy

HYDROCARBON FLAMMABLE LIQUID

Sự hiện diện của các carbohydrate phức tạp cho bọt có khả năng hấp thụ nhiệtnhiều hơn đáng kể so với bọt chứa flo Điều này cải thiện tính chất chữa cháy của RF

và thêm vào khả năng cháy lại Các hydrocacbon tái tạo được sử dụng trong RF tậptrung là những sản phẩm tương tự được sử dụng trong ngành công nghiệp chăm sócsức khỏe Việc sử dụng các hỗn hợp này tạo ra một sản phẩm có các đặc tính vệ sinh

và môi trường rất thuận lợi (bao gồm cả sự suy giảm 93% trong 28 ngày và hoàn toànsuy giảm theo ngày 48) [17]

3.3 Nguyên tắc 3 – Thiết kế những hóa chất tổng hợp ít nguy hại hơn (Design less hazardous chemical syntheses)

Phương pháp tổng hợp tạo ra các hợp chất mang ít độc tính hay không có độctính đối với sức khỏe con người và môi trường Cơ sở nền tảng của hóa học xanh là sựhợp nhất giữa sự tối thiểu hóa nguy cơ hay loại trừ trên tất cả các khía cạnh thiết kếhóa học

Bằng việc ứng dụng những kiến thức về hóa học, nền công nghiệp có thể đạtđến những cải tiến kỹ thuật mang tính an toàn hơn cho sức khỏe con người và môitrường Cách tiếp cận hóa học xanh nhìn nhận việc sử dụng hóa chất như là một giảipháp hơn là một vấn đề

Cần xem xét những nguy cơ rủi ro đối với môi trường khi thiết kế hóa học Cóhai phương cách để giảm thiểu rủi ro: (i) tối thiểu hóa nguy cơ, (ii) tối thiểu hóa sự tiếpxúc, có thể được thực hiện theo nhiều cách như trang bị quần áo bảo hộ, kiểm soát kỹthuật, dùng mặt nạ phòng khí độc,…

Ví dụ 1: Quy trình sản xuất Polycarbonate (PC)

Polycarbonate (PC) là một loại nhựa kỹ thuật có độ trong suốt vượt trội, chống

va đập và chịu nhiệt Những đặc tính độc đáo này được ứng dụng rãi như cửa sổ chốngđạn, ống kính siêu bền, đĩa compact, Khoảng 2,7 triệu tấn polycarbonate được sảnxuất hàng năm trên toàn thế giới

Quá trình sản xuất phổ biến nhất là dựa trên phản ứng của bisphenol A (BPAhoặc Bis-A) và phosgene (COCl2) trong quá trình trùng hợp Ở đây, disodium saltofBPA hòa tan trong nước phản ứng với phosgene hòa tan trong dung môi hữu cơ clohóa như CH2Cl2 (dicloromethane) Tuy nhiên, quá trình phosgene có một số nhượcđiểm bao gồm độc tính của phosgene, sử dụng dung môi điểm sôi thấp và phát sinhmột lượng lớn nước thải có chứa dicloromethane Bên cạnh đó, việc sử dụng natrihydroxit và hydro clorua đậm đặc có nguy cơ ăn mòn thiết bị

COCl2 + Bisphenol A + NaOH → Polycarbonate + H2O

Quy trình tổng hợp mới của Asahi Kasei đã thay thế phosgene độc hại bằng

CO2 Quá trình này đã loại bỏ dung môi dichloromethane (CH2Cl2) Phản ứng tổng hợpbao gồm ethylene oxide (CH2)2O, CO2 và bisphenol-A (C15H16O2) để tạo rapolycarbamate và mono ethylene glycol (MEG: C2H6O2)

Biphenol A + Diphenylcarbonate → Polycarbonate

Hơn 90% PC đã được sản xuất bởi quy trình Phosgene tạo ra PC có chứa tạpchất gốc clo Nó không chỉ sử dụng phosgene có độc tính cao, có tính ăn mòn đượctổng hợp từ CO và Cl2 như một monome, mà còn sử dụng một lượng rất lớn CH2Cl2 vànước, tạo ra một lượng lớn nước thải Quy trình mới cho phép sản xuất hai sản phẩm,

PC chất lượng cao và MEG có độ tinh khiết cao, bắt đầu từ ethylene oxide (EO), CO2

và bisphenol-A PC được sản xuất bởi quy trình mới có nhiều đặc tính tuyệt vời so vớicác PC thông thường.[10]

So sánh 2 phương pháp

Thuốc thử nguy hiểm Thuốc thử vô hại

Phát tán nhiệt Hơi hoặc không tỏa nhiệt

Không dễ dàng phân tán Dễ dàng phân tán

Không phân hủy sinh học Phân hủy sinh học

Ví dụ 2:

Hàng thập kỷ qua, một trong những nguyên liệu chủ yếu trong thức ăn gia súc

là thịt và bột xương (MBM) từ các sản phẩm phụ mà bạn đoán là của gia súc giết thịt.Cừu, hươu nuôi, nai và bò rừng vô tình lại đang ăn đồng loại của chúng Do sự tấncông của dịch bệnh bò điên vào năm 1997, Hoa Kỳ và các nước khác đã cấm sử dụngthức ăn chứa MBM vì cho rằng bệnh này có thể lây lan qua việc ăn các bộ phận củađộng vật nhiễm bệnh Lệnh cấm đó đã làm cho khối lượng lớn MBM được đưa đếncác bãi chôn lấp Nhưng, hiện nay, các nhà khoa học tại Đại học Clemson, NamCarolina, cho rằng có thể sử dụng MBM để sản xuất nhựa “xanh” FehimeVatansever, một trong các tác giả nghiên cứu cho rằng hơn 9 tỷ pao (1 pao = 0,373 kg)bột protein được sản xuất bởi ngành công nghiệp chế biến thực phẩm ở Hoa Kỳ mỗinăm và hầu hết trong số đó là thịt và bột xương Bột xương bò cần được xử lý bằngcác hóa chất thô để tiêu diệt bệnh BSE – bệnh bò điên và sau đó đưa đến các bãi chônlấp đặc biệt Các nhà nghiên cứu cho rằng có thể giữ lại thịt và bột xương không đưađến các bãi chôn lấp bằng cách sử dụng nó để sản xuất nhựa sinh học không chứa dầu

mỏ Vatansever và các cộng sự đã chế tạo ra một loại nhựa sử dụng MBM làm nguyênliệu thô thay cho các hợp chất hóa học thường sử dụng được chiết suất từ dầu mỏ hoặckhí thiên nhiên Sau đó, họ trộn nhựa đó với polyetylen có khối lượng phân tử cực cao