(H2N2)-Các kim loại quý được sử dụng rộng rãi trong quá trình điều chế chất xúc tác với ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp dược phẩm chúng được sử dụng ở dạng đồng thể hoặc thông thường hơn ở dạng dị thể, ở đó chúng được gắn vào chất nền rắn để dễ xử lý.
Trong nhiều ứng dụng, các chất xúc tác kim loại quý là sự lựa chọn duy nhất có thể đáp ứng yêu cầu về tốc độ và tính chọn lọc của phản ứng. Ngoài ra, tuổi thọ cao của các chất xúc tác này đã khiến cho chúng là phương án có hiệu quả kinh tế nhất.
Tuy nhiên, các kim loại quý, ví dụ platin và palađi đòi hỏi mức đầu tư ban đầu cao. Yếu tố kinh tế quan trọng là việc thu hồi các kim loại quý từ các chất xúc tác đã qua sử dụng để tái sử dụng. Để đạt được điều này, thì việc khứ kim loại nhanh và hiệu quả là rất quan trọng. Tuy nhiên , các chất xúc tác đã qua sử dụng thường bị nhiễm các chất hữu cơ có mặt trong hỗn hợp phản ứng. Thường thì các chất hữu cơ đều nguy hại và chúng phải được loại bỏ khỏi nền trước khi quá trình thu hồi kim loại có thể bắt đầu
Trong phương pháp tinh chế truyền thống, các chất xúc tác đã qua sử dụng bị đốt thành tro để tiêu hủy thành phần hữu cơ của nguyên liệu và lấy mẫu phân tích để đánh giá hàm lượng kim loại quý sau đó xử lý hóa học oxit kim loại còn lại.
Nhà khoa học Johnson Matthey, tại Royston, Anh, đã nghiên cứu một phương pháp mới (phương pháp Aquacat) để thu hồi kim loại quý từ các chất xúc tác đã qua sứ dụng. Giai đoạn đầu tiên của quá trình là xác định thành phần kim loại quý của vật liệu, sử dụng công nghệ mới để lấy mẫu trực tiếp. Giai đoạn thứ hai là sứ dụng quá trình oxy hóa trong nước siêu tới hạn. Quá trình này loại bỏ tất cả các hyđrocacbon bằng cách chuyển hóa chúng thành cacbon đioxit và nước, để lại kim loại quý ở dạng oxit.
Aquacat phù hợp cho nhiều ứng dụng, đặc biệt, các chất xúc tác đã qua sử dụng từ các ngành công nghiệp như dược phẩm, các thành phần dược phẩm hoạt tính và các quá trình sản xuất có sử dụng xúc tác, nông hóa, tinh dầu và nước hoa và bất kỳ nơi nào sử dụng kim loại nhóm platin làm chất xúc tác pha lỏng. Phần lớn các chất này là dị thể. Các vật liệu rắn có thể được tạo thành bùn trong lọ lấy mẫu. Bùn có khối lượng nước biết trước và được bổ sung thêm các chất hoạt tính bề mặt để tạo ra huyền phù đồng thể. Các chất lỏng này được khuấy trộn kỹ để đảm bảo tính đồng nhất. Sau đó, chất lỏng hoặc huyền phù được lấy mẫu để xác định hàm lượng kim loại quý
Johnson Matthey so sánh quá trình lấy mẫu trong phương pháp này với các phương pháp thu hồi truyền thống. Lượng kim loại tìm thấy khi so sánh giữa mẫu lấy trực tiếp và mẫu lấy từ quá trình đốt cháy truyền thống cho thấy, hai phương pháp lấy mẫu là tương đương nhau. Sau khi phân tích, chất lỏng được bơm tới pha siêu tới hạn của Aquacat.
Ở nhiệt độ trên 374oC và áp suất cao hơn 221 bar, nước theo quy trình Aquacat đạt tới trạng thái siêu tới hạn. Tuy nhiên, những thông số này có thể được thay đổi theo yêu cầu cho các nguyên liệu đầu vào khác nhau. Trong pha siêu tới hạn, các tính chất vật lý của nước thay đổi Điều quan trọng nhất là khả năng hòa tan khí và các hợp chất hữu cơ tan 100% trong khi các hợp chất vô cơ lại không tan.
Khi oxy được bổ sung vào các tạp chất hữu cơ dưới những điều kiện này, thì phản ứng xảy ra rất nhanh do sự có mặt của chất xúc tác, dẫn đến sự phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ Sau đó sản phẩm của phản ứng này được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt để đun nóng nguyên liệu đầu, sau đó gia nhiệt cho nồi hơi, tạo ra khoảng 1 tấn hơi nước/ giờ. Sau đó sản phẩm được làm nguội đến nhiệt độ và áp suất xung quanh trước khi sản phẩm oxy hoá được tách ra.
Các khí phát từ quá trình này chỉ là cácbon đioxit và nitơ ở nhiệt độ phòng, còn lại là nước sạch có chứa hạt mịn của oxit kim loại quý. Sau đó, các oxit kim loại quý đựơc tách ra từ nước và đưa đi tinh chế để sử dụng lại dưới dạng các chất xúc tác mới.
Việc áp dụng quy trình AquaCat mang lại nhiều lợi ích môi trường. AquaCat là hệ thống lợi ích môi trường. AquaCat là hệ thống tự cung nhiệt- năng lượng đã sản sinh được se dụng trong các phần khác của quá trình làm cho tiêu hao nhiên liệu thấp hơn. Trong suốt quá trình phản ứng pha siêu tới hạn, cacbon và tất cả các chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành cacbon đioxlt và không có sự phát thải cacbon monoxit nào.
Vì các phản ứng theo quy trình này xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn so với quy trình cũ, nên không sinh ra đioxan, furan hay ni tơ oxit (NOX) thêm vào đó, lưu huỳnh, photpho và các hao- genua đều được giữ lại trong hệ thống và không phát thải ra ngoài không khí. Quy trình Aquacat vượt xa các tiêu chuẩn pháp lý hiện hành về môi trường. Nó cho phép các công ty đáp ứng yêu cầu về môi trường đối với việc thu hồi các chất xúc tác đã qua sử dụng. Aquacat có thể xử lý các nguyên liệu không phù hợp cho quá trình nung thông thường. Trong đó bao gồm các bã có hàm lượng phot- pho, lưu huỳnh và hữu cơ cao, là các nguyên liệu có nhiệt trị cao hoặc dễ cháy.
NGUYỄN HƯƠNG
Nguồn Vinachem/Chemistry & lndustry
