(Hóa học ngày nay-H2N2)-Tại Trường đại học khoa học tự nhiên TP.HCM có một nhóm nghiên cứu tìm ra các cách thực hiện những phản ứng hóa học hữu cơ mới không sử dụng hóa chất độc hại, thay vào đó là các hóa chất xúc tác sinh học thân thiện, có khi chỉ là củ cà rốt, củ cải trắng hay cây cần tây.
“Xanh hóa” hóa học truyền thống
Sau tai nạn khủng khiếp nhất trong lịch sử ngành sản xuất hóa chất xảy ra ở Bhopal, Ấn Độ năm 1984, Liên hiệp quốc đã đề ra khẩu hiệu “Phát triển bền vững” (1987). Năm 1999, tạp chí Green Chemistry xuất bản số đầu tiên và thuật ngữ hóa học xanh ra đời. Vào khoảng thời gian đó (1993), tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu về hóa học xanh cũng được thành lập trên cơ sở nhóm nghiên cứu các phương pháp tổng hợp hữu cơ mới, thuộc bộ môn hóa học hữu cơ, Trường đại học khoa học tự nhiên TP.HCM.
Hiện nay nhóm Hóa học xanh đã quy tụ được nhiều nhà khoa học, trong đó có PGS. TS. Lê Ngọc Thạch, TS. Trần Hữu Anh, TS. Đoàn Ngọc Nhuận, TS. Lưu Thị Xuân Thi, ThS. Đỗ Quang Hiền, ThS. Nguyễn Thị Thảo Trân, Trần Hoàng Phương và Châu Nguyễn Duy Khiêm, tất cả đều là giảng viên của trường. Trưởng nhóm Lê Ngọc Thạch cho biết: “Sự xanh hóa hóa học truyền thống bao gồm việc sử dụng và phát triển các chất nền, xúc tác, dung môi và các sản phẩm có mức độ độc hại thấp hoặc không độc hại với con người và môi trường; thiết kế các quá trình tổng hợp sử dụng năng lượng tối thiểu mà vẫn cho hiệu suất cao trong thời gian ngắn, thao tác đơn giản mà an toàn cho cộng đồng và môi trường”. Nhóm đã sử dụng năng lượng xanh (vi sóng, siêu âm), xúc tác xanh (triflat, xúc tác chuyển pha, xúc tác sinh học, xúc tác rắn), môi trường xanh (chất lỏng ion, chất mang rắn, phản ứng không dung môi, nước quá nhiệt, dioxid carbon siêu tới hạn và tác chất xanh (carbonat dimetil, permanganat kalium, peroxid hydrogen).
Viết lại các phương trình phản ứng hóa học
Chuyển hóa học truyền thống thành hóa học xanh là một cuộc cách mạng toàn diện. Trên lý thuyết, kinh tế nguyên tử (AE – atom economy) là một nguyên tắc căn bản để chọn một phương trình phản ứng hóa học xanh đã được GS. Burry Trost, Đại học Stanford, gợi ý vào năm 1991 (tạp chí Science). Dựa theo quan niệm trên, phương pháp tổng hợp nguyên tử sẽ được áp dụng triệt để để hoàn thành sản phẩm sau cùng. Từ đó có thể kiểm soát được lượng “nguyên tử nguyên liệu” và “nguyên tử sản xuất”. Quá trình sản xuất sẽ không cho sản phẩm phụ, tức AE = 100%. Thí dụ như trong quá trình cổ điển, việc sản xuất thuốc diệt cỏ 2,4,5-T đã sinh ra sản phẩm phụ TCD hay dioxin, nếu áp dụng hóa học xanh sẽ không có sản phẩm phụ nguy hiểm này.
Ngay từ năm 1993, nhóm nghiên cứu đã âm thầm làm việc để lần lượt viết lại nhiều phương trình phản ứng hóa học hữu cơ, trong đó có thể kể đến sự ester hóa một số alcol và đường, sự transester hóa triglycerid, tosil hóa một số alcol, oxid hóa nhiều nhóm định chức chính, thủy giải protein nhộng tằm dưới chiếu xạ vi sóng… Những phản ứng này được thực hiện hầu hết dưới sự chiếu xạ vi sóng (lò gia dụng, lò gia dụng cải tiến, lò vi sóng chuyên dùng…) hoặc siêu âm (bồn siêu âm, thanh siêu âm 160 W và 700 W). Một số phản ứng được nghiên cứu không dùng xúc tác.
PGS.TS. Lê Ngọc Thạch hứng khởi cho biết thêm: “Điều đặc biệt là chúng tôi còn sử dụng cả xúc tác sinh học: enzym thương mại (nấm men bánh mì, PPL, PS) hoặc tế bào thực vật sống như củ cải đỏ, củ cải trắng, cần tây thay cho các xúc tác hóa chất độc hại”.
Nhóm còn sử dụng các dung môi xanh (chất lỏng ion, scCO2) làm dung môi ly trích mới, đã làm chủ công nghệ ly trích tinh dầu bằng phương pháp chưng cất hơi nước, có nước hoặc không thêm nước, hoặc trích nhựa dầu từ các bộ phận của cây bằng phương pháp tẩm trích, và ly trích được tinh dầu từ hoa lài, sứ, sen, ngâu, vạn thọ, huệ, chanh, dương cam cúc…
Trong công nghiệp dược, nhóm đã đưa ra nhiều phương pháp sản xuất xanh và mang tính kinh tế cao, chẳng hạn việc cô lập plumbagin từ rễ cây bạch hoa xà, cô lập cafein từ búp trà, cô lập tổng hoạt chất từ nấm linh chi…
Nhóm nghiên cứu cũng đã thành công trong việc chuyển hóa sinh khối và chất thải thành những dẫn xuất có giá trị kinh tế cao theo những tiêu chí xanh, như từ citronelal cô lập từ tinh dầu lá bạch đàn chanh thành đơn hương và pheromon; chuyển hóa một số cấu phần phenol trong tinh dầu thành kích thích tố tăng trưởng thực vật nhóm acid phenoxiacetic; chuyển chất thải cùi bắp thành furfural, chất thải sản xuất etanol thành dung môi hữu cơ acetat, dùng tinh dầu lá ổi thay thuốc sát trùng diệt rầy chổng cánh hại cây cam sành… Đặc biệt, từ mỡ cá tra hoặc một số dầu thực vật, họ đã chế tạo được biodiesel để dùng làm nhiên liệu.
Từ khi hình thành đến nay, nhóm nghiên cứu Hóa học xanh đã góp phần không nhỏ trong việc làm giảm thiểu tác hại của ngành công nghiệp hóa chất và đã đoạt được một giải thưởng cấp quốc gia (VIFOTEC) và một giải cấp thành phố. Các thành viên của nhóm cũng nhận được nhiều huân chương, huy chương, bằng khen, giấy khen cấp toàn quốc, bộ, thành phố, trường. Nhiều công trình nghiên cứu khoa học của sinh viên, với sự hướng dẫn của các thành viên trong nhóm, đã được thực hiện theo phương hướng hóa học xanh, trong đó có 8 công trình được giải thưởng cấp bộ, cấp thành phố của Trung ương đoàn và 13 công trình đoạt giải thưởng cấp trường. Đến nay, học phần hóa học xanh đã được đưa vào giảng dạy cho các sinh viên đại học và sau đại học tại một số trường đại học trong thành phố.
Nguồn KHPT/Hoahocngaynay.com
