Berberin là một alkaloid thuộc nhóm isoquinoline có thể được chiết xuất dễ dàng từ thực vật hay tổng hợp hóa học. Trong tự nhiên, berberin được chiết xuất từ các loại cây thuộc chi Berberis, Hydrastis candensis,Coptis với hàm lượng khoảng 1,5-3%. Berberin đã được sử dụng rộng rãi trong y học cổ truyền, thường được dùng nhiều để trị các bệnh đường ruột, bệnh gan mật, bệnh ngoài da… Berberin đã thu hút được sự chú ý trong những năm gần đây do có tác dụng dược lý như chống ung thư, kháng virus, kháng khuẩn và chống viêm… Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng berberin bị hạn chế trong sử dụng lâm sàng do ít tan trong nước, khó hấp thu qua ruột và đặc biệt tính sinh khả dụng rất thấp (chỉ khoảng 5%). Hướng nghiên cứu bào chế berberin thành dạng kích thước nano có thể cải thiện độ tan, tốc độ hòa tan, từ đó nâng cao sinh khả dụng là hướng đi được quan tâm nghiên cứu hiện nay.

Trong dược liệu, có 2 phương pháp chính để tạo hạt nano thuốc: phương pháp từ dưới lên (bottum-up) và phương pháp từ trên xuống (top-down).Phương pháp top-down được sử phổ biến hơn với các kỹ thuật như nghiền bi, đồng nhất hóa, đồng nhất hóa áp suất cao. Trong đó, kỹ thuật nghiền bi có nhiều ưu điểm như nghiền được hạt có kích thước tiểu phân bé, duy trì trạng thái vô khuẩn của nguyên liệu. Đã có nhiều nghiên cứu chế tạo nano berberin với nhiều phương pháp khác nhau như: gắn berberin trên nano polymer, trên silica từ tính, trên lipid, gắn vào các dendrimer, graphene hay trên các nano vàng, nano bạc…. nhằm giúp tăng khả năng phân tán của chúng, tạo điều kiện cho cơ thể hấp thụ tốt hoạt chất berberin để phát huy hết tác dụng dược lý của chúng.

Candida albicans là mầm bệnh nấm cơ hội, đặc biệt quan sát thấy ở bệnh nhân suy giảm miễn dịch. Candida albicans chiếm 50-70% các trường hợp nhiễm nấm candida xâm lấn trong phần lớn các cơ sở lâm sàng. Đối với Candida albicans, berberin tác động và làm suy giảm chức năng của ty thể, tạo các phản ứng oxy hóa đặc biệt, ảnh hưởng đến con đường toàn vẹn vách tế bào và các yếu tố phiên mã sốc nhiệt HSF1, từ đó ức chế và tiêu diệt nấm.

Đối tượng và phương pháp

Vật liệu

– Nấm Candida albicans – thu nhận từ mẫu bệnh phẩm được cung cấp bởi Viện Pasteur TP Hồ Chí Minh. Môi trường sử dụng nuôi cấy chủng nấm – Sabouraud: D-glucose 40 g, peptone 10 g, agar 20 g, nước cất vừa đủ 1 lít. Chỉnh về pH 6,2.

– Berberin 95% chuẩn dược phẩm được cung cấp bởi Công ty Cổ phần dược phẩm Vĩnh Kim – số 186 Định Công Hạ (Định Công, Hoàng Mai, Hà Nội).

Phương pháp chế tạo nano Berberin

– Nano berberin được chế tạo bằng phương pháp nghiền quay với bi Zirconium.

– Chuẩn bị hỗn dịch với 2,4 g beberine; 0,6 g tween 80; 3 g etanol tuyệt đối và nước cất vô trùng vừa đủ 60 g tổng khối lượng. Cho tiếp 120 g bi Zirconium vào lọ và đặt trên máy quay trục lăn ở tốc độ 2000 vòng/phút trong 120 giờ. Mẫu được lọc loại bi và thu được hỗn dịch chứa berberin ở kích thước nano.

– Thu nhận nano berberin dạng bột bằng cách đông khô trong 48 giờ ở -55°C trong điều kiện chân không.

Phương pháp phân tích mẫu nano berberin

– Các mẫu nano berberin được phân tích bằng phương pháp chụp ảnh FE-SEM (Hitachi S-4800, Nhật Bản, TEM (JEM-1400, Nhật Bản) và Phương pháp DLS (Horiba SZ-100, Nhật Bản).

– Mẫu bột nano berberin sau khi đông khô được phân tích XRD (Bruker D8-Advance, Đức) ở góc quét từ 4-40°.

Phương pháp đánh giá khả năng kháng nấm Candida albicans

Khả năng kháng nấm Candida albicans của dung dịch nano berberin được kiểm tra bằng phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch.

Chủng nấm bệnh được trải đều trên đĩa Sabouraud với nồng độ 106 cfu/ml. Dùng ống đục vô trùng (đường kính 5 mm) đục tạo các giếng trên đĩa (5 giếng/ đĩa). Hút 100 µl dịch nano berberin ở các nồng độ 512 µg/ ml, 1024 µg/ml, 2048 µg/ml, 4096 µg/ml và 8192 µg/ml cho vào giếng với đối chứng âm là nước cất vô trùng và đối chứng dương là nystatin 200 µg/ml.

Kết quả

Chế tạo nano Berberin

Kết quả cho thấy, đã chế tạo thành công mẫu nano berberin với hàm lượng berberin ban đầu là 4%.

Hình 1. Kết quả DLS của mẫu nano berberin

Hình 2. Kết quả FE- SEEM và đồ thị phân bố kích thước của mẫu nano berberin.

Hình 3. Kết quả chụp TEM (A) và giản đồ XRD(B) của mẫu nano berberin.

– Kết quả DLS cho thấy ở nồng độ 4% berberin, các hạt chủ yếu phân bố trong khoảng 180-300 nm (Hình 1).

– Phân tích mẫu bằng phương pháp chụp FE-SEEM cho thấy kích thước hạt nano chủ yếu trong khoảng 50-70 nm (Hình 2).

Kích thước hạt nano berberin được ghi nhận trong phân tích DLS và FE-SEEM có sự khác biệt. Lý giải cho việc này là do phương pháp DLS thực hiện đo trong dung dịch và các hạt có kích thước khoảng 60 nm kết tụ lại với nhau tạo thành khối với kích thước khoảng 300 nm. Trong khi đó ở phương pháp FE-SEM, mẫu được sấy khô nên có thể quan sát được các hạt nano nhỏ trong khối kết tụ và có thể quan sát được các hạt nano rời.

– Phân tích ảnh TEM (hình 3A), một lần nữa khẳng định kích thước hạt nano berberin ghi nhận trong phân tích DLS lớn là do chúng kết tụ lại với nhau. Kết quả đo XRD của mẫu (hình 3B) cho thấy xuất hiện peak có cường độ mạnh trong khoảng 9,5º và các peak có cường độ yếu hơn trong khoảng 25,5º và 26,5º . Kết quả này cho thấy mẫu nano berberin có cấu trúc tinh thể.

Hoạt tính kháng Candida albicans của mẫu nano berberin

Kết quả cho thấy hoạt tính kháng nấm của nano berberin giảm dần theo nồng độ. Điều đó được thể hiện qua bán kính vòng vô nấm giảm từ 7±0,29 mm ở nồng độ 8192 µg/ml xuống 1,5±0,00 mm ở nồng độ 1024 µg/ml. Ở nồng độ thấp (512 µg/ml) không ghi nhận vòng vô nấm. Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) được ghi nhận ở 1024 µg/ml

Kết luận

Trong nghiên cứu này, các tác giả đã chế tạo thành công nano berberin bằng phương pháp nghiền quay với bi Zirconium. Kết quả kiểm tra bằng các phân tích DLS, FE-SEM, TEM và XRD cho thấy hạt nano tạo ra có kích thước trung bình khoảng 60 nm. Kiểm tra hoạt tính sinh học cho thấy nano berberin ức chế mạnh sự phát triển của nấm Candida albicans với giá trị MIC ghi nhận tại nồng độ 1024 µg/ml. Dịch nano berberin tạo ra trong nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng tạo các sản phẩm sử dụng trong phòng và trị bệnh do nấm Candida albicans gây ra.

Hoahocngaynay.com

Nguồn: riff.vn

Tài liệu tham khảo: Nguyễn Hữu Tuyển và cộng sự (2020), ” Chế tạo nano berberin và khả năng kháng nấm Candida albicans”, Tạp chí khoa học và công nghệ Việt Nam, 62 (7) 7.2020, trang 12-16.

The post Chế tạo nano berberin và đánh giá khả năng kháng nấm Candida albicans first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.

Ban đầu, nhóm nghiên cứu đã tìm cách điều chế phức Mn-Mn bằng cách sử dụng phức Mg(I) làm tác nhân phản ứng. Nhưng họ đã phát hiện ra rằng, thay vào đó họ đã tạo ra phức kim loại hỗn hợp LMn-MgL’, trong đó L và L’ là các phối tử amit rất lớn. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thực thể Mn-Mg màu xanh sẫm để điều chế các phức Mn(I)-Mn(I) và Mn(II)-Cr(0).

Các tác nhân Grignard tiêu chuẩn là các hợp chất hữu cơ – magiê, chúng được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ để chuyển nhóm anion từ magiê sang phân tử hữu cơ. Theo cách tương tự, tác nhân Grignard vô cơ sẽ chuyển kim loại và phối tử của nó từ magiê sang phức kim loại khác, tạo thành hợp chất lưỡng kim mới. Khái niệm tác nhân Grignard vô cơ đã được phát triển trong thập niên 1970, nhưng người ta chỉ tìm ra ít ví dụ cụ thể về các tác nhân đó, các tác nhân và sản phẩm đó không bao giờ được xác định rõ ràng.

Theo các chuyên gia trong lĩnh vực này, sự tiếp cận có kiểm soát đối với các hợp chất dị kim loại có thể là thách thức lớn, nhất là khi các ion kim loại tương tự nhau về mặt điện tử. Việc sử dụng các tác nhân Grignard vô cơ là chiến lược rất tốt mà hiện tại chưa được khảo sát trong lĩnh vực liên kết kim loại-kim loại.

Các hợp chất Mn mới được các nhà hóa học vô cơ quan tâm và là những ví dụ đầu tiên về các phức hai phối trí. Phần lớn các kim loại chuyển tiếp thường cần kết hợp qua 4 liên kết hoặc nhiều hơn để có thể trở thành bền vững. Các phối tử amit lớn hạn chế sự tiếp cận các vị trí kết hợp kim loại, buộc kim loại phải ổn định ở trąng thái oxy hóa thấp hơn so với trạng thái bình thường dựa trên sự bổ sung các điện tử hóa trị, vì vậy chúng có ít phối tử hơn. Ngoài ra, các phản ứng sơ bộ với O₂, N₂O và cacbonđiimit cho thấy phức Mn(0) – Mg(II) mới có thể hoạt động như tác nhân khử mạnh cho các quá trình tổng hợp hữu cơ.

Tham khảo:  http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja5021348

Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info

Nguồn: Chemical & Engineering News

The post Tác nhân Grignard vô cơ tạo liên kết kim loại first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.

Vào 9/5 khí quyển carbon dioxide vượt mức 400 ppm ở Mauna Loa , xuất hiện lần đầu tiên tại Haiwaii vào năm 1958 với mức cao hơn 280 ppm việc này xảy ra trước cuộc cách mạng Công nghiệp thế kỷ 19. Scripps cho biết hiện nay ti lệ  lượng  tăng gấp 100 lần  so với thời kỳ băng hà .

Những nỗ lực trong việc ngăn trặn dòng chảy của hiệu ứng nhà kính vào khí quyển đang được các quốc gia trên thế giới ưu tiên ,dấn đến có nhiều dự án R&D đã được đầu tư  trong việc thu giữ  và ngưng tụ carbon – CCS (carbon capture and storage ). Thủ phạm chính gây ra chính  là việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch trong việc sản xuất điện hoặc sản xuất xi măng, phương pháp CCS được thực hiện trong vòng 20 năm qua chỉ tập trung chủ yếu  lượng khí thải  của các nhà máy và được sử dụng để bơm vào lòng đất hoặc giếng khoan nhằm mục đích tạo áp lực trong việc tăng cường thu hồi dầu (được gọi là EOR – enhanced oil recovery ).

Gần đây hơn, một hướng nghiên cứu R& D khác có tính đột phá trong việc thu hồi và sử  dụng carbon (CCU- carbon capture and utilization), theo đó  thu được từ khí thải được sử dụng làm nguyên liệu để làm hóa chất (như polymer, methanol và lượng lớn hợp chất hóa học CO). Сác nhà hóa học và kỹ sư hóa học trên toàn thế giới đang cố gắng khai thác một loạt các công nghệ sẵn có như phát triển các chất xúc tác phản ứng trùng mới, điện hóa và các quá trình quang hóa, phương pháp công nghệ sinh học và những nghành khác, để không chỉ làm cho việc sử dụng CO2 hiệu quả hơn, đồng thời  cũng có thể làm giảm lượng nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ cần thiết để sản xuất sản phẩm.

Ở  Đức, Bộ giáo dục và Nghiên cứu (BMMF) gần đây đã dành 100 triệu euro cho “Công nghệ bền vững và bảo vệ khí hậu – các quá trình và sử dụng ) với mục tiêu giảm sự  phụ thuộc vào dầu mỏ và khí tự nhiên, sử dụng CO2 làm nguyên liệu tăng gấp đôi sàn xuất năng lượng vào năm 2020 và giảm lượng khí thải   lên tới 40% vào năm 2020. Trong 33 dự án trong thời gian từ 2009- 2015 bao gồm: 11 dự án cho việc sử dụng   và 7 dự án để làm hóa chất.

Ở Mỹ, Bộ Năng lượng đã tài trợ cho phòng thí nghiệm năng lượng công nghệ quốc gia để nghiên cứu công nghệ khai thác và sử dụng carbon (CCU). Bộ Năng lượng  Mỹ cũng đã tài trợ cho các Công ty khởi động để thương mại hóa các ngành công nghiệp khai thác và sự dụng carbon (CCU). Một số dự án được mô tả dưới đây:

Polymers với tích hợp CO2

Việc sản xuất polypropylene carbonate (PPC) polyol sử dụng khí thải CO2 làm nguyên liệu đầu vào đầu tiên trên thế giới được thực hiện vào tháng 2/2013. Một phần tài trợ thực hiện trong 3 năm với kinh phí 25 triệu USD từ Văn phòng Năng lượng hóa thạch, Bộ năng lượng (DOE’s Office of Fossil Energy), PPC được sản xuất bởi Novomer Inc phối hợp với Albemarle Corp thử nghiệm công nghệ chất xúc tác của Novemer. Lô chạy ra được 7 tấn polymer  PPC một  diol với lượng  phân tử 1g/mol – được sử dụng để cải thiện trong việc sản xuất ra các sản phẩm và áp dụng một loạt các ứng dụng  polyurethane, Phó Chủ tịch điều hành Novemer, Peter Shepard nói.

PPC được tạo ra bởi xúc tác đồng trùng hợp của và propylene oxide chứa tới 40% khối lượng, PPC có thể được thay đổi để một loạt các tính chất  đặc tính  như dẻo rắn để bọt mềm, độ linh hoạt tùy thuộc vào độ dài của các chuỗi polymer.

Xúc tác đồng thể Coban  dựa trên chất xúc tác có độ hoạt động gấp 300 lần so với trước đó, được phát triển để tổng hợp polycacbonat. Điều này có thể cho phép quá trình hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn từ 35-50°C. Shepard nói quá trình Novemer diễn ra trong giai đoạn lỏng ở áp suất từ 150 – 300 psi với các monomer hoạt động như một dung môi.

Novemer được các nhà sản xuất điện thoại sản xuất với quy mô lớn và định vị công nghệ polymer của mình để cạnh tranh với các vật liệu từ dầu mỏ thông thường cho các ứng dụng linh hoạt, cứng rắn và bọt siêu vi bao bì, nhựa nhiệt dẻo, chất kết dính polyurethane và chất bịt kín và lớp phủ nhựa cho lon thực phẩm và nước giải khát.

Polyol CO2 cũng đang được phát triển tại Bayer Material Science (BMS; Leverkusen, Đức ) như một phần của dự án sản xuất trong 3 năm ra mắt vào năm 2010 với sự tài trợ từ BMBF và với các đối tác RWE AG, đại học RWTH Aachen và trung tâm xúc tác CAT (một cơ sở nghiên cứu của các trường đại học và Bayer ). Một loại xúc tác mới được làm từ kẽm (Zn) đã được phát triển như một phần của dự án tiên phong “phản ứng trong mơ” (dream reactions) cho phép các phản ứng hiệu quả từ.

Bắt đầu từ năm  2011 công ty đã vận hành  sản xuất quy mô nhỏ (miniplant), hiện đang hoạt động liên tục và sản xuất một lượng mẫu (kg) để thử nghiệm nội bộ của vật liệu mới: chủ nhiệm dự án Christoph Gürtler cho biết. Các miniplant sử dụng  từ khí thải của một nhà máy điện đốt than non-RWE hoạt động gần Cologne

BMS hiện đang thử nghiệm các polymer cho các ứng dụng tiềm năng. Bằng cách trộn các polyether CO2 dựa trên polycarbonate polyol với isocyanat, công ty này đang sản xuất các mẫu polyurethane để thử nghiệm, kết quả ban đầu cho thấy rẳng các vật liệu có chứa CO2 phù hợp với những người thực hiện theo cách thông thường . Nếu quá trình tiếp tục tạo ra kết quả tốt, Bayer dự định sẽ bắt đầu sàn xuất công nghiệp polyol từ   từ năm 2015 .

Trong khi đó một phân tích vòng đời (LCA) đã được thực hiện bởi Đại học RWTH Aachen và kết quả đã được báo cáo vào tháng vừa qua tại Hội nghị quốc tế về sử dụng nguồn khí CO2 (ngày 23-27 tháng 6 :Alexandria,Va). Phân tích LCA cho thấy vật liệu mới có một lượng khí thải carbon ít hơn so với những vật liệu được sản xuất bằng phương pháp thông thường, điều này cho thấy có thể thay thế nguyên liệu hóa thạch bằng CO2, Gürtler nói .

Một ước muốn khác trong phản ứng tổng hợp trực tiếp của acrylate từ CO2 và anken: ông Michael Limbach nói. Một nhà hóa học làm việc tại trung tâm Tổng hợp và đồng nhất xúc tác của BASF SE và phòng thí nghiệm xúc tác của đại học Heidelberg (CaRLa; Đức ) cho biết, xúc tác kim loại oxy hóa cầu  nối của CO2 với anken hoặc ankin là một trong những cách tạo ra acrylates, nhưng việc tìm kiếm một chất xúc tác thích hợp đã bị bỏ ngỏ trong 30 năm nay.

Năm ngoái, Limbach và các đồng nghiệp của mình từ BASF đã công bố lần đầu tiên tổng hợp được natri acrylat từ CO2  và  ethylene. Nhóm phát triển một chất xúc tác cơ kim đồng nhất dựa trên niken trong 3 năm với 2,2 triệu euro dự án tài trợ bởi BMBF cùng với BASF và THE thêm 1,7 triệu euro trong vài năm tới. Natri acrylat là một thành phần quan trọng để tổng hợp ra polymer tỷ trọng cao, chẳng hạn như polyme siêu hấp phụ được sử dụng trong tách chất. Dự án đang phát triển hơn nữa  và hướng tới acrylat như một sự thay thế kinh tế cho những phương pháp sản xuất hiện nay, sử dụng nhiên liệu hóa thạch  có nguồn gốc từ propylene hoặc propane trong quá trình oxy hóa hai bước: Limbach cho biết,  ước tính nhu cầu thị trường toàn cầu hiện tại cho axit acrylic vào khoảng 4 triệu tấn /năm. Mặc dù   là nguồn cung cấp cacbon giá rẻ, quy trình sản xuất  chỉ thực sự có hiệu quả nếu quá trình này được tạo ra  trung lập.

Phương pháp lên men (Fermentation methods)

Một nhà máy sản xuất axit từ theo công nghệ offgases sẽ được xây dựng tại một nhà máy đang vận hành của Petronas, công ty dầu khí quốc gia Maylaysia, dự kiến khởi công vào năm 2013 .

Quá trình   tương tự như công nghệ CO trong đó sử dụng phương pháp truyền thống lên men có chứa vi khuẩn tự nhiên đã được tối ưu hóa để có được sản phẩm (axit axetic trong trường hợp của ). Nguyên liệu ban đầu  offgases trước  phương pháp vảy nước  và  phản ứng với  ở 35-40 C tạo ra axit axetic và nước, phần còn lại của các thành phần là khí trơ và đi qua các lò phản ứng.

Schultz nói : không giống  CO, dễ dàng hòa tan trong nước, tạo nên quá trình  hiệu quả hơn. LanzTech có kế hoạch thu hồi axit từ các giải pháp bằng cách chiết xuất dung môi ngược dòng (quá trình sử dụng CO chưng cất để có được ethanol ). Ông lưu ý rằng có mặt trong offgases từ nhiên liệu của quá trình công nghiệp và có thể chiếm 50-60% lượng khí đốt từ nhiên liệu.  cho quá trình này có thể được cung cấp từ các nguồn khác nhau có giá trị thấp ,chẳng hạn như khí lò cốc ,offgas từ nhà máy hydro và khí nhiên liệu nhà máy lọc dầu.

Trong khi đó, công nghệ sinh học cũng đang được khai thác như một phương pháp để sản xuất acetone, một dung môi được dùng rộng rãi và cũng là một thành phần quan trọng để tổng hợp methyl methacrylate, isophorone và bisphenol A. Ngày nay aceton được sản xuất từ các nguồn tài nguyên hóa thạch trên, phản ứng propylene và benzene tạo thành acetone và phenol.  Mục tiêu của dự án BMBF –được tài trợ bởi COOPAF (lên men ) là việc phát triển một phòng thí nghiệm  quy mô  lên men khí gas trong đó vi khuẩn sản xuất acetone trực tiếp từ  và . Chủng vi khuẩn acetogenic tự nhiên chuyển hóa thành ethanol và acetate. Trong hợp tác với các trường đại học của Ulm và Rostock , thiết kế vi khuẩn chủng acetogenic đang được phát triển. Ngược lại với những nỗ lực R&D khác, dự án này chỉ sử dụng  như nguồn carbon: ông Jörg-Joachim Nitz nói, Nhóm đã khẳng định và xác nhận có thể sản xuất acetone từ CO2 và H2

Một lợi thế của phương pháp khí công nghệ sinh học lên men là khí tinh khiết không phải là nguyên liệu thô .”Chúng ta có thể sử dụng CO2 và H2 từ dòng khí thải “ Nitz nói .chẳng hạn như tổng hợp khí từ sinh khối và offgases từ quá trình chế biến thép.

Phương pháp điện hóa:

Trong 4 năm qua Det Norske Veritas (DNV,Oslo Na Uy ) đã phát triển quá trình điện hóa của nó (ECFORM- Electrochemical Reduction of CO₂ to Formate) tạo nên axit formic từ CO2 (hình bên ),hòa tan CO2 electrochemically giảm ở cực âm thành các ion định dạng (cùng vợi một lượng nhỏ H2 và CO)của một –hai bước phản ứng xúc tác ,giải thích Edward Rode nhà nghiên cứu  ở Viện nghiên cứu DNV của tập đoàn  Columbus ,Ohio. Ở cực dương ,ion hydroxit  bị oxy hóa thành  .

DNV đã phát triển một chất xúc tác dựa trên thiếc hoặc hợp kim thiếc  và một hỗn hợp oxit kim loại xúc tác ở cực dương ,trong đó làm giảm tổng số phần tử điện áp gần 1 V so với các thiết bị điện khác ,lò phản ứng tế bào điện hóa cũng đã được thiết kế để giảm thiệt hại do điện trở khác( 2V ),kết quả là tổng số năng lượng được giảm đi khoảng 60% :Rode nói .Và tuổi thọ của chất xúc tác cực âm cũng đã được tăng thêm gấp 20 lần .

Quá trình ECFORM đã được thử nghiệm trong một lò phản ứng bán thí điểm có kích thước với diện bề mặt là 600  ,có khả năng giảm khoảng 1kg/ngày của  .Đơn vị đã được lắp ráp vào năng lượng pin mặt trời để thử nghiệm các hoạt động sử dụng năng lượng tái tạo hoàn toàn. Lò phản ứng được mô hình hóa sử dụng PROMS ,một mô hình được mô phỏng dựa trên mô hình từ quá trình hệ thống doanh nghiệp (PSE,London,vương quốc Anh);

Mô hình của DNV được phát triển  và cũng được đánh giá scaleup: Rode nói, bước tiếp theo sẽ là cải tạo một số quá trình cho đến khi chuyển đổi 1 tấn /ngày CO2 mà Rode ước tính sẽ được sản xuất trong vài năm tới. Sau khi phát triển quy mô, quá trình  sẽ được dễ dàng đưa tới quy mô sản xuất thương mại bằng cách tăng số lượng các tế bào : ông nói .

Trong khi đó, vật liệu dioxide [9] đang làm việc trên hai lĩnh vực điện chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu và hóa chất: giảm nhu cầu năng lượng cho việc chuyển đổi chính của  thành CO hoặc HCOOH và  : mở rộng thị trường cho các sản phẩm tiếp theo với hóa chất khối lượng lớn. Một trong những động lực chính là việc sử dụng chất xúc tác nhị chức để giảm điện áp cần thiết để chuyển đổi CO2 CO hoặc HCOOH. Chất xúc tác lưỡng chức đã được biết nhiều trong ngành công nghiệp, chúng thường liên quan đến hai kim loại khác nhau hoặc kim loại và oxit kim loại. Trước dioxide liệu là chất xúc tác để phát triển lưỡng chức mới kết hợp với một kim loại và một chất hữu cơ (chất lỏng ion) để hạ thấp thế  năng cho phản ứng (có nghĩa là, việc giảm rào cản năng lượng cho sự hình thành của CO2 – trung gian).

Công nghệ vật liệu dioxide tạo ra một đường dẫn cho phản ứng cho các phản ứng mới mà không đòi hỏi năng lượng cao, do đó không làm lảng phí năng lượng nhiều . Các công trình khoa học công bố trên tạp chí Science cho thấy CO2 có thể được chuyển đổi thành CO và O2 ở mức 80% hiệu suất năng lượng và 98% độ chọn lọc .

Nghiên cứu ban đầu được thực hiện trên một tế bào 1 . Bộ năng lượng và nghiên cứu cao cấp, Cơ quan chủ quản của dự án (ARPA-E : Advanced Research Projects Agency) đang hợp với 3M [11] phụ trách ARPA-E ,và hiện đang đánh giá công nghệ. Kể từ khi công việc ARPA-E bắt đầu vào tháng 2 năm 2013 . Nhóm đã tăng sản lượng CO lên 3 lần (từ microliters /phút thành  ml/phút). Mục tiêu cuối cùng của dự án ARPA-E là để tăng sản lượng, mục tiêu thiết kế để mở rộng với quy mô công nghiệp (hàng ngàn tấn /ngày).

Trong khi đó dự án Sun-Fire đã được bắt đầu tháng 5 năm 2012 với mục đích sản xuất chất lỏng từ   và   sử dụng năng lượng tái tạo và mục tiêu trong 3 năm bởi công ty của Đức, Dresden [10] , ý tưởng là sản xuất khí tổng hợp bởi sự chuyển đổi thành nước và khí (CO2 + H2 = H2O + CO) sử dụng  được tạo ra bởi nhiệt độ cao. Các khí tổng hợp được chuyển đổi thành chất lỏng (xăng, dầu diesel, dầu hỏa, methanol) và methan thông qua tổng hợp Fisher-Trops.

Bài viết do bạn Lê Đình Lâm, sinh viên đai học Lviv Polytechnic National University, Ucraine gửi cho Hoahocngaynay.com

Dịch từ www.che.com

The post Những ứng dụng mới của CO2 first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.

Có thể nói, lò vi sóng là một phát minh công nghệ bất ngờ và đầy may mắn của thời hiện đại. Ngày nay nó đóng vai trò quan trọng thiết yếu trong các bếp gia đình, giúp hâm nóng hoặc nấu thức ăn một cách đơn giản và dễ dàng. Khi lò vi sóng gia đình được sử dụng rộng rãi, người ta còn tìm ra những ứng dụng độc đáo khác cho nó, ví dụ sấy khô tất và quần áo lót, làm mềm mỹ phẩm hoặc khử trùn tất cả mọi thứ đồ dùng mà người ta có thể nghĩ ra.

Nhưng các nhà hóa học còn sáng tạo ra một trong những ứng dụng phụ thông minh và quan trọng của thiết bị lò vi sóng, đó là tận dụng ưu thế của việc gia nhiệt dễ dàng trong lò để tăng tốc độ của các phản ứng hóa học.

Thông thường, các phản ứng hóa học diễn ra trong bình thí nghiệm ngâm bồn dầu truyền thống hoặc đặt trong vỏ gia nhiệt có thể kéo dài đến hàng giờ. Nhưng ở điều kiện quá nhiệt và áp suất cao có thể được thực hiện với các thiết bị vi sóng, những phản ứng hóa học như trên có thể được hoàn thành chỉ trong vài phút. Trong thời gian ngắn đó, các phản ứng phụ cũng thường ít xảy ra, nhờ đó hiệu suất phản ứng cao hơn và sản phẩm ít nhiễm tạp chất hơn. Ngoài ra, các phản ứng có thể được tiến hành như bình thường trong nước hoặc đôi khi không cần sử dụng dung môi. Hơn nữa, trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao của thiết bị vi sóng, đôi khi người ta chỉ cần sử dụng một lượng xúc tác rất nhỏ hoặc hoàn toàn không cần sử dụng xúc tác cho các phản ứng.

Khả năng thực hiện phản ứng nhanh ở nhiệt độ cao trong thiết bị vi sóng đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu làm việc trong lĩnh vực tìm kiếm các loại dược phẩm mới cũng như các phòng thí nghiệm vật liệu nano – họ đã nắm lấy những ưu điểm của phản ứng hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng để thực hiện các phản ứng tổng hợp hữu cơ, tổng hợp peptit pha rắn, phát triển các polyme và vật liệu nano,…

Tuy nhiên, cần phải có thời gian để thiết bị vi sóng được chấp nhận rộng rãi trong nghiên cứu hóa học. Báo cáo đầu tiên về việc sử dụng thiết bị vi sóng nhằm tăng tốc các phản ứng hữu cơ đã được công bố vào năm 1986. Trong vài năm tiếp theo, các nhà hóa học đã sử dụng các lò vi sóng gia dụng thông thường, khi đó việc theo dõi và kiểm soát nhiệt độ cũng như áp suất của phản ứng là vấn đề khá phức tạp. Đôi khi, các bình phản ứng bị nổ và thổi tung cửa lò vi sóng. Những kết quả không nhất quán cũng đã dẫn đến những cuộc tranh luận giữa các nhà hóa học về việc gia tăng tốc độ phản ứng và tác động bức xạ không nhiệt của vi sóng.

Trước đây, luôn có những nhầm lẫn về những gì xảy ra với vi sóng. Một số người cho rằng các nhà hóa học vi sóng đang cố gắng thuyết phục về những tác dụng kỳ lạ của vi sóng. Nhưng trên thực tế, vi sóng chỉ là phương pháp hiệu quả để gia nhiệt các phản ứng.

Trong bình phản ứng nhỏ, sự gia nhiệt của vi sóng xảy ra do thiết bị vi sóng tạo ra trường điện tử tương tác với các phân tử phân cực hoặc các ion của nguyên liệu phản ứng. Khi các phân tử hoặc ion này tìm cách sắp xếp các lưỡng cực của chúng cho phù hợp với trường điện từ đang dao động, chúng sẽ quay, di chuyển và cọ xát vào nhau, do đó bị nóng lên. Tác động này của vi sóng khác với sự gia nhiệt gián tiếp khi sử dụng nhiệt của bếp đun.

Ngày nay, các thiết bị phản ứng vi sóng nhỏ gọn được bán trên thị trường là những thiết bị khá tinh xảo, có nhiều tính năng an toàn và tự động mà nhà hóa học mong muốn.

Theo các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Graz, Áo, trong 25 năm qua hóa học vi sóng đã thực sự trải qua quá trình tiến hóa từ những thiết bị có vẻ kỳ cục trong phòng thí nghiệm đến những thiết bị thực hành tiêu chuẩn. Ngày nay, hầu như tất cả các công ty dược phẩm, nông hóa và công nghệ sinh học đều sử dụng công nghệ vi sóng để tiền hành tổng hợp hữu cơ trong các giai đoạn tìm kiếm và tối ưu hóa sản phẩm. Tuy công nghệ này mới chỉ ở giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng trong lĩnh vực hóa học quá trình các công ty lớn đang đánh giá hoặc đã áp dụng các phản ứng hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng cho các mẻ phản ứng quy mô kg trong phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học vật liệu cũng ngày càng ưa chuộng các thiết bị phản ứng vi sóng và sử dụng chúng để tăng tốc quá trình điều chế các hạt nano.

Nhóm các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp Graz đã chứng minh rằng các phương pháp hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng có thể được áp dụng tốt cho nhiều kiểu phản ứng hữu cơ, kể cả các phản ứng Diels – Alder, phản ứng tạo liên kết ngang với xúc tác paladi, phản ứng thế các chất thơm,… Năm 2010 họ đã thực hiện một loạt các thí nghiệm để so sánh các phản ứng được hỗ trợ bằng vi sóng với các phản ứng trong các bình khuấy thông thường. Trong một thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp 1-metylbenzimidazol từ o-phenylendiamin và axit axetic – một phản ứng tổng hợp thông thường trong ngành sản xuất dược phẩm. Kết quả cho thấy, trong bình đáy tròn 2ml ở nhiệt độ và áp suất phòng thì phản ứng này phải mất 9 tuần mới hoàn thành. Nếu gia nhiệt đến 100⁰C ở áp suất khí quyển bằng cách sử dụng bề dầu, phản ứng sẽ tăng tốc đáng kể – chỉ mất 5 giờ để hoàn thành. Nhưng nếu thực hiện trong bình đóng kín đặt trong lò vi sóng, gia nhiệt đến 200⁰C và đưa áp suất lên khoảng 9 atm, phản ứng sẽ hoàn thành chỉ trong 3 phút.

Tăng cường quá trình phản ứng ở nhiệt độ và áp suất cao là đặc điểm cơ bản của tổng hợp hóa chất sử dụng vi sóng. Đó là lý do vì sao thiết bị phản ứng vi sóng có thể trở thành công cụ mạnh mẽ của tổng hợp hữu cơ trong tương lai.

Nhà hóa học Bimal K.Banik tại Đại học Tổng hợp Texas, Mỹ, cho rằng lò vi sóng chính là đèn Bunsen của thế kỷ 21. Tương tự như đèn Bunsen, lò vi sóng rất quan trọng trong công tác đào tạo sinh viên và nghiên cứu sinh, giúp họ cắt giảm nhiều thời gian làm thí nghiệm để có thể thực hiện các công việc hoặc nghiên cứu khác.

Một ích lựi khác của hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng là tính đa năng của nó – nó có thể được áp dụng trong hầu hết tất cả các lĩnh vực hóa học.

Nhiều khi, việc sử dụng vi sóng trong tổng hợp hóa chất có thể giúp mở ra những hướng điều chế sản phẩm mới. Ví dụ, trong các phản ứng bổ sung mạch vòng để điều chế thuốc chống ung thư β-lactam, tốc độ gia nhiệt nhanh của thiết bị vi sóng cho phép các nhà hóa học kiểm soát hóa học lập thể để thu được chỉ những dòng isomer trans mới, có tiềm năng được sử dụng làm thuốc điều trị ung thư.

Theo một số nhà khoa học khác, công nghệ hóa học sử dụng vi sóng là phương án thay thế thân môi trường cho các phản ứng hóa học thông thường. Những ích lợi của vi sóng cho thấy công nghệ vi sóng là công nghệ hóa học bền vững hơn so với công nghệ truyền thống.

Trong sản xuất vật liệu nano, sự gia nhiệt bằng vi sóng phù hợp hơn trong việc tạo ra các cấu trúc nano với kích thước nhỏ hơn, phân bố kích thước hẹp hơn và bậc kết tinh cao hơn.

Nhìn chung, vi sóng là công nghệ đơn giản, không quá phức tạp nhưng rất hiệu quả.

Nhưng bất chấp những thành công đã đạt được, công nghệ hóa học sử dụng vi sóng không phải là phương tiện vạn năng cho các nhà hóa học. Không phải tất cả các quá trình chuyển biến hóa học đều có thể được thực hiện trong những điều kiện phản ứng cực trị của thiết bị phản ứng sử dụng vi sóng. Khi chuyển sang các phản ứng mẻ lớn, những ích lợi của việc gia nhiệt bằng vi sóng không thể được dễ dàng nhân lên do độ sâu thâm nhập của bức xạ vào thiết bị phản ứng giảm đi. Ngoài ra, cũng có những rủi ro về an toàn ở một số loại phản ứng hóa học nếu có trục trặc xảy ra. Thiết bị phản ứng càng lớn thì thiệt hại trong trường hợp sự cố càng lớn. Tuy nhiên, các nhà hóa học cũng nhìn thấy một cơ hội khác trong việc áp dụng vi sóng ở quy mô lớn, đó là sử dụng các thiết bị phản ứng dòng chảy liên tục.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Graz đã hợp tác với Công ty hóa chất chuyên dụng Clariant để thực hiện phản ứng hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng với dòng chảy liên tục ở quy mô sản xuất. Họ sử dụng thiết bị phản ứng dòng chảy có khả năng vận hành ở nhiệt độ tối đa đến 310⁰C và áp suất đến 60 atm, lưu lượng 20 lít/giờ, tương đương 1000 tấn/năm. Để hoàn thành phản ứng, các chất phản ứng chỉ cần lưu lại khoảng 30 giây trong vùng chịu tác động bức xạ nhiệt của vi sóng.

Đối với nhiều nhà nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm hóa học, ngày nay vi sóng đã trở thành lựa chọn đầu tiên. Với sự dịch chuyển sang các thiết bị vi sóng dòng chảy liên tục, chúng ta có thể chứng kiến một xu hướng mới có tính đột phá trong công nghệ hóa học, đồng thời là sự dịch chuyển sang các quá trình hóa học thân môi trường và bền vững hơn.

Hoahocngaynay.com

Nguồn csv.net.vn/TC Công nghiệp Hóa chất

The post Những ứng dụng mới của tổng hợp bằng vi sóng first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.

Có thể nói, lò vi sóng là một phát minh công nghệ bất ngờ và đầy may mắn của thời hiện đại. Ngày nay nó đóng vai trò quan trọng thiết yếu trong các bếp gia đình, giúp hâm nóng hoặc nấu thức ăn một cách đơn giản và dễ dàng. Khi lò vi sóng gia đình được sử dụng rộng rãi, người ta còn tìm ra những ứng dụng độc đáo khác cho nó, ví dụ sấy khô tất và quần áo lót, làm mềm mỹ phẩm hoặc khử trùn tất cả mọi thứ đồ dùng mà người ta có thể nghĩ ra.

Nhưng các nhà hóa học còn sáng tạo ra một trong những ứng dụng phụ thông minh và quan trọng của thiết bị lò vi sóng, đó là tận dụng ưu thế của việc gia nhiệt dễ dàng trong lò để tăng tốc độ của các phản ứng hóa học.

Thông thường, các phản ứng hóa học diễn ra trong bình thí nghiệm ngâm bồn dầu truyền thống hoặc đặt trong vỏ gia nhiệt có thể kéo dài đến hàng giờ. Nhưng ở điều kiện quá nhiệt và áp suất cao có thể được thực hiện với các thiết bị vi sóng, những phản ứng hóa học như trên có thể được hoàn thành chỉ trong vài phút. Trong thời gian ngắn đó, các phản ứng phụ cũng thường ít xảy ra, nhờ đó hiệu suất phản ứng cao hơn và sản phẩm ít nhiễm tạp chất hơn. Ngoài ra, các phản ứng có thể được tiến hành như bình thường trong nước hoặc đôi khi không cần sử dụng dung môi. Hơn nữa, trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao của thiết bị vi sóng, đôi khi người ta chỉ cần sử dụng một lượng xúc tác rất nhỏ hoặc hoàn toàn không cần sử dụng xúc tác cho các phản ứng.

Khả năng thực hiện phản ứng nhanh ở nhiệt độ cao trong thiết bị vi sóng đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu làm việc trong lĩnh vực tìm kiếm các loại dược phẩm mới cũng như các phòng thí nghiệm vật liệu nano – họ đã nắm lấy những ưu điểm của phản ứng hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng để thực hiện các phản ứng tổng hợp hữu cơ, tổng hợp peptit pha rắn, phát triển các polyme và vật liệu nano,…

Tuy nhiên, cần phải có thời gian để thiết bị vi sóng được chấp nhận rộng rãi trong nghiên cứu hóa học. Báo cáo đầu tiên về việc sử dụng thiết bị vi sóng nhằm tăng tốc các phản ứng hữu cơ đã được công bố vào năm 1986. Trong vài năm tiếp theo, các nhà hóa học đã sử dụng các lò vi sóng gia dụng thông thường, khi đó việc theo dõi và kiểm soát nhiệt độ cũng như áp suất của phản ứng là vấn đề khá phức tạp. Đôi khi, các bình phản ứng bị nổ và thổi tung cửa lò vi sóng. Những kết quả không nhất quán cũng đã dẫn đến những cuộc tranh luận giữa các nhà hóa học về việc gia tăng tốc độ phản ứng và tác động bức xạ không nhiệt của vi sóng.

Trước đây, luôn có những nhầm lẫn về những gì xảy ra với vi sóng. Một số người cho rằng các nhà hóa học vi sóng đang cố gắng thuyết phục về những tác dụng kỳ lạ của vi sóng. Nhưng trên thực tế, vi sóng chỉ là phương pháp hiệu quả để gia nhiệt các phản ứng.

Trong bình phản ứng nhỏ, sự gia nhiệt của vi sóng xảy ra do thiết bị vi sóng tạo ra trường điện tử tương tác với các phân tử phân cực hoặc các ion của nguyên liệu phản ứng. Khi các phân tử hoặc ion này tìm cách sắp xếp các lưỡng cực của chúng cho phù hợp với trường điện từ đang dao động, chúng sẽ quay, di chuyển và cọ xát vào nhau, do đó bị nóng lên. Tác động này của vi sóng khác với sự gia nhiệt gián tiếp khi sử dụng nhiệt của bếp đun.

Ngày nay, các thiết bị phản ứng vi sóng nhỏ gọn được bán trên thị trường là những thiết bị khá tinh xảo, có nhiều tính năng an toàn và tự động mà nhà hóa học mong muốn.

Theo các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Graz, Áo, trong 25 năm qua hóa học vi sóng đã thực sự trải qua quá trình tiến hóa từ những thiết bị có vẻ kỳ cục trong phòng thí nghiệm đến những thiết bị thực hành tiêu chuẩn. Ngày nay, hầu như tất cả các công ty dược phẩm, nông hóa và công nghệ sinh học đều sử dụng công nghệ vi sóng để tiền hành tổng hợp hữu cơ trong các giai đoạn tìm kiếm và tối ưu hóa sản phẩm. Tuy công nghệ này mới chỉ ở giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng trong lĩnh vực hóa học quá trình các công ty lớn đang đánh giá hoặc đã áp dụng các phản ứng hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng cho các mẻ phản ứng quy mô kg trong phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học vật liệu cũng ngày càng ưa chuộng các thiết bị phản ứng vi sóng và sử dụng chúng để tăng tốc quá trình điều chế các hạt nano.

Nhóm các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp Graz đã chứng minh rằng các phương pháp hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng có thể được áp dụng tốt cho nhiều kiểu phản ứng hữu cơ, kể cả các phản ứng Diels – Alder, phản ứng tạo liên kết ngang với xúc tác paladi, phản ứng thế các chất thơm,… Năm 2010 họ đã thực hiện một loạt các thí nghiệm để so sánh các phản ứng được hỗ trợ bằng vi sóng với các phản ứng trong các bình khuấy thông thường. Trong một thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp 1-metylbenzimidazol từ o-phenylendiamin và axit axetic – một phản ứng tổng hợp thông thường trong ngành sản xuất dược phẩm. Kết quả cho thấy, trong bình đáy tròn 2ml ở nhiệt độ và áp suất phòng thì phản ứng này phải mất 9 tuần mới hoàn thành. Nếu gia nhiệt đến 100⁰C ở áp suất khí quyển bằng cách sử dụng bề dầu, phản ứng sẽ tăng tốc đáng kể – chỉ mất 5 giờ để hoàn thành. Nhưng nếu thực hiện trong bình đóng kín đặt trong lò vi sóng, gia nhiệt đến 200⁰C và đưa áp suất lên khoảng 9 atm, phản ứng sẽ hoàn thành chỉ trong 3 phút.

Tăng cường quá trình phản ứng ở nhiệt độ và áp suất cao là đặc điểm cơ bản của tổng hợp hóa chất sử dụng vi sóng. Đó là lý do vì sao thiết bị phản ứng vi sóng có thể trở thành công cụ mạnh mẽ của tổng hợp hữu cơ trong tương lai.

Nhà hóa học Bimal K.Banik tại Đại học Tổng hợp Texas, Mỹ, cho rằng lò vi sóng chính là đèn Bunsen của thế kỷ 21. Tương tự như đèn Bunsen, lò vi sóng rất quan trọng trong công tác đào tạo sinh viên và nghiên cứu sinh, giúp họ cắt giảm nhiều thời gian làm thí nghiệm để có thể thực hiện các công việc hoặc nghiên cứu khác.

Một ích lựi khác của hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng là tính đa năng của nó – nó có thể được áp dụng trong hầu hết tất cả các lĩnh vực hóa học.

Nhiều khi, việc sử dụng vi sóng trong tổng hợp hóa chất có thể giúp mở ra những hướng điều chế sản phẩm mới. Ví dụ, trong các phản ứng bổ sung mạch vòng để điều chế thuốc chống ung thư β-lactam, tốc độ gia nhiệt nhanh của thiết bị vi sóng cho phép các nhà hóa học kiểm soát hóa học lập thể để thu được chỉ những dòng isomer trans mới, có tiềm năng được sử dụng làm thuốc điều trị ung thư.

Theo một số nhà khoa học khác, công nghệ hóa học sử dụng vi sóng là phương án thay thế thân môi trường cho các phản ứng hóa học thông thường. Những ích lợi của vi sóng cho thấy công nghệ vi sóng là công nghệ hóa học bền vững hơn so với công nghệ truyền thống.

Trong sản xuất vật liệu nano, sự gia nhiệt bằng vi sóng phù hợp hơn trong việc tạo ra các cấu trúc nano với kích thước nhỏ hơn, phân bố kích thước hẹp hơn và bậc kết tinh cao hơn.

Nhìn chung, vi sóng là công nghệ đơn giản, không quá phức tạp nhưng rất hiệu quả.

Nhưng bất chấp những thành công đã đạt được, công nghệ hóa học sử dụng vi sóng không phải là phương tiện vạn năng cho các nhà hóa học. Không phải tất cả các quá trình chuyển biến hóa học đều có thể được thực hiện trong những điều kiện phản ứng cực trị của thiết bị phản ứng sử dụng vi sóng. Khi chuyển sang các phản ứng mẻ lớn, những ích lợi của việc gia nhiệt bằng vi sóng không thể được dễ dàng nhân lên do độ sâu thâm nhập của bức xạ vào thiết bị phản ứng giảm đi. Ngoài ra, cũng có những rủi ro về an toàn ở một số loại phản ứng hóa học nếu có trục trặc xảy ra. Thiết bị phản ứng càng lớn thì thiệt hại trong trường hợp sự cố càng lớn. Tuy nhiên, các nhà hóa học cũng nhìn thấy một cơ hội khác trong việc áp dụng vi sóng ở quy mô lớn, đó là sử dụng các thiết bị phản ứng dòng chảy liên tục.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Graz đã hợp tác với Công ty hóa chất chuyên dụng Clariant để thực hiện phản ứng hóa học được hỗ trợ bằng vi sóng với dòng chảy liên tục ở quy mô sản xuất. Họ sử dụng thiết bị phản ứng dòng chảy có khả năng vận hành ở nhiệt độ tối đa đến 310⁰C và áp suất đến 60 atm, lưu lượng 20 lít/giờ, tương đương 1000 tấn/năm. Để hoàn thành phản ứng, các chất phản ứng chỉ cần lưu lại khoảng 30 giây trong vùng chịu tác động bức xạ nhiệt của vi sóng.

Đối với nhiều nhà nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm hóa học, ngày nay vi sóng đã trở thành lựa chọn đầu tiên. Với sự dịch chuyển sang các thiết bị vi sóng dòng chảy liên tục, chúng ta có thể chứng kiến một xu hướng mới có tính đột phá trong công nghệ hóa học, đồng thời là sự dịch chuyển sang các quá trình hóa học thân môi trường và bền vững hơn.

Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info

Nguồn: Csv.net.vn/TC Công nghiệp Hóa chất

The post Những ứng dụng mới của tổng hợp bằng vi sóng first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.

Các quá trình bao gồm :

a) Đồng trùng hợp các silan hữu cơ, đại phân tử monomer, alkoxide kim loại

b) Áo bọc các chất hữu cơ bằng các silica hoặc alkoxie kim loại có xuất xứ từ quá trình sol-gel

c) Chức hoá hữu cơ lên độn nano, nano clay, hoặc các hợp chất có cấu trúc tấm

Những thế hệ mới các vật liệu nano này phát triển liên tục thông qua các nghiên cứu hàn lâm đã và đang là những quả ngọt cho các ứng dụng đầy lợi nhuận trong các lĩnh vực quang học, điện tử, truyền dẫn ion thể rắn, cơ khí, năng lượng, môi trường, sinh học, y học. Các ứng dụng cụ thể có thể thấy như màng lọc, thiết bị tách, màng phủ thông minh, pin nhiên liệu, tế bào mặt trời, chất xúc tác, cảm biến,v.v…

Các chiến lược chung trong chế tạo các vật liệu nano mang chức.

Có ba hướng chính A, B, C độc lập trong chủng loại, ứng dụng , bản chất giao diện giữa các phần hữu cơ-vô cơ, cơ chế tổng hợp hóa học được dùng trong chế tạo vật liệu nano. (hình 1)

Hướng A liên quan đến hóa học sol-gel, sử dụng các tác chất đa chức và tạo cầu nối, tổng hợp sử dụng các điều kiện thủy nhiệt.

A1: Tổng hợp sol-gel.

Thông qua các cơ chế tổng hợp sol-gel kinh điển, chúng ta có mạng vật liệu lai vô định hình. mạng này hình thành từ quá trình thủy phân các alkoxide kim loại đã được biến tính phần hữu cơ hoặc các alide kim loại, và alide kim loại đã được ngưng tụ với alkoxide kim loại. Dung môi có thể chứa các phân tử hữu cơ, phân tử sinh học hoặc polymer đa chức mà nó có thể tạo nới ngang hoặc tương tác với hoặc bị giữ lại bên trong phần vô cơ của vật liệu nano lai nhờ các tương tác ( liên kết hydro, tương tác p-p, lực Val der Waals). Hướng này đơn giản, rẻ, và tạo ra vật liệu nano lai vô định hình. Các vật liệu này cho cấu trúc micro không xác định, trong suốt và dễ định hình dạng màng hay khối. Chúng có kích thước đa phân tán và không đồng nhất trong thành phần hóa học. Tuy nhiên vật liệu tổng hợp từ hướng này rẻ, đa dụng, có nhiều tính chất cơ lý đáng quan tâm và đang có ứng dụng thương mại trong dạng màng hay khối monolith. Hiện tại, việc kiểm soát cấu trúc cục bộ hoặc bán cục bộ cũng như mức độ tổ chức của vật liệu loại này là các vấn đề quan trọng trong việc tạo ra những tích chất như ý.

A2: Sử dụng tác chất đã tạo cầu nối.

Các chất đã tạo cầu nối như silsesquioxane X3Si–R9–SiX3 với R9 là chất bắt cầu gốc hữu cơ , X là các gốc Cl, Br , OR. Sử dụng những chất này cho phép chế tạo các vật liệu lai cơ kim với độ đồng nhất mức phân tử và có tổ chức cục bộ tốt hơn. Sự kết hợp các thành phần cầu nối gốc hữu cơ của các nhóm alkyl, vòng thơm, và ure giúp quá trình tự kết nối tốt hơn nhờ khả năng tạo mạng liên kết hydro mạnh và sắp xếp hiểu quả qua các tương tác p-p của các nửa phân đoạn hữu cơ.

A3: Tổng hợp thủy nhiệt

Phương pháp tổng hợp thủy nhiệt trong dung môi phân cực (nước , formamide,v.v…) với sự có mặt các phân tử khuôn gốc hữu cơ cho ra các sản phẩm zeolite. Các sản phẩm này có diện tích bề mặt rất cao. Một số vật liệu zeolite lai mang tính từ hoặc điện. Sản phẩm có cấu trúc khung cơ-kim (metal organic framwork- MOF) đi từ phương pháp này hiện đang là ứng cử viên cho các ứng dụng xúc tác và hấp phụ khí.

Hướng B liên quan đến hóa học kết nối (hướng B1) , hoặc sự phân tán (hướng B2) các khối nano đã được hình thành sẵn (well-defined nanobuilding block- NBB). Các khối nano hình thành sẵn là các phần tử được hiệu chỉnh cấu trúc và sẵn sàng tích hợp vào vật liệu nền. Những NBB có thể là các chùm hay bó phân tử, hạt nano được gắn trước hay cố định các nhóm chức hữu cơ ( oxyt kim loại, kim loại,oxyt các nguyên tố nhóm VI, các hợp chất dạng nano vỏ-lõi hoặc nano lớp (đất sét, các hydroxyt lưỡng lớp, các phospate dạng lớp, oxide các nguyên tố nhóm VI). Những NBB này có khả năng chèn tách vào các thành phần hữu cơ. Bên cạnh đó, chúng có thể được bọc các ligand hoặc kết nối với các chất bắt cầu gốc hữu cơ, chẳng hạn các phân tử telechelic hoặc polymer hoặc dendrimer đã chức hóa. Sử dụng những nhóm chất đã định sẵn cấu trúc này cho ưu điểm:

– Chúng khá trơ với sự thủy phân hoặc sự tấn công của các phần tử ái nhân.

– Các NBB có kích thước nano, đa phân tán, và với cấu trúc định sẵn rõ sẽ tạo dựng tốt các tính chất của vật liệu cuối cùng.

Sự đa dạng các NBB về bản chất, cấu trúc, và độ chức và các liên kết cho phép tạo nên các kiến trúc giao diện cơ-kim khác nhau tương ứng đến các kiểu tổ hợp khác nhau. Ngoài ra, tổng hợp theo từng bậc cho phép kiểm soát tốt các cấu trúc trung gian trong quá trình. Nhóm vật liệu đi từ sử dụng NBB quan trọng là vật liệu dùng đất sét nano. Chúng đã được thương mại hóa từ những kết quả chèn tách, trương nở và ly tán các đất sét nano.

Hướng C Tự tổ hợp -lắp ghép.

C1: Tố chức , tạo dạng mạng lai cơ-kim bằng các chất hoạt động bề mặt hữu cơ

Trong mười năm qua, hướng tổng hợp mới này được khảo sát và nghiên cứu kỹ và đem lại sự thành công trong phát triển vật liệu lai. Sự thành công này liên quan đến khả năng kiểm soát và tinh chỉnh các giao diện cơ-kim. Trong lĩnh vực này, các pha cơ-kim được quan tâm tới vì sự đa dụng của chúng trong việc xây dựng nên một phạm vi rộng các loại nanocomposite. Nanocomposite từ lĩnh vực này có thể là loại phân tán trật tự cao các khối vô cơ vào nền hữu cơ hay là loại vật liệu nanocomposite có sự dung nạp có kiểm soát cao ở mức nano độ các polymer hũu cơ vào trong nền vô cơ. Một trong số chúng là vật liệu đi từ tổng hợp mạng lai có cấu trúc meso.

Hướng C2 sử dụng tác chất silsesquioxane đã được tạo cầu nối để tạo vật liệu lai xốp meso có khung ghép. Bước tiếp cận này tạo ra họ vật liệu mới các silica lai có tổ chức meso xốp mang nhóm chức hữu cơ bên trong vỏ silica. Vật liệu nano xốp này có trật tự cao và độ xốp meso cho phép thực hiện các phản ứng gắn chức hữu cơ lên bề mặt tiếp theo.

Hướng C3 liên quan đến sự kết hợp quá trình tự tổ hợp-gắn kết và cách xây dựng các khối nano NBB. Hướng này cho phép chúng ta có thể kiểm soát tốt các bước tổ hợp -gắn kết. Chúng hết sức quan trọng trong việc khảo sát nền tảng tổng hợp vật liệu bằng sự xây dựng kết cấu. Hướng này cho thấy sự đa dạng các giao diện trong cấu trúc giữa các phần vô cơ và hữu cơ ( nối đồng hóa trị, phức, tương tác tĩnh điện, v.v…). Các khối NBB cũng tạo ra ngành hóa học chuyên về lắp ghép phân tử thông qua các qua trình nhận dạng mức phân tử.

Phương pháp Aerosol

Phương pháp Aerosol được sử dụng phổ biến để tổng hợp hàng loạt vật liệu như Kim loại, oxit kim loại, non-oxide ceramic, vật liệu bán dẫn, vật liệu siêu dẫn và đặc biệt là vật liệu nano. Aerosol có thể dùng để điều chế vật liêu với độ tinh khiêt cao cùng với điều khiển được sự kết tinh cũng như kích thước hạt vật liệu.

Phương pháp tổng hợp Aerosol có thể chia thành 2 cách:
-Sự tạo hạt vật liệu từ pha khí ( gas-to-particle)
-Sự tạo hạt vật liệu từ giọt nhỏ ( droplet-to-particle)

Sự tạo hạt vật liệu từ pha khí (PP chính của Aerosol)

Các hạt vật liệu được sinh ra từ trạng thái hơi quá bão hòa của các “condensable species” trong môi trường khí mang (khí mang này thường là các khí trơ như N2, Ar…). Hơi quá bão hòa này được tạo ra bởi hoặc phản ứng hóa học, hoặc quá trình Vật lý, ví như quá trình làm lạnh để giảm áp suât hơi bão hòa của “condensable species”. Tại trạng thái quá bão hòa đủ cao, các hạt vật liệu được sinh ra bởi quá trình “nucleation”, cùng với quá trình phát triển hạt vật liệu thông qua: condensation, coagulation và agglomeration. Thông thường, Sự tạo hạt vật liệu từ pha khí thường sinh ra các hạt vật liệu với sự phân bố kích thước hạt vật liệu ở phạm vi hẹp, các hạt vật liệu tạo ra ở đây là dạng rắn và có hình cầu.

Sự tạo hạt vật liệu từ pha khí đã được sử dụng để điều chế các kim loại( Ag, Au, Cu va Mo), các oxide va non-oxide ceramic (Al2O3, TiO2, SiO2, MgO, AlN, BC, và vật liệu bán dẫn (GaAs, ZnS. Hơn nưa, các vật liệu cấu trúc nano cũng dễ dàng được điều chế theo phương pháp này, kích thước các hạt có thể dao động từ vài nano tới vài micro. Trên qui mô công nghiệp TiO2, fumed SiO2, carbon black đã được điều chế theo phương pháp này.

Ưu điểm: So với phương pháp Sol-gel. Sản phẩm tạo ra ở dạng khô được sinh ra trực tiếp giảm bớt được các khâu lọc, rửa, sấy và nung… Điều này rất phù hợp cho các ứng dụng ceramic hay composite đòi hỏi nguyên liệu đầu ở dạng khô.

Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info

Nguồn: Cyberchemvn.com

The post Các phương pháp chế tạo vật liệu nano first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.

Hợp kim nha khoa mác Ni76Cr14Mo5Ti4AlCu tương đương mác Talladium CE 0197 của Italia là mác có hàm lượng khoảng 76%Ni, 14%Cr, 5%Mo, 4%Ti và vi lượng các nguyên tố Al, Cu. Đây là hợp kim có nhiệt độ nóng chảy và đúc khoảng gần 1380^oC. Để tạo ra được thỏi hợp kim, công nghệ đúc phổ biến là rót vào khuôn thép chịu nhiệt Cr-Ni-Mo-Ti. Vì có nhiệt độ nóng chảy và đúc thấp nên hợp kim có thể đúc theo công nghệ áp lực thấp hoặc bán lỏng.

Bắt đầu từ năm 2004, các nhà khoa học Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã triển khai đề tài nghiên cứu công nghệ chế tạo hợp kim nha khoa Ni-Cr-Mo-Ti cho kỹ thuật phục hình răng. Các nhà khoa học đã nghiên cứu sâu về cơ sở đường lỏng, hợp kim hóa các kim loại, hình thành và lớn mầm, đông đặc và kết tinh trong quá trình đúc, nguội hợp kim. Phản ứng giữa các pha liên kim đến hình thành, chuyển hóa austenit ở thỏi sản phẩm cũng đã được nghiên cứu.

Hình 1. Quá trình hình thành, lớn mầm và phân, tách làm mịn tinh thể.

Trên cơ sở đó các nhà khoa học đã lựa chọn được vật liệu và công nghệ luyện chảy tan – nhúng các kim loại có nhiệt độ chảy cao từ 1453^oC (Ni) tới 2600^oC (Mo), tạo sản phẩm có nhiệt độ chảy thấp trong khoảng từ 1350 đến 1380^oC, đúc thỏi vào khuôn kim loại đat hợp kim có cấu trúc austenit và liên kim Ni₃Ti và Ni₃AlTi tăng bền dạng vảy, mỏng mịn đều có bề mặt sáng bóng như vàng trắng.

Hình 2: Cấu trúc hiển vi,quang học, hợp kim Ni71Cr16Mo5Ti5 tẩm thực marble, 200x	Hình 3: Cấu trúc hiển vi, quang học, hợp kim Ni70Cr18Mo8Ti4 tẩm thực marble, 200x	Hình 4: Cấu trúc hiển vi, quang học,hợp kim Ni76Cr14Mo5Ti4AlCu tẩm thực marble, 200x

Qua nhiều năm nghiên cứu, đề tài đã đạt được những mục tiêu chính về khoa học công nghệ và ứng dụng thực tiễn. Xác định được mác hợp kim nha khoa Ni76Cr14Mo5Ti4AlCu có thành phần tối ưu, mang tính chất ưu việt nhất là Ni(73-76%)-Cr(16-17%)-Mo(5-6%Mo)-Ti(3,5-4%)-Cu, Al. Đây là mác hợp kim nha khoa mới của Việt Nam có các tính chất cơ, lý cao, độ bền ăn mòn trong nước bọt cao hơn mẫu Talladium CE 0197 của Italia, tính gia công tốt. Đề tài đã chế thử nhiều bộ mão cầu, hàm khung cho một số phòng nha khoa ở Hà Nội mắc vào răng người đã qua nhiều năm; được đánh giá đạt chất lượng tốt về tương thích y sinh, có tính kháng khuẩn cao, tính thẩm mỹ với mầu bề mặt trắng đẹp như răng thật.

Hình 5. Hàm khung răng sứ từ hợp kim Ni76Cr14Mo5Ti4AlCu

Nghiên cứu công nghệ chế tạo hợp kim nha khoa Ni76Cr14Mo5Ti4AlCu cho kỹ thuật phục hình răng của các nhà khoa học Viện Khoa học Vật liệu đã mở đường cho sự phát triển sản phẩm hợp kim nha khoa – vật liệu y sinh mới ở Việt Nam, đồng thời giúp cho ngành nha khoa có cơ sở để ứng dụng hợp kim mới này vào thực tiễn.

Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info

Nguồn PGS.TS Tô Duy Phương – Viện Khoa học Vật liệu

Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam

The post Nghiên cứu chế tạo hợp kim nha khoa Ni-Cr-Mo-Ti cho kỹ thuật phục hình răng first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.

Người Roman xưa đã tìm thấy muối amoni clorua tại đền thờ thần Jupiter tại xứ Libi cổ và gọi muối đó là “ muối Amun” ( salt of Amun). Trong một tác phẩm cổ, Caius Plinius Secundus (hay còn gọi là Pliny the Elder) có nhắc đến tên một loại muối được gọi là “Hammoniacus” (hammoniacus sal, hay còn gọi là sal ammoniac). Vào Thế kỷ thứ 8, các nhà giả kim thuật Arập đã biết đến sal ammoniac. Sau đó vào Thế kỷ 13, Geber (Jabir ibn Hayyan) và các nhà giả kim thuật châu Âu cũng nhắc đến tên muối này. Vào thời kỳ Trung thế kỷ, những người thợ nhuộm đã biết dùng muối sal ammoniac (còn được gọi là nước tiểu lên men) để làm đổi màu các loại thuốc nhuộm có nguồn gốc thảo mộc. Vào Thế kỷ 15, Basilius Valentinus đã chỉ ra rằng có thể thu được amoniac bằng các cho kiềm tác dụng với sal ammoniac. Sau đó loại muối này đã được điều chế bằng cách chưng (nhiệt phân) sừng và móng gia súc, sau đó trung hòa dịch cất chứa cacbonat thu được với axit clohyđric (HCl).

Lần đầu tiên amoniac dạng khí do Joseph Priestley phân lập vào năm 1774 và được ông đặt tên là “không khí kiềm” (alkaline air). Tuy nhiên người đầu tiên thu được chất khí này là nhà giả kim thuật Basil Valentine. 11 năm sau, Claude Louis Berthollet đã xác định được thành phần phân tử của amoniac là NH₃.

Fritz Haber và Carl Bosch là những người phát hiện quy trình sản xuất amoniac vào năm 1909. Công trình này đã được đăng ký phát minh vào năm 1910.

Người Đức là là những người đầu tiên trên thế giới sử dụng amoniac ở quy mô công nghiệp trong thời kỳ Đại chiến thế giới lần thứ I sau khi bị phong tỏa mất nguồn natri nitrat từ Chilê. Khi đó amoniac được được người Đức dùng để sản xuất thuốc nổ phục vụ chiến tranh.

Các nguồn phát sinh amoniac

Hiện nay ngoài nguồn NH₃ nhân tạo (các nhà máy sản xuất phân urê hoặc các nhà máy chuyên sản xuất amoniac lỏng), trong tự nhiên cũng có một lượng nhỏ NH₃ tồn tại trong khí quyển do thường xuyên hợp chất này được tạo ra từ các quá trình phân hủy các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc động, thực vật.

Trong nước mưa, nước biển người ta cũng phát hiện thấy có NH₃ và các các muối amoni. Hoạt động của núi lửa cũng là nguồn sinh ra muối amoni (như amoni clorua NH₄Cl và amoni sunfat (NH₄)₂SO₄). Tại một số vùng khoáng chứa sôđa, người ta cũng thấy có các tinh thể amoni bicacbonat NH₄HCO₃. Các hoạt động sinh hóa hàng ngày của người và động vật cũng là nguồn sinh ra NH₃.

Một số tính chất cơ bản của amoniac

1. Tính chất vật lý

Amoniac có công thức phân tử là NH₃. Phân tử lượng NH₃ là 17,0306g/mol.

Ở điều kiện thường, NH₃ khan là một chất khí không màu, nhẹ bằng nửa không khí (tỷ trọng so với không khí bằng 0,596 ở O^oC), có mùi sốc đặc trưng.

Amoniac khan tạo “khói” trong không khí ẩm. Amoniac hòa tan mạnh trong nước tạo thành dung dịch nước của NH₃ (hay còn gọi là amoni hyđroxit do trong dung dịch nước của amoniac có tạo thành NH₄OH). Ở O^oC, NH₃ có độ hòa tan cực đại là 89,9g trong 100 ml nước. Dung dịch nước của NH₃ (còn có tên là “ nước đái quỷ”) khá bền nhưng bị loại gần hết NH₃ khi đun tới sôi.

Nồng độ của amoni hyđroxit có thể được xác định bằng tỷ trọng kế hoặc Bomé kế.

Ở áp suất khí quyển, NH₃ hóa lỏng tại -33,34^oC (239,81^oK), có trọng lượng riêng 682 g/lit tại 4^oC, hóa rắn tại -77,73^oC (195,92^oK), vì vậy ở nhiệt độ thường người ta phải lưu trữ NH₃ lỏng dưới áp suất cao (khoảng trên 10 atm tại 25,7^oC).

Do NH₃ lỏng có entalpy (nhiệt bay hơi) ∆H thay đổi lớn (23,35kJ/mol) nên chất này được dùng làm môi chất làm lạnh.

NH₃ lỏng là một dung môi hòa tan tốt nhiều chất và là một trong những dung môi ion hóa không nước quan trong nhất. Nó có thể hòa tan các kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại đất hiếm để tạo ra các dung dịch kim loại (có màu), dẫn điện và có chứa các electron solvat hóa.

Một số tính chất đặc trưng của NH₃

NH₃ lỏng là một dung môi ion hóa nhưng yếu hơn nước. Nó có thể hòa tan và phân li nhiều hợp chất có liên kết ion điển hình như các muối nitrat, nitrit, xyanua, v.v …của kim loại kiềm và amoni. Trong NH₃ lỏng, các muối amoni tan đều có tính axit. So với trong môi trường nước, thế oxyhóa khử của nhiều hệ trong NH₃ lỏng đều chuyển sang dương hơn.

2. Tính chất hóa học

Phân tử NH₃ có cấu trúc kim tự tháp tam giác (trigonal pyramid).

Trong không khí, NH₃ là chất bền, không tự bốc cháy và không duy trì sự cháy. Ở nhiệt độ cao (1200^oC) và có mặt của chất xúc tác thích hợp, amoniac có thể bị phân hủy thành nitơ và hyđro.

2NH₃ → N₂ + 3H₂ t°= 1200°C     (1)

NH₃ có thể phản ứng với các chất oxy hóa. Ví dụ: nó có thể cháy trong oxy với ngọn lửa màu lục vàng yếu cho sản phẩm là nitơ và nước; có thể cháy trong khí clo, nitơ bị đẩy ra và tạo HCl, còn trong trường hợp dư NH₃ thì có thể xảy ra nổ mạnh đồng thời tạo thành nitơ triclorua NCl₃. Khi đó nitơ trong phân tử NH₃ chuyển hóa trị từ – 3 lên +3.

Cũng vì lẽ NH₃ dễ dàng phản ứng với nhiều chất, trong đó có các chất oxy hóa mạnh, các axit mạnh, v.v…, nên trong thực tế người ta khuyến cáo không nên trộn lẫn (hoặc để gần) amoniac với các axit mạnh, các halogen, các chất chất tẩy trắng clorin (chlorine bleach) hoặc các chất oxy hóa mạnh khác.

NH₃ khan (độ ẩm dưới 0,2%) không phản ứng với HCl khan, tuy nhiên khi có mặt của nước (độ ẩm) sẽ xảy ra phản ứng mạnh. Trong trường hợp này, NH₃ thể hiện tính bazơ điển hình. Dung dịch nước của amoniac thường được gọi là amoni hyđroxit với hằng số bazơ pk=4,75, và tác dụng tỷ lượng với các axit và tạo các muối amoni. Ví dụ:

NH₃ + HCl → NH₄Cl (2)

Phản ứng tạo khói trắng rất đặc trưng khi cho hơi NH₃ tiếp xúc với dung dịch HCl đậm đặc.

Trong khi đó bản thân NH₃ khan lại là một axit rất yếu, có thể mất 1 proton H⁺ tạo thành anion amid NH₂^–. Ví dụ cho liti nitrua vào NH₃ lỏng người ta nhận được anion amid (NH₂^– )

Li₃N_(s)+ 2 NH_{3 (l)} → 3 Li⁺_(am) + 3 NH₂⁻_(am) (3)

Hyđro trong NH₃ có thể bị các kim loại mạnh đẩy ra và thế chỗ để tạo ra các nitrua như magie có thể cháy trong NH₃ để tạo magie nitrua Mg₃N₂. Natri hoặc kali kim loại nóng có thể tạo ra các nitrua (NaNH₂, KNH₂) khi tác dụng với NH₃.

NH₃ có thể bị oxy hóa thành axit nitric HNO₃ với sự có mặt của xúc tác platin ở nhiệt độ 750-800^oC, áp suất oxy  9 atm. Quá trình này được gọi là quá trình Oswald

4 NH₃ + 8 O₂ → 4 HNO₃ + 4 H₂O                 (4)

Từ axit nitric người ta có thể sản xuất nhiều dẫn xuất của nitơ trong đó có các chất nổ.

NH₃ tự bốc cháy ở 651 °C và có thể tạo hỗn hợp nổ với không khí khi nồng độ nằm trong vùng 16–25% (có tài liệu nói là 16-28%).

NH₃ có tính ăn mòn các kim loại và hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm (Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg), v.v… Vì vây trong thực tế người ta khuyến cáo không nên để hơi hoặc dung dịch amoniac tiếp xúc với các vật dụng có chứa các kim loại hoặc hợp kim này. Khi NH₃ tiếp xúc lâu dài với một số kim loại (Au, Ag, Hg, Ge, Te, Sb…) thì có thể tạo ra các hợp chất kiểu fuminat dễ gây nổ nguy hiểm.

Amoniac lỏng phá hủy các chất dẻo, cao su, gây phản ứng trùng hợp nổ của etylen oxit.

Công nghệ sản xuất amoniac

Trước Đại chiến Thế giới lần I,  NH₃ được điều chế ở quy mô rất nhỏ bằng cách chưng cất các chất thải động thực vật, than đá, hoặc cho các muối amoni, nhất là amoni clorua (sal ammoniac), tác dụng với kiềm (vôi).  Phản ứng xảy ra như sau:

2 NH₄Cl + 2 CaO → CaCl₂ + Ca(OH)₂ + 2 NH₃ (5)

Mặc dù trong không khí rất sẵn nitơ, nhưng phải đến đầu Thế kỷ 20, nhờ phản ứng cố định nitơ con người mới có thể sản xuất NH₃ và các hợp chất chứa đạm khác ở quy mô công nghiệp.

Hai nhà hóa học người Đức (Fritz Haber và Carl Bosch) là những người đầu tiên phát hiện quy trình sản xuất amoniac vào năm 1909 và công trình này đã được đăng ký phát minh vào năm 1910.

Quy trình Haber (hay còn gọi là quy trình Haber-Bosch) là quy trình dựa trên phản ứng cố định nitơ bằng hyđro trên nền sắt (xúc tác) để tạo ra NH₃ . Đây là một phản ứng vô cùng quan trọng vì nó là cơ sở để sản xuất NH₃ ở quy mô công nghiệp phục vụ sản xuất phân đạm.

Các công nghệ sản xuất NH₃ mang tên khác nhau được đăng ký phát minh về sau này chủ yếu vẫn dựa trên nguyên tắc cố định nitơ bằng hyđro của Haber-Bosch trên cơ sở thay đổi nguyên liệu đầu, chất xúc tác và các điều kiện phản ứng (áp suất, nhiệt độ, v.v…).

Hiện nay trên thế giới có một số công nghệ sản xuất amoniac đang được áp dụng thương mại, trong đó có 5 công nghệ được thương mại hóa nhiều nhất là:

1/ Công nghệ Haldor Topsoe ;

2/ Công nghệ M.W. Kellogg;

3/ Công nghệ Krupp Uhde;

4/ Công nghệ ICI;

5/ Công nghệ Brown & Root.

Riêng công nghệ Haldor Topsoe hiện chiếm đến 50% thị phần trên thị trường công nghệ trong lĩnh vực tổng hợp amoniac trên thế giới. Hiện các nhà máy sản xuất amoniac (và phân đạm) hiện đại nhất trên thế giới đều chuyển nguyên liệu đầu, ví dụ  khí thiên nhiên (chủ yếu là metan NH₄), khí hóa lỏng (chứa propan và butan), hoặc naphta, than đá thành khí tổng hợp (syngas) có chứa hyđro (H₂) và cacbon monooxit (CO). Tiếp theo H₂ được tách từ syngas (sau khi chuyển CO thành CO₂ và được loại đi). Nitơ (N₂) được lấy từ không khí sau khi tách hết oxy trong quá trình khí hóa nguyên liệu chứa cacbon.

Sau các quá trình rửa khí và điều chỉnh tỷ lệ N₂:H₂ người ta tiến hành tổng hợp NH₃ bằng quá trình Haber–Bosch theo phản ứng:

3 H₂ + N₂ → 2 NH₃ (6)

Trong một số trường hợp, người ta có thể lấy hyđro từ các nguồn khác (ví dụ điện phân).

Tại Việt Nam, các nhà máy phân đạm mới được xây dựng hoặc đang được xây dựng đều áp dụng quy trình công nghệ tổng hợp amoniac của hãng Haldor Topsoe như: Nhà máy Phân đạm Phú Mỹ của PetroVietnam tại Bà Rịa- Vũng Tầu (đi từ khí tự nhiên) ký mua bản quyền công nghệ năm 2002, Nhà máy Phân đam Ninh Bình của VINACHEM tại Ninh Bình (đi từ than đá) ký năm 2007, Nhà máy Phân đạm Cà Mau của PetroVietnam tại Cà Mau (đi từ khí thiên nhiên) ký năm 2008. Các nhà máy này hiện đã đưa vào sử dụng và cho ra sản phẩm.

Ứng dụng amoniac

Amoniac được sử dụng cả trong công nghiệp và trong đời sống hàng ngày. Cụ thể:

– Dung dịch nước của NH₃ có nồng độ 25% hoặc thấp hơn thường được dùng trong các phòng thí nghiệm và trong đời sống.

– Dung dịch NH₃ được sử dụng trong nông nghiệp như: tạo môi trường chống đông (nồng độ NH₃ 0,03% và axit boric 0,2-0,5%) để bảo quản mủ cao su (latex) hoặc được sử dụng trực tiếp làm phân bón.

– Dung dịch amoniac hoặc amoniac lỏng được sử dụng trong xử lý môi trường nhằm loại các NOx hoặc SOx trong các các khí thải khi đốt các nguyên liệu hóa thạch (than đá, dầu, v.v…). Quá trình này thường có thể phải dùng chất xúc tác chứa vanađi.

– Dung dịch amoniac hoặc amoniac lỏng được sử dụng trong công nghiệp sản xuất phân bón, hóa chất và hóa dược.

Tại Việt Nam hiện nay có 4 cơ sở có sản xuất NH₃, đó là Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc, Công ty TNHH Đạm Ninh Bình (VINACHEM) công suất 560 nghìn tấn urê/năm và Nhà máy đạm Phú Mỹ (Bà Rịa- Vũng Tàu), Nhà máy đạm Cà Mau thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PetroVietnam). Hai nhà máy Đạm của VINACHEM sử dụng nguyên liệu chính từ than, còn 2 nhà máy Đạm của PetroVietnam sử dụng nguyên liệu đầu vào là khí thiên nhiên. Ngoài ra còn một dự án về sản xuất phân đạm cũng đang được chuẩn bị đầu tư như: Dự án sản xuất phân đạm từ than tại Nghi Sơn (Thanh Hóa) và một số dự án khác.

Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc chuyên sản xuất phân urê từ nguồn nguyên liệu than đá (dạng cục) do Trung Quốc giúp xây dựng từ năm 1960 nhưng do chiến tranh và nhiều khó khăn khác mà đến năm 1973 Nhà máy mới có sản phẩm urê. Nhà máy có công suất thiết kế ban đầu 10 nghìn tấn urê/ năm. Năm 1977 Nhà máy chính thức đi vào sản xuất sau khôi phục. Thời kỳ 2000-2003 Nhà máy được cải tạo kỹ thuật nâng công suất lên 150 nghìn tấn urê/năm và chạy ở công suất 180 nghìn tấn urê/năm từ đó đến nay. Bên cạnh sản xuất urê, Nhà máy cũng có khả năng cung cấp CO₂ lỏng và rắn, năng lượng điện và 5-10 nghìn tấn NH₃ lỏng/năm tùy theo nhu cầu thị trường.

Sản phẩm NH₃ lỏng của Nhà máy đạt độ tinh khiết 99,9% và đã đạt được một số giải thưởng, huy chương (Huy chương Vàng Hội chợ Kinh tế Quốc dân năm 1986, 1988; Huy chương Vàng Hội chợ Kinh tế hàng công nghiệpViệt Nam năm 1993;  Huy chương vàng Hội chợ Quốc tế Hóa chất Việt Nam năm 1997; Giải thưởng Bông lúa Vàng Hội chợ Nông nghiệp Quốc tế Cần Thơ năm 1997).

Nhà máy Phân đạm Phú Mỹ chuyên sản xuất urê từ nguồn khí thiên nhiên, khánh thành và bắt đầu đi vào sản xuất từ cuối năm 2004. Nhà máy có công suất thiết kế 760 nghìn tấn urê/năm. Ngoài sản phẩm urê, Nhà máy còn có năng lực cung cấp năng lượng điện và 90-100 nghìn tấn NH₃/năm tùy theo nhu cầu thị trường.

Sản phẩm NH₃ lỏng của Nhà máy đạt độ tinh khiết 99,9%; hàm lượng nước nhỏ hơn 0,1%; hàm lượng sắt nhỏ hơn 2mg/lít; hàm lượng đồng nhỏ hơn 8mg/lít.

Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info

The post Tổng quan về công nghệ sản xuất amoniac first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.

Đại hồi là đặc sản của tỉnh Lạng Sơn, được xác định là cây kinh tế mũi nhọn và chiến lược lâu dài (chiếm 71% diện tích trồng hồi trên cả nước). Hàm lượng tinh dầu có trong quả đại hồi từ 5 – 15% với thành phần chính là (E)- Anetol, từ 80 – 95%. Nó có thể được tinh chế dễ dàng từ tinh dầu quả đại hồi bằng phương pháp chưng cất phân đoạn áp suất kém, hoặc sử dụng phương pháp sắc ký cột.

Mequinol được sử dụng như một chất kháng oxid hóa cho dầu béo, vitamin và mỹ phẩm. Mequinol còn là thành phần chính trong thuốc Leucodinine B 10%, có tác dụng điều trị tại chỗ các trường hợp tăng sắc tố melanin, đặc biệt trong chứng da đồi mồi ở người lớn tuổi, nhiễm hắc tố sau phẫu thuật hoặc do hóa chất.

Tuy nhiên, các công nghệ sản xuất hiện nay hoặc là không thân thiện với môi trường, hoặc là phải sử dụng dung môi và xúc tác, thời gian phản ứng từ vài chục phút đến vài giờ.

Các tác giả đã nghiên cứu chuyển hóa (E)-anetol có sẵn trong thiên nhiên thành Mequinol trong điều kiện hóa học xanh, sử dụng tác nhân xanh, phản ứng không dung môi dưới sự chiếu xạ của vi sóng hoặc siêu âm, hiệu suất cao. Thành công của nghiên cứu mở ra một hướng đi mới cho tổng hợp hữu cơ theo tiêu chí của hóa học xanh.

Hoahocngaynay.com

Nguồn Khoahocphothong.com.vn

The post Tổng hợp mequinol từ đại hồi trong điều kiện hóa học xanh first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.

Xà cừ còn được gọi là mẹ của ngọc trai, là lớp phủ ngũ sắc được tìm thấy bên trong một số động vật nguyễn thể và trên lớp phủ ngoài của ngọc trai.

Bằng cách tái tạo các giai đoạn sinh học hình thành xà cừ trong các động vật nhuyễn thể, các nhà khoa học tại trường Đại học Cambridge có thể sản xuất được một vật liệu có cấu trúc, đặc tính cơ khí và hình dạng quang học tương tự như xà cừ trong tự nhiên. Để chế tạo xà cừ nhân tạo, các nhà khoa học đã tuân theo 3 bước.

Đầu tiên, họ áp dụng biện pháp phòng ngừa để đảm bảo cacbonat canxi, thành phần chính của xà cừ, không kết tinh khi kết tủa từ dung dịch bằng cách sử dụng hỗn hợp giữa các ion và các thành phần hữu cơ trong dung dịch mô phỏng cách thức các động vật nhuyễn thể kiểm soát vấn đề này. Sau đó, chất kết tủa này có thể hút bám các bề mặt tạo thành các lớp có độ dày được xác định.

Tiếp theo, lớp kết tủa được bao phủ một lớp hữu cơ có các lỗ rộng 10 nm, được hình thành trong một qui trình tổng hợp do đồng tác giả Alex Finnemore sáng chế. Cuối cùng, quá trình kết tinh diễn ra và tất cả các bước được lặp lại để tạo thành một ngăn xếp xen kẽ các lớp tinh thể và lớp hữu cơ.

GS Ulli Steiner thuộc Phòng thí nghiệm Cavendish thuộc Khoa Vật lý, Đại học Cambridge, cho biết: Các tinh thể có hình dạng đặc trưng phản ánh cấu trúc nguyên tử của chúng và rất khó thay đổi hình dạng này. Tuy nhiên, Tự nhiên có thể để làm điều này và qua nghiên cứu này, họ có thể hiểu sâu hơn về phương pháp tổng hợp các vật liệu này. Về cơ bản, họ đã tạo ra một công thức mới cho xà cừ, mẹ của ngọc trai.

Alex Finnemore thuộc Phòng thí nghiệm Cavendish cho rằng mặc dù nhiều vật liệu kỹ thuật composite tốt hơn xà cừ, nhưng việc tổng hợp xà cừ hoàn toàn ở nhiệt độ môi trường xung quanh trong môi trường nước có thể khiến xà cừ trở nên hấp dẫn cho các ứng dụng làm lớp phủ. Một khi được tối ưu hóa, quá trình này sẽ đơn giản và dễ dàng được tự động hóa.

Hoahocngaynay.com

Nguồn NASATI/Dailymail

The post Tổng hợp ngọc trai tại phòng thí nghiệm first appeared on HÓA HỌC NGÀY NAY.