Khoa Khoa học cơ bản
Ảnh tập thể20202021
WEBSITE CÁC ĐƠN VỊ
Trang chủ Bộ môn
11/05/2021 16:01 - Xem: 280

ThS Nguyễn Thị Mai - Ứng dụng công nghệ xanh trong chế tạo vật liệu - Báo cáo semina Tháng 4 - 2021

 

Con người cần đất để sống, cần không khí để thở. Khi Trái đất bị ô nhiễm sẽ dẫn tới những hệ lụy khó kiểm soát như: dịch bệnh, ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước,… Tất cả đều tác động đến con người. Vậy con người cần làm gì để bảo vệ mình và trái đất? Một trong những câu trả lời cho vấn đề là ứng dụng công nghệ xanh trong tất cả các quá trình của cuộc sống. Công nghệ xanh không chỉ đem lại lợi ích cho thiên nhiên mà còn giúp cho con người sống sạch và xanh hơn. Vậy công nghệ xanh là gì? Lợi ích của nó ảnh hưởng tích cực như thế nào đến chúng ta? Ứng dụng công nghệ xanh trong cuộc sống như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết này.

Công nghệ xanh (CNX) là một thuật ngữ đề cập đến việc sử dụng khoa học và công nghệ để bảo vệ môi trường. Công nghệ xanh bao gồm hóa học xanh, quan trắc môi trường, các thiết bị điện tử để theo dõi, mô hình hóa và bảo tồn môi trường tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên... Mục tiêu chính của CNX là bảo tồn thiên nhiên và khắc phục tác động tiêu cực mà con người gây ra đối với nó.

CNX mang lại rất nhiều lợi ích cho không chỉ bản thân thiên nhiên mà còn cho lối sống xanh và sạch của con người. Thứ nhất, công nghệ xanh được áp dụng trong tái chế rác thải. Rất nhiều vật liệu được tái chế để tạo ra phân bón thực vật, các tác phẩm điêu khắc, nhiên liệu, đồ nội thất… Thứ hai, Công nghệ xanh được ứng dụng để làm sạch nước. Sự khan hiếm nước tinh khiết đang diễn ra khá trầm trọng. Thông qua việc sử dụng công nghệ xanh như lọc nước…các nguồn nước chưa sạch đã được lọc để cung cấp nước sạch cho người sử dụng.  Thứ ba, công nghệ xanh giúp giảm lượng khí thải carbon và thanh lọc không khí. Thứ tư, công nghệ xanh giúp bảo toàn năng lượng bằng cách sử dụng các thiết bị sử dụng điện hoặc nhiên liệu sạch như sử dụng xe máy điện, ô tô điện thay cho xe máy và ô tô chạy xăng; sử dụng xe hybrid chạy bằng nhiên liệu sinh học thay cho xăng dầu. Bên cạnh đó, sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời để sản xuất ra điện thay cho sử dụng nhiệt điện. Mặc dù chi phí lắp đặt khá đắt đỏ và việc lắp không hề dễ dàng nhưng những lợi ích mà nó đem lại thì chi phí sau này được giảm khá nhiều. Thứ năm, công nghệ xanh giúp hồi sinh hệ sinh thái bằng cách tạo ra khoảng ‘thời gian nghỉ’ cho môi trường sống. Trong khi chất thải được quản lý chặt chẽ và có thể được tái chế thì hệ sinh thái bị ảnh hưởng có thời gian để hồi phục lại và được bảo tồn. Điều này đảm bảo thực vật và động vật không bị tuyệt chủng.

Có rất nhiều công nghệ xanh thân thiện với môi trường hiện tại vào tương lai. Từ pin năng lượng mặt trời, điện từ năng lượng gió giúp sản xuất ra điện mà không cần tiêu thụ năng lượng hóa thạch và không thải khí thải độc hại ra môi trường, hay xe máy điện, ô tô điện chạy bằng điện do đó không phát thải ra khí độc cho đến máy lọc không khí, máy lọc nước, thẻ tín dụng xanh, tái chế công nghệ cao, công nghệ phủ HPS giúp tiết kiệm điện năng, vật liệu xanh siêu nhẹ siêu bền từ cellulose, chống thấm asphalt và acrylic. Ngoài ra, công nghệ xanh cũng tìm thấy trong nông nghiệp như canh tác thẳng đứng giúp sản xuất ra các loại rau, quả sạch mà không cần sử dụng đến đất. Công nghệ xanh cũng được áp dụng trong xây dựng các đô thị xanh. Khu đô thị này sẽ sử dụng công nghệ khử mặn nước biển, tái chế nước thải, năng lượng gió và năng lượng mặt trời. 90% phương tiện trong đô thị xanh sẽ là phương tiện công cộng. Vì vậy, lượng thải carbon ra môi trường là hầu như không có.

Một số công nghệ xanh điển hình

Nói đến công nghệ xanh không thể không kể đến hóa học xanh. Hóa học xanh (hay còn gọi là hóa học bền vững) là một khái niệm chỉ một ngành hóa học và kỹ thuật khuyến khích việc thiết kế các sản phẩm và quá trình giảm thiểu việc sử dụng và tạo ra các chất độc hại. Hóa học xanh tìm cách giảm thiểu và ngăn ngừa ô nhiễm tại nguồn của nó.

Hóa học xanh được xây dựng dựa trên 12 nguyên tắc:

12 nguyên tắc của hóa học xanh

Hóa học xanh gồm các phương pháp như xúc tác xanh (sử dụng xúc tác thân thiện với môi trường như năng lượng mặt trời để xúc tác quá trình phân hủy kháng sinh), dung môi xanh (khí CO2 siêu tới hạn, nước, các loại khí hóa lỏng…), vi bình phản ứng hay siêu âm. Trong đó siêu âm được ứng dụng trong rất nhiều trong hóa học: ứng dụng để phân tán vật liệu nano, hỗ trợ xúc tác, cắt  mạch polymer, tổng hợp nguyên liệu sinh học, tách chiết hoạt chất, điều chế kim loại dạng vô định hình, chế tạo vật liệu …

 

Ứng dụng của hóa học trong phân hủy vật liệu và tổng hợp polyme phân hủy sinh học

  1. Siêu âm ứng dụng trong tổng hợp Latex: Để polyme hóa latex, việc nhũ hóa và phân tán dung dịch phản ứng cơ bản là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng polyme. Siêu âm được sử dụng để tạo ra sự phân tán và nhũ hóa các monomer không chỉ trong phạm vi kích thước micron mà còn ở cả phạm vi kích thước nano. Khi siêu âm với biên độ cao trong chất lỏng thì sẽ xuất hiện các lỗ trống và bong bóng chân không. Các bong bóng chân không này hấp phụ năng lượng gây ra áp suất cao, kích thích tạo thành các gốc tự do trong các lỗ trống. Các gốc tự do này bắt đầu trùng hợp phản ứng dây chuyền các monome trong nước cho đến khi tất cả các monomer tiêu thụ hết. Đường kính hạt cuối cùng thường là 50-500 nm.

(2) Siêu âm ứng dụng trong tổng hợp kim cương nano: Các vi tinh thể kim cương cũng có thể được tổng hợp bằng cách siêu âm một huyền phù than chì trong chất lỏng có vòng thơm ở áp suất khí quyển và nhiệt độ phòng. Trong chất lỏng này, bột graphite tinh khiết đặc biệt - với các hạt trong khoảng từ 100-200µm - tạo huyền phù. Sóng siêu âm cường độ cao tạo ra bong bóng chân không nhỏ trong chất lỏng. Khi các bong bóng đạt được một thể tích mà tại đó chúng không còn hấp thụ năng lượng nữa, chúng sẽ nổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao tạo ra lỗ trống. Sự nổ của bong bóng lỗ trống tạo ra các tia chất lỏng có chứa huyền phù than chì có tốc độ lên tới 280m/s. Các tia chất lỏng này va chạm và nhau gây ra phản ứng tạo thành các viên kim cương tinh thể macro và nano trong trường lỗ trống siêu âm.

(3) Siêu âm ứng dụng trong chế tạo vật liệu nano  ZnO: Vật liệu nano ZnO được chế tạo bằng cách nhỏ từ từ dung dịch NaOH và cốc chứa dung dịch Zn(NO3)2 đặt trong bể siêu âm. Vật liệu thu được có dạng bột màu trắng, dạng hạt nano, có cấu trúc lục giác wurtzite, có độ tinh khiết cao, có diện tích bề mặt riêng lớn hơn vật liệu chế tạo mà không sử dụng siêu âm. Siêu âm đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành tinh thể và tác động lên hình thái học của ZnO. Quá trình chế tạo vật liệu được thực hiện ngay tại nhiệt độ phòng và không cần chất hoạt động bề mặt.

Chế tạo vật liệu nano ZnO sử dụng siêu âm

(4) Chế tạo hạt nano oxit sắt từ tính: Muối iron (II) acetate được cho vào trong nước cất hai lần rồi cho đặt vào bể siêu âm với công suất khoảng 200 W trong 2h trong môi trường bảo vệ.  Khi tác dụng siêu âm, trong dung dịch sẽ xuất hiện các chất có tính khử và tính ôxi hóa như H2, hydrogen peroxide (H2O2). Các sản phẩm trung gian năng lượng cao có thể là HO2 (superoxide), hydro nguyên tử, hydroxyl và điện tử.  Các chất này sẽ ôxi hóa muối sắt và biến chúng thành magnetite Fe3O4 dưới dạng hạt nano.

(5) Chế tạo  tấm nano graphene bằng phương pháp điện phân plasma có sự hỗ trợ của siêu âm: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao ở đầu cathode trong vùng plasma và năng lượng siêu âm, liên kết Vander Waals giữa các lớp graphene bị yếu đi nên khoảng cách giữa các lớp graphene ngày càng mở rộng. Cuối cùng, các vị trí được mở rộng giữa các lớp bị xâm nhập và xen kẽ bởi các nguyên tử hydro hay các ion. Kết quả là sự phá vỡ tại các điểm này diễn ra và các lớp graphene bị bóc tách.

 

Như vậy, công nghệ xanh nói chung, hóa học xanh nói riêng được ứng dụng trong rất nhiều khía cạnh của cuộc sống và giúp cho Trái đất ngày càng sạch và xanh hơn, giúp cuộc sống của con người ngày càng an toàn hơn.

 

Tài liệu tham khảo:

[1]. Kenneth S. Suslick, Gareth J. Price. APPLICATIONS OF ULTRASOUND TO MATERIALS CHEMISTRY. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29:295–326.

[2]. Jin Ho Bang and Kenneth S. Suslick. Applications of Ultrasound to the Synthesis of

Nanostructured Materials. Adv. Mater. 2010, 22, 1039–1059.

[3]. Maryline Vian, Cassandra Breil, Léa Vernes,Emna Chaabani and Farid Chemat

Green solvents for sample preparation in analytical chemistry. Available online at www.sciencedirect.com

[4]. Jordan J. Hinman • Kenneth S. Suslick. Nanostructured Materials Synthesis Using Ultrasound. Top Curr Chem (Z) (2017) 375:12.

[5]. Nguyen Nhat Huy, Vo Thi Thanh Thuy, Nguyen Hung Thang, Nguyen Thi Thuy,
Le Thi Quynh, Tran Tien Khoi, Dang Van Thanh. Facile one-step synthesis of zinc oxide nanoparticles by ultrasonic-assisted

precipitation method and its application for H2S adsorption in air. Journal of Physics and Chemistry of Solids 132 (2019) 99–103

[6]. Jianhua Yang, Zhengkui Li, Hongjie Zhu. Adsorption and photocatalytic degradation of Sulfamethoxazole by a novel Composite hydrogel with visible light irradiation. Applied Catalysis B: Environmental. http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.apcatb.2017.06.029

 

 

 

 

CÁC BÀI VIẾT CÙNG CHUYÊN MỤC
Web các đơn vị
tuyển sinh
Tuyển sinh Đại học Nông Lâm Thái Nguyên năm 2021
Đang online 2956
Hôm nay 1639
Hôm qua 5617
Tuần này 1639
Tuần trước 35561
Tháng này 3730012
Tháng trước 4912604
Tất cả 46582536

Lượt truy cập: 46582550

Đang online: 2961

Ngày hôm qua: 5617

Phụ trách kỹ thuật: 0987. 008. 333

online

Chào mừng bạn đến với hệ thống trả lời hỗ trợ trực tuyến.
Để liên hệ với các bộ phận xin vui lòng điền đầy đủ vào mẫu kết nối

Họ và tên


Địa chỉ Email


Yêu cầu hỗ trợ