2. Nội dung
1. Giới thiệu môn học
2. Phương pháp giảng dạy & Đánh giá môn học
3. Kế hoạch giảng dạy
4. Nội dung môn học
5. Tài liệu tham khảo
3. 1. Giới thiệu môn học
Mục tiêu của môn học:
− Vận dụng được XANH trong lãnh vực nghiên cứu
và sản xuất:
Xúc tác
Phương pháp tổng hợp
Dung môi
Năng lượng
Thiết kế sản phẩm hay dây chuyền công nghệ, ….
− Trình bày, phân tích, giải thích được:
Vấn đề môi trường ảnh hưởng đến phát triển bền vững
Định nghĩa lịch sử phát triển của hóa học xanh
Những nguyên lý, nguyên tắc của hóa học xanh
4. 2. Phương pháp giảng dạy & đánh giá
Giảng bài
Đọc bài trước ở nhà
Dịch tài liệu
Dự lớp: trên 80%
Thảo luận theo nhóm, làm bài tập
Kiểm tra thường xuyên: viết 02 bài tiểu luận
Thi giữa học phần: tự luận
Thi kết thúc học phần: tự luận
5. 3. Kế hoạch giảng dạy
Tuần Nội dung
Tiết
dạy
Thời gian
1
Giới thiệu môn học & phương pháp giảng dạy 1
2/8/2016
Chương 1: Lịch sử và quá trình phát triển của hóa học
xanh
2
2
Chương 1: Lịch sử và quá trình phát triển của hóa học
xanh
1
9/8/2016
Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của hóa học xanh 2
3 Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của hóa học xanh 3 16/8/2016
4
Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của hóa học xanh 2
23/8/2016
Kiểm tra thường kỳ 1
5 Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của kỹ thuật xanh 3 30/8/2016
6. 3. Kế hoạch giảng dạy
Tuần Nội dung
Tiết
dạy
Thời gian
6 Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của kỹ thuật xanh 3 6/9/2016
7 Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của kỹ thuật xanh 3 13/9/2016
THI GIỮA KỲ 20/9/2016
8 Chương 3: Đánh giá các tác động đến môi trường (LCA) 3 27/9/2016
9 Chương 3: Đánh giá các tác động đến môi trường (LCA) 3 4/10/2016
10 Chương 3: Đánh giá các tác động đến môi trường (LCA) 3 11/10/2016
7. 3. Kế hoạch giảng dạy
Tuần Nội dung
Tiết
dạy
Thời gian
11
Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học 2
18/10/2016
Kiểm tra thường kỳ 1
12 Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học: 3 25/10/2016
13 Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học 3 1/11/2016
14 Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học 3 8/11/2016
15 Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học 3 15/11/2016
THI CUỐI KỲ 1 22/11/2016
8. 4. Nội dung môn học
1. Chương 1: Lịch sử và quá trình phát triển của hóa học xanh
2. Chương 2: Nguyên lý và nguyên tắc của HHX và KTX
3. Chương 3: Đánh giá tác động của sản phẩm đến môi trường (LCA)
4. Chương 4: Các lãnh vực xanh trong công nghệ hóa học
9. 5. Tài liệu tham khảo
SÁCH:
1. Phan Thanh Sơn Nam, Hóa học xanh, NXB ĐHQG TPHCM, 2014.
2. Mike Lancaster, Green Chemistry: An Introductory Text, The Royal Society
of Chemistry, 2012
3. Mukesh Doble, Anil Kumar Kruthiventi, Green Chemistry and Processes,
Elsevier, 2007
4. James Clark, Duncan Macquarrie, Handbook of Green Chemistry And
Technology, Backwell, 2002
5. J. A. Linthorst, An overview: origins and development of Green Chemistry,
Found Chem
6. S. Armenta, S. Garrigues, M. de la Guardia, Green Analytical Chemistry,
Trends in Analytical Chemistry, Vol. 27, No. 6, 2008
7. M. De La Guardia, S. Armenta (Ed), Green Analytical Chemistry: Theory &
Practice, Elsevier, 2011
8. Gadi Rothenberg, Catalysis: Concepts and Green Applications, Wiley-VCH
Verlag GmbH & Co. KgaA, 2008.
10. 5. Tài liệu tham khảo
KEY WORDS:
− Hóa học xanh
− Green Chemistry
− Green Chemistry Engineering
− Green Technology
− Green Analytical Chemistry
− Green Catalyst
− Green Solvent
Liên hệ: 0903 880 245
lethithanhhuong@iuh.edu.vn
11. Chương 1: Lịch sử và quá trình phát triển
của hóa học xanh
12. 1.1. Các vấn đề về môi trường
5 yếu tố chính của môi trường:
− Liên quan, tương tác chặt chẽ với nhau
− Trao đổi chất và năng lượng
Hoạt động của con người sẽ có tác
động mạnh mẽ ảnh hưởng đến các
mối quan hệ trên
− Nuôi trồng
− Đánh bắt hải sản
− Săn bắn
− Khai thác nước ngầm
− Khai thác dầu khoáng, khoáng sản
− Sản xuất công nghiệp
− Sinh hoạt
− Giao thông
− …..
13. Environmental issues are any such issues
created due to human activities and cause
harm to the environment.
14. Ô nhiễm
− Nước
− Không khí
− Đất
− Tiếng ồn
Thảm họa:
− Công nghiệp
− Lụt lội
− Hạn hán
− Tiếng ồn
− Đói
Biến đổi khí hậu
15. Ảnh hưởng của ô nhiễm tiếng ồn:
− Lo lắng
− Căng thẳng
− Rối loạn giấc ngủ
− Tăng áp lực máu
− Giảm thính giác
− Mù màu
16. Ảnh hưởng của ô nhiễm
không khí (air pollution):
− Môi trường sống
− Động vật, thực vật
− Sức khỏe con người
− Mưa acid
− Biến đổi khí hậu
− Thảm họa
Tháp Eiffel 1 tuần không có giao
thông 2004
17. Wangjing Soho, khu trung tâm thương mại nổi tiếng
Bắc Kinh, chìm trong màu xám ảm đạm
Ánh đèn phát ra từ điện thoại di động còn sáng hơn
cả màu trời Bắc Kinh
Mặc áo trùm khăn kín mặt khi đi ngoài đường. Bắc
Kinh khuyến cáo người dân không nên ra khỏi nhà
Ảnh của NASA cho thấy một vùng trắng bao phủ Bắc
Kinh và lan rộng khắp các tỉnh miền Bắc Trung Quốc
Ô nhiễm báo động ở Bắc Kinh vì ô nhiễm từ
chất thải nhiệt điện và công trình xây dựng
18. 1 nghệ sĩ Trung Quốc đã
dùng máy hút bụi để hút
'mù khô' ở Bắc Kinh trong
100 ngày và dùng bụi đó
để làm 1 viên gạch.
Anh ấy nói 'còn có thể làm
được nhiều gạch nữa'
Cái giá của việc chạy theo
GDP, có tiền mà không có
không khí sạch để thở
Ai nín thở đếm tiền được
22. Ảnh hưởng của ô nhiễm
nước (water pollution):
− Nước trên bề mặt
− Nguồn nước ngầm
− Sức khỏe con người
− Phân bố hệ sinh thái
Chất lượng của nước:
− DO
− Khuẩn
− Chất vô cơ và hữu cơ
23.
24.
25. Ảnh hưởng của ô nhiễm
đất (land pollution):
− Đất trồng
− Sức khỏe con người
− Nguồn nước ngầm
− Mất cân bằng sinh thái
− Sa mạc hóa tăng
26. Ảnh hưởng của ô nhiễm ánh
sáng (light pollution):
− Tâm lý, lo lắng
− Tăng huyết áp
− Tăng khả năng ung thư vú
27. Ảnh hưởng của ô nhiễm phóng xạ (radioactive pollution):
− Gây ra ung thư da, xương, máu
− Các bệnh về mắt
31. Trung tâm công nghiệp Widnes ở
Tây Bắc nước Anh cuối thế kỷ 19
Widnes 120 năm sau: môi trường
sống đã được cải thiện
32. 1984: Thảm họa công nghiệp lớn nhất thế giới
− Pesticide Plant in Bhopal
− Rò rỉ 40 tấn khí Metyl Isocyanat (MIC) s
− Làm chết 2,500 - 5,000 người chỉ trong 1 giờ
41. Biến đổi khí hậu
Dự báo của NASA về độ tăng nhiệt độ toàn cầu
42. pH nước biển giảm làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển
43.
44.
45.
46. Ảnh hưởng đến nền kinh tế
− 8/12/2015 ở Bắc Kinh: chỉ số PM2.5 là 291 mg/m3 so với mức an
toàn của Tổ chức Y tế Thế giới là 25 mg/m3
− Bụi mù bao trùm Bắc kinh
− Một số khu vực có tầm nhìn chỉ 200m
− Bắc Kinh phải ban hành báo động cam (mức cao thứ 2/4)
Ảnh Bắc Kinh trước và sau 1 ngày
47. − 5/1/2016 tại thị trấn Pác Miều, Bảo Lâm, Cao Bằng: vỡ bể chứa,
hàng trăm nghìn m3 nước và bùn thải chì, kẽm tràn ra ngoài,
chảy xuống sông Gấm
Ảnh Bắc Kinh trước và sau 1 ngày
48. − Khu khai thác mỏ quặng bô xít Tân
Rai: Bùn đỏ tràn ra đường
Hồ chứa bùn đỏ
Lớp bùn đỏ sau 10 ngày
49. Thảm họa bùn đỏ ở Hungary
Bùn đỏ là hỗn hợp gồm Fe, Mn, Al, NaOH dư, …
Bùn đỏ là chất thải rất độc hại “bùn bẩn, bom bẩn”, pH = 13
do đó có thể tiêu diệt thảm thực vật, hư hại diện tích đất canh
tác, làm chết mọi sinh vật như tôm, cá...
4/10/2010: Bể chứa bùn mới được kiểm tra cách 2 tuần đã bị
vỡ khiến biển bùn đỏ tràn ngập các khu dân cư là thảm họa
sinh thái lớn nhất trong lịch sử chế biến Al
1.000.000 m3 bùn ngập 40 km2 khu dân cư
Biện pháp xử lý là dẫn bùn đỏ vào đất canh tác sau đó thay
đất và hoàn thổ
50.
51. Nguyên nhân biến đổi khí hậu
• Thành phần khí nhà kính trong tự nhiên:
– Hơi nước : 36 ÷ 70%
– CO2 : 9 ÷ 26%
– CH4 : 4 ÷ 9%
– O3 : 3 ÷ 7%
• Khí nhà kính nhân tạo: do công nghiệp hoặc con người
• Hiệu ứng nhà kính
– Bức xạ mặt trời là dải ánh sáng có bước sóng khác nhau
52. – Tia sóng ngắn bị phản xạ thành sóng dài
– Tia UV: bị O3 hấp thu
– Tia IR: CO2 và hơi nước hấp thu và lưu giữ
– Ánh sáng nhìn thấy:
o Bị hấp thu bởi nước, cây, đất: sinh ra IR
o Một phần IR bị giữ bởi các khí nhà kính
• Lượng khí nhà kính tăng do hoạt động của con người
IR giữ lại nhiều
nhiệt độ Trái đất tăng
• Tầng ozon bị mỏng hoặc thùng
Tia UV chiếu trực tiếp đến Trái đất
53. − Lớp CO2 : giữ nhiệt lượng của Trái Đất
− 0,036 % CO2 làm nhiệt độ tăng khoảng 30 oC
− Không có hiệu ứng nhà kính: nhiệt độ Trái Đất khoảng – 15 oC
54.
55. Lượng khí nhà kính tăng
Khí Dự báo Hiện nay
CO2 280 ppm 387 ppm
CH4 700 ppb 1,745 ppb
NOx 270 ppb 314 ppb
CFCs 0 533 ppt
56. Mức độ các nguồn gây ra khí nhà kính ở Mỹ (1990 – 2004)
57. Tại sao tầng ozon bị thủng?????
X + O3 → XO + O2
XO + O → X + O2
X: NO, OH, Cl, Br
58. CFCs + hγ → Cl.
Cl.
+ O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2
o CFCs: Chlorofluorocarbons
o CFCl3, CF2Cl2, CF3CCl3, CHF2Cl
59. 1.2. Ảnh hưởng của các vấn đề về môi trường
Sức khỏe con người
Giảm chất lượng cuộc sống
− Ảnh hưởng đến chăn nuôi, trồng trọt
− Môi trường sống: chất lượng nguồn nước, không khí, …
Thiệt hại về kinh tế
− Chi phí chữa khám, phòng, chữa bệnh
− Chi phí cải thiện môi trường
− Việt Nam (5,5 % GDP): 3,9 tỷ USD/2007, 4,2 tỷ USD/2008
− Châu Âu: 100 tỷ EU/năm
− Trung Quốc: 100 – 300 tỷ USD/2014
Phát triển không bền vững
60.
61. 1.3. Sự phát triển bền vững
Thế nào là sự phát triển bền vững?
Định nghĩa của “The World Commission on Environment
and Development‟s” 1987:
Phát triển bền vững là phát triển đáp ứng những nhu cầu
hiện tại nhưng không làm tổn hại đến những nhu cầu của
các thế hệ tương lai
“Development that meets the needs of the present without
compromising the ability of future generations to meet their
own needs”
63. Mô hình phát triển bền vững
− Cân bằng 3 yếu tố:
o Môi trường thiên nhiên tồn tại độc lập và phát triển
o Xã hội chia sẻ
o Kinh tế no đủ
− Môi trường + kinh tế: kinh tế bền vững
− Môi trường + xã hội: môi trường tự nhiên bền vững
− Xã hội + kinh tế: xã hội công bằng
Kinh tế bền vững
=
Phát triển
bền vững
+
Môi trường tự nhiên
bền vững
+
Xã hội công bằng
64. Hóa học xanh và phát triển bền vững
− Là công cụ kỹ thuật giải quyết phát triển bền vững môi
trường và kinh tế hiệu quả
− Liên quan trực tiếp đến môi trường và tài nguyên thiên nhiên
Phát triển bền vững
Công bằng xã hội Trách nhiệm với môi trườngKinh tế hiệu quả
Điều kiện sống
Công bằng
Xã hội gắn kết
Hợp tác quốc tế
Ổn định thu nhập
Phát triển kinh tế
Cạnh tranh và hiệu quả
Bền vững và ổn định
Sản xuất/tiêu dùng
Việc làm
Thương mại quốc tế
Khai thác tài nguyên
Nguyên liệu
Chất thải
Rủi ro
Tốc độ thay đổi
Văn hóa
65.
66. 1.4. Định nghĩa Hóa học xanh
Hóa học xanh xuất phát từ các kiến nghị của Hiệp ước Phòng
chống ô nhiễm được Quốc hội Hoa Kỳ thông qua vào 1990
Định nghĩa:
Hóa học xanh là một loạt những nguyên tắc hiệu quả nhằm
giảm thiểu hoặc hạn chế việc sử dụng hoặc tạo ra các chất
độc hại trong thiết kế, sản xuất và ứng dụng các sản phẩm
hóa học
“Green Chemistry is the utilization of a set of principles that
reduces or eliminates the use or generation of hazardous
substances in the design, manufacture and applications of
chemical products”
“Green chemistry, also known as sustainable chemistry, is the
design of chemical products and processes that reduce or
eliminate the use or generation of hazardous substances.”
67. Đặc trưng của hóa học xanh:
− Hóa học phát triển bền vững
− Giảm thiểu chi phí, chất thải, nguyên vật liệu, năng lượng,
rủi ro và độc hại
− Ngăn ngừa ô nhiễm tại nguồn
− Áp dụng cho cả chu kỳ sống của sản phẩm: thiết kế, sản
xuất và sử dụng
68. Ví dụ của hóa học xanh: tổng hợp PLA
− 1997: Cargill Dow Polymers LLC
− Acid lactic → polylactid (PLA): polyeste béo nhựa nhiệt dẻo
− Làm bao bì (thay cho PET), màng gói thực phẩm, sợi và các
vật liệu không dệt, (đồ lót, áo khoác ngoài), công nghiệp (xây
dựng, nông nghiệp, lâm nghiệp, giấy), y tế.
− Có thể phân hủy sinh học
− Có nguồn gốc từ nguồn tái tạo: tinh bột ngô, rễ sắn, khoai tây,
tinh bột, mía.
− 2010: PLA tiêu thụ thứ hai trong chất dẻo sinh học
− Phản ứng tổng hợp xanh:
o Nguyên liệu từ sản phẩm nông nghiệp
o Không tạo ra muối thải và sản phẩm phụ
o Sản phẩm không độc, dễ bị phân huỷ sinh học
o Sản phẩm bị thuỷ phân thành etanol và acid lactic (dùng
trong thực phẩm)
71. Phương pháp tổng hợp PLA:
− Truyền thống từ sản phẩm dầu hỏa
− Nguồn sinh khối
2002, Cargill Dow (Natureworks) được trao giải “Điều kiện phản
ứng xanh hơn” Greener Reaction Conditions Award
75. 1.5. Các giai đoạn phát triển của Hóa học xanh
1991: P.T. Anastas đề cập đến sự phát triển bền vững của
hóa học và kỹ thuật hóa học trước chính phủ, các nhà
nghiên cứu và giới công nghiệp
1995: công bố giải thưởng Hóa học xanh hằng năm của
Tổng thống ở Mỹ và các nước châu Âu
1996: Hiệp hội Hóa học xanh ra đời ở châu Âu
1998, Paul T. Anastas và John C. Warner thuộc Cơ quan
bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã đề ra 12 nguyên tắc nền
tảng cho Hóa học xanh
2001, Winterton giới thiệu 12 nguyên tắc khác
2005, Tang, Smith và Poliakoff rút gọn 12 nguyên tắc lại
thành thuật ngữ PRODUCTIVELY để dễ nhớ
77. Tốc độ tăng trưởng của các ngành Công nghệ hóa học bền vững
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Selected White
Biotech
Aqueous Solvents
ALL
CHEMISTRY
ALL SECTORS
78. Tốc độ tăng trưởng của các ngành Công nghệ hóa học bền vững
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
TCF
Biodegradable
packaging
ALL CHEMISTRY
ALL SECTORS
79. 1.6. Kỹ thuật xanh (green engineering)
Định nghĩa:
Kỹ thuật xanh là những thái độ, giá trị và những nguyên tắc có nhận
thức về môi trường kết hợp với thực tế của khoa học, kỹ thuật và công
nghệ hướng trực tiếp đến việc cải thiện chất lượng môi trường toàn cầu và
khu vực
Green Engineering can be defined as environmentally conscious attitudes,
values, and principles, combined with science, technology, and
engineering practice, all directed toward improving local and global
environmental quality
EPA, Office of Pollution Prevention and Toxics (US):
GE là sự phát triển và thương mại hóa các quá trình công nghệ có tính
khả thi về kinh tế và giảm thiểu các rủi ro cho sức khỏe con người và môi
trường
Green Engineering is the development and commercialization of industrial
processes that are economically feasible and reduce the risk to human
health and the environment.
80. Thách thức của GE trong giải quyết các vấn đề môi trường
− Ngăn chặn ô nhiễm
− Giảm thiểu rủi ro
− Khai thác cạn kiệt các nguồn tài nguyên
− Tận dụng nguyên liệu hiệu quả
− Độc tính trong các sản phẩm hóa chất
− Các vấn đề về vòng đời sản phẩm
− Tiêu thụ năng lượng: liên quan đến ô nhiễm & an ninh năng
lượng
o Sản xuất hóa chất và các sản phẩm liên quan
o Dầu khí
o Than đá
o Giấy Mỹ: 14%
năng lượng
81. GE trong công nghệ Hóa học
− CNHH liên quan hầu hết các lãnh vực công nghiệp sản xuất
tiêu dùng, quân sự, hàng không, ....
− CNHH tham gia giải quyết các vấn đề môi trường
− Sản phẩm CNHH đóng góp nâng cao chất lượng cuộc sống
− CNHH tạo ra việc làm, chăm sóc và bảo vệ sức khỏe
− Mỹ 2002: các ngành của CNHH
o 1 triệu việc làm
o 477.8 tỷ USD
o 5% GDP
o 57% khí độc giảm
82. Mục tiêu của GE :
Đảm bảo cân đối giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường từ
giai đoạn thiết kế sản phẩm, hệ thống, quy trình
Thiết kế trước đây Thiết kế hiện nay
83. Các giai đoạn của kỹ thuật xanh:
− 2001 tại Virginia (USA): hội nghị „Kỹ thuật xanh: kỹ thuật
bền vững và kỹ thuật có nhận thức về môi trường‟
(Green Engineering: Sustainable and Environmetally
Conscious Engineering
− 2003 tại Floria (USA):
o Hội nghị thảo luận về nguyên tắc xanh
o Nguyên tắc kỹ thuật xanh do Paul Anastas và Julie
Zimmermans đề nghị đã nhận được nhiều ủng hộ
Đặc trưng của kỹ thuật xanh:
Tập trung vào việc thiết kế vật liệu, sản phẩm, quy trình,
hệ thống mới thân thiện với môi trường và con người
84. Vai trò của hóa học xanh và kỹ thuật
xanh đối với phát triển bền vững:
Dựa vào việc nhận thức về vòng
đời đưa đến các nguyên tắc
nguyên lý để đạt được mục tiêu
kinh tế và xã hội bền vững
Green chemistry relies upon
lifecycle thinking to bring their
concepts to fruition; it serves to
achieve the ultimate goal of a
sustainable economy and society
85. 1. Alternative synthetic pathways
2. Alternative reaction conditions
3. Design of safer chemical
4. Small business
5. Academic investigator
US EFA Presidential green Chemistry Award
http://www.epa.gov/greenchemistry
86.
87. Câu hỏi
1. Các vấn đề môi trường, nguyên nhân và hệ quả của nó
2. Định nghĩa, phân biệt hóa học xanh và kỹ thuật xanh
3. Vai trò của hóa học xanh và kỹ thuật xanh đối với phát
triển bền vững