VINACHEM

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence, Berkeley (Mỹ) đã phát triển một phương pháp nhanh hơn và dễ dàng hơn để chế tạo các polyme chứa lưu huỳnh. Phương pháp này sẽ giúp giảm chi phí trên sản xuất quy mô lớn.

Kết quả nói trên mở đường cho việc tạo ra những sản phẩm mới từ hạng mục polyme chứa lưu huỳnh, đồng thời giảm phế thải có hại trong sản xuất. Các nhà nghiên cứu đã áp dụng kỹ thuật phản ứng gọi là SuFex để trao đổi sunphua (IV) florua, kết hợp với các chất xúc tác mới phát hiện, có khả năng tăng nhanh tốc độ của phản ứng.

Trước đây, khi phát hiện những hợp chất hữu ích mới, các nhà hóa học chỉ có rất ít phương pháp phản ứng đơn giản và hiệu quả để có thể áp dụng trong sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Năm 2001, nhà hóa học Mỹ được giải thưởng Nôben là Barry Sharples đã giới thiệu một khái niệm mới về hóa học hữu cơ, gọi là “hóa học click”, ông miêu tả một nhóm các phản ứng có hoạt tính cao và có thể kiểm soát, cho phép đạt hiệu suất phản ứng cao và chỉ cần rất ít hoặc không cần tinh chế.

Noi theo thiên nhiên, hóa học click có cơ chế phản ứng đơn giản, sử dụng các nguyên liệu đầu vào sẵn có, điều kiện phản ứng nhẹ nhàng với các tác nhân phản ứng không độc hại. Những phản ứng click đã trở thành công cụ đầy giá trị để tạo ra nhiều hợp chất có tiềm năng hữu ích khi các ngành công nghiệp tìm kiếm các loại dược phẩm và vật liệu mới.

Bằng cách sử dụng phản ứng click SuFex, các nhà khoa học tại Berkeley đã tạo ra những chuỗi dài các phân tử liên kết chứa lưu huỳnh, gọi là polysulphat và polysulphonat.

Polysulphat và polysulphonat là những polyme đặc biệt bền và chịu va đập tốt, chúng thể hiện những tiềm năng lớn, có thể cạnh tranh với polycacbonat - những chất dẻo đang được sử dụng phổ biến hiện nay, chẳng hạn để sản xuất kính áp tròng, kính bảo hộ, ống tiêm, chai đựng nước... Tuy nhiên, cho đến nay polysulphat và polysulphonat hiếm khi được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp do thiếu các quy trình tổng hợp đáng tin cậy và có thể nâng cấp lên quy mô lớn một cách dễ dàng.

Để vượt qua những thách thức đối với việc sản xuất polysulphat và polysulphonat quy mô lớn, các nhà nghiên cứu nói trên đã khảo sát các chất xúc tác và tác nhân ban đầu khác nhau để tối ưu hóa phản ứng click. Họ xác định thấy rằng việc sử dụng muối biflorua làm chất xúc tác đã giúp tăng mạnh tốc độ phản ứng. Quy trình phản ứng mới có hiệu suất cao, đạt tỷ lệ chuyển hóa đáng chú ý là 99%, với thời gian phản ứng từ 10 phút đến dưới một giờ.

Phản ứng mới sử dụng lượng xúc tác ít hơn 100 đến 1000 lần so với các phương pháp đã biết hiện nay, nhờ đó lượng phế thải có hại giảm đáng kể. Muối biflorua cũng ít có tính ăn mòn hơn các chất xúc tác được sử dụng trước đây.

Theo các nhà nghiên cứu, quy trình mới có thể dễ dàng nâng cấp lên quy mô lớn, đây là điều quan trọng đối với việc chuyển kết quả nghiên cứu từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng ở quy mô công nghiệp.

Với tiềm năng thay thế cho polycacbonat, những sản phẩm polyme mới có thể có những tác động lớn đến ngành sản xuất chất dẻo. Polysulphat và polysulphonat có thể được sử dụng để sản xuất mọi thứ, từ chai nước và vỏ điện thoại di động cho đến dụng cụ y tế hoặc kính chống đạn.

Đồng thời, thành công nói trên của các nhà hóa học tại Berkeley có thể là bước mở đầu để áp dụng hóa học click phát triển các loại chất dẻo mới khác cũng như các vật liệu có tính đột phá. Trên thực tế, hiện nay đã có nhiều loại polyme mới được phát hiện nhưng không được sử dụng rộng rãi. Bằng cách giảm thiểu phế thải và cải thiện độ tinh khiết của sản phẩm, các quy trình phản ứng theo hóa học click sẽ có chi phí thấp hơn và dễ nâng cấp lên quy mô công nghiệp hơn, cho phép sản xuất đại trà để đưa các polyme mới vào ứng dụng thực tế.

TN

Theo Chemistry & Industry, 8/2017