VINACHEM

Nghiên cứu về ô nhiễm không khí

Trong năm 2019, một làn sóng nghiên cứu tác động có hại của ô nhiễm không khí đối với sức khỏe con người đã được thực hiện ở nhiều nơi trên thế giới, góp phần mở rộng kiến thức của chúng ta về lĩnh vực này.

Ngay từ thập niên 1990, một số công trình nghiên cứu đã đưa ra những bằng chứng mạnh cho thấy, phơi nhiễm các hạt bụi mịn trong không khí là một trong những nguyên nhân gây ra các bệnh về đường hô hấp và bệnh tim mạch. Năm 2019, các nhà nghiên cứu bệnh dịch đã thiết lập mối liên kết giữa ô nhiễm không khí với một nhóm rộng các vấn đề sức khỏe cũng như những tác động tiêu cực đối với thai nhi và sự phát triển thời kỳ đầu của trẻ em.

Năm 2019, chúng ta đã được biết nhiều hơn về việc hít thở các hạt bụi mịn với đường kính 2,5 mm (PM2,5) và nhỏ hơn sẽ ảnh hưởng đến khả năng sinh sản của phụ nữ và sức khỏe của thai nhi như thế nào. Một nghiên cứu đã phát hiện, phụ nữ bị phơi nhiễm hàm lượng cao các hạt PM2,5 và bột than đen (một dạng hạt ô nhiễm khác) sẽ ít có khả năng thành công khi thụ thai nhân tạo. Một nghiên cứu khác cũng công bố trong năm nay cho thấy có mối liên kết giữa sự phơi nhiễm của người mẹ với các hạt PM2,5 và các vấn đề về trí nhớ ở trẻ em.

Trong khi các nhà nghiên cứu bệnh dịch phát hiện thêm những vấn đề sức khỏe mới liên quan đến phơi nhiễm các hạt PM2,5, các nhà sinh học tiếp tục tìm kiếm cơ chế gây bệnh bằng cách nghiên cứu sâu hơn về vô số tác động của những hạt này. Kết quả một khảo sát mô sinh thiết cho thấy, bột than đen có thể đi xuyên qua nhau thai - cơ quan bảo vệ thai và liên kết người mẹ với thai nhi. Một nghiên cứu khác ở chuột mang thai đã xác định mối liên kết mạnh giữa sự phơi nhiễm PM2,5 của chuột mẹ và nhiều rủi ro mắc bệnh ở chuột con như phổi kém phát triển, đường glucoza trong máu cao, hàm lượng mỡ trong gan cao.

Nhà nghiên cứu Arden Pope tại Đại học Brigham Young (Mỹ) kể lại, khi ông và các doanh nghiệp phát hiện thấy mối liên kết đầu tiên giữa ô nhiễm không khí với các bệnh tim mạch vào thập niên 1990, họ đã không tin những kết quả của chính mình. Nhưng cuối cùng những phát hiện này đã được xác nhận.

Có lẽ câu hỏi lớn nhất là xã hội sẽ làm gì với những thông tin đó. Một nghiên cứu công bố trong năm nay cho thấy, hàm lượng hạt bụi ô nhiễm tại Mỹ đã tăng 5,5% trong thời gian 2016-2018 do khói của những đám cháy rừng, do sự phát triển mạnh của hoạt động kinh tế và do việc thực thi lỏng lẻo Đạo luật không khí trong sạch. Các nhà khoa học cho biết, sự thay đổi của chất lượng không khí khiến cho họ sững sờ vì ngạc nhiên.

Hệ vi sinh vật trong cơ thể con người

Vi khuẩn bên trong và bên ngoài cơ thể đang ảnh hưởng đến hầu như mọi khía cạnh cuộc sống của chúng ta, từ sự ra đời của chúng ta, hành vi của chúng ta cho đến hiệu quả của các loại thuốc điều trị.

Qua các nghiên cứu ở tế bào chuột và tế bào người, một quan niệm quan trọng đã được củng cố trong năm 2019, đó là các quá trình trao đổi chất do vi sinh vật trong ruột thực hiện có thể đóng vai trò lớn đối với sức khỏe của con người. Trên thực tế, nhà nghiên cứu Andrew Goodman tại Trường Y học Yale (Mỹ) đã phát hiện nhiều loại thuốc thông thường được chuyển hóa nhờ các loại vi khuẩn ruột khác nhau, từ đó đặt ra câu hỏi về ảnh hưởng của chúng đối với tác dụng của thuốc.

Nghiên cứu hệ vi sinh vật trong cơ thể là lĩnh vực nghiên cứu tương đối non trẻ. Nguyên nhân của sự xuất hiện những phát hiện lớn đã công bố trong năm nay có thể một phần là do kỹ thuật phân tích đã được cải tiến và ngày càng nhiều nhà khoa học ở tất cả các lĩnh vực đang tham gia nghiên cứu những vi khuẩn cư trú trong cơ thể chúng ta.

Một nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp California, San Francisco (Mỹ), cho biết, hiện có rất nhiều phòng thí nghiệm đang tiến hành nghiên cứu về hệ vi sinh vật trong cơ thể và đã thu được một số phát hiện quan trọng trong năm 2019. Ví dụ, các nhà nghiên cứu tại Đại học Havard (Mỹ) đã phát hiện thấy vi khuẩn ruột đục khoét các mẩu thuốc Levodopa (thuốc chữa bệnh Parkinson) để sử dụng cho riêng chúng, do đó có thể làm thuốc này mất hoạt tính trước khi vào được máu và truyền đến não. Trong khi đó, một nhóm nghiên cứu tại Ixraen đã thông báo nicotinamid - sản phẩm trao đổi chất do vi khuẩn ruột tạo ra - có thể bảo vệ chuột trước tác động của chứng xơ cứng và teo cơ (ALS). Các nhà khoa học cho rằng nicotinamid cũng có thể giúp giảm căng thẳng trong hệ thần kinh.

Vi khuẩn trong cơ thể chúng ta thường tự sửa đổi bản thân mình, đôi khi chúng tiết ra hóa chất petidoglycan kích thích miễn dịch. Đầu năm 2019, các nhà nghiên cứu Singapo thông báo một lượng lớn hợp chất này có thể làm cho bệnh viêm khớp tự miễn dịch của chuột trở nên nặng lên. ở người, bệnh viêm khớp tự miễn dịch gây biến dạng khớp và làm mất khả năng cử động ở một số bộ phận cơ thể. Các nhà nghiên cứu nhận thấy, nếu tiêm kháng thể chống petidoglycan có thể giúp giảm triệu chứng và làm chậm sự tiến triển của bệnh ở chuột.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Luân Đôn phát hiện thấy trẻ em ra đời bằng phương pháp mổ lấy thai thường có hệ vi sinh vật trong ruột khác với trẻ em sinh tự nhiên. Trong đó có một phát hiện đáng lo ngại: Trẻ em ra đời bằng phương pháp mổ lấy thai có một dòng vi khuẩn bệnh viện trong ruột, kể cả một số dòng vi khuẩn kháng kháng sinh. Nhưng có thể sẽ trải qua một số năm trước khi những vi khuẩn này có tác động đối với sức khỏe của trẻ.

Không có gì đáng ngạc nhiên là hệ vi sinh vật có tác động rất lớn đến ruột, nơi có nhiều vi khuẩn ẩn nấp. Đầu năm 2019, các nhà nghiên cứu tại đại học Havard và Đại học Minnesota (Mỹ) đã phát hiện thấy hợp chất colibactin do vi khuẩn ruột Escherichia coli tiết ra có thể an-kyl hóa lớp màng tế bào trong ruột, kích hoạt cơ chế sửa chữa DNA của tế bào và đôi khi có thể dẫn đến các bệnh như ung thư ruột kết.

Xử lý các chất gây ô nhiễm tồn tại dai dẳng

Năm 2019, các nhà khoa học đã phát hiện một số thông tin mới về tác động của các chất gây ô nhiễm tồn tại dai dẳng, về chu trình chuyển hóa của chúng trong môi trường và khả năng loại bỏ những chất này. Những nghiên cứu đã được tiếp tục thực hiện trên cơ sở các phương pháp xử lý tiềm năng, kể cả các chất hấp phụ mới với tác động tốt hơn đến các chất PFSA (perfloalkyl và polyfloalkyl), và các phương pháp phân hủy liên kết C-H mạnh - nguyên nhân khiến cho PFSA bền vững như vậy.

Sau một số năm nghiên cứu, một số phương pháp đã giải quyết được những trở ngại quan trọng để có thể áp dụng ở quy mô lớn. Ví dụ, trong tháng 9/2019 các nhà khoa học đã thử nghiệm một thiết bị phản ứng plasma sử dụng điện và khí argon để tạo ra các chất có hoạt tính cao, có khả năng phân hủy hoàn toàn PFSA. Thiết bị này đã được sử dụng để xử lý hàng trăm lít nước nhiễm độc tại căn cứ không quân Wright-Patterson ở bang Ohio của Mỹ.

Cũng trong năm 2019, các nhà khoa học Mỹ thông báo đã phát hiện vi khuẩn ở vùng đất ngập nước tại New Jersey có khả năng khử độc PFSA, mở ra triển vọng xử lý PFSA với chi phí thấp hơn và thân thiện môi trường hơn so với các phương pháp tiêu tốn nhiều năng lượng như thiết bị phản ứng plasma.

Cải tiến các quá trình Hóa học Công nghiệp

Trong năm qua, các nhà khoa học đã xem xét lại một số quy trình hóa học đã áp dụng trong công nghiệp và tìm cách giảm phát thải cũng như tiêu thụ năng lượng của chúng.

Đặc biệt, tổng hợp điện hóa hữu cơ đã tiến một bước lớn trong năm 2019 khi các nhà hóa học sử dụng quá trình này để làm cho các quá trình sản xuất công nghiệp trở nên xanh hơn nhờ giảm năng lượng tiêu thụ và phát thải.

Adiponitril là một trong những hóa chất được sản xuất với khối lượng lớn nhất trên thế giới, vì nó được sử dụng để sản xuất nylon 6,6 - một thành phần thông thường trong vải dệt ngày nay. Năm 2019, các nhà nghiên cứu tại Đại học New York đã tăng hiệu suất sản xuất adiponitril bằng cách sử dụng hệ thống tổng hợp điện hóa và tối ưu hóa điều kiện phản ứng nhờ một dạng phần mềm học máy.

Epoxit là một hóa chất công nghiệp quan trọng khác, có mặt khắp nơi trong sản xuất hàng tiêu dùng. Nhưng quá trình sản xuất epoxit thường phát thải CO2 ở hàm lượng cao và được thực hiện trong các điều kiện nguy hiểm. Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ) đã cho thấy các thiết bị điện hóa có thể sản xuất epoxit từ olefin ở nhiệt độ phòng và áp suất không khí bình thường, trong khi đó tạo ra phế thải ở mức tối thiểu và không sinh ra CO2.

Hơn nữa, trong năm 2019 các nhà hóa học đã trực tiếp sử dụng điện năng để làm cho các quá trình hóa học công nghiệp trở nên xanh hơn. Sản xuất khí tổng hợp hiện nay chiếm 3% phát thải CO2 trên toàn cầu. Với mục đích giảm phát thải CO2 của quá trình sản xuất này, các nhà khoa học tại Công ty Haldor Topsoe (Đan Mạch) đã phát triển phương pháp thay thế cho quá trình reforming hơi nước, sử dụng điện năng để gia nhiệt thay cho quá trình đốt như trước đây. Các nhà khoa học ước tính, nếu áp dụng phương pháp của họ và sử dụng nguồn điện tái sinh có thể giúp cắt giảm 1% phát thải CO2 trên toàn cầu.

Trong quá khứ, nhiều nhà khoa học cũng đã tìm cách sử dụng điện năng cho các phản ứng hóa học. Tuy nhiên, ngày nay điện năng đang được xem xét theo góc độ mới. Nguồn điện tái sinh đã trở nên rẻ hơn và công nghệ sử dụng hoặc phát điện như xe ôtô điện và pin quang điện đã trở nên phổ biến.

Các nhà khoa học nhận thấy họ có thể thực hiện các quá trình tổng hợp hữu cơ bằng phương pháp điện hóa theo cách mà họ không thể thực hiện với các tác nhân phản ứng thông thường, nhờ đó có thể đạt độ chọn lọc cao và tạo ra những cấu trúc phân tử mới. Ngày nay và trong tương lai, việc liên kết các phản ứng sử dụng điện với các nguồn điện tái sinh như pin quang điện sẽ giúp cho các quá trình tổng hợp hóa học trở nên thân thiện môi trường hơn.

Một số phát hiện tổng hợp hóa học khác thường

Phức nhôm phân hủy benzen. Benzen là hợp chất thơm đơn giản và nổi tiếng là bền. Tuy các nhà hóa học đã phát triển rất nhiều phương pháp để điều chỉnh liên kết C-H của benzen, nhưng chỉ có rất ít phương pháp có thể tách liên kết C-C của nó. Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Oxford đã phát hiện một loại phức nhôm có khả năng mở liên kết C-C của benzen, qua đó chuyển hóa phân tử mạch vòng này thành phân tử mạch thẳng. Khác với các tác nhân trước đây được sử dụng, phức nhôm này bền ở nhiệt độ phòng khi để trong môi trường trơ. Phản ứng mới có thể được áp dụng để mở rộng phạm vi các hợp chất sản xuất từ dầu mỏ.

Mở rộng công cụ hóa học click. Amin sơ cấp là những hợp chất rất phong phú. Năm 2019 các nhà hóa học tại Viện nghiên cứu Scripps, California (Mỹ), đã tìm ra phản ứng chuyển hóa các amin này thành azit, qua đó mở rộng số lượng các hợp chất có thể được sử dụng trong phản ứng click liên kết azit và alkyl để tạo thành triazol mà không có sản phẩm phụ. Một trong những sản phẩm thu được đã có triển vọng trở thành thuốc chống bệnh lao phổi.

Sản xuất ete polyvinyl bằng cách kiểm soát hóa học lập thể. áp dụng phương pháp kiểm soát hóa học lập thể của các dược phẩm, các nhà hóa học tại Đại học North Carolina (Mỹ) đã phát hiện có thể sản xuất ete polyvinyl đẳng cấu bằng cách sử dụng anion không đối xứng để kiểm soát hóa học lập thể của quá trình trùng hợp. Các polyme thu được có thể được sử dụng trong các composit nhẹ để sản xuất xe đạp, tàu thuyền và xe ôtô.

LH

Theo Chemical & Engineering News, 12/2019