Nhóm nghiên cứu Hóa lý bề mặt của Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội do PGS.TS Lê Minh Cầm đứng đầu mới đây đã xây dựng và hoàn thiện quy trình chế tạo chất xúc tác mangan oxit để xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong công nghiệp. Quy trình đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0002509, công bố ngày 25/11/2020.
Mangan oxit - Chất xúc tác tiềm năng
Hiện nay, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) như benzen, toluen, xylen là dung môi đang được sử dụng trong hầu hết tất cả các quá trình sản xuất công nghiệp, đặc biệt là sản xuất sơn, mực, bao bì, lọc hóa dầu,… dẫn đến sự có mặt của các hợp chất này trong khí thải của nhiều nhà máy. Các hợp chất này thuộc nhóm có khả năng gây ung thư, đột biến gen và ô nhiễm môi trường.
Để xử lý vấn đề này, phương pháp oxy hóa xúc tác được xem là có nhiều triển vọng nhất do có hiệu suất xử lý cao, cho phép thực hiện ở nhiệt độ tương đối thấp và làm giảm sự hình thành các sản phẩm gây ô nhiễm thứ cấp.
Mangan oxit
Mặc dù vậy, những chất xúc tác đem lại hiệu quả tốt nhất và có thể xử lý VOC ở nhiệt độ thấp lại được chế tạo dựa trên các kim loại quý và khan hiếm như vàng, platin, paladin nên có giá thành rất cao. Bên cạnh đó, các xúc tác này còn kém bền và dễ bị ngộ độc bởi các hợp chất chứa clo và lưu huỳnh nên chỉ một thời gian ngắn sau khi sử dụng sẽ dễ bị mất đi hoạt tính và khả năng xử lý.
“Bởi vậy, các hệ xúc tác dựa trên oxit kim loại chuyển tiếp có giá thành thấp hơn, bền hơn và ít bị ngộ độc hơn đang được coi là các chất xúc tác đầy tiềm năng để thay thế", TS. Nguyễn Thị Mơ, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết.
Sau nhiều tìm tòi, thử nghiệm và thay đổi, cuối cùng, nhóm nghiên cứu nhận thấy mangan oxit, đặc biệt là mangan oxit hỗn hợp pha là xúc tác vừa tương đối thân thiện với môi trường, lại vừa có hoạt tính tốt đối với phản ứng oxy hóa các VOC và dễ dàng tổng hợp được với kích thước nano.
Tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm
Sau một năm rưỡi kiên trì thử nghiệm, những thử nghiệm của nhóm PGS. TS. Lê Minh Cầm cho thấy kết quả rất khả quan: chất xúc tác mangan oxit chứa hỗn hợp pha thể hiện hoạt tính xúc tác tốt đối với phản ứng oxy hóa hợp chất khó xử lý là m-xylen, cho phép bắt đầu chuyển hóa m-xylen ở nhiệt độ dưới 175 độ C và chuyển hóa hoàn toàn m-xylen ở nhiệt độ dưới 250 độ C - một nhiệt độ rất thấp đối với kim loại chuyển tiếp. Bên cạnh đó, chất xúc tác có độ lặp lại tốt với hoạt tính khá ổn định sau 5 lần thực hiện phản ứng.
Một điểm đặc biệt là các chất xúc tác thường phải được đưa lên một chất mang nào đó nhằm phân tán và đem lại hiệu quả cao hơn. Song chất xúc tác do nhóm nghiên cứu của PGS. TS. Lê Minh Cầm chế tạo chưa cần phải đưa lên chất mang đã có hoạt tính tốt tương đương và xử lý được ở nhiệt độ dưới 250 độ C, “trong khi đó với một số kim loại như đồng oxit, nếu không có chất mang thì nhiệt độ xử lý phải lên tới 350 - 400 độ C”, nhóm nghiên cứu giải thích.
TS. Nguyễn Thị Mơ, thành viên nhóm nghiên cứu
Mặc dù cách điều chế đơn giản, dễ thực hiện, kim loại sử dụng lại là vật liệu bình dân, giá thành rẻ nhưng nếu muốn ứng dụng giải pháp này vào thực tế còn là một chặng đường dài. TS. Nguyễn Thị Mơ cho biết: “Hiện nay, trên thế giới các chất xúc tác dựa trên oxit kim loại chuyển tiếp cũng mới chỉ nằm trên nghiên cứu chứ chưa thương mại hóa được do các chất xúc tác kim loại quý dù có giá thành cao nhưng hiện vẫn đang có hiệu quả tốt nhất”.
Được biết, trong tương lai, nhóm dự định sẽ tiếp tục nghiên cứu để làm sao hạ được nhiệt độ xử lý xuống thấp hơn nữa, đồng thời thử nghiệm thêm về độ bền và đi tìm những vật liệu mới trên cơ sở mangan để tiếp tục nâng cao hiệu quả.
Hùng Khoa t/h
