Alumina- Xúc tác mới an toàn và hiệu quả hơn trong tổng hợp polymer

Alumina- Xúc tác mới an toàn và hiệu quả hơn trong tổng hợp polymer
Phản ứng polymer hoá hoặc hydrogen hoá các hydrocabon bất bão hoà là hoá là các phản ứng cơ bản trong nhiều quá trình tồng hợp và có ứng dụng quan trọng trong công nghiệp sản xuất chất dẻo. Tuy nhiên, các phản ứng này thường đòi hỏi phải sử dụng các hệ xúc tác là những chất rất đắt tiền hoặc độc hại với môi trường. Và một kết quả vừa được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie, International Edition với ghi chú « kết quả rất quan trọng » đã mở ra việc phát triển các hệ xúc tác mới cho các phản ứng polymer hóa trên cơ sở alumina (oxit nhôm), một loại vật liệu rất phổ biến và không gây ô nhiễm môi trường.

Cấu trúc bề mặt xúc tác alumina

Phản ứng polymer hóa, chính xác hơn là phản ứng trùng hợp, là phản ứng cơ bản tạo liên kết nối các đơn vị lặp lại monomer để hình thành chuỗi mạch polymer. Tuy nhiên, các phản ứng này thường đòi hỏi phải sử dụng các xúc tác là những chất rất đắt tiền hoặc độc hại với môi trường. 

Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc polymer, là các hợp chất cao phân tử, được dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hằng ngày cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiện đại của con người. Chúng là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng. Những loại polymer nhiệt dẻo như polyethylene và polypropylene là những loại polymer được tổng hợp nhiều nhất trên thế giới. Chúng là các vật liệu không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày và trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Để tổng hợp các loại polymer này nhất thiết phải xử dụng các loại xúc tác để đẩy nhanh tốc độ phản ứng. Hầu hết các xúc tác sử dụng trong quy trình tổng hợp các polymer này là những xúc tác kim loại quý rất đắt tiền như platin (bạch kim), rhodium,… hoặc những kim loại gây ô nhiễm môi trường như niken hoặc crom.

Các kim loại quý như Pt, Rh, Pd... đều có hoạt tính xúc tác cho các phản ứng polymer hóa rất cao, tuy nhiên giá thành của chúng cũng rất đắt Các nhà nghiên cứu tại Villeurbanne và Villeneuve d'Ascq (Pháp) đã phát triển một phương pháp mới để tổng hợp các polymer thông qua các phản ứng đơn giản và trong điều kiện dễ dàng thực hiện (áp suất thấp và nhiệt độ khoảng 350 độ C). Họ sử dụng một loại xúc tác mới để tổng hợp polymer trên cơ sở alumina không chứa các kim loại chuyển tiếp. Phản ứng được thực hiện dễ dàng và không tốn kém. Bằng phương pháp này họ đã tổng hợp được polyethylene trong điều kiện êm dịu, một loại polymer có nhiều ứng dụng trong y sinh (chế tạo các bộ phận giả thay thế), sản xuất các loại sợi có độ bền cao và là thành phần để làm phần vỏ của ván trượt tuyết.

Hơn nữa, tiến hành các khảo sát sâu hơn về thành phần bề mặt của xúc tác sử dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) rắn, các nhà nghiên cứu đã lần đầu tiên chứng minh sự hiện diện trên bề mặt nhóm nhôm hiđrua (Al-H) có hoạt tính xúc tác đặt biệt rất cao cho các phản ứng polymer hóa. Bằng cách đo tín hiệu cộng hưởng cho cả hai hạt nhân nhôm và proton họ có thể biết được cấu trúc bề mặt của xúc tác. Kỹ thuật này giúp các nhà khoa học có những hiểu biết sâu sắc về cấu trúc của các tâm hoạt động trên bề mặc xúc tác. Kết quả nghiên cứu cho thấy các tâm phản ứng Al-H là nguồn gốc hoạt tính xúc tác đặc biệt của vật liệu này.

Nghiên cứu này mở ra một hướng mới trong khoa học xúc tác nhằm tìm kiếm các loại xúc tác mới thân thiện với môi trường trong bối cảnh phát triển bền vững chung cho xã hội. Loại xúc tác mới này cũng sẽ được nghiên cứu trên phản ứng hydogen hoá các olefin (các hydrocarbon bất bảo hoà có chứa liên kết đôi), các hợp chất này không chỉ lấy từ nguyên liệu là dầu mỏ mà còn từ sinh khối.