Thủy nhiệt - công nghệ thân thiện môi trường

Sản xuất polymer bằng phản ứng thủy nhiệt

Từ quan điểm này, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Công nghệ Vienna và Đại học Hoàng gia London, do GS Miriam Unterlass dẫn đầu đã phát triển một phương pháp tổng hợp mới, không độc hại để tạo ra các vật liệu hữu cơ hiệu suất cao, thân thiện với môi trường.

Các vật liệu hữu cơ hiệu suất cao thường có những đặc tính vượt trội, như sức đề kháng cao chống lại các hóa chất mạnh và áp lực cơ học để có thể sử dụng phù hợp với những ứng dụng cực kỳ khắt khe và khắc nghiệp, như trong ngành hàng không, hàng không vũ trụ, ô tô hoặc thiết bị thể thao...

So với các vật liệu có độ ổn định cao khác như kim loại và gốm sứ, mật độ thấp của các vật liệu hữu cơ cho phép đưa vào những ứng dụng cần khối lượng nhẹ trong nhiều lĩnh vực khác nhau (ví dụ, tiết kiệm trọng lượng là cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực chế tạo máy bay).

Trong thực tế, chế tạo các vật liệu hữu cơ cần tích hợp rất nhiều những yếu tố khác nhau. Cho đến nay, những vật liệu này chỉ có thể được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp, sử dụng nhiều hóa chất độc hại.

Nhiều loại dung môi và chất xúc tác được sử dụng trong quá trình tổng hợp vật liệu hữu cơ có ảnh hưởng xấu đối với môi trường và sức khỏe của con người. Một số chất sử dụng thậm chí còn có thể gây ung thư. Trong nghiên cứu đang được thực hiện, các nhà khoa học hướng tới mục tiêu khắc phục những nhược điểm này bằng một giải pháp thân thiện môi trường, đó là sử dụng nước nóng và áp suất cao.

Trong báo cáo nghiên cứu, được công bố gần đây trên Tạp chí Angewandte Chemie, các nhà nghiên cứu chứng minh được khả năng sản xuất 2 loại polymer quan trọng bằng phản ứng thủy nhiệt, thực hiện trong các bình áp suất kín - tương tự như nồi áp suất thông thường - được gọi là nồi hấp.

Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao, tính chất của nước có những thay đổi rất mạnh. Ở nhiệt độ cao hơn rất nhiều nhiệt độ sôi thông thường, được hình thành từ nhiệt độ và áp suất cao tạo điều kiện cho sự biến đổi hóa học, tăng cường sự hòa tan các hợp chất hữu cơ trong nước, làm giảm nhiệt độ cần thiết cho phản ứng và có thể tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khử nước của thành phẩm.

Tổng hợp vật liệu hữu cơ trong điều kiện nước nhiệt độ cao

Kỹ thuật đơn giản và dễ sử dụng

Nhóm nghiên cứu của GS Unterlass đã tổng hợp được polyimide, loại nhựa sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không và điện tử. Nhóm nghiên cứu cũng mở rộng phương thức này để sản xuất polybenzimidazoles và polyme pyrrone.

Polybenzimidazoles là một trong những loại sợi được sử dụng để sản xuất các loại quần áo chống cháy, đặc biệt ứng dụng nhiều trong đồ bảo hộ của lính cứu hỏa và các phi hành gia, cũng thường được sử dụng làm màng trong pin nhiên liệu.

Polyme pyrrones là loại vật liệu có tiềm năng được ứng dụng để chế tạo các điện cực pin hiệu suất cao.

Kỹ thuật thủy nhiệt tương đối đơn giản và dễ sử dụng, không cần thiết sử dụng những dung môi độc hại. Hơn nữa, phương pháp tổng hợp vật liệu bằng thủy nhiệt thường tạo ra độ kết tinh vượt trội, vật liệu hữu cơ có nhiều tính chất vật lý vượt trội hơn so với phương pháp dùng chất xúc tác hóa học.

GS Unterlass nhấn mạnh: "Tôi thực sự tin rằng có rất nhiều điều có thể khám phá và rất nhiều vật chất mới lạ, có những tính chất lý hóa đặc biệt thú vị có thể được tạo ra bằng giải pháp tận dụng sức mạnh tuyệt đối của nước nhiệt độ cao".

Thái Bằng (theo Advanced Science News)