Sản xuất Nylon từ nông nghiệp

Nylon - loại sợi tổng hợp chiếm vị trí thứ hai trên thế giới đã đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Nhưng để sản xuất Nylon đã kéo theo nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường! Vấn đề đặt ra là tìm được phương pháp mới sạch sẽ hơn để sản xuất Nylon ít gây ảnh hưởng đến môi trường. Axit Adipic là một trong những mục tiêu nhắm tới vì nó là nguyên liệu chính của Nylon.
Bởi vậy, các nhà hoá học đã giành cho nó sự quan tâm đặc biệt, tại một phòng thí nghiệm đã được sản xuất nylon từ loại đường phong phú nhất trong tự nhiên: D- glucoza. Hai nhà hoá học Karen Draths và John thuộc trường đại học Purdue bang Indiana, Mỹ, hi vọng rằng phương pháp này sẽ được triển khai để thay thế các quy trình gây ô nhiễm vừa tốn năng lượng đang dùng để sản xuất Axit Adipic. Phương pháp truyền thống ra đời cách đây gần một thế kỉ và đến nay vẫn áp dụng đi từ benzen, một hoá chất gây ung thư lấy từ nguồn nguyên liệu hóa thạch không tái sinh là dầu mỏ.
Việc chuyển hoá benzen thành Axit Adipic đòi hỏi nhiệt độ cao và áp suất cao. Khâu cuối cùng của quá trình nhiều giai đoạn có sự tham gia của Axit Nitric tạo ra khí nhà kính Nitơ oxit (N2O). Trong bảng xếp hạng về ô nhiễm N2O trong khí quyển thì ngành sản xuất Axit Adipic chiếm tới 10%.
Nhưng D- glucoza ở đâu ra? Thật đơn giản, dễ kiếm và nhiều vô kể. Đó là các phế liệu nông nghiệp dưới dạng Xenluloza. Hai nhà khoa học vừa nói trên đã chỉ ra một con đường mới dùng Enzym để chuyển hoá D- glucoza thành Axit Muconic. Chất này sẽ phản ứng với Hydro để tạo thành Axit Adipic. Để chuyển hóa D-glucoza thành Axit Muconic, Draths và John đã kết hợp hai xúc tác sinh học phỏng theo cả quá trình của thiên nhiên.
Quá trình thứ nhất: biến D- glucoza thành các axit amin như Phenialamin,Tiroxin và Tritophan(cả ba đều chứa vòng benzen). Một tác động tự nhiên dẫn dắt các axit amin này qua hợp chất trung gian là axit 3- Dehidro- Sikimic (DHS), hai nhà bác học này coi phân tử trên là chìa khóa để tạo ra Axit Adipic.
Họ thấy rằng có thể tăng hiệu suất của DHS đến cực đại bằng cách dùng thể đột biến di truyền của vi khuẩn E. Coli kí hiệu bằng mã số AB2834. Ngoài ra còn có các enzym khác nữa được Draths và John huy động để chuyển hoá DHS thành Axit Muconic. Hiệu suất của axit này tính theo D-glucoza là 30%.
Giai đoạn cuối cùng là một quá trình hóa học thuần túy, axit Muconic chuyển thành Axit Adipic bằng cách hydro hoá xúc tác trên Platin.
Các nhà phát minh cho rằng triển khai quy trình này trên quy mô công nghiệp là không phải dễ dàng. Song thuận lợi lớn đối với công nghiệp là quy trình diễn ra ở nhiệt độ và áp suất thường. Việc sản xuất Nylon từ nguyên liệu sinh học đã mở ra phương pháp mới bảo vệ môi trường để Nylon giảm đi danh tiếng là “kẻ gây ô nhiễm” và mãi là vị trí thứ nhất trong thế giới sợi tổng hợp.
Màng bao gói thực phẩm thông minh
Thức ăn trong tương lai sẽ có thể được bao gói bởi một loại nhựa thông minh nhận biết sự ô nhiễm thực phẩm và sau sau khi sử dụng thì bị phân hủy sinh học. Lớp màng polymer này được phát triển bởi các nhà khoa học Ý và có thể kéo căng cũng như chịu được sự gia tăng nhiệt độ. Andrea Pucci ở Đại Học Pissa, người chỉ đạo cuộc nghiên cứu cho rằng lớp màng thì bền ở môi trường không khí; tuy nhiên, một khi thức ăn không còn lớp bao bọc nữa thì lớp màng bao này sẽ được vi sinh vật trong đất, nước ngọt hay nước mặn phân hủy ngay.
Lớp màng đó làm từ polyester thương mại pha với thuốc nhuộm stilbene, thuốc nhuộm này dễ dàng mua được trên thị trường được biết dưới cái tên BBS. Pucci nói rằng hóa chất BBS đạt qui định của Tổ chức FDA Mỹ, do đó BBS có thể được dùng để đóng gói thức ăn. Nó có dạng những hạt nhỏ trong lớp màng polymer sẽ phát sáng màu xanh lá dưới tia UV. Khi bị kéo giãn hay biến dạng, những hạt BBS tách rời ra khiến các phân tử dừng tương tác với nhau và chuyển sang phát sáng màu xanh da trời. Nhiêt độ thay đổi cũng ảnh hưởng đến sự kết hợp và phát tán của ánh sáng ra khỏi màng.
Christoph Weder, người tiên phong trong nghiên cứu màng polymer thông minh tại Đại Học Case Western Reserve ở Cleverland, Mỹ nói rằng anh rất hồi hợp bởi “công việc nghiên cứu mới mẻ này”. Pucci đã chỉ cho thấy từ ý niệm phát minh tổng thể đến triển khai việc hóa chất thuốc nhuộm thương mại dùng trong thực phẩm và đây là một thành tựu quan trọng nhìn từ quan điểm trong lĩnh vực công nghệ kỹ thuật.
Pucci nói rằng thách thức kế tiếp của ông là triển khai cấu tạo những tấm màng composite này hoàn toàn từ những chất liệu được dùng trong thực phẩm và màng film có nhiều hoạt tính hơn nữa. Ông nói, “theo ý kiến của tôi, tương lai của lĩnh vực này dựa trên việc hình thành độ nhạy của các cảm biến kích thước nano rất nhỏ thành phạm vi rộng thuộc tác nhân kích ứng ngoại cảm”.