Việt Nam chế tạo thành công công cụ định lượng nhanh Methanol bằng điện hóa

Methanol (CH3OH) là loại rượu đơn giản nhất, nhẹ, không màu, dễ bay hơi, dễ cháy, có mùi đặc trưng giống rượu trắng ethanol (C2H5OH) nhưng nó có vị ngọt, thơm hơn và gây độc mạnh. Do tính độc mạnh nên khi tiếp xúc trực tiếp với methanol có thể gây viêm da, phát ban, vảy nến, gây mờ và mù mắt, nghiêm trọng hơn là gây rối loạn cục bộ, kích ứng niêm mạc đường hô hấp, tổn thương nội tạng, rối loạn thần kinh, gây tổn thương dây thần kinh não… và có thể dẫn đến tử vong khi dùng một lượng lớn.

Trong các ngành công nghiệp, methanol được sử dụng như là chất chống đông, dung môi hòa tan các nguyên liệu sản xuất, dung môi hữu cơ cho sơn, véc-ni, làm nguyên liệu để sản xuất chất dẻo và tổng hợp các chất hữu cơ, được sử dụng để sản xuất nhiên liệu như khí đốt và dầu diesel sinh học. Hiện nay, việc pha methanol (thay cho ethanol) vào đồ uống có cồn để tăng mùi vị, trong nhiên liệu liệu xăng để làm giảm giá thành, nhằm mục đích trục lợi cá nhân. Tuy nhiên việc pha này gây ra các hệ lụy lớn, nghiêm trọng cho xã hội và sức khỏe con người. Đây là vấn đề rất được quan tâm trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.

Nhằm phân tích nhanh và chính xác hàm lượng methanol trong đồ uống có cồn, xăng, nhóm các nhà khoa học tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCNVN và Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐH Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh đã thực hiện nhiệm vụ khoa học - công nghệ cấp Thành phố Hồ Chí Minh “Chế tạo cảm biến điện hóa và hệ thiết bị phân tích methanol trong đồ uống có cồn và nhiên liệu xăng”, mã số:114/2019/HĐ-QPTKHCN (GS.TS. Trần Đại Lâm làm chủ nhiệm, Viện Kỹ thuật nhiệt đới chủ trì) trong thời gian 2020-2021.

Đề tài đã hoàn thành đầy đủ mục tiêu và các nội dung đề ra trong thuyết minh, được Hội đồng khoa học cấp Thành phố nghiệm thu xếp loại Đạt vào ngày 30/12/2021.

Theo GS.TS. Trần Đại Lâm, mục tiêu của nhiệm vụ là làm chủ công nghệ chế tạo cảm biến điện hóa có các thông số kỹ thuật phù hợp, đảm bảo phân tích trực tiếp methanol trong bia rượu và nhiên liệu xăng, đồng thời, tích hợp máy đo điện hóa và cảm biến trong hệ đo cầm tay nhằm phân tích trực tiếp methanol tại hiện trường.

Cảm biến điện hóa cho phân tích methanol thường được chế tạo từ các kim loại quý có hoạt tính xúc tác cao nhưng cũng có giá thành cao như Pt, Pd, Ru... Đề tài này đã sử dụng xúc tác là các kim loại và oxit kim loại chuyển tiếp của Ni, Cu có giá thành thấp để thay thế các kim loại quý họ Pt. Việc sử dụng các xúc tác là các kim loại và oxit kim loại chuyển tiếp kết hợp với một lượng rất nhỏ (0,5-1%) chất dẫn CNTs hoặc graphen được chứng minh là đã giải quyết thành công bài toán đảm bảo thông số công nghệ (hoạt tính xúc tác tốt) lẫn hiệu quả kinh tế (giá thành rẻ hơn nhiều) trong phản ứng oxi hóa methanol (MOR).

Phản ứng oxi hóa methanol (MOR) trong môi trường kiềm, xúc tác là NiO trên điện cực SPE biến tính

Theo đó, nhóm nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo và tối ưu điện cực in (SPE) ứng dụng làm cảm biến phân tích MeOH. Việc lựa chọn và xây dựng quy trình biến tính điện cực với polymer dẫn điện PANI và các xúc tác (oxit) kim loại chuyển để tạo ra các composit (PANI-Graphen-NiO, PANI-CNTs-NiO, PANI-Graphen-CuO, PANI-CNTs-CuO) và giúp nâng cao độ nhạy, độ chọn lọc của cảm biến so với việc sử dụng xúc tác là các kim loại quý như Pt, Pd từ đó giúp giảm đáng kể giá thành của điện cực biến tính.

Giới hạn phát hiện và độ nhạy với methanol của cảm biến điện hóa chế tạo được , https://kinhtexaydung.petrotimes.vn

So sánh hoạt động của cảm biến so với phương pháp GC/MS (Sắc ký khí ghép đầu dò khối phổ) cho thấy, kết quả phân tích đối chứng mẫu rượu chưng cất (rượu trắng) được thêm chuẩn 2.000 ppm methanol và mẫu xăng A95 thêm chuẩn 10.000 ppm methanol cho kết quả khá tương đồng.

Ưu điểm của phương pháp cảm biến là phân tích trực tiếp, trả kết quả nhanh trong khi phương pháp GC/MS đòi hỏi pha loãng mẫu và thời gian phân tích khá lâu. Ngoài ra, sử dụng cảm biến phân tích hàm lượng methanol trong một số mẫu đồ uống có cồn và nhiên liệu xăng, cho thấy hàm lượng methanol nằm trong ngưỡng cho phép theo TCVN và nằm dưới ngưỡng phát hiện của cảm biến.

Kết quả phát hiện methanol bằng cảm biến điện hóa và phương pháp GC, https://kinhtexaydung.petrotimes.vn

Phân tích methanol trong các mẫu bia, rượu, xăng bằng hệ thiết bị đo potentiostat và cảm biến SPE biến tính, https://kinhtexaydung.petrotimes.vn

Các kết quả khoa học chính của đề tài được công bố trên 02 bài báo quốc tế uy tín là RSC Advances, 2021, 11(46), 28573-28580 (Q1, IF = 3.361) và Journal of The Electrochemical Society, 2021, 168(10), 107509 (Q1, IF = 4.17). Ngoài ra, đề tài còn đào tạo được 01 Thạc sĩ, có 01 đơn GPHI được Cục Sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn.

https://kinhtexaydung.petrotimes.vn

Thanh Hà

sohuutritue.net.vn