Phương pháp chiết điôxít titanium rẻ và thân thiện với môi trường

Từ thuốc đến mỹ phẩm, nhựa plastics đến giấy hầu như một ngày trôi qua mà chúng ta không sử dụng chất điôxít titanium. Hiện nay các nhà nghiên cứu tại trường đại học Leeds đã phát triển được một phương pháp đơn giản hơn, rẻ hơn và sạch hơn để chiết ra sản lượng cao hơn loại kháng sản hữu dụng và đa năng này. Điôxít titanium (TiO₂) ở dạng bột được sử dụng một cách rộng rãi như một chất nhuộm màu trắng cực mạnh để làm sáng các sản phẩm hằng ngày như sơn, giấy, nhựa, thực phẩm, thuốc, gốm sứ, mỹ phẩm và thậm chí là kem đánh răng. Đặc tính hấp thụ cực tốt tia cực tím giúp cho nó trở thành một chất liệu hoàn hảo để chế tạo ra các loại kem chống nắng.

Điôxít titanium là dạng tự nhiên có ở khắp mọi nơi của ôxít titanium, nguyên tố cơ bản có nhiều thứ 9 ở trên bề mặt trái đất và là hợp kim có nhiều thứ 7 trên bề mặt trái đất. Khoảng 95% quặng khai thác từ bề mặt trái đất đều được tinh luyện thành điôxít titanium và khoảng 5,7 triệu tấn điôxít titanium được bán mỗi năm.

TiO₂ cũng là một chất liệu trong việc sản xuất ra hợp kim titanium. Ở dạng hợp kim nó rất cứng và nhẹ do đó nó được sử dụng trong không gian và trong ngành công nghiệp điện tử cũng như nó được dùng để làm cứng gập đánh gôn và cần câu cá. Nó có tính trơ và tính tương hợp sinh học vì thế nó cũng là chất liệu thích hợp để chế tạo các dụng cụ y khoa và các bộ phận cấy ghép nhân tạo.

Do đó cũng chẳng có gì là ngạc nhiên khi hàng năm thị trường thế giới tiêu thụ khoảng 7 tỉ bảng Anh loại khoáng sản quan trọng này. Không may là cho dù nó có nhiều trong tự nhiên nhưng nó lại không được tinh khiết bởi vì nó chứa các nguyên tố gây ô nhiễm khác như sắt, nhôm và các nguyên tố có tính phóng xạ khác.

Chất nhuộm cao cấp TiO₂ được sản xuất từ quặng khoáng sản bằng cách nấu chảy, sau đó được xử lý xỉ bằng chất clo, hoặc được sản xuất bằng cách bỏ nó vào dung dịch axít xunfuric. Cả hai quy trình này đều sản sinh ra thất thải độc và nguy hiểm. Việc xử lý các chất thải này thì tốn kém và phức tạp.

Quy trình xử lý được cấp bằng sáng chế của giáo sư Jha thuộc khoa cơ khí trường đại học Leeds bao gồm việc nung quặng titanium bằng chất kiềm nhằm loại bỏ các chất gây ô nhiễm. Những chất gây ô nhiễm này sẽ được rửa và lọc lại bằng axít để tạo ra các sản phẩm phụ có giá trị cho ngành công nghiệp điện tử. Phần lớn còn lại sau đó được cho phản ứng với một lượng clo ít hơn gấp 20 lần lượng thông thường được sử dụng để tạo ra bột điôxít titanium.

Quy trình xử lý của trường đại học Leeds đạt được hiệu xuất lên tới 97% TiO₂ so với công nghệ hiện tại là khoảng 85%. Tỷ lệ này sẽ giảm được chi phí sản xuất để tạo ra các chất liệu nhuộm cao cấp và chi phí xử lý chất thải. Ngoài ra, quy trình này cũng tái chế được khí thải CO₂ và nhiệt năng. Hơn nữa, giáo sư Jha tự tin là quy trình có thể được cải thiện nhằm sản xuất ra được 99 phần điôxít titanium nguyên chất.

Giáo sư Animesh Jha nói: “Nhiều năm qua các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm quy trình xử lý bền vững nhằm thay thế các quy trình hiện hành. Mục đích của chúng tôi là phát triển công nghệ mới để xử lý các khoáng sản phức hợp để tạo ra điôxít titanium chất lượng thấp và trong khi vẫn phù hợp với thị trường thế giới nhưng vẫn không được chiết theo cách đem lại lợi ích kinh tế cao. Quy trình xử lý của chúng tôi thực sự là một bước đột phá trên thế giới bởi vì nó có thể ứng dụng được cho cả quặng cao cấp lẫn quặng thứ cập và nó khắc phục được những mối lo ngại về việc trung tính hóa và phân hủy chất thải được tạo ra trong quá trình xử lý mà thông thường kết thúc với việc đổ các chất thải độc hại xuống hồ.”

Ông phấn chấn nói: “chúng tôi mừng với triển vọng của phương pháp xử lý này; chúng tôi tin rằng nó sẽ được ứng dụng để xử lý các loại khoáng sản quan trọng khác mà có cùng sự phức tạp, làm cho nó trở thành một quy trình xử lý đáng tin cậy và đầy tiềm năng cho tương lai.”

Giáo sư Jha và đồng sự của mình đã thiết lập được mối quan hệ hợp tác với công ty Millennium Inorganic Chemicals, nhà sản xuất TiO₂ lớn thứ hai trên thế giới, nhằm phát triển công nghệ này trên quy mô lớn hơn. Công trình nghiên cứu này được tài trợ bởi chương trình cải tiến công nghệ phát triển bền vững của Bộ thương mại và công nghiệp với sự hợp tác của Viện nghiên cứu cơ khí và khoa học vậy lý và công ty Millennium Inorganic Chemicals.