Chế rác thải thành vật liệu bảo vệ môi trường
Ba nữ sinh viên bao gồm: Ngô Thị Nhung, Vũ Thị Xuân và Đinh Hoàng Trang Nhung đến từ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, ĐH bách khoa Hà Nội đã chế tạo thành công vật liệu aerogel từ cellulose của vỏ quả sầu riêng nhằm mục đích thu hồi dầu tràn nhờ vào tính năng kỵ nước và hấp thụ dầu.
Theo nhóm nghiên cứu, vỏ sầu riêng chứa tới 60% thành phần là cellulose là một loại polyme thiên nhiên có nhiều ứng dụng thực tế. Lớp vỏ sầu riêng chiếm tới 60-80% khối lượng quả dẫn tới lượng vỏ sầu riêng thải bỏ ra môi trường rất lớn, phải chôn lấp hoặc đốt. Nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nhóm nghiên cứu đã lập kế hoạch tận thu cellulose trong vỏ sầu riêng để xử lý vỏ theo một phương pháp khác.
Ngô Thị Nhung, đại diện nhóm cho biết, hiện nay các vật liệu hấp phụ vô cơ và tổng hợp (ví dụ polypropylene) thường được sử dụng trong thu hồi dầu loang, nhưng sẽ sinh ra nguồn chất thải thứ cấp khó phân hủy sinh học và giá thành cao. Điều này thúc đẩy nhóm nghiên cứu một loại vật liệu hấp phụ dầu có khả năng phân hủy sinh học tốt hơn. Mô hình thiết bị tách và thu hồi dầu được lên ý tưởng từ nhu cầu cơ giới hóa trong quá trình thu hồi dầu tràn trên đại dương, sử dụng vật liệu aerogel làm vật liệu hấp phụ.
Sau 2 tháng nghiên cứu, nhóm đã thiết lập được quy trình tiền xử lý và thu hồi vật liệu từ vỏ sầu riêng. Vật liệu thu hồi được thực nghiệm hấp phụ dầu và nghiên cứu chọn thiết bị thử nghiệm. Thiết bị thử nghiệm gồm các trục quay, lưới chứa vật liệu aerogel và thùng chứa. Nghiên cứu thực tế cho thấy, khi trục chính thiết bị quay, tấm lưới chứa vật liệu từ sầu riêng sẽ chuyển động và aerogel trong tấm lưới vật liệu hấp phụ dầu trên mặt nước. Khi tấm vật liệu no dầu không hấp phụ thêm được nữa, nhóm nghiên cứu tháo rời và đem đi ép cơ học để thu hồi dầu.
Chia sẻ về nguyên lý, sinh viên Vũ Thị Xuân, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết, khi sự cố tràn dầu xảy ra, khu vực dầu tràn sẽ được rào lại, thu hẹp phạm vi vết dầu loang. Lớp dầu trên bề mặt sẽ được các chuyên gia xử lý bằng cách cho vật liệu sợi tổng hợp như polypropylene và polyurethane hấp phụ hút vào thiết bị. Dầu sẽ được tách ra khỏi mặt nước và thu hồi lại bằng vật liệu hấp phụ aerogel.
Trong nghiên cứu thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nhóm đã thực hiện khảo sát thí điểm dung lượng hấp phụ đối với 2 loại dầu máy thải và dầu diesel. Kết quả cho thấy, vật liệu do nhóm chế tạo có dung lượng hấp phụ cao hơn so với vật liệu thương mại và một số vật liệu aerogel từ các loại phụ phẩm nông nghiệp khác ở các nghiên cứu trước trên thế giới.
Khả năng hấp phụ tốt hơn
Vũ Thị Xuân cho biết, đo lường thí nghiệm thực tế trong nghiên cứu của nhóm, 1 gram vật liệu có khả năng hấp phụ tới 42 gram dầu thải hay 34 gram dầu diesel. Vật liệu nghiên cứu từ vỏ sầu riêng của nhóm mang tính sinh học dễ phân hủy, cho thấy khả năng thay thế tốt hơn các vật liệu thương mại kém thân thiện với môi trường hiện có. Đặc biệt, các thí nghiệm cũng cho thấy vật liệu sau khi hoàn thiện (nhóm nghiên cứu ứng dụng phủ lớp Trimethoxy Methyl Silane - MTMS) có tính kỵ nước và ưa dầu giúp tăng hiệu quả tách dầu khỏi bề mặt nước.
Đại diện nhóm cho biết, hiện vật liệu được chế tạo ở dạng các viên có kích thước nhỏ để thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, khi ứng dụng trong thiết bị tách và thu hồi dầu thực tế, nhóm nghiên cứu sẽ chế tạo vật liệu ở dạng tấm bản to.
Ngoài ra, nhóm đang dự định kết hợp với một nhóm cơ khí để điều chỉnh các thiết bị trong nghiên cứu chuẩn xác, hiệu quả hơn. Thiết bị thu hồi vỏ sầu riêng cần cho năng suất lớn hơn cũng như thiết bị thử nghiệm tách và thu hồi dầu mới ở quy mô nhỏ. Hiện toàn bộ mô hình vẫn đang trong quá trình thử nghiệm các điều kiện vận hành với quy mô phòng thí nghiệm.
Đánh giá về nghiên cứu, PGS.TS Đoàn Thị Thái Yên, bộ môn Công nghệ môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Đại học bách khoa Hà Nội cho rằng, nghiên cứu có nhiều tìm tòi và nâng tầm so với mặt bằng sinh viên. Vật liệu Aerogel đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu, quan tâm khai thác, đặc biệt là phương pháp chuyển các phế phẩm thải thành loại vật liệu thân thiện môi trường với nhiều tiềm năng ứng dụng.
Theo PGS Yên, những thử nghiệm so sánh của nhóm nghiên cứu cho thấy sử dụng vật liệu aerogel từ vỏ sầu cho hiệu suất cao hơn so với vật liệu thương mại có sẵn trên thị trường hiện nay. Vật liệu từ vỏ sầu riêng thể hiện được một số ưu điểm như lượng cellulose thu được cao hơn. Ở góc độ nghiên cứu khoa học hiệu quả xử lý chất thải, vật liệu siêu nhẹ từ loại vỏ này cho thấy khá tiềm năng và có bước phát triển nhất định so với nghiên cứu vật liệu trước đó (rơm rạ, bã mía...). Tuy nhiên việc đưa sản phẩm thương mại còn cần nhiều đánh giá, thử nghiệm.
Tại Hội nghị hóa học châu Á lần thứ 14 tại Bangkok, Tiến sỹ S. Kathiresan, giảng viên Khoa Công nghệ sinh học của Đại học AIMST, Malaysia đã phát hiện ra rằng bột vỏ sầu riêng, sau khi được bổ sung một số chất hóa học, có thể được sử dụng để loại bỏ dầu trong nước. Vỏ sầu riêng – một loại rác thải nông nghiệp sau khi được thu gom và rửa sạch nhiều lần bằng nước để loại bỏ bụi bẩn và phần thịt sầu riêng còn sót lại sẽ được phơi khô, nghiền thành bột. Loại bột này được các nhà nghiên cứu bổ sung một loạt các hóa chất, biến chúng thành loại vật liệu hấp phụ dầu có khả năng phân hủy sinh học với hiệu quả chi phí thấp. Loại vật liệu này được đánh giá sẽ có tiềm năng thương mại rất lớn cạnh tranh với các loại sợi tổng hợp như polypropylene và polyurethane đang được sử dụng để làm sạch dầu tràn hiện nay với giá khoảng 100USD/kg.