Nhóm sinh viên Đại học bách khoa Hà Nội đã chế tạo vật liệu aerogel từ cellulose của vỏ quả sầu riêng dùng để tách và thu hồi dầu tràn.
Nhóm sinh viên gồm Ngô Thị Nhung, Vũ Thị Xuân và Đinh Hoàng Trang Nhung, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, ĐH bách khoa Hà Nội đã chế tạo aerogel – loại vật liệu siêu nhẹ từ vỏ quả sầu riêng. Nhờ có tính kỵ nước và khả năng hấp phụ dầu, vật liệu được đánh giá có tiềm năng ứng dụng trong khắc phục sự cố tràn dầu.
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. Điều này thúc đẩy nhóm nghiên cứu về loại vật liệu hấp phụ dầu có khả năng phân hủy sinh học tốt hơn.
Nhóm tìm hiểu thấy vỏ sầu riêng chứa tới 60% thành phần là cellulose, loại polyme thiên nhiên có nhiều ứng dụng thực tế. Ở lớp vỏ chiếm tới 70-80% khối lượng quả dẫn tới lượng vỏ sầu riêng thải bỏ rất lớn, phải chôn lấp hoặc đốt. Từ thực tế này nhóm có ý tưởng tận thu cellulose trong vỏ sầu riêng để xử lý vỏ theo một phương pháp khác, đồng thời, biến phụ phẩm nông nghiệp này thành sản phẩm có tiềm năng ứng dụng thực tế.
Vật liệu Aerogel từ vỏ quả sầu riêng dạng các viên có kích thước nhỏ do nhóm chế tạo thử nghiệm. Ảnh: NVCC
Nghiên cứu được nhóm thực hiện trong khoảng 2 tháng. Vỏ sầu riêng được thu hồi, tiền xử lý, thực nghiệm hấp phụ dầu và nghiên cứu chọn thiết bị thử nghiệm.
Theo đó 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. Thiết bị gồm các trục quay, lưới chứa vật liệu aerogel và thùng chứa. Khi trục chính quay, tấm lưới chứa vật liệu sẽ chuyển động và aerogel hấp phụ dầu trên mặt nước. Khi tấm vật liệu không hấp phụ thêm được nữa sẽ được tháo rời và đem đi ép cơ học để thu hồi dầu.
Chia sẻ về nguyên lý, Vũ Thị Xuân, thành viên nhóm 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 hút vào thiết bị. “Dầu sẽ được tách ra khỏi mặt nước và thu hồi lại bằng vật liệu hấp phụ aerogel”, Xuân nói.
Mô hình thiết bị của nhóm trưng bày ở triển lãm thuộc Hội nghị tổng kết hoạt động nghiên cứu khoa học và sáng tạo năm học 2021-2022. Ảnh: NQ
Nhóm đã thực hiện khảo sát dung lượng hấp phụ đối với 2 loại dầu máy thải và dầu diesel. Kết quả cho thấy, vật liệu 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.
Cụ thể, 1 gram vật liệu có khả năng hấp phụ tới 42 gram dầu thải hay 34 gram dầu diesel, có khả năng thay thế vật liệu thương mại kém thân thiện với môi trường. Các thí nghiệm cũng cho thấy vật liệu sau khi hoàn thiện (sau phủ lớp Trimethoxy Methyl Silane – MTMS) có tính kỵ nước và ưa dầu giúp tăng hiệu quả tách dầu khỏi bề mặt nước.
Hiện vật liệu được chế tạo ở dạng các viên có kích thước nhỏ để thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm. Nhưng 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.
“Thời gian tới, nhóm dự định kết hợp với nhóm cơ khí để có góc nhìn sâu hơn về thiết bị”, các sinh viên chia sẻ. Hiện thực nghiệm khảo sát mới ở quy mô phòng thí nghiệm và mô hình vẫn đang trong quá trình thử nghiệm các điều kiện vận hành.
Nhóm nữ sinh gồm Đinh Hoàng Trang Nhung, Vũ Thị Xuân và Ngô Thị Nhung (từ trái qua). Ảnh: NVCC
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 đánh giá cao khả năng tìm tòi, nghiên cứu vật liệu mới của nhóm sinh viên. Bà cho biết, aerogel là loại vật liệu được nhiều nhóm trong nước quan tâm khai thác, chuyển các phế phẩm thải thành loại vật liệu nhiều tiềm năng ứng dụng.
Theo PGS Yên, 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…).
“Những thử nghiệm so sánh 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”, PGS Yên nói và cho biết thêm việc đưa sản phẩm thương mại còn cần nhiều đánh giá, thử nghiệm.
Như Quỳnh
