Các nhà khoa học tạo bọt biển tổng hợp hút vi nhựa
Được làm từ bột và gelatin, các bọt xốp tự phân hủy có thể loại bỏ được khoảng 90% vi nhựa trong nước máy và nước biển.
Bọt biển. Chúng có thể làm được những gì? Trong nhiều thiên niên kỷ, con người đã sử dụng những bọt biển tự nhiên khô để làm sạch, vẽ và đựng những thứ như nước và mật ong; chúng ta còn thậm chí dùng chúng như những thứ giúp ngừa thai 1. Liệu bọt biển nhân tạo hay bọt biển tự nhiên có thể hút được những hạt bé nhỏ vào những lỗ rỗng của mình không. Và khi các nhà khoa học trên thế giới đang bắt đầu chứng tỏ là bọt biển với những lỗ rỗng có thể là một giải pháp cho một trong những vấn đề nghiêm trọng bậc nhất kỷ nguên của chúng ta: ô nhiễm vi nhựa.
Vào tháng 8, các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã xuất bản một nghiên cứu miêu tả sự phát triển của họ về một dạng bọt biển tổng hợp có thể góp phần làm giảm lượng vi nhựa 2. Trong quá trình thử nghiệm sản phẩm mới, các nhà nghiên cứu đã chứng tỏ khi một dung dịch có nhựa được rót xuyên qua một miếng bọt biển tổng hợp, miếng bọt biển lập tức có thể loại cả vi nhựa và thậm chí là nano nhựa khỏi chất lỏng. Các hạt này cụ thể được giữ lại trong vô vàn các lỗ trống trong miếng bọt biển. Dẫu hiệu quả hút nhựa của nó trong các thí nghiệm khác nhau đều ở các mức độ khác nhau, phụ thuộc vào mật độ vi nhựa và các đặc tính a xít, độ mặn của chất lỏng, những điều kiện tối ưu cho phép các nhà nghiên cứu loại bỏ khoảng 90% vi nhựa. Họ đã cố gắng thử nghiệm nhiều loại nước, từ nước máy đến nước biển – và tại sao không – cả nước canh từ một món đồ ăn địa phương.
Miếng bọt biển hút nhựa này phần lớn được làm từ tinh bột và gelatin. Nó trông giống như một miếng marshmallow trắng vậy. Miếng bọt biển có khả năng phân hủy sinh học này nhẹ đến mức có thể giữ được thăng bằng trên cả cánh hoa, được các nhà nghiên cứu cho là có thể khiến cho chúng rẻ hơn và dễ vận chuyển hơn. Bên trong, cấu trúc của miếng bọt biển không giống mấy những ô trống dạng bọt li ti mà giống cấu trúc răng cưa hơn.
Theo Guoqing Wang, một nhà hóa vật liệu tại ĐH Đại dương Trung Quốc và là đồng tác giả nghiên cứu, rất dễ điều chỉnh công thức của miếng bọt biển. Bằng việc chỉnh nhiệt độ khi hai hợp chất được trộn vào nhau, miếng bọt biển có thể được tạo ra với ít hoặc nhiều lỗ rỗng hơn. Ảnh hưởng đến kích thước hạt thu thập – bọt biển có độ xốp cao có nhiều lỗ vô cùng nhỏ sẽ tốt để thu về những hạt cực nhỏ.
Dạng bọt biển này, nếu được sản xuất ở quy mô công nghiệp, Wang nói, có thể hữu dụng trong các nhà máy xử lý nước thải để lọc vi nhựa khỏi nước hoặc các nhà máy sản xuất thực phẩm để xử lý chất ô nhiễm.
Cũng có thể sử dụng các miếng bọt biển hút nhựa như trong các máy giặt, theo đề xuất của Christian Adlhart, một nhà hóa học ở ĐH Khoa học ứng dụng Zurich, Thụy Sĩ, người đã tham gia thực nghiệm tạo ra các tấm lọc bọt biển để thu thập vi nhựa. Một số loại vi nhựa đã thoát ra ngoài máy giặt để lọt ra đường ống nước sau khi trải qua các lần quay trong máy giặt 3. “Anh phải đặt một miếng bọt biển ở chỗ ngoài lồng giặt”, Adlhart nói. “Tôi nghĩ nó có thể hấp thụ một lượng lớn vi nhựa”.
Việc có được các miếng bọt biển mà công trình nghiên cứu này tạo ra là nhờ hai cơ chế quan trọng, ông nói. Nếu nước được định hướng hoạt động thông qua một cơ chế, ví dụ như xoắn ép và giải phóng, vi nhựa có thể bị bẫy bên trong các lỗ rỗng của bọt biển như việc thu thập đá trong các hộp. Nhưng khi các bọt biển đơn giản là rất nhẹ và trôi trên mặt nước, những tương tác của lực tĩnh điện khiến cho một số hạt vi nhựa khác bám dính lấy nó.
Tuy nhiên cũng có những trục trặc với khả năng áp dụng dạng bọt biển này. Một là, theo Adlhart, thì tinh bột và gelatin đều quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, nghĩa là có thể việc sản xuất bọt biển sẽ phải cạnh tranh với những thành phần chính trong tương lai. Dẫu vậy bọt biển tương tự có thể được làm từ những nguyên liệu khác. Một phiên bản khác mà Adlhart và các đồng nghiệp của ông đang phát triển, sử dụng chitosan – một loại đường khai thác từ vỏ của các động vật giáp xác – để tạo ra cấu trúc của bọt biển 4. Chitosan chưa được sử dụng rộng rãi ở quy mô thương mại, Adlhart chỉ ra, vì vậy những người làm bọt biển từ nguyên liệu này sẽ không phải đối mặt với trường hợp tương tự.
Adlhart cho biết thiết kế bọt biển của mình, vốn bao gồm chuyển động quay cùng với một ma trận ống nano chitosan, được truyền cảm hứng từ hoạt động lọc của con sò để bẫy các hạt trong các lớp lọc khi chúng tự bơm nước biển.
Chitosan, tinh bột và gelatin đều có khả năng tự phân hủy sinh học. Tuy vậy quá trình mà Wang và đồng nghiệp phát triển bọt biển lại sử dụng formaldehyde, một hợp chất có độc tính cao, và có thể truy dấu được nó trong chính bọt biển này. Wang cho biết, họ đang tiếp tục nghiên cứu để có một giải pháp thay thế, giúp họ có được bọt biển thân thiện với môi trường hơn.
Anett Georgi, một nhà hóa học tại Trung tâm nghiên cứu môi trường Helmholtz ở Đức và không tham gia nghiên cứu này, cho biết khi làm sạch ô nhiễm vi nhựa trong đại dương, điều quan trọng là ngọn nguồn của dòng chảy vi nhựa. Chúng ta phải bắt đầu bằng việc hướng đích đến các nhà máy xử lý chất thải, vốn không có công nghệ nào như những tấm lọc để loại bỏ vi nhựa. Những gì có thể giúp hiện thực hóa một cách nhanh chóng, Georgi nói “Chúng ta không thể chờ đợi trước thứ vật liệu điên rồ này”.
Nhưng những ứng dụng ở quy mô nhỏ hơn như từ việc loại bỏ vi nhựa ngay ở nước thải sinh hoạt hộ gia đình, các tấm lọc bọt biển sẽ hữu dụng, Georgi đề xuất.
Những gì vẫn còn thiếu, Alice Horton tại Trung tâm nghiên cứu đại dương, Anh, cho rằng, đó là những công nghệ bọt biển mới nào cũng rất đắt đỏ ở quy mô lớn. Dẫu vậy bà tin tưởng là nỗ lực loại bỏ vi nhựa cần áp dụng trước khi chúng đến đại dương. “Tôi không nghĩ có bất kỳ quy mô đủ lớn nào có thể tạo ra tác động ở đại dương. Chúng ta cần làm được điều này ngay từ bước đầu tiên”.
Thanh Đức tổng hợp
————————————–
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389423009688
3. https://www.nature.com/articles/s41598-019-43023-x
4. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsapm.1c00799
