Dùng tơ lụa để thay thế một số loại vi nhựa
Vi nhựa, những hạt nhỏ bé hiện thời được tìm thấy trong không khí, nước, đất, đang được ghi nhận ngày một gia tăng như một nguồn gây ô nhiễm trầm trọng, và đã được tìm thấy trong mạch máu động vật cũng như con người khắp thế giới.
Một số loại vi nhựa đang được đưa thêm vào nhiều loại sản phẩm hàng hóa, bao gồm các loại hóa chất trong nông nghiệp, sơn, mỹ phẩm, thuốc tẩy – riêng ở châu Âu, ước tính khối lượng vi nhựa là 50.000 tấn mỗi năm, theo Cơ quan Hóa học châu Âu. Châu Âu hiện mới công khai tuyên bố là những loại các vi nhựa không phân hủy sinh học sẽ phải được loại bỏ vào năm 2025, vì vậy họ đặt mục tiêu tìm kiếm các chất thay thế bền vững cho vi nhựa.
Hiện tại, một nhóm các nhà khoa học ở MIT và ở nhiều nơi khác trên thế giới đã phát triển một hệ dựa trên lụa có thể đem lại một vật thay thế trong sản xuất một cách dễ dàng và không tốn kém. Quá trình mới được miêu tả trong một nghiên cứu xuất bản trên tạp chí Small, do postdoc Muchun Liu, giáo sư kỹ thuật dân sự và môi trường Benedetto Marelli, và năm người khác tại công ty hóa chất BASF ở Đức và Mỹ thực hiện.
Vi nhựa được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm công nghiệp về cơ bản là để bảo vệ một số thành phần hoạt hóa cụ thể (hoặc nguyên liệu) khỏi bị phân rã khi phơi lộ trong không khí hoặc độ ẩm, cho đến thời điểm cần thiết. Chúng dẫn đến một cuộc phát thải lâu dài thành phần hoạt hóa theo một chu kỳ thời gian và tối thiểu hóa các hiệu ứng ngược với môi trường xung quanh. Ví dụ, các vitamin thường được phân phối theo hình thức vi nhộng được gói trong một viên thuốc hoặc viên nhộng, thuốc trừ sâu và phân bón cũng được đóng gói theo cách tương tự. Nhưng vật liệu được sử dụng ngày nay trong nhiều loại vi nang là nhựa lại bền vững trong môi trường theo thời gian dài. Cho đến hiện tại, vẫn chưa có sẵn sàng vật liệu thay thế giá rẻ thích hợp để có thể phân hủy sinh học một cách tự nhiên.
Rất nhiều gánh nặng vi nhựa trong môi trường đến từ nhiều nguồn khác, như sự phân rã theo thời gian của các loại nhựa cỡ lớn như chai nước, túi nhựa, lốp ô tô xe máy. Mỗi nguồn đều đòi hỏi những giải pháp của riêng nó để giảm thiểu sự phát thải, Marelli nói. Cơ quan Hóa học châu Âu đã ước tính các vi nhựa trong phụ gia chiếm xấp xỉ 10 đến 15% tổng khối lượng vi nhựa trong môi trường nhưng nguồn này có thể dễ dàng được giải quyết bằng chất thay thế có khả năng phân hủy sinh học một cách tự nhiên, ông cho biết. “Chúng ta không thể giải quyết được mọi vấn đề của vi nhựa với một giải pháp phù hợp cho tất cả”, ông nhận xét. “10% của một con số lớn vẫn là số lớn… Chúng ta sẽ giải quyết biến đổi khí hậu và ô nhiễm của thế giới ở mức 1% ở một thời điểm”.
Không giống như sợi tơ chất lượng cao sử dụng để dệt nên loại vải quý, protein lụa được sử dụng trong vật liệu thay thế mới được sử dụng một cách rộng rãi và không hề đắt đỏ, Liu nói. Trong khi các kém tằm phải được ươm tơ một cách cẩn thận để tạo ra những sợi tơ mịn mượt cần cho công đoạn dệt thì với cách này, có thể sử dụng những chiếc kén không đủ chấ lượng cho dệt vải và sợi tơ có thể trải qua một quá trình xử lý bằng nước. Việc làm ra vật liệu này đơn giản và có thể sử dụng các cơ sở hiện hành.
Tơ được ghi nhận là có thể sử dụng an toàn với thực phẩm và dược phẩm vì nó không độc và phân rã một cách tự nhiên trong cơ thể. Trong các cuộc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã thấy loại vật liệu đóng kén có thể hữu dụng trong để làm ra các sản phẩm thuốc trừ sâu đóng kén có thể tan trong nước, sau đó kiểm tra nó trên những cây ngô trồng trong nhà kính. Thử nghiệm cho thấy nó còn hiệu quả hơn nhiều so với các sản phẩm hiện bán trên thị trường, Liu nói.
Dù các nhóm khác đã đề xuất các loại vật liệu đóng gói có khả năng phân hủy ở quy mô nhỏ phòng thí nghiệm nhưng theo quan điểm của Marelli, “rất cần đạt được thành công để tạo cơ hội thương mại hóa sản phẩm. Chỉ có cách duy nhất để có tác động là nơi chúng ta không thể chỉ thay thế được một polymer tổng hợp với một vật liệu có khả năng phân hủy sinh học mà còn đạt được hiệu suất tương tự, nếu không muốn nói là tốt hơn”.
Bí mật để làm ra vật liệu tương thích với thiết bị tồn tại, Liu giải thích, là khả năng có thể điều chỉnh của vật liệu lụa. Việc điều chỉnh chính xác sự sắp xếp của các chuỗi polymer của vật liệu lụa và đưa thêm vào một chất hoạt động bề mặt có thể đem lại những đặc tính mong muốn của lớp phủ bên ngoài khi khô và cứng lại. Vật liệu này có thể kỵ nước (không thấm nước) ngay cả khi được xử lý trong dung dịch nước hoặc có thể hút nước (ưa nước), hoặc ở bất kỳ điểm nào giữa hai tính chất đó. Đối với một ứng dụng nhất định, nó có thể được chế tạo phù hợp theo đặc điểm của vật liệu mà nó sẽ thay thế.
Nhưng để có một giải pháp thực tế, Liu phải phát triển một cách làm đông lại các hạt của vật liệu nang hóa khi chúng hình thành để nghiên cứu sự hình thành một cách chi tiết. Cô đã sử dụng hệ làm đông – phun đặc biệt và quan sát chính xác cách hoạt động của công đoạn đóng gói để có thể kiểm soát chúng tốt hơn. Một số vật liệu chịu “tải trọng” kết nang, cho dù chúng là thuốc trừ sâu hay dưỡng chất hay các enzyme, đều có thể hòa tan trong nước còn một số thì không, và chúng tương tác theo những cách khác nhau với vật liệu phủ.
“Để nang hóa các vật liệu khác nhau, chúng tôi phải nghiên cứu về cách các chuỗi polymer tương tác và cho dù chúng tương thích với các vật liệu hoạt hóa khác nhau trong thể huyền phù”, cô nói. Vật liệu tải trọng và lớp áo phủ được trộn với nhau trong một dung dịch và sau đó được phun. Khi các giọt hình thành, sự tải trọng có xu hướng được gài vào trong một lớp vỏ của vật liệu phủ, cho dù đó là nhựa tổng hợp ban đầu hoặc vật liệu tơ mới.
Phương pháp mới có thể hữu dụng với loại tơ chất lượng thấp không đạt yêu cầu cho dệt lụa và có số lượng lớn đang bị loại bỏ bởi không có ý tưởng sử dụng, Liu nói. Nó có thể dùng lụa đã thải bỏ, chuyển hóa nó thành vật liệu cần thiết. Hiện tại, 90% lụa trên thế giới được sản xuất ở Trung Quốc, Marelli nói, phần lớn là do Trung Quốc đã hoàn thiện được kỹ thuật tạo tơ chất lượng cao để dệt được các loại vải chất lượng cao. Tuy nhiên, việc dệt lụa có thể dễ dàng mở rộng ở các nơi khác trên thế giới để đáp ứng nhu cầu tại chỗ nếu quy trình này được sử dụng rộng rãi, ông nói.
“Đây là một nghiên cứu xuất sắc mở ra một vật liệu thay thế bền vững và có khả năng phân hủy sinh học để thay thế vật liệu hóa kén vi nhựa, vốn tạo ra thách thức với môi trường”, Alon Gorodetsky, một phó giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học phân tử tại ĐH California ở Irvine và không tham gia nghiên cứu này, nói. “Hệ mô đun vật liệu và khả năng mở rộng quy mô của các quá trình sản xuất là những thuận lợi chính và báo hiệu chuyển đổi cho các ứng dụng trong thế giới thực”.
Quá trình này “cho thấy một thuận lợi có tiềm năng cao trong việc cung cấp thành phần hoạt hóa cho một loạt các ngành công nghiệp có thể sử dụng, cụ thể là trong nông nghiệp”, Jason White, giám đốc Cơ sở thực nghiệm nông nghiệp Connecticut, người cũng không tham gia vào nghiên cứu này, đánh giá. “Những thách thức hiện nay và tương lai về an ninh lương thực, sản xuất nông nghiệp và biến đổi khí hậu, các chiến lược mới cần có nhiều giải pháp như thế này”.
Tô Thanh Vân thực hiện
Nguồn: https://techxplore.com/news/2022-07-silk-alternative-microplastics.html
https://www.azocleantech.com/news.aspx?newsID=32045
