Lòng trắng trứng hứa hẹn khả năng lọc vi nhựa khỏi nước biển

Các nhà nghiên cứu ở Princeton Engineering đã tìm ra một cách đưa một món ăn vào bữa sáng hằng ngày thành một vật liệu mới, không đắt đỏ có thể loại bỏ muốn và vi nhựa khỏi nước biển.

Các nhà nghiên cứu đã dùng lòng trắng trứng để tạo ra một loại aerogel, một vật liệu rất nhẹ và xốp có thể được sử dụng ở nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm lọc nước, lưu trữ năng lượng, cách nhiệt và cách âm… Craig Arnold, giáo sư kỹ thuật cơ học và hàng không Susan Dod Brown và phó hiệu trưởng phụ trách đổi mới sáng tạo của Princeton, làm việc với các thành viên trong phòng thí nghiệm của mình để tạo ra những vật liệu mới, bao gồm các loại aerogel, cho những ứng dụng kỹ thuật.

Một ngày, tham gia vào một buổi họp khoa, ông nêu một ý tưởng.

“Tôi ngồi đây, bắt đầu ăn bữa sáng với bánh mì sandwich của mình”, Arnold nói. “Và tôi tự nghĩ, đây chính xác là cấu trúc mà chúng ta cần”. vì vậy ông đề nghị nhóm nghiên cứu của mình thử làm điều khác biệt với các công thức bánh mì bằng việc trộn với carbon để xem liệu nó có tái tạo được cấu trúc aerogel mà công đang tìm kiếm không. Ban đầu thì chúng không hoàn toàn tạo ra dạng mong muốn, vì vậy nhóm nghiên cứu đã loại bỏ những thành phần qua các cuộc thử nghiệm, cuối cùng chỉ còn mỗi lòng trắng trứng là còn được giữ lại.

“Chúng tôi bắt đầu với một hệ phức tạp hơn nhiều”, Arnold nói, “và chúng tôi chỉ giữ cho nó tối giản, tối giản, tối giản đến khi chúng tôi chạm đến lõi của vật liệu. Đó là những protein trong lòng trắng trứng có thể dẫn đến các cấu trúc mà chúng tôi cần”.

Lòng trắng trứng là một hệ phức hợp với phần lớn là protein tinh khiết – khi làm nó đông lại và gia nhiệt đến 900 độ C trong một môi trường thiếu ô xy – tạo ra một cấu trúc chuỗi các sợi carbon có nối kết và các tấm graphene. Trong một bài báo xuất bản trên Materials Today, Arnold và cộng sự của mình đã chứng tỏ là kết quả dẫn đến một vật liệu có thể loại bỏ muối và vi nhựa khỏi nước biển với hiệu quả lần lượt đạt 98% và 99%.

“Lòng trắng trứng thậm chí hoạt động ngay cả khi chúng được rán trên chảo lần đầu tiên hoặc được đánh bông lên”, Sehmus Ozden, tác giả thứ nhất của bài báo, nhận xét. Ozden là cựu postdoct của Trung tâm Vật liệu phức hợp Princeton và giờ là nhà khoa học tại Trung tâm nghiên cứu Aramco. Trong khi lòng trắng trứng được lấy từ những quả trứng mua ở cửa hàng tiện ích để thực hiện những thí nghiệm đầu tiên, Ozden nói, thì những quả trứng khác cũng đem lại kết quả tương tự.

“Những quả trứng rất thú vị bởi chúng tôi có thể kết nối với chúng dễ dàng mua chúng, tuy vậy anh cũng cần cẩn thận về sự cạnh tranh với chuỗi cung cấp thực phẩm”, Arnold nói. Bởi vì vật liệu này có tiềm năng được chế tạo trong phạm vi sản xuất lớn nên nguồn cung cấp phải rẻ và không gây tác động đến chuỗi cung ứng lương thực. Bước tiếp theo với các nhà nghiên cứu, Ozden lưu ý, là tinh chỉnh quá trình pha tạp để có thể hữu dụng trong việc làm tinh khiết nước ở quy mô lớn.

Nếu giải quyết được thách thức này, vật liệu mới có thể đem lại lợi ích đáng kể cho con người bởi không quá đắt đỏ để sản xuất, hiệu quả năng lượng… “Than hoạt tính là một trong những loại vật liệu rẻ nhất được sử dụng để tinh khiết nước. Chúng tôi so sánh kết quả của mình với than hoạt tính, nó thậm chí còn tốt hơn”, Ozden nói. So với việc thẩm thấu ngược, vốn đòi hỏi nguồn năng lượng đáng kể và lượng nước lớn để vận hành, quá trình lọc này đòi hỏi ít trọng lực để vận hành và không lãng phí nước.

Trong khi Arnold thấy độ tinh khiết nước như một “thách thức vô cùng lớn”, nhưng đó không phải là ứng dụng tiềm năng duy nhất của vật liệu này, Ông cũng khá phá ra những cách sử dụng liên quan đến lưu trữ điện và cách điện.

Nghiên cứu này được thực hiện với sự đóng góp của nhiều khoa khác như Khoa kỹ thuật Hóa học và sinh học và Khoa học địa chất ở Princeton cũng như nơi khác. “Luôn luôn là muốn làm điều gì đó trong phòng thí nghiệm”, Arnold nói, “thì cũng làm cả những điều khác để hiểu tại sao làm như vậy và làm điều đó như thế nào”. Những người hợp tác với phòng thí nghiệm của ông để giúp trả lời các câu hỏi tại sao và như thế nào bao gồm giáo sư Rodney Priestley và A. James Link của Khoa kỹ thuật hóa học và sinh học, để nhaanh diện cơ chế chuyển pha của protein trong lòng trắng trứng ở cấp độ phân tử. Các đồng nghiệp khoa học địa chất liên quan đến những đo đạc trong quá trình lọc nước.

Susanna Monti của Viện Hóa học các hợp chất hữu cơ kim loại và Valentina Tozzi của Viện Khoa học nano và NEST-Scuola Normale Superiore làm ra các mô phỏng lý thuyết tiết lộ sự chuyển đổi của protein lòng trắng trứng thành aerogel.

Kết quả được công bố trong bài báo “Egg protein derived ultralightweight hybrid monolithic aerogel for water purification” và được xuất bản trên tạp chí Materials Today ¹.

Vũ Nhàn tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2022-11-egg-whites-material-capable-filtering.html

https://www.materialstoday.com/carbon/news/simple-ingredient-is-right-for-ultralight-aerogels/

———————————————————————

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369702122002103?via%3Dihub