Nhóm nhà khoa học Việt Nam và Singapore phát triển phương pháp biến phế liệu tổng hợp gồm carbon và nhựa epoxy thành vật liệu mới nhẹ, cách nhiệt, hấp thụ âm thanh và hút dầu.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Waste Management, với sự tham gia của các nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Singapore, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP HCM, Viện Công nghệ Nhiệt đới. Nghiên cứu góp phần giải quyết một vấn đề lâu đời đối với vật liệu tổng hợp từ sợi carbon và epoxy – rất hữu ích khi còn trong vòng đời nhưng khó xử lý khi bị loại bỏ.
Sợi carbon và epoxy được sử dụng rộng rãi trong máy bay, turbine gió, ôtô và phương tiện hàng hải nhờ tính chất nhẹ, bền và chống ăn mòn. Tuy nhiên, epoxy thuộc nhóm nhựa nhiệt rắn. Sau khi đóng rắn, mạng lưới liên kết của nó không thể nóng chảy rồi tạo hình lại giống nhiều loại nhựa nhiệt dẻo. Vì vậy, các phương pháp tái chế hiện nay thường tìm cách thu hồi phần sợi carbon có giá trị, trong khi epoxy bị phá hủy, loại bỏ hoặc trở thành sản phẩm có giá trị thấp hơn. Một số công nghệ khác cần nhiệt độ cao, hóa chất mạnh hoặc tiêu thụ nhiều năng lượng.
Thay vì tách riêng hai thành phần, nhóm do PGS Dương Minh Hải tại Đại học Quốc gia Singapore dẫn đầu tìm cách tận dụng toàn bộ vật liệu. Phế liệu được nghiền cơ học thành hỗn hợp gồm bột mịn và những đoạn sợi ngắn, sau đó kết hợp với carboxymethyl cellulose, một chất kết dính có nguồn gốc cellulose – thành phần cấu tạo chính của thành tế bào thực vật. Hỗn hợp tiếp tục được đông khô để tạo thành aerogel – chất rắn nhẹ và xốp, phần lớn thể tích là không khí.
PGS Dương Minh Hải (bên phải), người chủ trì nghiên cứu, cùng với vật liệu aerogel do nhóm phát triển. Ảnh: NUS
Theo các kết quả trên Waste Management ngày 29/6, mẫu aerogel thu được rất nhẹ, khoảng 91-94% thể tích là các khoảng rỗng. Lượng không khí lớn nằm trong các lỗ rỗng giúp hạn chế truyền nhiệt, trong khi cấu trúc xốp cũng góp phần hấp thụ sóng âm. Trong thí nghiệm, aerogel cho thấy khả năng truyền nhiệt rất thấp, nghĩa là nó giữ nhiệt tốt. Vật liệu cũng có thể hấp thụ được một phần âm thanh. Theo nhóm nghiên cứu, những đặc tính này cho thấy vật liệu có tiềm năng dùng làm lớp cách nhiệt và giảm tiếng ồn trong các công trình hoặc thiết bị kỹ thuật.
Nhóm cũng xử lý bề mặt một số mẫu để chúng kỵ nước nhưng vẫn hút dầu. Kết quả, mỗi gram aerogel có thể hấp thụ khoảng 14,4 gram dầu, mở ra ứng dụng trong xử lý dầu tràn hoặc tách dầu khỏi nước.
Khi cho tế bào sống tiếp xúc với vật liệu này ở các nồng độ khác nhau, hơn 88% lượng tế bào vẫn sống sót và phát triển bình thường. Kết quả này chứng minh rằng dù được tái chế từ rác thải công nghiệp, loại aerogel này vẫn có tiềm năng ứng dụng trong các trường hợp tiếp xúc với con người hoặc môi trường.
“Thông qua một quy trình xanh, không dung môi và tiết kiệm năng lượng, chất thải composite được chuyển hóa thành vật liệu aerogel đa chức năng với khả năng cách nhiệt, hấp thụ dầu, giảm tiếng ồn và nhiều ứng dụng công nghiệp khác”, PGS Hải viết trên trang LinkedIn cá nhân.
Trong bài báo, nhóm mô tả phương pháp là “upcycling” – nâng cấp chất thải thành sản phẩm có giá trị và chức năng cao hơn thay vì chỉ tái chế để thu hồi nguyên liệu ban đầu. “Tôi tin rằng tương lai của nền kinh tế tuần hoàn sẽ không chỉ là quản lý chất thải tốt hơn, mà là thiết kế những công nghệ để chất thải không còn là chất thải”, ông cho biết.
Nhóm đang tìm kiếm hợp tác với các đối tác trong hàng không vũ trụ, vật liệu tiên tiến, sản xuất và xử lý chất thải. Các bước tiếp theo là mở rộng quy mô quy trình cũng như đánh giá hiệu quả kinh tế và tác động môi trường của công nghệ.
Nam Nguyễn
- Trung Quốc sản xuất graphene tinh khiết 99% cho chip lượng tử