Vỏ tôm thay thế các màng lọc nhiên liệu hóa thạch

Chitosan từ vỏ tôm sản xuất màng lọc

Màng mỏng composite được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như xử lý nước thải, tách khí và sản xuất hóa chất. Chúng bao gồm một giá đỡ xốp được bao phủ bởi một lớp siêu mỏng có chứa các lỗ xốp kích thước nano. Những lỗ xốp này có thể giữ các phân tử và các hạt nhỏ li ti trong khi cho phép dung môi lỏng đi qua. Hầu hết các màng này được làm bằng vật liệu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch, một số loại có độc tính. Tuy nhiên, màng lọc sẽ trở nên an toàn hơn khi được thiết kế bằng cách sử dụng các quy trình và vật liệu xanh.

Chitosan là một polymer sinh học có nguồn gốc từ vỏ của các loài giáp xác như tôm, cua và có nhiều tính năng quan trọng như khả năng tạo màng, hạn chế mất nước, tính tự phân hủy, kháng khuẩn và khả năng chống ôxy hóa, không độc hại và nhiều chức năng quan trọng khác. Tập đoàn Naqua ở Ả Rập Saudi sản xuất khoảng 50.000 tấn chất thải vỏ tôm – được sử dụng để sản xuất 135 tấn chitosan mỗi năm.

Nhóm nghiên cứu từ KAUST đã chế tạo giá đỡ xốp bằng cách sử dụng nhựa tái chế và phủ một lớp polyme tự nhiên không độc hại có tên là chitosan – có nguồn gốc từ vỏ tôm. Để tạo chitosan thành màng nano, nhóm nghiên cứu đã tạo liên kết chéo giữa các chuỗi polyme bằng cách sử dụng 2,5-furandicarboxaldehyde (FDA) – một phân tử có nguồn gốc từ chất thải thực vật thông qua các quy trình xanh. Eucalyptol, được sản xuất từ lá của cây bạch đàn, được chọn làm dung môi cho phản ứng này. Một chất xúc tác được sử dụng để tăng tốc độ liên kết ngang của màng nano.

Ứng dụng nhiều lĩnh vực

Chuyển đổi sinh khối chất thải dồi dào sẵn có thành các vật liệu có giá trị gia tăng, chẳng hạn như màng nano này là một giải pháp hiệu quả không chỉ giải quyết vấn đề quản lý chất thải mà còn tạo ra một sản phẩm giá trị gia tăng. Đáng quan tâm hơn là khi sử dụng màng nano từ vật liệu phế thải cũng có giá thành tương đương với màng lọc thông thường.

Sau khi tối ưu hóa quy trình chuẩn bị màng nano, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra màng nano bằng cách sử dụng axeton mang các phân tử polystyrene có độ dài khác nhau, cùng với một phân tử nhỏ hơn gọi là metyl styren dimer. Màng cho phép axeton chảy qua với tốc độ tương tự như các màng thông thường. Theo Yang, nghiên cứu sinh trong nhóm cho biết “Màng nano cũng có thể lọc ra các phân tử có kích thước tương đương với thuốc nhuộm hoặc các thành phần dược phẩm hoạt tính. Do đó, màng nano này có thể ứng dụng vào thực tiễn cho các ngành y sinh, dệt may, dược phẩm hoặc thực phẩm.”

Các nhà nghiên cứu cũng cho thấy họ có thể tinh chỉnh các đặc tính của màng bằng một dung môi không độc hại có tên là TamiSolve. Trong tương lai gần, nhóm nghiên cứu hi vọng sẽ hợp tác với các trang trại nuôi tôm địa phương để đảm bảo nguồn cung cấp chitosan bền vững, cũng như phát triển các quy trình sản xuất màng lọc trên quy mô lớn hơn.

Nguyễn An

Tổng hợp