Từ hạt mít, các nhà khoa học tạo vật liệu giữ lượng nước gấp hơn 400 lần khối lượng

Các nhà khoa học Việt Nam và Belarus đã nghiên cứu sử dụng tinh bột từ hạt mít làm nguyên liệu nền để chế tạo polyme siêu hấp thụ (SAP), hướng tới ứng dụng trong cải thiện đất và hỗ trợ xử lý đất nhiễm kim loại nặng.
Nghiên cứu thuộc nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ mã QTBY01.06/23-24, do PGS.TS. Nguyễn Thanh Tùng, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, chủ trì phía Việt Nam. Phía Belarus do PGS.TS. Grinyuk Evgeni, Viện Nghiên cứu các vấn đề Hóa lý, Đại học Quốc gia Belarus, chủ trì.

Tinh bột tách từ hạt mít được sử dụng thử nghiệm trên đất nhiễm phèn, trồng cây sơn cúc ba thuỳ. Nguồn: VAST

Từ hạt mít thành vật liệu siêu hấp thụ nước

Thay vì sử dụng tinh bột hạt mít trực tiếp, nhóm nghiên cứu biến tính nguồn tinh bột này bằng cách ghép với các monome acrylic, trong đó có axit acrylic và acrylamide, để tạo cấu trúc polyme có khả năng hấp thụ và giữ lượng nước lớn.

Một điểm đáng chú ý của nghiên cứu là nhóm sử dụng phương pháp trùng hợp frontal. Đây là kỹ thuật trong đó phản ứng được khởi động tại một vùng rồi tự lan truyền qua hỗn hợp vật liệu, giúp rút ngắn thời gian tổng hợp so với phương pháp truyền thống.

Theo công bố trên Materials Research Express, vật liệu được chế tạo từ tinh bột hạt mít trong điều kiện tối ưu có khả năng hấp thụ khoảng 415g nước/g vật liệu. Trong khi đó, mẫu được tổng hợp bằng phương pháp truyền thống có khả năng hấp thụ khoảng 364g nước/g vật liệu.

Thời gian phản ứng cũng được rút ngắn đáng kể, từ khoảng 49 phút xuống còn 21 phút trong điều kiện nghiên cứu. Độ chuyển hóa của phản ứng đạt khoảng 96,4%.

Khả năng hấp thụ nước cao cho thấy vật liệu có tiềm năng được sử dụng như một chất giữ ẩm trong đất, đặc biệt ở những khu vực cần tăng khả năng giữ nước quanh vùng rễ.

Thử nghiệm trên đất nhiễm chì và kẽm

Nhóm nghiên cứu tiếp tục đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu trong đất nhiễm kim loại nặng. Thử nghiệm được thực hiện trên đất nhiễm chì và kẽm tại Tân Long, Thái Nguyên, sử dụng cây sơn cúc ba thùy (Sphagneticola trilobata) để đánh giá khả năng hấp thu kim loại.

Các nhà khoa học bổ sung vật liệu SAP vào đất với những mức khác nhau. Kết quả cho thấy ở mức 0,6-0,8g SAP/kg đất, sinh khối thân và lá của cây tăng đáng kể so với mẫu đối chứng.

Ở mức bổ sung 0,8 g SAP/kg đất, cây có khả năng tích lũy chì và kẽm cao nhất. Các kim loại này tập trung chủ yếu ở phần rễ.

Sau 90 ngày thử nghiệm, hàm lượng chì và kẽm trong đất giảm đáng kể khi kết hợp vật liệu SAP với cây trồng. Kết quả cho thấy vật liệu giữ nước có thể hỗ trợ quá trình sinh trưởng của cây và quá trình hấp thu kim loại nặng trong đất.

Cơ chế được nhóm nghiên cứu hướng tới là SAP giữ nước trong đất, cải thiện điều kiện ẩm quanh vùng rễ, qua đó tạo môi trường thuận lợi hơn cho cây sinh trưởng và hấp thu các kim loại nặng. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý còn phụ thuộc vào loại đất, nồng độ kim loại, loài cây và điều kiện môi trường.

Hướng tới vật liệu từ nguồn nguyên liệu sinh khối

Nghiên cứu mở ra hướng sử dụng tinh bột hạt mít, một nguồn nguyên liệu sinh khối giàu tinh bột, để tạo ra vật liệu có giá trị sử dụng cao hơn.

Theo nhóm nghiên cứu, điểm đáng chú ý không chỉ nằm ở nguồn nguyên liệu mà còn ở phương pháp tổng hợp. Việc sử dụng trùng hợp frontal giúp rút ngắn thời gian phản ứng và giảm nhu cầu cung cấp năng lượng liên tục trong quá trình tổng hợp.

Hai hướng ứng dụng được đặt ra gồm giữ ẩm cho đất và hỗ trợ phytoremediation, tức sử dụng thực vật để hấp thu hoặc cố định các chất ô nhiễm trong môi trường đất.

Tuy nhiên, các kết quả hiện nay mới ở giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm. Việc đưa vật liệu vào ứng dụng rộng rãi còn cần đánh giá thêm về độ bền, khả năng tái sử dụng, tác động lâu dài đối với đất và cây trồng, cũng như hiệu quả trong các điều kiện thực tế khác nhau.

Kết quả nghiên cứu của nhóm Việt Nam - Belarus đã được công bố trong các công trình trên các tạp chí thuộc danh mục SCIE, tạo cơ sở cho việc tiếp tục hoàn thiện vật liệu polyme siêu hấp thụ từ nguồn tinh bột sinh khối.