Từ hạt mít, các nhà khoa học tạo vật liệu siêu hấp thụ, cải thiện đất ô nhiễm

Hạt mít chứa khoảng 70% tinh bột nhưng thường được xem là phụ phẩm. Từ nguồn nguyên liệu này, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, phối hợp với Viện Nghiên cứu các vấn đề Hóa lý, Đại học Quốc gia Belarus, nghiên cứu chế tạo vật liệu phục vụ nông nghiệp và môi trường.

Các nhà khoa học Việt Nam và Belarus chế tạo vật liệu polyme siêu hấp thụ từ tinh bột hạt mít. Ảnh: HP

Nghiên cứu thuộc nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ mã QTBY01.06/23-24 (“Nghiên cứu chế tạo copolyme ghép trên cơ sở tinh bột và các monome acrylic ưa nước làm chất nền nhả có kiểm soát hoặc chất hấp thu trong nông nghiệp và xử lý môi trường”), 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.

Theo PGS.TS Nguyễn Thanh Tùng, việc sử dụng tinh bột hạt mít mở ra hướng tận dụng nguồn sinh khối sẵn có để phát triển vật liệu có khả năng giữ ẩm cho đất.

Chế tạo vật liệu siêu hấp thụ từ tinh bột hạt mít

Nhóm nghiên cứu đã kết hợp tinh bột hạt mít với axit acrylic (AA) và acrylamide (AM) để chế tạo polyme siêu hấp thụ (SAP). Vật liệu có thể hút và giữ lượng nước lớn, qua đó có tiềm năng duy trì độ ẩm đất và hỗ trợ cây trồng.

Để tổng hợp SAP, nhóm thử nghiệm cả phương pháp truyền thống và phương pháp trùng hợp frontal. Ở phương pháp frontal, phản ứng được khởi phát tại một vùng rồi lan qua hỗn hợp nguyên liệu. Kết quả so sánh cho thấy các mẫu chế tạo theo cách này có thời gian phản ứng ngắn hơn, độ chuyển hóa cao hơn và khả năng hấp thụ nước tốt hơn so với các mẫu tổng hợp bằng phương pháp truyền thống.

Trong điều kiện tối ưu với 1% chất khơi mào PPS và nhiệt độ nguồn nhiệt 120°C, vùng phản ứng đạt nhiệt độ cao nhất khoảng 126°C, lan truyền với tốc độ 0,86 cm/phút; độ chuyển hóa đạt 96,4%. Nhóm cũng sử dụng các phương pháp phân tích để xác định cấu trúc, đặc tính và hình thái của vật liệu, làm cơ sở đánh giá khả năng ứng dụng.

Thử nghiệm trên đất nhiễm chì, kẽm

Để kiểm tra hiệu quả trong điều kiện đất ô nhiễm, nhóm thử nghiệm bổ sung SAP vào đất nhiễm chì, kẽm tại Tân Long, Thái Nguyên, kết hợp trồng cây sơn cúc ba thùy (Sphagneticola trilobata (L.) Pruski).

Ở mức bổ sung 0,6–0,8g SAP/kg đất, sinh khối thân và lá của cây cao hơn đáng kể so với đối chứng. Theo PGS.TS Nguyễn Thanh Tùng, hàm lượng chì và kẽm tích lũy trong cây tăng theo thời gian trồng và lượng SAP bổ sung; mức 0,8g/kg đất cho kết quả tích lũy cao nhất. Hai kim loại này tập trung nhiều nhất ở rễ.

Thử nghiệm bổ sung SAP vào đất nhiễm chì, kẽm tại Tân Long, Thái Nguyên, kết hợp trồng cây sơn cúc ba thùy. Ảnh: HP

Sau 90 ngày, hàm lượng chì và kẽm trong đất giảm đáng kể khi kết hợp SAP với cây sơn cúc ba thùy; hiệu quả cao nhất được ghi nhận ở mức bổ sung 0,8g SAP/kg đất. Kết quả bước đầu gợi mở khả năng sử dụng vật liệu giữ nước để hỗ trợ cây sinh trưởng và cải thiện đất ô nhiễm kim loại nặng.

Nhóm còn ghi nhận một số thay đổi về hoạt tính sinh học của cây. Với mức bổ sung 0,8g SAP/kg đất, hoạt tính chống oxy hóa đạt mức cao nhất, với chỉ số IC₅₀ là 238,58 µg/mL; vùng ức chế vi khuẩn rộng 21,13mm. Tuy nhiên, những chỉ số này cần tiếp tục được đánh giá trong các nghiên cứu về cơ chế và điều kiện ứng dụng.

Nghiên cứu là kết quả hợp tác giữa Việt Nam và Belarus, kết hợp kinh nghiệm biến tính tinh bột, chế tạo vật liệu hấp thụ nước của phía Việt Nam với thế mạnh về trùng hợp frontal của phía Belarus. Hai bên đã trao đổi về cơ chế phản ứng, yêu cầu kỹ thuật và quy trình chế tạo SAP từ tinh bột hạt mít ở quy mô phòng thí nghiệm.

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, đánh giá hiệu quả và điều kiện sử dụng trước khi hướng tới ứng dụng thực tế trong nông nghiệp và xử lý môi trường.