Giảm thiểu ô nhiễm môi trường
Giảng viên Nguyễn Thị Tuyết Ngọc - Trưởng nhóm cho biết, hạn hán đe dọa rất nhiều vùng canh tác nông nghiệp mà chưa có giải pháp. Các loại vật liệu giữ ẩm thương mại hóa hiện nay đều được chế tạo trên cơ sở cellulose tinh khiết hoặc các dạng polymer tổng hợp khác.
Vật liệu giữ ẩm trên cơ sở hydrogel là một giải pháp góp phần sử dụng nguồn nước tưới tiêu một cách hợp lý cho các vùng Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Trung Bộ.
Rơm là nguồn phụ phẩm nông nghiệp phát sinh hàng triệu tấn mỗi năm (khoảng 731 triệu tấn mỗi năm trên thế giới). Việc đốt cháy rơm ngay tại đồng ruộng sau mùa thu hoạch tạo ra một lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm môi trường như CO2, CH4, CO.
Tuy nhiên, rơm là một nguồn chất thải có chứa nhiều cellulose trong thành phần (khoảng 32 - 47%). Việc sử dụng rơm như là một nguồn nguyên liệu có nguồn gốc sinh học để tổng hợp vật liệu giữ ẩm sẽ góp phần vào việc duy trì độ ẩm và cải tạo đất sau khi canh tác, giảm thiểu vấn đề về môi trường do chất thải nông nghiệp phát sinh.
Hiện nay chưa có nghiên cứu nào sử dụng toàn bộ ba thành phần chính của rơm (cellulose, hemicellulose và lignin) để tổng hợp vật liệu trên cơ sở hydrogel. Nhóm đã nghiên cứu quy trình mới về tổng hợp vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm mà không tạo ra bất kỳ dòng thải bỏ nào trong quá trình thực hiện.
Vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm thu được từ quy trình đề xuất có khả năng hấp thu nước lớn hơn 4 đến 6 lần so với nguyên liệu rơm ban đầu. Thời gian giải phóng nước chậm từ 7 đến 12 ngày ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm của môi trường.
Vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm có khả năng giữ nước từ 8 đến 10g nước/g vật liệu rơm ban đầu (lớn hơn 4 đến 6 lần so với rơm không xử lý). Vật liệu này hoàn toàn có khả năng tái sử dụng với dung lượng hấp thu nước của các chu kỳ tiếp theo là 4 đến 6g nước/g vật liệu.
“Điểm đặc biệt của công trình này là quy trình tổng hợp vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm sử dụng phương pháp lạnh đông kết hợp axit hữu cơ để làm tác nhân tạo liên kết ngang giúp tăng độ bền cơ học và khả năng giữ nước cho vật liệu mà không tạo ra bất kì dòng xả thải nào vào môi trường từ quy trình sản xuất”, giảng viên Nguyễn Thị Tuyết Ngọc cho biết.
Tăng độ phì nhiêu cho đất
Theo nhóm nghiên cứu, để tạo ra vật liệu giữ ẩm thì rơm sẽ được cắt thành đoạn dài từ 0,2 - 0,4cm. Trước khi đưa vào đông lạnh, vật liệu được phân tán trong máy khuấy tốc độ 50 vòng/phút, hệ thống gia nhiệt bằng điện trở năng suất 5kW. Tủ đông có nhiệt độ đến - 50oC sẽ giúp vật liệu tạo phản ứng liên kết để tạo ra tính năng giữ ẩm.
Nhờ tận dụng toàn bộ 3 thành phần chính của rơm (cellulose, hemicellulose và lignin), vật liệu giữ ẩm trên cơ sở hydrogel có khả năng phân hủy sinh học để tổng hợp sản phẩm nhằm cải tạo và tăng độ phì nhiêu cho các vùng đất bị sa mạc hóa.
Hiện trên thị trường chưa có sản phẩm nào tương tự. Với quy trình tổng hợp đơn giản, thiết bị chế tạo dễ dàng, nguồn nguyên liệu sẵn có và có tính khả thi cao, nhóm nghiên cứu kỳ vọng có thể triển khai công trình đến từng hộ nông dân tại Việt Nam.
Việc nghiên cứu giúp tìm ra được công nghệ tổng hợp vật liệu trên cơ sở hydrogel từ phụ phẩm nông nghiệp nhằm đáp ứng yêu cầu cấp bách về mặt khoa học, làm chủ được công nghệ trong lĩnh vực tạo vật liệu siêu hấp thu nước phục vụ cho nền nông nghiệp xanh.
Việc tổng hợp thành công vật liệu có khả năng giữ ẩm cao từ rơm mà không tạo dòng thải bỏ ra môi trường có ý nghĩa thực tiễn là giảm được lượng rơm phát thải hàng năm, giảm ô nhiễm không khí do việc đốt rơm gây ra.
Đồng thời đây là phương án giúp giải quyết tình trạng hạn hán, tăng hiệu quả sử dụng nước, góp phần cải tạo chất lượng đất nông nghiệp cho các vùng đất đang bị sa mạc hóa ở Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Trung Bộ.
Nhóm nghiên cứu cho biết, công trình này được phát triển tại Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng. Nhóm đã nhận được sự hỗ trợ từ các trung tâm, viện, xưởng của nhà trường trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, chế tạo thiết bị. Nếu được áp dụng rộng rãi sẽ tận dụng được nguồn nguyên liệu rơm khổng lồ, cải tạo đất, phát triển nông nghiệp bền vững.
