Trong một lần nghe cô giáo giảng về vật liệu aerogel siêu nhẹ, Phạm Thế Vinh - sinh viên năm 4 Viện Khoa học Công nghệ Môi trường (Đại học Bách khoa Hà Nội) rất ngạc nhiên về công dụng xử lý môi trường của vật liệu này.
Vinh cùng với ba bạn trong lớp gồm Vũ Hữu Hòa, Nguyễn Thế Phong, Phạm Thị Hương Giang tìm hiểu và biết vật liệu này có thể được tạo ra từ phụ phẩm nông nghiệp. Nhận thấy nguồn vật liệu đầu vào gần gũi, dễ tìm, lại thu được thành phẩm có giá trị cao, tháng 6 năm 2020, bốn bạn sinh viên lên ý tưởng chế tạo aerogel siêu nhẹ.
Vật liệu aerogel nhóm sinh viên chế tạo nhẹ tới mức có thể đặt lên nhụy hoa. Ảnh: NVCC.
Nhóm thu thập bã mía, lá dứa và rơm rạ, đưa về phòng thí nghiệm. Các nguyên liệu được cắt và xay nhỏ thành bột để thu phần cellulose, sau đó sử dụng chất kiềm NaOH ở mức độ an toàn để loại bỏ những tạp chất khi tạo thành phẩm. Cellulose mà nhóm thu tách, được pha trộn với một loại chất tạo độ liên kết, sau đó đưa hỗn hợp gel vào máy chiết siêu âm trong điều kiện 80 độ C.
Bước cuối cùng để tạo ra vật liệu aerogel là công đoạn đông khô. Thế Phong, thành viên nhóm nghiên cứu chia sẻ, công đoạn cuối này quyết định đến chất lượng của vật liệu vì yêu cầu phải loại bỏ chất lỏng bên trong hỗn hợp gel mà không phá vỡ cấu trúc rắn bên ngoài vật liệu.
Nhiều lần thử các phương pháp đông khô khác nhau, Vinh và cộng sự chọn cách sấy thăng hoa với ưu điểm dễ kiểm soát nhiệt độ và chất lượng vật liệu. Hỗn hợp gel giữ ổn định 24 giờ ở mức nhiệt 40 độ C và sau đó được đưa vào máy đông khô.
Sau 3 ngày, vật liệu aerogel nhóm thu được có độ xốp cao tới 99%, khối lượng riêng nhỏ, siêu nhẹ. Thử nghiệm về khả năng hấp phụ xăng dầu trong nước, 1 gram aerogel có thể hấp phụ 16-18 gram dầu và 17 gram xăng, có khả năng thay thế vật liệu hút dầu thương mại không thân thiện môi trường như polypropylene trong xử lý dầu tràn.
Thiết bị đông khô để tạo thành vật liệu aerogel. Ảnh: NVCC.
Thành viên nhóm nghiên cứu cho biết, với đặc tính vượt trội về khối lượng, độ xốp và khả năng hấp phụ tốt, aerogel cũng có thể dùng để lọc bụi bẩn trong nước sinh hoạt.
"Vật liệu mới được hoàn thiện ở quy mô phòng thí nghiệm, việc điều chế với số lượng lớn còn hạn chế, phụ thuộc thiết bị nhà trường", Vinh nói và cho biết, đã có một đơn vị trao đổi với giáo viên hướng dẫn của nhóm để hỗ trợ cải tiến và phát triển sản phẩm này.