Triển khai đề tài chế tạo vật liệu nanocomposite xanh xử lý chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy

Trong khuôn khổ nhiệm vụ nghiên cứu do Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) tài trợ, Phân viện Hóa - Môi trường, Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga đang tích cực triển khai đề tài nghiên cứu ứng dụng “Ứng dụng vật liệu nanocomposite FeMxOy/carbon hoạt tính từ vỏ cà phê bằng quy trình tổng hợp xanh để loại bỏ polybromodiphenyl ether (PBDE) trong môi trường nước” (mã số NCUD.01-2024.15). Đây là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, hướng tới giải quyết một trong những thách thức môi trường nổi bật hiện nay là xử lý các hợp chất hữu cơ bền vững, khó phân hủy trong nước thải công nghiệp.

PBDE là nhóm chất chống cháy được sử dụng rộng rãi trong thiết bị điện - điện tử, nhựa và vật liệu xây dựng, song có khả năng tồn lưu lâu dài, tích lũy sinh học và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người cũng như hệ sinh thái. Trước thực trạng đó, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn hướng tiếp cận mới dựa trên hóa học xanh và kinh tế tuần hoàn, tận dụng phế phụ phẩm nông nghiệp là vỏ cà phê để chế tạo carbon hoạt tính sinh học, đồng thời kết hợp với các pha oxit sắt biến tính tạo thành hệ nanocomposite đa chức năng.

Trong năm 2025, đề tài đã hoàn thành nhiều nội dung quan trọng, nổi bật là xây dựng và tối ưu hóa quy trình chiết xuất tác nhân khử sinh học từ nguyên liệu thực vật trong nước, phục vụ tổng hợp xanh vật liệu nano sắt và nanocomposite FeMxOy/carbon hoạt tính. Các kỹ thuật chiết xuất thân thiện môi trường như chiết siêu âm, kiểm soát dung môi và nhiệt độ đã được nghiên cứu bài bản, cho phép thu được dịch chiết giàu polyphenol, đóng vai trò vừa là tác nhân khử vừa là chất ổn định hạt nano. Song song với đó, quy trình chế tạo carbon hoạt tính sinh học từ vỏ cà phê cũng được hoàn thiện, cho vật liệu có diện tích bề mặt lớn, cấu trúc mao quản phát triển và giàu nhóm chức bề mặt, rất phù hợp cho các quá trình hấp phụ và xúc tác oxy hóa nâng cao. Các kết quả đặc trưng bằng SEM, XRD, FTIR, BET cho thấy vật liệu đạt chất lượng ổn định và có khả năng làm nền mang hiệu quả cho các pha nano kim loại, kim loại oxit.

Trong khuôn khổ đề tài này, nhóm nghiên cứu đã công bố một chuỗi công trình khoa học tiêu biểu, tập trung vào phát triển vật liệu nanocomposite xanh và ứng dụng xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ bền vững trong môi trường nước. Nổi bật là các nghiên cứu về tổng hợp xanh hạt nano sắt và oxit kim loại bằng dịch chiết thực vật (Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 31, Số 3A/ 2025, 190-197), chứng minh khả năng xúc tác và oxy hóa hiệu quả đối với Rhodamine B, qua đó làm rõ cơ chế động học và vai trò của các nhóm chức sinh học trong quá trình phân hủy. Bên cạnh đó, các công trình về vật liệu carbon hoạt tính sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp (vỏ cà phê Robusta) và nanocomposite ZnO/BAC đã được công bố trên tạp chí quốc tế và hội nghị chuyên ngành, cho thấy hiệu quả cao trong hấp phụ và quang phân hủy thuốc diệt cỏ chlorophenoxy dưới ánh sáng mô phỏng mặt trời, đồng thời khẳng định ưu thế của mô hình kinh tế tuần hoàn (https://doi.org/10.1007/s12668-025-02113-z). Một hướng nghiên cứu khác tập trung vào vật liệu WO₃ cấu trúc nano chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt kết hợp sấy thăng hoa, cho hiệu suất quang xúc tác vượt trội và độ bền tái sử dụng cao (https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.IMBE.2025.95-101). Ngoài ra, công trình về composite nano Fe⁰/than hoạt tính ứng dụng trong quá trình oxy hóa nâng cao cũng góp phần làm rõ vai trò hiệp đồng giữa hấp phụ và xúc tác bề mặt (https://doi.org/10.57001/huih5804.2025.299). Các công bố của đề tài thể hiện tính liên ngành cao, kết hợp vật liệu, hóa học xanh và công nghệ môi trường, đồng thời tạo nền tảng khoa học vững chắc cho việc mở rộng nghiên cứu xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy như PBDE trong giai đoạn tiếp theo.

Về mặt ứng dụng, các thử nghiệm bước đầu cho thấy hệ vật liệu nanocomposite tổng hợp theo quy trình xanh có tiềm năng cao trong xử lý PBDE và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy khác trong môi trường nước, đồng thời có khả năng tái sử dụng và giảm phát sinh chất thải thứ cấp. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần làm rõ cơ sở khoa học của việc xử lý PBDE mà còn mở ra hướng ứng dụng vật liệu xanh, giá thành thấp, phù hợp điều kiện Việt Nam.

Việc triển khai thành công đề tài tiếp tục khẳng định năng lực nghiên cứu của Phân viện Hóa - Môi trường nói riêng và Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga nói chung trong lĩnh vực công nghệ môi trường tiên tiến. Đồng thời, đề tài cũng đóng góp thiết thực cho mục tiêu phát triển bền vững, bảo vệ môi trường và thúc đẩy ứng dụng các kết quả nghiên cứu khoa học vào thực tiễn xử lý ô nhiễm tại Việt Nam.

Tin bài: Nguyễn Thị Hoài Phương (Phân viện Hoá - Môi trường)