Màng polymer phân hủy sinh học từ tinh bột: Công trình mang thương hiệu Việt

Cuộc thi Olympic Đổi mới và Sáng tạo quốc tế lần thứ 10 (WICO 2021) diễn ra hôm 31/7. Một trong những đề tài Việt Nam tham dự là “Tạo màng polymer phân hủy sinh học từ tinh bột và các tác nhân dẻo hóa, kết nối mạch”. Đề tài đã xuất sắc đạt Huy chương Vàng của cuộc thi.

Đề tài này được thực hiện bởi nhóm các bạn học sinh Trường TH School (Hà Nội) gồm các em Lê Bảo Khuê, Nguyễn Ngọc Huyền, Nguyễn Bảo Châu, Vũ Khánh Linh, Nguyễn Hoàng Minh dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Tống Thị Thanh Hương, Phó Trưởng khoa Dầu khí của Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

Đội thi TH School đã được Trường Đại học Mỏ - Địa chất tạo điều kiện sử dụng phòng thí nghiệm của trường để thực hiện nghiên cứu. Do dịch Covid-19, ý tưởng đã được gửi tới cuộc thi bằng hình thức quay clip với phần trình bày bằng tiếng Anh của tất cả các thành viên trong nhóm.

Về cơ duyên dẫn dắt nhóm học sinh nghiên cứu, PGS.TS Tống Thị Thanh Hương chia sẻ, qua tiếp xúc với nhóm học sinh trong quá trình các em học tập khoá học “Tư duy – Phản biện”, nhận thấy các em rất ham tìm hiểu về các vấn đề khoa học; giáo viên và nhóm học sinh đã có những thảo luận và đi tới quyết định cô trò cùng làm việc.

Cô định hướng và hướng dẫn, trò thực hiện nghiên cứu một vấn đề khoa học thực tiễn, phù hợp nhu cầu thực tiễn cũng như hướng tìm hiểu khoa học của các em.

Polymer là loại vật liệu rất phổ biến trong các hoạt động công nghiệp, cũng như cuộc sống do tính tiện lợi dễ chế biến, dễ sử dụng. Tuy nhiên, một vướng mắc là các polymer có nguồn gốc từ các sản phẩm hoá dầu thực tế rất khó phân huỷ trong môi trường tự nhiên. Điều này làm đọng lại một lượng lớn rác thải, ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuộc sống.

Chính vì vậy, việc nghiên cứu tạo ra những polymer có khả năng phân huỷ sinh học là một tác động tốt đến môi trường. Trên thực tế, tinh bột là một loại polymer tự nhiên dễ phân huỷ sinh học.

Tuy nhiên, tính bền cơ học của polymer tự nhiên này không tốt. Với định hướng nghiên cứu tạo nên màng polymer có khả năng phân huỷ sinh học, ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm và các sản phẩm y tế, nghiên cứu của nhóm TH School định hướng tạo màng polymer từ tinh bột.

Nhóm nghiên cứu đã đưa vào thành phần một số chất thân thiện với môi trường, làm tác nhân kết nối các mạch polymer trong màng, làm màng có tính dẻo và đàn hồi tốt. Đây có lẽ là điểm nhấn nổi bật của đề tài, được đánh giá cao bởi tính sáng tạo cũng như khả năng áp dụng vào thực tiễn.

PGS.TS Tống Thị Thanh Hương cho biết, ý tưởng đã được hội đồng đánh giá cao, có tính sáng tạo, có thực nghiệm thuyết phục. Ngoài ra, Ban Giám khảo ấn tượng với phần trình bày bằng tiếng Anh rất tốt của nhóm nghiên cứu.

Kết quả này sẽ là nguồn động lực để các em tiếp tục nuôi dưỡng niềm đam mê khoa học và có những đóng góp tích cực cho xã hội. Bằng sự say mê tìm hiểu, nghiên cứu cùng với những nội dung đã thực hiện, nhóm HS của TH School đã xuất sắc đạt Huy chương Vàng tại WICO lần này.

Để sản xuất màng polymer phân hủy sinh học, tinh bột biến tính phải được nghiền thật nhỏ với kích cỡ khoảng 10µm. Để đạt độ mịn như vậy phải nghiền với “chất đệm” có tác dụng bôi trơn và phân tán. Chất bôi trơn là một dung môi có điểm sôi tương đối cao. Thành phần phối trộn nhựa tổng hợp tự hủy sinh học là một loại polyme tổng hợp tự hủy sinh học,

Để sản xuất, tinh bột được khử nước ở nhiệt độ khoảng 160 - 170 độ C. Tinh bột được nghiền thật mịn dưới áp suất cao bằng cách trộn thêm “chất đệm” như chất bôi trơn để tinh bột sau khi nghiền phải đạt kích cỡ thật nhỏ. Sau đó, tinh bột được tách ra khỏi “chất đệm” bằng máy ly tâm.

Trộn tinh bột đã được nghiền với nhựa tổng hợp tự hủy sinh học, nhựa tổng hợp, chất ái lực, chất kết hợp và chất phụ gia. Dưới nhiệt độ và áp suất cao, sản phẩm sẽ được trộn đều hoàn toàn và tạo thành polymer. Cuối cùng là làm lạnh và tạo dạng hạt cho sản phẩm.

Sản phẩm cuối cùng có dạng hạt màu trắng, là nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm như bao bì, túi xách… Loại nhựa này sẽ tự hủy đến 90% trong vòng 6 tháng dưới dạng phân compost và sẽ phân hủy hoàn toàn thành chất hữu cơ trong vòng 1 năm khi được chôn trong đất.

Hướng nghiên cứu tạo sản phẩm polymer phân huỷ sinh học từ nguồn nguyên liệu tự nhiên đáp ứng xanh, sạch, phù hợp về tính ứng dụng cũng như an toàn về môi trường. Để phát triển về mặt công nghệ, một nhóm nghiên cứu rộng hơn cũng đang tiến hành.

Nhóm học sinh TH School cũng đang có những dự kiến tiếp theo để có thể đưa ra sản phẩm thực tiễn, phù hợp với nhu cầu, giá thành và môi trường. Khi đã hoàn thiện và thử nghiệm chắc chắn, việc triển khai trên thực tiễn không quá khó nếu có đơn vị đầu tư.