Nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. Hồ Chí Minh đã xây dựng thành công quy trình đồng nhiệt phân nhựa polystyrene khó tái chế và thân ngô để sản xuất than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn. Kết quả nghiên cứu có khả năng ứng dụng trong xử lý khí thải và nước sinh hoạt.
Nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nghiên cứu công nghệ mới chuyển hóa rác thải nhựa kết hợp với phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất than hoạt tính”, mã số TNMT.2024.05.01. Nhiệm vụ do Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. Hồ Chí Minh chủ trì, TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân làm chủ nhiệm. Nghiên cứu được triển khai từ tháng 1/2024 đến tháng 12/2025, với tổng kinh phí 1,795 tỷ đồng.
Mục tiêu của nhiệm vụ là xây dựng công nghệ chuyển hóa rác thải nhựa không có khả năng tái chế theo phương pháp thông thường, kết hợp với phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất than hoạt tính phục vụ xử lý ô nhiễm môi trường; đồng thời đánh giá hiệu quả kinh tế của vật liệu tạo ra.
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình sản xuất than sinh học (biochar) và than hoạt tính từ nhựa polystyrene (PS) khó tái chế kết hợp với phụ phẩm thân ngô (CS). Quy trình gồm các công đoạn: Tiền xử lý nguyên liệu, đồng nhiệt phân, hoạt hóa bằng kali hydroxit (KOH), rửa, sấy và phân tích đặc tính vật liệu. Kết quả nghiên cứu cho thấy, quy trình có khả năng mở rộng để áp dụng trong thực tế.
Các thông số công nghệ tối ưu được xác định gồm: Tỷ lệ nhựa PS và thân ngô là 1:2; nhiệt độ nhiệt phân 500°C trong 1,5 giờ; tỷ lệ biochar và KOH là 1:3; nhiệt độ hoạt hóa 750°C trong 3 giờ. Trong điều kiện trên, vật liệu than hoạt tính thu được có hệ thống lỗ xốp vi mao quản phát triển, cấu trúc carbon vô định hình ổn định và hàm lượng oxy giảm đáng kể.
Mẫu vật liệu ký hiệu AC_1:3_750_3 đạt diện tích bề mặt riêng BET 914,83 m²/g và chỉ số iốt 1.261 mg/g. Theo kết quả của nhiệm vụ, các thông số này vượt mức thông thường của than hoạt tính thương mại, cho thấy hiệu quả của quá trình hoạt hóa cũng như tiềm năng sử dụng hỗn hợp nhựa PS và thân ngô làm nguyên liệu sản xuất than hoạt tính.
Một điểm mới của công nghệ là tận dụng vai trò của nhựa PS không chỉ như một loại nguyên liệu cần được xử lý mà còn như một tác nhân hỗ trợ quá trình đồng nhiệt phân sinh khối.
Nhựa PS có hàm lượng hydro cao. Trong quá trình phân hủy nhiệt, vật liệu này giải phóng các gốc hydro, góp phần hạn chế sự oxy hóa cấu trúc sinh khối và thúc đẩy quá trình khử oxy. Nhờ đó, biochar tạo thành có mức độ carbon hóa cao hơn, thuận lợi cho sự hình thành và phát triển của hệ thống vi mao quản.
Quá trình phân hủy nhựa PS còn tạo ra một lượng lớn hợp chất hữu cơ bay hơi. Các hợp chất này đóng vai trò như tác nhân tạo khí, hỗ trợ mở rộng cấu trúc lỗ và hình thành các kênh thoát khí trong mạng carbon, qua đó làm tăng độ xốp của vật liệu.
Bên cạnh đó, sự hiện diện của nhựa PS góp phần nâng cao độ ổn định của cấu trúc carbon, tăng hiệu quả tương tác giữa vật liệu và KOH trong giai đoạn hoạt hóa hóa học. Quá trình này thúc đẩy sự hình thành các vi mao quản, làm tăng diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của than hoạt tính.
Tiềm năng xử lý khí thải và nước sinh hoạt
Trong khuôn khổ nhiệm vụ, nhóm nghiên cứu đã thiết kế hệ thống hấp phụ để xử lý khí thải phát sinh từ quy trình sản xuất. Kết quả thử nghiệm cho thấy khí thải đầu ra sau xử lý đáp ứng QCVN 19:2024/BTNMT về khí thải công nghiệp.
Vật liệu cũng được thử nghiệm trong lọc nước máy và nước giếng khoan. Kết quả cho thấy than hoạt tính có khả năng loại bỏ clo dư trong nước máy, đồng thời giảm hàm lượng sắt trong nước giếng khoan xuống ngưỡng cho phép. Các chỉ tiêu nước sau lọc đáp ứng QCVN 01-1:2024/BYT về chất lượng nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt.
Đáng chú ý, vật liệu duy trì khả năng tái sử dụng tương đối tốt. Sau hai tháng sử dụng và thực hiện quá trình giải hấp, diện tích bề mặt riêng BET của vật liệu vẫn đạt 858,10 m²/g. Kết quả này cho thấy cấu trúc vi mao quản của than hoạt tính được duy trì khá ổn định.
Theo nhóm nghiên cứu, vật liệu than hoạt tính sản xuất từ nhựa PS và thân ngô có thể tiếp tục được nghiên cứu, ứng dụng trong xử lý hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), nước ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng; lọc khí, lọc dung môi, hấp phụ hơi độc hoặc làm vật liệu nền cho chất xúc tác.
Công nghệ cũng mở ra khả năng tích hợp vào các mô hình kinh tế tuần hoàn tại khu công nghiệp, làng nghề và nhà máy, góp phần đồng thời giải quyết rác thải nhựa khó tái chế và tận dụng phụ phẩm nông nghiệp.
Toàn văn kết quả nghiên cứu, mã đăng ký KHCN-DKKQ-034.26, được lưu giữ tại Trung tâm Thông tin, Lưu trữ và Thư viện, Cục Chuyển đổi số, Bộ Nông nghiệp và Môi trường. Quy chuẩn về nước sạch được đối chiếu với thông tin công bố của Bộ Y tế.
Sau khi thực hiện mô hình chính quyền địa phương hai cấp, hàng triệu héc-ta rừng, đất lâm nghiệp được chuyển giao về cho cấp xã quản lý. Điều này đặt ra nhiều thách thức trong công tác quản lý và bảo vệ rừng do điều kiện về nhân lực, kinh phí, hồ sơ và dữ liệu quản lý vẫn còn nhiều hạn chế. Tại xã Nậm Lầu, tỉnh Sơn La, địa phương đang quản lý hơn 15.000ha rừng và đất lâm nghiệp, những khó khăn này càng trở nên rõ nét. Phóng viên (PV) Tạp chí Nông nghiệp và Môi trường đã trao đổi với ông Cầm Bun Lộc, Chủ tịch UBND xã Nậm Lầu, về thực trạng và giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý, bảo vệ rừng trên địa bàn.
Từ nay đến năm 2030, TP. Hồ Chí Minh sẽ triển khai 115 dự án chỉnh trang đô thị với tổng vốn đầu tư dự kiến gần 400.000 tỷ đồng. Mục tiêu nhằm hoàn tất di dời hơn 41.500 căn nhà ven kênh rạch và nâng cao chất lượng sống cho người dân.
