Chế tạo xi măng sinh học từ hạt đậu nành (31/01/2023)
Nhóm sinh viên Nguyễn Lê Quốc Anh và Ngô Hữu Hoàng thuộc Trường Đại học Bách khoa đã sản xuất xi-măng sinh học từ hạt đậu nành với mục tiêu giảm phát thải carbon ra môi trường của xi-măng truyền thống.
Ảnh sưu tầm
Theo nhóm nghiên cứu, xi-măng sinh học có nguồn gốc từ thực vật hoặc vi sinh vật là một hướng nghiên cứu đang được các nước như Hoa Kỳ, Thụy Sỹ, Nhật Bản… tập trung đẩy mạnh sản xuất. Tuy nhiên, xi-măng sinh học sử dụng nguồn vật liệu từ vi sinh vật phải nuôi cấy vi khuẩn và cần sự cho phép của chính quyền khi bơm vi sinh vật vào đất. Nên nhóm chọn nguyên liệu là thực vật, cụ thể là hạt đậu nành giúp an toàn cho người sử dụng và thân thiện với môi trường.
Để tạo ra chất kết dính tương tự xi-măng truyền thống, nhóm nghiên cứu tiến hành chiết enzyme urease từ hạt đậu nành. Loại enzyme này phổ biến trong các vi sinh vật, thực vật nhưng ở hạt đậu nành có hàm lượng cao hơn. Nhóm đã chiết xuất dung dịch enzyme urease từ đậu nành, sau đó bơm vào mẫu cát. Sau một giờ, xả toàn bộ dung dịch enzyme ra khỏi các mẫu và bơm hợp chất Urea + CaCl2 (tỷ lệ 1:1) vào các mẫu cùng thể tích tương tự. Khi đó, Calcium carbonate (CaCO3) sinh ra trong các phản ứng hóa sinh sẽ làm cát dính lại với nhau.
Theo sinh viên Ngô Hữu Hoàng, thành viên nhóm nghiên cứu, ngoài việc kết dính, kết tủa CaCO3 sẽ chèn vào các lỗ rỗng giữa các hạt trong cả khối cát nhằm giảm tính thấm. Việc tăng cường độ và giảm tính thấm của khối cát sẽ tăng tính ổn định tổng thể, giảm sự xói hạt do dòng thấm đi qua khối cát. Chất kết dính này có thể sử dụng gia cố các khu vực kè bị sạt lở trên bờ biển vì nó có thể hóa rắn cát, giảm chi phí thi công.
Thời gian đầu, khi nhóm chiết tách enzyme urease từ đậu nành xuất hiện những hạt mịn li ti, khiến độ tinh khiết của dung dịch vẫn còn thấp. Điều này dẫn đến số cột cát làm thí nghiệm không đồng đều về chất lượng, độ kết dính. Hiện nhóm đã cải tiến quy trình chiết tách enzyme bằng cách li tâm toàn bộ dung dịch sau khi chiết xuất với tốc độ quay 4000 vòng/phút. Điều này giúp dung dịch enzyme chiết xuất từ đậu nành hoạt động tốt hơn và có khả năng sử dụng làm vật liệu cho xi măng sinh học.
Nhóm tiến hành các thí nghiệm đo cường độ nén và tính thấm của cát sau khi hóa rắn thông qua các thí nghiệm nén một trục, tính thấm của đất và các phân tích vi cấu trúc (SEM và XRD), đồng thời đánh giá tính bền vững về mặt kinh tế và môi trường của sản phẩm. Kết quả, vật liệu xi măng sinh học từ hạt đậu nành đảm bảo một số điều kiện để ứng dụng trong gia cố bờ biển sạt lở, gia cố nền...
Có thể nói, xi-măng sinh học làm từ đậu nành có nguồn nguyên liệu dễ tìm kiếm và nhiều mặt lợi ích tích cực. Hơn nữa, theo khảo sát thì hiện tại ở Việt Nam chưa có một nghiên cứu mang tính hệ thống về xi-măng sinh học và các ứng dụng của nó. Đây là một nghiên cứu tiềm năng, tiên phong tại Việt Nam về chất kết dính xi-măng sinh học. Xi măng sinh học hứa hẹn sẽ là một loại chất kết dính có thể thay thế xi măng portland thông thường cho các công trình xây dựng trong tương lai.
Mỹ Hoa