Trong một thế giới dường bị nhấn chìm trong chai nhựa, việc tái chế phế thải này thành các vật liệu hữu ích sẽ làm giảm tác động đến môi trường. Các nhà nghiên cứu của Đại học Khoa học và Công nghệ Nhà vua Abdullah (KAUST) ở Ả Rập Saudi đã sáng chế ra cách biến chai nhựa thành màng xốp có thể sử dụng làm bộ lọc phân tử trong công nghiệp hóa chất.
Bruno Pulido kiểm tra hiệu quả của màng tổng hợp.
Xấp xỉ 40% năng lượng của ngành công nghiệp hóa chất được sử dụng để phân tách và tinh chế hóa chất trong các quy trình xử lý nhiệt, như chưng cất và kết tinh. Việc sử dụng màng xốp để tách các phân tử khỏi các chất lỏng có thể làm giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng đó. Nhưng hầu hết các màng thông thường không đủ mạnh để chịu được dung môi sử dụng trong công nghiệp, trong khi màng gốm thay thế lại đắt đỏ.
Hình ảnh kính hiển vi điện tử của các lỗ rỗng của một chai PET (trái) và của màng lọc (phải).
Nhóm nghiên cứu KAUST đã chuyển hướng sang tái chế nhựa PET để làm màng lọc. “PET là một công cụ cơ học và hóa học mạnh mẽ, có ích cho các quá trình lọc và tinh chế đòi hỏi phải khử trùng hoặc làm sạch bằng axit hoặc chất tẩy trắng”, Bruno Pulido, một nghiên cứu sinh tiến sĩ, cho biết.
Năm 2016, sản lượng nhựa toàn cầu đạt 50 triệu tấn, chiếm khoảng 9% tổng sản lượng nhựa. Khoảng 30% nhựa PET được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, bao gồm cả chai nhựa sử dụng một lần. PET thường được tái chế thành các sản phẩm có giá trị thấp hơn, như vải quần áo, do đó, việc chuyển đổi nó thành màng lọc có giá trị cao hơn có thể tạo động lực kinh tế mạnh mẽ để cải thiện tỷ lệ tái chế.
Để tạo màng lọc, các nhà nghiên cứu đã hòa tan PET và sau đó sử dụng dung môi để tạo ra chất rắn PET một lần nữa, và ở lần này nhựa PET mang hình dạng của màng lọc, thay vì hình dạng chai.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hàng loạt các điều kiện và dung môi xử lý khác nhau và sử dụng chất phụ gia poly (ethylene glycol - PEG) để giúp hình thành lỗ rỗng trong màng PET. Thay đổi độ đặc và kích thước của các phân tử PEG đã giúp kiểm soát số lượng và kích thước lỗ rỗng trong màng, và theo cách đó điều chỉnh các đặc tính lọc của nó.
Chế tạo màng tổng hợp polymer.
Sau khi tối ưu hóa quá trình này, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm và kết quả là chất lỏng dễ dàng chảy qua màng và chúng phân tách các phân tử có kích thước khác nhau một cách chính xác. Các màng tốt nhất có kích thước lỗ rộng từ 35 đến 100 nanomet, với các lỗ rỗng chiếm tới 10% diện tích của màng; chúng cũng hoạt động tốt ở 100 độ C.
Nhà khoa học Pulido cho rằng các màng này có thể được sử dụng như một sự hỗ trợ cho các lớp mỏng của các vật liệu lọc khác, chẳng hạn như các màng được thấy trong màng thẩm thấu ngược. “Chúng tôi cũng đang nghiên cứu phát triển sợi rỗng PET, một loại màng có lợi thế hơn so với màng phẳng”, ông nói thêm.
Công trình nghiên cứu của họ đã được đăng trên ấn phẩm điện tử ACS Applied Polymer Materials của Hiệp hội Hóa học Mỹ.