Trong một lần vô tình phát hiện bột lọc có khả năng tạo được màng mỏng có độ bền kéo, hai nữ sinh Huế nghĩ ngay đến việc dùng tinh bột cán mỏng thành màng rồi từ màng tạo thành túi.
Đó là “Túi sinh học kháng khuẩn có khả năng phân hủy thay thế túi ni lông” của hai học sinh Nguyễn Cẩm Bình Minh (lớp 12) và Nguyễn Cẩm Kiều Khanh (lớp 11, trường THPT chuyên Quốc học Huế).
Túi sinh học kháng khuẩn
Bình Minh và Kiều Thanh cho biết, theo thống kê sơ bộ của Bộ Tài nguyên và Môi trường, trung bình một ngày, một người tiêu dùng phải sử dụng ít nhất một chiếc túi ni lông. Vậy với dân số hơn 90 triệu người, mỗi ngày nước ta tiêu thụ hơn 90 triệu túi ni lông và con số này ngày càng tăng theo đà tăng dân số.
Song song với điều đó, số lượng rác thải cũng tăng lên không ngừng. Đây là thách thức lớn cho môi trường, bởi phải mất một thời gian rất dài những túi ni lông này mới có thể phân hủy được, có thể là 500 năm hoặc lâu hơn.
Sự tồn tại của ni lông trong môi trường sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đất và nước, bởi túi ni lông lẫn vào đất sẽ ngăn cản ôxy đi qua đất, gây xói mòn đất, làm cho đất không giữ được nước, dinh dưỡng, từ đó làm cho cây trồng chậm tăng trưởng.
Túi sinh học được tổng hợp với tỷ lệ 20/70/30 Tinh bộ sắn/PVA/nano Ag. (Ảnh: Nhật Tuấn).
Bình Minh chia sẻ: “Nghiêm trọng hơn, môi trường đất và nước bị ô nhiễm bởi túi ni lông sẽ ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp tới sức khỏe con người. Trong thực tế, nhiều loại túi ni lông được làm từ dầu mỏ nguyên chất khi ngấm vào nguồn nước sẽ xâm nhập vào cơ thể người gây rối loạn chức năng và dị tật bẩm sinh ở trẻ nhỏ. Từ thực tế trên, chúng em cho ra đời túi sinh học kháng khuẩn có khả năng phân hủy thay thế túi ni lông”.
Nguyên liệu để chế tạo gồm: dung dịch bạc nano 100 ppm, Polyvinyl anlcol (PVA) tinh khiết dạng bột, tinh bột sắn và glyxerol 99%.
“Khoảng một năm trước, trong khi làm bánh bột lọc, em vô tình phát hiện bột lọc có khả năng tạo được màng mỏng có độ bền kéo. Em nghĩ ngay đến việc dùng tinh bột cán mỏng thành màng rồi từ màng tạo thành túi. Sau đó, em tham khảo ý kiến của thầy Lê Đại Vương và được thầy hỗ trợ tư vấn, liên hệ cho mượn phòng thí nghiệm thực hiện ý tưởng”, Kiều Khanh cho biết thêm.
Hai em đang nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. (Ảnh: Nhật Tuấn).
Các chất có chứa trong dung dịch bạc nano tạo sự ổn định cho nano bạc và tăng cường tính chất kháng khuẩn của dung dịch. Còn tinh bột sắn có khả năng tạo túi mỏng do chính nó và cả khi phối trộn với các phụ liệu tạo túi khác đồng thời có khả năng tự phân hủy nhanh trong môi trường tự nhiên.
Để tạo túi, các phần tử tinh bột dàn phẳng ra sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau nhờ liên kết hydro và gián tiếp qua phân tử nước, PVA có khả năng tạo túi, túi PVA có độ bền kéo đứt tốt.
Sự kết hợp của PVA và tinh bột sẽ tạo ra một sản phẩm giúp cải thiện các tính chất của các nguyên liệu để tạo túi. Ngoài ra, em còn sử dụng các nguyên liệu phụ gia cần thiết như glyxerol trong chế tạo màng từ nano bạc và tinh bột sắn để làm tăng khả năng gia công của tinh bột.
Đến đầu năm 2017, sản phẩm tương đối hoàn thiện. Tuy nhiên, sản phẩm vẫn tồn tại nhiều khuyết điểm về tính thẩm mỹ và hiện nay đã cơ bản hoàn thiện có mẫu mã đẹp, độ bền cao.
Túi sinh học kháng khuẩn có khả năng phân hủy thay thế túi ni lông
Bình Minh cho biết, sử dụng túi sinh học có khả năng kháng khuẩn để bao gói rau quả thay thế một phần túi PE, PVC, PP của bao gói những thực phẩm cao cấp. Túi sinh học có khả năng phân hủy thay cho túi ni lông và túi bọc thực phẩm làm bằng Polietilen để giảm thiểu vấn đề ô nhiễm do túi ni lông gây ra.
“So sánh độ bền kéo đứt của chất hóa dẻo, chất tạo liên kết glycerol, cho thấy độ bền kéo đứt túi sinh học chế tạo từ tinh bột sắn ở các tỷ lệ 10/80/30, 20/70/30 có giá trị gần bằng độ bền kéo đứt của các chất hóa dẻo, chất tạo liên kết. Như vậy, túi sinh học chế tạo được ở các tỷ lệ này có khả năng sử dụng để sản xuất bao bì”, Bình Minh chia sẻ.
Qua quá trình thí nghiệm, các túi có khả năng hút ẩm tăng theo thời gian. Cùng với đó, các em xác định được độ dày túi là 0,038mm. Kết quả kiểm tra các hoạt tính kháng khuẩn của túi sinh học bằng phương pháp vòng kháng khuẩn với hai vi khuẩn E.Coli và Salmonela chứng minh túi có hoạt tính kháng khuẩn tốt.
Ngoài ra, các em còn tiến hành khảo sát khả năng phân hủy sinh học của túi bằng phương pháp chôn ủ trong môi trường đất bằng cách theo dõi độ giảm khối lượng của túi. Theo đó, thời gian phân hủy của túi trong môi trường đất giảm theo từng ngày và không ảnh hưởng đến môi trường.
Sản phẩm ban đầu của quá trình thử nghiệm trên quả cà chua. (Ảnh: NVCC).
Các em còn thử nghiệm ứng dụng túi vào bảo quản quả cà chua. Kết quả cho thấy, tốc độ thoát hơi nước của quả không có túi sinh học nhanh hơn so với quả có bảo quản túi sinh học. Từ đó biết được túi sinh học này có khả năng kéo dài thời gian bảo quản cũng như thời gian sử dụng của thực phẩm.
Để thấy rõ hơn khả năng bảo quản của túi, các em tiến hành quan sát quả cà chua trong thời gian 20 ngày. Cụ thể, quả cà chua không có túi sinh học có bề mặt nhăn nhiều hơn, kích thước quả nhỏ hơn nhiều so với quả cà chua có túi sinh học, mềm hơn quả cà chua có túi sinh học và có hiện tượng hư hỏng nhiều hơn quả cà chua có túi sinh học.
Sau 20 ngày, quả cà chua hai môi trường cho kết quả khác nhau. (Ảnh: NVCC).
Theo Kiều Khanh: “Sản phẩm tạo ra giống với túi ni lông nhưng có chất lượng tốt hơn, có khả năng kháng khuẩn, giá tiền sản xuất và bán ngang bằng hoặc rẻ hơn so với túi ni lông hiện nay. Ngoài ra, sản phẩm có khả năng phân hủy, không gây độc hại cho môi trường. Việc ứng dụng túi sinh học kháng khuẩn vào khâu xuất khẩu trái cây, lương thực của Việt Nam là một sự lựa chọn đúng đắn để thực phẩm luôn tươi, ngon”.
Với mức chi phí bỏ ra trung bình mỗi túi khoảng 400 đồng, sản phẩm nếu được chuyển giao công nghệ sẽ tạo nên sản phẩm thân thiện với môi trường và sức khỏe con người.
Chia sẻ về những khó khăn, các em cho biết, do các em còn là học sinh nên khó khăn trong việc cân bằng giữa việc học và làm việc ở phòng thí nghiệm. Ngoài ra, các em mất khá nhiều thời gian để có thể cân bằng nguyên liệu tạo ra sản phẩm, để đạt được độ bền kéo tốt và bên ngoài được đẹp hơn.
Được biết, vừa qua sản phẩm đã đoạt được giải Nhất lĩnh vực hóa sinh của hội thi Khoa học Kỹ thuật dành cho học sinh trung học tỉnh Thừa Thiên Huế năm 2017, giải Nhất cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, nhi đồng tỉnh Thừa Thiên Huế năm 2017.
Bình Minh (thứ ba từ trái sang phải) và Kiều Khanh (cạnh Minh) nhận giải trong cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, nhi đồng tỉnh Thừa Thiên Huế năm 2017. (Ảnh: Nhật Tuấn).
Sắp tới, sản phẩm được mang đi dự cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, nhi đồng toàn quốc và các em muốn phát triển đề tài bằng cách thử nghiệm nhiều nguyên liệu khác và mong muốn đưa sản phẩm vào sản xuất dây chuyền để đưa đến gần hơn với người tiêu dùng.
Trao đổi với Tạp chí Khám phá, thầy Lê Đại Vương (Giáo viên hướng dẫn) cho biết, thầy đánh giá cao tinh thần làm việc của hai em Minh và Khanh, các em chủ động tìm đề tài, có khả năng diễn đạt ý tưởng tốt và đam mê khoa học.
“Túi sinh học có khả năng phân hủy trong thời gian 2 tháng, có độ an toàn, bền, trong thành phần có tổ hợp nano bạc nên có khả năng kháng khuẩn. Sản phẩm bảo quản được các sản phẩm khô, còn ướt thì chưa bảo quản được nên trong thời gian tới hai em sẽ khắc phục hạn chế này”, thầy Đại Vương chia sẻ.