Nhựa làm từ các bộ phận thải của cá thân thiện với môi trường hơn

Sử dụng dầu cá, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một vật liệu giống như polyurethane.

Polyurethane, một loại nhựa có gần như ở khắp mọi nơi — trong giày dép, quần áo, tủ lạnh và vật liệu xây dựng. Nhưng loại vật liệu có tính linh hoạt cao này mang một nhược điểm lớn vì có nguồn gốc từ dầu thô, chất tổng hợp hóa học độc hại và chậm phân hủy, thông thường polyurethane không thân thiện với môi trường.

Hôm qua (Ngày 5 tháng 4), các nhà nghiên cứu thảo luận về một giải pháp thay thế an toàn hơn, có thể phân hủy sinh học được lấy từ chất thải của cá — đầu, xương, da và ruột — các bộ phận dường như bị thải bỏ.

Francesca Kerton, tiến sĩ, nghiên cứu chính của dự án, cho biết nếu phát triển thành công, polyurethane làm từ dầu cá có thể giúp đáp ứng nhu cầu to lớn về chất dẻo bền vững hơn. “Điều quan trọng là chúng tôi phải bắt đầu thiết kế nhựa với một kế hoạch lâu dài, cho dù đó là sự phân hủy hóa học biến vật liệu thành carbon dioxide và nước, hay tái chế và tái sử dụng”.

Các nhà nghiên cứu đã trình bày kết quả của họ vào ngày hôm qua 5/4 tại Hội nghị Mùa xuân của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS). ACS Spring 2021 sẽ được tổ chức trực tuyến từ ngày 5 đến 30 tháng 4.

Cuộc họp có gần 9.000 bài thuyết trình về nhiều chủ đề khoa học. Để tạo ra vật liệu mới, nhóm của Kerton đã bắt đầu với dầu chiết xuất từ ​bộ phận bị thải bỏ của cá hồi Đại Tây Dương, sau khi cá được chế biến để bán cho người tiêu dùng.

Mikhailey Wheeler, một nghiên cứu sinh đang trình bày nghiên cứu tại Hội nghị cho biết: “Tôi thấy thật thú vị khi chúng ta có thể tạo ra thứ gì đó hữu ích, thứ thậm chí có thể thay đổi cách sản xuất nhựa, từ rác mà mọi người thải bỏ”. Kerton và Wheeler đều tốt nghiệp trường Đại học Memorial University of Newfoundland (Canada).

Phương pháp thông thường để sản xuất polyurethane gây ra một số vấn đề về môi trường và an toàn. Nó đòi hỏi dầu thô, một nguồn tài nguyên không thể tái tạo và phosgene, một loại khí không màu và có độc tính cao. Quá trình tổng hợp tạo ra isocyanates, chất kích thích hô hấp mạnh và thành phẩm không dễ bị phân hủy trong môi trường.

Sự phân hủy sinh học bị hạn chế mà xảy ra có thể giải phóng các hợp chất gây ung thư. Trong khi đó, nhu cầu về các lựa chọn thay thế thân thiện môi trường hơn ngày càng tăng. Trước đây,  có các nhà nghiên cứu đã phát triển polyurethane mới bằng cách sử dụng dầu có nguồn gốc thực vật để thay thế dầu mỏ.

Tuy nhiên, cách sử dụng này có một nhược điểm: Các loại cây trồng, thường là đậu nành, sản xuất dầu đòi hỏi phải có đất như sử dụng trồng cây lương thực. Phần thải bỏ của cá đã cho tiến sĩ Kerton thấy sự thay thế đầy hứa hẹn.

Nuôi cá hồi là một ngành công nghiệp chính của vùng duyên hải Newfoundland, nơi có trường đại học của bà. Sau khi chế biến cá, những phần còn lại thường được thải bỏ, nhưng đôi khi dầu được chiết xuất từ ​​chúng.

Kerton và các đồng nghiệp của bà đã phát triển một quy trình chuyển đổi dầu cá này thành một loại polyme giống polyurethane. Đầu tiên, họ thêm oxy vào dầu không bão hòa một cách có kiểm soát để tạo thành epoxit, các phân tử tương tự như trong nhựa epoxy.

Sau khi phản ứng các epoxit này với carbon dioxide, chúng liên kết các phân tử với nhau cùng với các amin chứa nitơ để tạo thành vật liệu mới. Nhưng nhựa có mùi tanh không? Kerton nói: “Khi chúng tôi bắt đầu quy trình với dầu cá, sẽ có một loại mùi cá thoang thoảng, nhưng khi chúng tôi thực hiện qua các bước, mùi đó sẽ biến mất”. Kerton và nhóm của bà đã mô tả phương pháp này trong một bài báo vào tháng 8 năm ngoái và kể từ đó, Wheeler đã điều chỉnh nó hoàn thiện hơn.

Gần đây bà đã có một số thành công trong việc hoán đổi amin thành các axit amin, điều này giúp đơn giản hóa quá trình hóa học liên quan. Trong khi amin mà họ sử dụng trước đây phải có nguồn gốc từ vỏ hạt điều, thì các axit amin này đã có trong tự nhiên.

Kết quả ban đầu của Wheeler cho thấy histidine và asparagine có thể bổ sung cho amin bằng cách liên kết các thành phần của polyme với nhau. Trong các thử nghiệm khác, họ đã bắt đầu thử nghiệm vật liệu mới cho đến khi nó hết thời hạn sử dụng và phân hủy.

Wheeler ngâm các miếng trong nước và để tăng tốc độ thoái hóa cho một số miếng, bà đã thêm lipase, một loại enzyme có khả năng phân hủy chất béo giống như chất béo trong dầu cá. Sau đó dưới kính hiển vi, bà đã quuan sát thấy sự phát triển của vi sinh vật trên tất cả các mẫu, ngay cả những mẫu ở nước ngọt. Wheeler nói: “Một dấu hiệu đáng khích lệ cho thấy vật liệu mới có thể dễ dàng phân hủy sinh học”.

Kerton và Wheeler có kế hoạch tiếp tục thử nghiệm tác động của việc sử dụng một axit amin trong quá trình tổng hợp và nghiên cứu xem vật liệu này có thể thích ứng ra sao đối với sự phát triển của vi sinh vật để đẩy nhanh quá trình phân hủy của nó.

Họ cũng có ý định nghiên cứu các đặc tính vật lý của nó để xem có thể sử dụng nó trong các ứng dụng thực tế ra sao, chẳng hạn như trong bao bì hoặc sợi dệt quần áo.

Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ

Bình Minh dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ