Phát triển vật liệu quang xúc tác nano Nickel ferrite (NiFe2O4) từ tinh bột: Giải pháp tiềm năng xử lý ô nhiễm phẩm nhuộm bằng năng lượng ánh sáng mặt trời

Tính mới của đề tài không chỉ nằm ở sản phẩm cuối cùng, mà tập trung vào phương pháp tiếp cận và quy trình tổng hợp xanh. Thay vì sử dụng các tác nhân hóa học truyền thống, đề tài đã khai thác một cách sáng tạo tinh bột-một polymer sinh học an toàn, chi phí thấp và có khả năng phân hủy sinh học-với vai trò đa chức năng. Sự sáng tạo nằm ở việc tận dụng cấu trúc chuỗi dài của amylose và amylopectin trong tinh bột. Trong môi trường thủy nhiệt, các chuỗi polymer này hoạt động như một "khung mẫu" (template) và chất phân tán tự nhiên, chúng bao bọc lấy các mầm tinh thể NiFe2O4 mới hình thành, ngăn cản chúng kết tụ lại với nhau. Quá trình này giúp kiểm soát kích thước hạt ở mức độ nano và tạo ra một cấu trúc mạng lưới xốp sau khi tinh bột được loại bỏ một phần. Kết quả trực tiếp của cơ chế này là một vật liệu có diện tích bề mặt riêng cao (58,3 m2/g) và cấu trúc mao quản trung bình, những đặc tính đã được chứng minh là yếu tố then chốt giúp tăng cường hoạt tính xúc tác. Cách tiếp cận này không chỉ đơn giản là "thay thế" một hóa chất bằng một nguyên liệu xanh, mà là một sự vận dụng thông minh đặc tính của polymer sinh học để điều khiển cấu trúc vật liệu ở cấp độ nano. Sự đóng góp khoa học và tính khả thi của hướng tiếp cận này đã được thẩm định và công nhận thông qua việc được chấp thuận công bố trên Tạp chí Khoa học của Đại học Huế: Khoa học tự nhiên và được chấp nhận trình bày tại Diễn đàn Quốc tế về Công nghệ và Quản lý Xanh lần thứ 15 (IFGTM 2025).

Tiềm năng ứng dụng của vật liệu NiFe₂O₄ được xây dựng trên một nền tảng vững chắc, từ các dữ liệu hiệu suất đã được định lượng đến lộ trình triển khai thực tiễn. • Hiệu quả đã được kiểm chứng và so sánh: Vật liệu đã chứng minh khả năng phân hủy 76,0% phẩm nhuộm CV trong 120 phút dưới ánh sáng khả kiến. Hiệu suất này, khi so sánh với các kết quả đã được công bố, tỏ ra cạnh tranh và vượt trội hơn so với nhiều vật liệu khác như magnetic chitosan (72,0%) hay ZrO2-CdZrO3 (19,0%) trong điều kiện tương tự. Điều này khẳng định hiệu lực kỹ thuật và tiềm năng của vật liệu. • Lộ trình triển khai thực tiễn: Những kết quả tích cực trong phòng thí nghiệm đã mở đường cho các bước thử nghiệm tiếp theo. Tương tự như các dự án thành công trước đó của nhóm nghiên cứu, giải pháp này đã thu hút sự quan tâm và được 03 đơn vị đối tác trong các lĩnh vực môi trường, y tế và công nghiệp tiếp nhận để tiến hành đánh giá hiệu quả trên các mẫu nước thải thực tế, là một bước đi quan trọng để đưa nghiên cứu từ phòng thí nghiệm đến gần hơn với ứng dụng (minh chứng đính kèm). • Các yếu tố đảm bảo tính khả thi: Khả năng ứng dụng thực tế được củng cố bởi các yếu tố vận hành ưu việt. Đặc tính từ tính cho phép thu hồi vật liệu một cách đơn giản, nhanh chóng bằng nam châm, không đòi hỏi các hệ thống lọc phức tạp và tốn kém. Quy trình tổng hợp xanh từ tinh bột không chỉ đảm bảo chi phí sản xuất thấp mà còn tận dụng được nguồn nguyên liệu dồi dào, có sẵn tại Việt Nam, đảm bảo tính tự chủ và bền vững.

Giải pháp phát triển vật liệu NiFe2O4 từ tinh bột mang lại hiệu quả tổng thể, hài hòa giữa lợi ích kinh tế và các giá trị xã hội, môi trường. • Hiệu quả kinh tế: Giải pháp này có tính cạnh tranh cao về mặt chi phí trên toàn bộ vòng đời. o Chi phí đầu vào thấp: Sử dụng tinh bột, một nguyên liệu nông nghiệp phổ biến và giá rẻ, thay thế cho các hóa chất chuyên dụng. o Chi phí năng lượng thấp: Quy trình tổng hợp thủy nhiệt ít tiêu tốn năng lượng hơn so với các phương pháp nung nhiệt độ cao. Quá trình xử lý khai thác nguồn năng lượng mặt trời miễn phí và vô tận. o Chi phí vận hành thấp: Khả năng thu hồi và tái sử dụng vật liệu giúp giảm thiểu chi phí thay thế và xử lý chất thải rắn. • Hiệu quả xã hội và môi trường: o Bảo vệ sức khỏe và môi trường: Giải pháp góp phần trực tiếp làm sạch nguồn nước, loại bỏ các hóa chất độc hại, qua đó bảo vệ sức khỏe cộng đồng và các hệ sinh thái nhạy cảm. o Thúc đẩy công nghệ xanh và kinh tế tuần hoàn: Đề tài là một minh chứng cho việc áp dụng các nguyên tắc hóa học xanh vào thực tiễn. Việc biến một sản phẩm nông nghiệp thành một vật liệu công nghệ cao phục vụ bảo vệ môi trường là một mô hình điển hình của kinh tế tuần hoàn, giúp nâng cao giá trị cho chuỗi nông sản và thúc đẩy sự phát triển bền vững.