Những nghiên cứu Xanh của sinh viên Bách khoa Hà Nội

Trong gần 450 đề tài NCKH góp mặt tại Hội nghị Sinh viên NCKH năm 2023, có rất nhiều đề tài NCKH Xanh đạt giải cấp Đại học. Đáng chú ý, không chỉ sinh viên học về Môi trường mà cả sinh viên các ngành khác như ngành Toán học, Cơ khí, Hóa học… cũng góp sức để giải quyết các bài toán môi trường đang rất “nóng” không chỉ ở Việt Nam mà còn mang tính toàn cầu: Ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí.

Hãy thử xem dưới sự hướng dẫn của các thầy/ cô, các sinh viên Bách khoa Hà Nội đã dùng kiến thức được học ứng dụng trong những NCKH Xanh như thế nào?

NCKH cho góc nhìn rõ nét về hiện trạng ô nhiễm không khí… trong nhà

Cảnh báo của Tổ chức Bảo vệ Môi trường Mỹ và nhiều nghiên cứu khác đã cho thấy: Môi trường trong nhà là nơi dễ phát sinh và tích tụ nồng độ chất ô nhiễm cao gấp 2-5 lần ngoài ngoài trời. Ngoài ra, thống kê của WHO mỗi năm có tới 3,2 triệu ca tử vong liên quan tới ô nhiễm không khí trong nhà. Chất lượng không khí trong nhà ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe của con người vì chúng ta dành tới 87% thời gian trong ngày ở đó.

Tại Việt Nam nhận thức của người dân về chất lượng không khí trong nhà  còn rất hạn chế và còn ít các nghiên cứu liên quan đến vấn đề này. Các bản tin dự báo thời tiết thường hay cảnh bảo về tình trạng ô nhiễm ngoài trời và khuyến cáo người dân nên hạn chế ra đường để đảm bảo sức khỏe.

5 sinh viên K63, K64 và K66 Trường Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội: Nguyễn Tiến Anh; Nguyễn Lâm Huy; Hoàng Mạnh Tú; Bùi Quang Huy; Nguyễn Nam Quang Huy đã đặt câu hỏi: Môi trường trong nhà liệu đã trong lành? Làm thế nào để biết môi trường trong nhà không ô nhiễm, yên tâm ở nhà hạn chế ra đường? Ý tưởng về một đề tài NCKH “Phân tích và đánh giá chất lượng không khí trong không gian nhà ở tại Hà Nội" đã ra đời.

Các sinh viên được hai thầy giáo TS. Trịnh Quốc Dũng; PGS. Nguyễn Việt Dũng hướng dẫn nghiên cứu.

Nói về quá trình nghiên cứu của nhóm, trưởng nhóm Nguyễn Tiến Anh cho biết: Đề tài nghiên cứu của chúng em tập trung nghiên cứu đánh giá và phân tích thực trạng chất lượng không khí trong nhà ở tại Hà Nội; Phân tích ảnh hưởng của thiết bị thông gió hồi nhiệt trong việc cải thiện chất lượng không khí trong nhà.

Nghiên cứu được thực hiện ở khu vực thành phố Hà Nội với 2 loại công trình là nhà tập thể và căn hộ chung cư. Các căn hộ chung cư hay nhà tập thể hiện nay hầu hết đều có thiết kế rất kín, tận dụng tối đa diện tích xây dựng. Vì thế, các phòng có ít không gian cho cửa sổ và sự luân chuyển không khí trong nhà rất kém và họ thường sử dụng máy điều hòa để làm lạnh không khí, tạo cảm giác mát mẻ nhưng lại không được thông thoáng, lượng khí tươi bên ngoài vào rất ít. Nồng độ chất ô nhiễm sẽ tăng cao và gây nguy hại cho sức khỏe con người.

Nhóm sinh viên lựa chọn 1 công trình nhà tập thể tại khu phố cũ (lõi đô thị) và 1 công trình chung cư (tại khu đô thị mới phát triển) nhằm đánh giá được tác động của chất lượng không khí bên ngoài tới chất lượng không khí trong nhà, vì chất lượng không khí tại khu nội thành và ngoại thành có sự khác biệt rõ rệt.

Nhóm sinh viên Trường Cơ khí đã khảo sát, phân tích nhiệt độ và độ ẩm: Hai yếu tố này ảnh hưởng lớn tới cảm giác thoải mái của con người; Nồng độ CO2: Nếu nồng độ quá cao sẽ gây nhiều ảnh hưởng tới sức khỏe con người. CO2 thường tăng cao khi đông người, kém thông gió.

Ngoài ra, nhóm còn khảo sát và phân tích nồng độ bụi mịn PM2.5: PM2.5 có khả năng thâm nhập sâu vào bên trong cơ thể, mạch máu, gây ra nhiều bệnh nguy hiểm như ung thư phổi, tắc nghẽn mạch máu; Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi TVOC (Total Volatile Organic Compounds): Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi là hoá chất sản sinh từ các vật phẩm gia dùng như: Formaldehyd, benzen, ethanol, …. Đây được xem là những chất dẫn đến ung thư hàng đầu, chúng có trong sơn, chất tẩy rửa... Bên cạnh đó, vật liệu xây dựng cũng được xác định phát ra TVOC.

Theo Nguyễn Tiến Anh, khó khăn nhất khi nghiên cứu đề tài này chính là việc nắm bắt được các hoạt động của chủ hộ diễn ra trong ngày. “Các hoạt động sinh hoạt thay đổi rất nhiều và ảnh hưởng lớn tới nồng độ các chất ô nhiễm trong nhà. Ví dụ gia đình có người đến thăm sẽ tác động tới nồng độ CO2, gia chủ sử dụng nến thơm sẽ ảnh hưởng tới nồng độ TVOC hay gia đình mở cửa sổ sẽ ảnh hưởng tới nồng độ bụi PM2.5. Nếu không nắm được các hoạt động của chủ hộ thì sẽ không tìm ra nguyên nhân gây ra các chất gây ô nhiễm. Để đảm bảo được độ chính xác khi phân tích dữ liệu thì nhóm đã phải vừa phân tích dữ liệu và liên tục liên hệ với chủ hộ để xác minh thông tin. Rất may mắn là chủ hộ đã vô cùng tạo điều kiện và hỗ trợ nhóm em ở mức tối đa” – Tiến Anh chia sẻ.

Bắt đầu nghiên cứu từ tháng 11/2022 và dự kiến kết thúc giai đoạn 1 vào cuối tháng 6/2023, nhóm sinh viên đã đạt được một số kết quả về đánh giá thực trạng chung, chỉ ra các yếu tố làm tăng ô nhiễm trong nhà, giải pháp để tăng lượng khí tươi trong nhà. Cụ thể:

- Thực trạng chất lượng không khí trong nhà nhiều thời điểm không đạt tiêu chuẩn và chưa đáp ứng được mức độ hại lòng của người ở. Cụ thể, tại nhiều thời điểm nồng độ các chất ô nhiễm như CO2, PM2.5, TVOC cao gấp từ 5-10 lần tiêu chuẩn. Chủ hộ cảm thấy quá ẩm khi thời tiết vào mùa nồm, ngột ngạt vào mùa hè khi đóng cửa bật điều hòa. Chủ hộ không thể cảm nhận được bụi mịn PM2.5.

- Chất lượng không khí trong nhà phụ thuộc vào 3 yếu tố: Cấu trúc xây dựng (độ kín), chất lượng không khí bên ngoài, thói quen sinh hoạt của chủ hộ. Điển hình như tập quán thắp hương vào những ngày mùng 1, rằm, hoặc thói quen đóng kín cửa và bật điều hòa vào mùa hè ngay khi đi làm về, hút thuốc là trong phòng... là một số hoạt động gây tăng nồng độ chất ô nhiễm trong nhà.

- Thiết bị thông gió hồi nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc pha loãng các chất có hại, làm giảm đáng kể nồng độ bụi PM2.5, tăng lượng khí tươi trong nhà, do đó cải thiện môi trường trong nhà và đảm bảo sức khỏe của các thành viên trong gia đình. Việc kết hợp giữa thông gió tự nhiên và sử dụng thiết bị thông gió sẽ là một trong những giải pháp hữu hiệu để cải thiện chất lượng không khí trong nhà.

Có rất nhiều kỷ niệm giữa 2 thầy hướng dẫn và 5 cậu sinh viên trong quá trình thực hiện đề tài, để mỗi lần nhớ lại, các sinh viên lại như được tiếp thêm sức mạnh, nỗ lực vượt qua khó khăn. Như buổi tối trước hôm bảo vệ đề tài, mặc dù đã tối muộn, cả thầy và trò đều mệt mỏi sau cả ngày dài làm việc và học tập, nhưng khi nhóm sinh viên trình bày lại bài thuyết trình, hai thầy giáo lại tâm huyết lắng nghe, hướng dẫn sinh viên chỉnh sửa. Vậy là cả nhóm đã thức đến khuya để chỉnh lại nội dung và tập trình bày.

Với sự quyết tâm và nỗ lực cao của toàn đội, nhóm nghiên cứu đã thuyết phục được hội đồng, giành giải Nhất Hội nghị Sinh viên NCKH cấp đại học. 

Sau khi kết thức giai đoạn 1 dự kiến vào cuối tháng 6/2023, đề tài nghiên cứu sẽ bước vào giai đoạn 2. Trong giai đoạn 2 này, với sự hướng dẫn của các thầy giáo, nhóm sinh viên sẽ nghiên cứu sâu hơn về một số vấn đề mà ở giai đoạn 1 chưa phân tích được như: Phân tích nồng độ vi khuẩn, nấm mốc trong không khí, đánh giá về điện năng tiêu thụ của thiết bị thông gió, mở rộng phạm vi nghiên cứu về thể loại công trình (nhà riêng, biệt thự) cũng như khu vực khí hậu khác như miền Trung và miền Nam...

Hướng dẫn sinh viên NCKH Xanh đoạt giải cao nhất cấp Đại học, mới đây, thầy giáo - PGS. Nguyễn Việt Dũng - Phó Hiệu trưởng Trường Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội - vinh dự là 1 trong 20 cá nhân nhận Bằng khen của  Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường vì đã có đóng góp tích cực trong xây dựng các văn bản quy định chi tiết thi hành Luật Bảo vệ  môi trường về ứng phó với biến đổi khí hậu.

Cả thầy và trò Đại học Bách khoa Hà Nội trong giảng dạy, học tập, NCKH đều hướng tới phục vụ cộng đồng, chung tay để môi trường ngày càng xanh hơn.

Cậu sinh viên năm 2 ứng dụng AI đo lường và đánh giá ô nhiễm nguồn nước

Nguyễn Tài Quang Dinh là sinh viên lớp Chương trình Tài năng Toán tin K65 - Viện Toán ứng dụng và Tin học, Đại học Bách khoa Hà Nội. Tháng 4/ 2022, được sự dìu dắt của thầy giáo - TS. Nguyễn Hữu Du, cậu sinh viên năm 2 Quang Dinh đã bắt tay vào NCKH.

 Ý tưởng đề tài nghiên cứu xuất phát từ vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước - Một vấn đề cấp bách của xã hội hiện nay. Để kiếm soát chất lượng nguồn nước và giúp con người có thể sử dụng những nguồn nước tốt nhất cần phải đánh giá chất lượng nguồn nước. Các nhà khoa học môi trường đề xuất đo lường và đánh giá thông qua chỉ số Water Quality Index (WQI). Hiện tại Việt Nam, việc xác định chỉ số WQI đang được tiến hành một cách thủ công, gặp phải nhiều khó khăn trong việc đo lường, tốn kém trong phân tích.

Quang Dinh và nhóm nghiên cứu đề xuất ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo, đặc biệt là các mô hình học máy vào việc xác định giá trị WQI để có thể rút ngắn những công việc đo đạc cũng như xác định giá trị WQI. Nghiên cứu giúp có một cái nhìn tổng quan về vấn đề áp dụng các mô hình học máy trong việc đánh giá chất lượng nước; cùng đó, xây dựng được một mô hình học máy đánh giá chất lượng nước với mẫu nghiên cứu tại Việt Nam. Mô hình đã cải thiện đáng kể được vấn đề yêu cầu lượng lớn chỉ số nước của việc đo đạc WQI truyền thống.

Đề tài nghiên cứu đã được công bố tại Hội thảo IEEE: International Conference on Multimedia Analysis and Pattern Recognition (MAPR).

Mới bước chân vào môi trường đại học được 2 năm, chưa có nhiều kiến thức và kinh nghiệm thực hiện một đề tài NCKH, Quang Dinh đã phải cố gắng rất nhiều để học hỏi và nâng cao năng lực bản thân. Thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Hữu Du đã dìu dắt Quang Dinh từ những kỹ năng nhỏ như tìm kiếm tài liệu để làm tổng quan nghiên cứu, cấu trúc một bài nghiên cứu cần những gì, văn phong phải viết như nào…

Dinh chia sẻ: Do cả hai thầy trò đều bận nên tới tận buổi trước hôm bảo vệ hội đồng em mới có cơ hội để thuyết trình thử cho thầy nghe. Thầy phát hiện ra em có rất nhiều lỗi sai và đã dành nhiều tiếng đồng hồ để chỉnh sửa lỗi thuyết trình và slide cho em. 30 phút trước khi ra bảo vệ hội đồng, hai thầy trò vẫn còn thảo luận về việc cải thiện slide sao cho hiệu quả. Thầy tận tâm chỉ bảo em như vậy, em tự nhủ phải thật cố gắng để không phụ lòng thầy”.

NCKH của sinh viên Nguyễn Tài Quang Dinh đã đạt giải Ba Hội nghị Sinh viên NCKH cấp Đại học. Quang Dinh đã lên kế hoạch cải thiện để nâng cao hiệu suất mô hình, cùng đó tiến hành nghiên cứu thêm các tác động tới chỉ số chất lượng nước WQI.

Sinh viên nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp quang xúc tác xử lý các hợp chất gây ô nhiễm không khí

Từ tháng 6/2022, nhóm sinh viên năm 2, năm 3 Trường Hóa và Khoa học sự sống: Đường Văn Toàn, Lê Thị Diệu Linh, Ngô Tiến Dũng, Tạ Thị Xoan, Phạm Anh Tú, dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Xuân Trường đã bắt tay nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp quang xúc tác Cu/g-C3N4 trên đế gốm. Mục đích nghiên cứu nhằm tăng cường tính năng phân hủy chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs).

Hỏi trưởng nhóm Đường Văn Toàn: Làm sao để nói về một đề tài nghiên cứu có nhiều từ chuyên ngành Hóa học một cách dễ hiểu? Cậu sinh viên suy nghĩ một lúc rồi từ tốn giải thích:

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) là nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí, chúng tham gia vào quá trình hình thành sương mù quang hóa, tạo ra sol khí hữu cơ gây ảnh đến sức khỏe (sol khí là chất lơ lửng phân tán trong không khí với kích thước dạng keo và tương đối bền, khó lắng).

Các chất ô nhiễm VOCs có thể đến từ nguồn trong nhà (các sản phẩm gia dụng như đồ dùng văn phòng, vật liệu cách nhiệt, sản phẩm tẩy rửa và gỗ ép…) và ngoài trời (khí thải của các hoạt động công nghiệp, giao thông).

Hiện các phương pháp xử lý VOCs truyền thống đang được sử dụng rộng rãi nhưng vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế về giá thành, hiệu quả xử lý chưa cao, phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường. Gần đây, một trong những phương pháp xử lý VOCs đang được nghiên cứu phát triển mạnh là công nghệ oxi hóa quang xúc tác (photocatalytic oxidation – PCO) dựa trên vật liệu nền g-C3N4.

Ưu điểm nổi bật của loại công nghệ này là tận dụng được nguồn năng lượng ánh sáng tự nhiên dồi dào, chi phí chế tạo vật liệu xúc tác tương đối tiết kiệm, mức độ tái sử dụng cao, xử lý được triệt để VOCs thành các sản phẩm không độc hại (như CO2, H2O, khoáng chất…). Vật liệu chế tạo thông thường ở dạng bột mặc dù đã có hoạt tính tốt, nhưng để xử lý VOCs trong không khí hiệu quả thì vật liệu quang xúc tác cần được mang (phủ) lên đế xốp có diện tích bề mặt lớn. Đây là yêu cầu rất quan trọng cho việc ứng dụng trong thực tiễn.

“Xuất phát từ những mục tiêu trên, nhóm chúng em đã nghiên cứu chế tạo vật liệu quang xúc tác Cu/g-C3N4 mang trên đế Al2O3 xốp nhằm ứng dụng để xử lý các chất VOCs ô nhiễm. Kết quả thu được là: Đế gốm (Al203) phủ Cu/g-C3N4 có tính năng quang xúc tác vượt trội. Hiệu suất xử lý các hợp chất Nitrophenol trong vùng ánh sáng khả kiến - một phần của quang phổ điện từ có thể nhìn thấy bằng mắt thường - đạt tới 99,8% sau 100 phút; sau 4 chu kỳ tái sử dụng hiệu suất vẫn đạt được 88,7%.” – Đường Văn Toàn tự hào cho biết.

Đề tài nghiên cứu đã được công bố một phần tại Hội nghị quốc tế lần thứ 8 (có phản biện ) Analytica VietNam Conference 2023.

Gặp nhiều khó khăn trong nghiên cứu, nhưng cả nhóm đã nỗ lực vượt qua. Chướng ngại vật “khó nhằn” nhất chính là nghiên cứu quy trình phủ vật liệu Cu/g-C3N4 lên đế gốm Al2O3. Nhóm sinh viên đã thử rất nhiều cách mang vật liệu lên đế như phương pháp nhúng phủ, kết tinh-thiêu kết hay sử dụng chất kết dính hóa học (một số loại polyme khác nhau như PEG, PVA, PVA/PEG). Nhưng cuối cùng, cả nhóm quyết định chọn phương pháp kết tinh-thiêu kết vì các ưu điểm của nó.

Đối với nhóm nghiên cứu, được học tập và làm việc cùng nhau, cùng với các anh chị khóa trên, đặc biệt là những chỉ bảo tâm huyết, sự quan tâm tình cảm thầy giáo - PGS. Nguyễn Xuân Trường là những điều các sinh viên nhớ mãi. Đó là những tiếng cười trong cuộc liên hoan nhỏ nhỏ mỗi khi ý tưởng nghiên cứu của nhóm được kiểm chứng thành công bằng thực nghiệm; là những sẻ chia cả trong công việc lẫn cuộc sống đời thường mỗi bữa ăn trưa tập thể ở trường cùng thầy giáo và bạn bè…

“Cơm gọi ở ngoài về, ăn vội thôi vì thầy còn phải lên lớp, chúng em thì làm thí nghiệm tiếp hoặc học buổi chiều, nhưng được trò chuyện cùng nhau, đôi khi chỉ là câu hỏi thăm của thầy: “Cả nhóm hết mệt chưa?” nhưng ai cũng vui, cũng thấy được “tiếp lửa”. Chúng em học hỏi được nhiều điều từ thầy, từ phong cách làm việc đề cao tính sáng tạo - hiệu quả, đến kỹ năng mềm cần cho môi trường làm việc sau này”.  – Sinh viên Đường Văn Toàn chia sẻ.

Đạt giải Nhất Hội nghị Sinh viên NCKH cấp Đại học, nhóm 5 sinh viên Trường Hóa và Khoa học sự sống sẽ tiếp tục theo đuổi hướng nghiên cứu này: Thử nghiệm vật liệu chế tạo với một số hợp chất VOCs khác như formaldehyde, benzen, xylen, phenol… Từ đó tối ưu hóa và đưa ra được quy trình chế tạo vật liệu phù hợp, điều kiện vận hành tối ưu của vật liệu đối với loại chất ô nhiễm cụ thể.