Nữ tiến sĩ trẻ Bách khoa nghiên cứu vật liệu xử lý các chất gây ô nhiễm trong nước thải nhiễm dầu

TS. Phan Thị Tố Nga – Giảng viên Bộ môn Công nghệ Hữu cơ – Hóa dầu, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tổng hợp ra vật liệu có khả năng xử lý các hợp chất gây ô nhiễm có mặt trong nước thải nhiễm dầu. Đặc biệt, khi cho vào trong môi trường cần xử lý, vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời (hiện tượng quang hóa) để phát huy tối đa tác dụng phân hủy các chất độc hại ban đầu thành những chất vô hại. Nghiên cứu của nữ tiến sĩ trẻ Bách khoa Hà Nội có ý nghĩa vô cùng to lớn trong việc xử lý nước thải, bảo vệ môi trường.

Vật liệu bẻ gẫy các liên kết vòng thơm

Giải thích cho một người “ngoại đạo”, không hiểu biết về hóa học hiểu về đề tài nghiên cứu của mình, TS. Tố Nga không dùng những từ ngữ chuyên ngành như xúc tác quang hóa, vật liệu perovskite… mà sử dụng những từ ngữ rất dễ hiểu! Chị cho biết mình tổng hợp một loại vật liệu để khi phân tán vào trong môi trường nước thải sẽ có khả năng phân hủy các chất độc hại ban đầu trở thành chất vô hại. Ví dụ trong nước thải chưa được xử lý có thể có sự xuất hiện của các hợp chất có cấu tạo là các vòng thơm (vòng benzen), khi tác dụng với vật liệu thì các liên kết của vòng thơm có thể bị phá vỡ và chuyền thành các hợp chất khác có cấu trúc đơn giản hơn, ít độc hại hơn, rồi tiếp tục chuyển hóa hoàn toàn thành CO2 và nước.

Vật liệu chị Nga tổng hợp khi cho vào trong môi trường cần xử lý có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời (hiện tượng quang hóa), phát huy tối đa tác dụng phân hủy các chất độc hại ban đầu thành chất vô hại. Đây là một điểm đặc biệt, tính mới của đề tài nghiên cứu so với các nghiên cứu truyền thống về vật liệu xúc tác sử dụng cho quá trình quang hóa. Bởi trước đây, có rất nhiều nghiên cứu sử dụng vật liệu theo phương pháp quang hóa nhưng dưới tác dụng của nguồn sáng nhân tạo (nguồn sáng UV), do đó hạn chế quy mô xử lý.

Theo quy trình đó, nước thải sẽ được thu vào bể chứa, lắp đặt hệ thống nguồn sáng UV, sau đó đưa vật liệu vào bể chứa nước thải chưa được xử lý. Dưới tác dụng ánh sáng UV, vật liệu sẽ thực hiên các quá trình phân hủy các chất gây ô nhiễm có mặt trong nước thải. Chính vì phải tạo ra được một nguồn sáng UV ổn định để kích hoạt tính chất của vật liệu nên sẽ hạn chế ứng dụng của vật liệu trong quy mô công nghiệp.

TS. Tố Nga hướng đến việc sử dụng năng lượng mặt trời để có thể hấp thụ nguồn ánh sáng vô tận, dồi dào, có thể xử lý nước thải nhiễm dầu với quy mô lớn hơn, tính ứng dụng trong công nghiệp cao hơn. Quá trình thiết kế một hệ thống xử lý nước thải nhiễm dầu sử dụng năng lượng mặt trời đơn giản, linh động hơn nhiểu so với việc lắp đặt hệ thống UV, vì vậy đem lại sự ưu việt về kinh tế, chủ động.

TS. Nga và các sinh viên, học viên cao học cô hướng dẫn đã tiến hành khảo sát hoạt tính của vật liệu cô tổng hợp trong những điều kiện khác nhau, từ phòng thí nghiệm tới điều kiện môi trường thực tế (như việc lấy mẫu nước thải từ nhà máy thủy điện Sơn La). Việc thực nghiệm hiện trường cho thấy tiềm năng ứng dụng chất xúc tác này trong thực tế.  Các số liệu nghiên cứu đã được sử dụng để viết các bài báo khoa học đã được công bố trên 2 tạp chí ISI Q2, 1 tạp chí ISI Q4 và một tạp chí khoa học trong nước.
“Đề tài của tôi mới dừng ở mức độ nghiên cứu, đặt cơ sở ban đầu cho những nghiên cứu mở rộng, chuyên sâu sau này. Tôi sẽ tiếp tục biến tính, cải thiện các tính chất của vật liệu.” -  TS. Tố Nga cho biết. Có SAHEP hỗ trợ, tôi “dám” đo 10 mẫu!

Được biết, đề tài nghiên cứu của TS. Tố Nga được dự án SAHEP – Dự án nâng cao chất lượng giáo dục đại học của Ngân hàng Thế giới – hỗ trợ 200 triệu đồng. Bên cạnh đó, SAHEP còn hỗ trợ một số Viện/Trường của Đại học Bách khoa Hà Nội các trang thiết bị hiện đại phục vụ đào tạo và nghiên cứu.

TS. Tố Nga cho biết: Với tài trợ của Quỹ SAHEP, chúng tôi đã mua được một số thiết bị như máy khuấy từ gia nhiệt, hệ đèn và thiết bị phản ứng… để tổng hợp và đánh giá hoạt tính của vật liệu và có kinh phí để thực hiện để phân tích một số tính chất của vật liệu như nghiên cứu hình thái, cấu trúc của vật liệu, khả năng hấp thụ ánh sáng, và khả năng phân hủy các hợp chất gây ô nhiễm…

Trước đây, khi ở bộ môn chưa có lò nung, máy khuấy từ, gia nhiệt… cô Tố Nga và các đồng nghiệp lại nhờ các thầy/cô giáo “bên khối Cơ bản” – đơn vị phụ trách hướng dẫn thí nghiệm thực hành cho sinh viên, có nhiều thiết bị máy móc. Có chút bất tiện là vì đi “nhờ” nên cũng phải giữ ý tứ, đồng nghiệp rỗi rãi, không sử dụng máy móc thì mới tranh thủ “điền vào chỗ trống”. Vậy nên nhiều khi cũng phải chờ đợi, mất thời gian hơn.

Tuy nhiên, có hệ thống máy móc hỗ trợ đắc lực nhất cho nghiên cứu - hệ phản ứng để thực hiện phản ứng quang hóa, tạo ra môi trường như môi trường thực tế thật - nếu đặt mua phải mất đến 6.000 USD, cô Nga đã tiết kiệm, sáng tạo bằng cách tự chế, mô phỏng theo hệ thống cô đã sử dụng khi du học tại Australia. Để thấy các giảng viên – nhà khoa học Bách khoa Hà Nội luôn chủ động, linh hoạt vượt khó, không chỉ nghiên cứu khoa học, họ còn là những “kỹ sư tay ngang” thiết kế thiết bị tự chế trong phòng thí nghiệm!

Nói về quá trình nghiên cứu đề tài xử lý nước thải nhiễm dầu của mình, cô Tố Nga luôn phấn khởi rạng rỡ. Cô kể: “Số tiền đề tài được SAHEP hỗ trợ đủ để tôi tự tin tiến hành nhiều đo đạc, thử nghiệm. Sau khi tổng hợp một mẫu có thể mua thêm hóa chất để biến tính nó, mở rộng đề tài và làm tăng hiệu quả quá trình xử lý. Việc dồi dào kinh phí khiến quá trình thăm dò để đưa ra mẫu vật liệu tốt nhất hiệu quả hơn so với các đề tài khác, khiến cho người nghiên cứu có nhiều hứng khởi khi nghĩ ý tưởng gì có thể triển khai ngay được. Bên cạnh đó, làm như vậy, tôi có nhiều số liệu để viết được nhiều bài báo quốc tế, nâng hiệu quả quá trình nghiên cứu của mình lên”.

Được biết, để đăng được bài báo quốc tế, số liệu của các nhà khoa học phải nhiều và các thí nghiệm, phép đo phải được tiến hành bằng các phương pháp rất hiện đại, tương đương với thiết bị các phòng thí nghiệm trên thế giới. “Chúng tôi có các phép đo rất đắt tiền, như Kính hiển vi điện tử truyền qua (phép đo TEM), một mẫu đo mất 1,5 triệu mà chúng tôi có rất nhiều mẫu. Bình thường, tôi chỉ dám lựa chọn đo 1 mẫu thôi. Nay có SAHEP hỗ trợ nghiên cứu, tôi “dám” đo 10 mẫu!” – TS. Tố Nga vui vẻ nói.

Ngay khi kết thúc đề tài nghiên cứu, TS. Tố Nga đã tiếp tục nghĩ đến hướng đi tiếp theo, biến tính vật liệu, làm cho nó trở nên xốp hơn, tăng diện tích bề mặt lên để xử lý được nhiều chất bẩn hơn. Hoặc có thể thay thế một số nguyên tố trong vật liệu, làm thay đổi cấu trúc hóa học của nó… Các ý tưởng, hướng đi dồn dập đến trong đầu nữ tiến sĩ trẻ đam mê khoa học, để cô luôn cảm thấy có nhiều niềm vui, niềm hứng khởi trong công việc và cuộc sống hàng ngày.