Mô tả sản phẩm

Giới thiệu sản phẩm:

Biến đổi khí hậu dẫn đến tình trạng hạn hán ngày càng gia tăng. Việc suy giảm nguồn nước ngọt cũng sẽ dẫn đến nguồn nước tưới tiêu bị thiếu hụt theo. Vật liệu giữ ẩm trên cơ sở hydrogel là một giải pháp góp phần sử dụng nguồn nước tưới tiêu một cách hợp lý để chống lại áp lực của hạn hán cũng như góp phần cải thiện tình trạng sa mạc hóa các vùng đất có lượng mưa thấp như các vùng Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Trung Bộ. Rơm là nguồn phụ phẩm nông nghiệp phát sinh hàng triệu tấn mỗi năm (khoảng 731 triệu ไtấn mỗi năm trên thế giới) [Li, S. and G. Chen, Agricultural waste-derived superabsorbent hydrogels: Preparation, performance, and socioeconomic impacts. Journal of Cleaner Production, 2020. 251: p. 119669]. Việc đốt cháy rơm ngay tại đồng ruộng sau mùa thu hoạch tạo ra một lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm môi trường như CO2, CH4, CO. Tuy nhiên, rơm là một nguồn chất thải có chứa nhiều cellulose trong thành phần (khoảng 32 – 47%) [Li, S. and G. Chen, Agricultural waste-derived superabsorbent hydrogels: Preparation, performance, and socioeconomic impacts. Journal of Cleaner Produc☂tion, 2020. 251: p. 119669]. Do đó, việc sử dụng rơm như là một nguồn nguyên liệu có nguồn gốc sinh học để tổng hợp vật liệu giữ ẩm sẽ góp phần vào việc duy trì độ ẩm và cải tạo đất sau khi canh tác, giảm thiểu vấn đề về môi trường do chất thải nông nghiệp phát sinh. Theo nghiên cứu tổng quan các tài liệu được công bố, hiện nay chưa có nghiên cứu nào sử dụng toàn bộ ba thành phần chính của rơm (cellulose, hemicellulose và lignin) để tổng hợp vật liệu trên cơ sở hydrogel. Từ những vấn đề trên, chúng tôi đã đề nghị một quy trình mới về tổng hợp vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm mà không tạo ra bất kỳ dòng thải bỏ nào trong quá trình thực hiện. Quy trình tổng hợp này đơn giản, chi phí thấp, thân thiện với môi trường và có tính khả thi cao. Vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm thu được từ quy trình đề xuất có khả năng hấp thu nước lớn hơn 4 đến 6 lần so với nguyên liệu rơm ban đầu, thời gian giải phóng nước chậm từ 7 đến 12 ngày ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm của môi trường. Hơn nữa, vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm hoàn toàn có khả năng tái sử dụng và phân hủy sinh học để cải thiện độ phì nhiêu của đất.

Tính năng cơ bản:

- Sản phẩm cùng loại chưa có mặt trên thị trường. Các loại vật liệu giữ ẩm thương mại hóa hiện nay đều được chế tạo trên cơ sở cellulose tinh khiết hoặc các dạng polymer tổng hợp khác. - Vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm có khả năng giữ nước từ 8 đến 10g nước/g vật liệu rơm ban đầu (lớn hơn 4 đến 6 lần so với rơm không xử lý) - Thời gian giải phóng nước lên đến 7 đến 12 ngày tùy thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ môi trường. - Vật liệu này hoàn toà✱n có khả năng tái sử dụng với dung lượng hấp thu nước của các chu kỳ tiếp theo là 4 đến 6g nước/g vật liệu. Quy trình tổng hợp, các đặc trưng hóa lý của nguyên liệu và sản phẩm qua từng giai đoạn tổng hợp được xác nhận bằng các giải pháp kỹ thuật như: - Cấu trúc tế vi của nguyên liệu, sản phẩm qua từng giai đoạn (Hình 1. Ảnh kính hiển vi điện tử quét) - Độ bền cơ học và khả năng liên kết giữa các thành phần chính tạo nên vật liệu (Hình 2. Phổ hồng ngoại) - Cấu trúc tinh thể và khả năng tạo gel của nguyên liệu và vật liệu nghiên cứu (Hình 3. Phổ nhiễu xạ tia X) - Độ bền nhiệt của sản phẩm (Hình 4. Đồ thị phân tích nhiệt trọng trường) - Thời gian giữ ẩm của vật liệu, khả năng tái sử dụng (Hình 5) - Hình ảnh nguyên liệu rơm và sản phẩm hydrogel (Hình 6)

Xuất xứ sản phẩm:

Khoa Hóa, trường Đại🐬 học Bách kh🏅oa - Đại học Đà Nẵng

Mô tả cơ bản:

Điểm đặc biệt của công trình này là quy trình tổng hợp vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm sử dụng phương pháp lạnh đông kết hợp axit hữu cơ để làm tác nhân tạo liên kết ngang giúp tăng độ bền cơ học và khả năng giữ nước cho vật liệu mà không tạo ra bất kì dòng xả thải nào vào môi trường từ quy trình sản xuất.
Các ưu điểm chính của công trình này được tóm tắt như sau:
- Vật liệu trên cơ sở hydrogel sử dụng rơm như là một nguyên liệu chính để tổng hợp. Vật liệu này là một loại vật liệu có nguồn gốc sinh khối (biomass) có khả năng giữ ẩm cao, góp phần cải tạo các vùng đất đang bị sa mạc hóa ở vùng Nam Trung Bộ.
- Ngoài khả năng giữ ẩm, vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm dễ dàng bị phân hủy sinh học tạo ra các chất hữu cơ dinh dưỡng giúp cải thiện độ phì nhiêu cho đất.
- Quy trình tổng hợp sử dụng toàn bộ các nguyên liệu và các sản phẩm trung gian để tạo ra sản phẩm cuối do đó không tạo ra những dòng chất thải thường gặp như dung dịch kiềm bẩn, huyền phù hemicellulose, lignin như khi sử dụng vật liệu biomass làm nguyên liệu chế tạo vật liệu trên cơ sở hydrogel.
 

Yêu cầu đối với cơ sở hạ tầng cần thiết để triển khai ứng dụng sản phẩm:

Cơ sở hạ tầng cần thiết để triển khai ứng dụng sản phẩm quy mô pilot, năng suất 0.1m3 sản phẩm/ngày
1. Máy cắt rơm thành sợi 0.2 - 0.4cm có năng suất từ 8 - 10kg/ngày
2. Cân nguyên liệu và sản phẩm
3. Hệ thống xử lý rơm trước khi lạnh đông: thiết bị phân tán được trang bị máy khuấy tốc độ 50 vòng/phút, hệ thống gia nhiệt bằng điện trở năng suất 5kW và hệ thống sinh hàn hồi lưu, thùng chứa bằng vật liệu PP
4. Tủ đông có nhiệt độ đến -50oC, dung tích khoảng 100 lít, công suất 2HP.
5. Thiết bị phản ứng tạo liên kết ngang sau lạnh đông và thiết bị thẩm tích bằng vật liệu PP, số lượng 4, thể tích 200 lít.
6. Thùng chứa dung dịch kiềm thu hồi cho lần tổng hợp tiếp theo bằng vật liệu PP, số lượng 1, thể tích 200 lít.
7. Các thiết bị phụ trợ khác.

Sản phẩm được phát triển trong khoảng thời gian: 1 năm

Số người tham gia làm: 4

Sản phẩm có mặt trên thị trường hoặc đưa vào ứng dụng rộng rãi trong khoảng thời gian: Trên 3 năm

Phạm vi thị trường và ngành ứng dụng:

Nông nghiệp

Tiêu chí tự đánh giá sản phẩm ý tưởng dự thi

Tính sáng tạo, đổi mới và công nghệ:

- Tính sáng tạo: Tận dụng toàn bộ 3 thành phần chính của rơm (cellulose, hemicellulose và lignin) để tổng hợp nên vật liệu giữ ẩm trên cơ sở hydrogel. - Kết quả của công trình đã được đăng trên tạp chí khoa học bằng tiếng Anh (Hình 7) và đã được chấp nhận đơn đăng ký sở hữ💛u trí tuệ (Hình 8). - Tính độc đáo, khác biệt: Sử dụng phụ phẩm nông nghiệp có khả năng phân hủy sinh học để tổng hợp sản phẩ🌟m nhằm cải tạo và tăng độ phì nhiêu cho các vùng đất bị sa mạc hóa. Sản phẩm tương tự hiện chưa có mặt trên thị trường.

Tính ứng dụng:

- Với quy trình tổng hợp đơn giản, thiết bị chế tạo dễ dàng, nguồn nguyên liệu sẵn có và có tính khả thi cao k🌼hi triển khai công trình đến từng hộ nông dân tại Việt Nam.

Tính hiệu quả:

- Nghiên cứu sử dụng các quy trình đơn giản có tính khả thi cao để tổng hợp vật liệu trên cơ sở hydrogel từ rơm có khả năng giữ nước cao, phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường. Việc nghiên cứu giúp tìm ra được công nghệ tổng hợp vật liệu trên cơ sở hydrogel từ phụ phẩm nông nghiệp nhằm đáp ứng yêu cầu cấp bách về mặt khoa học, làm chủ được công nghệ trong lĩnh vực tạo vật liệu siêu hấp thu nước phục vụ cho nền nông nghiệp xanh. - Việc tổng hợp thành công vật liệu có khả năng giữ ẩm cao từ rơm mà không tạo dòng thải bỏ ra môi trường có ý nghĩa thực tiễn là giảm được lượng rơm phát thải hàng năm, giảm ô nhiễm không khí do việc đốt rơm gây ra. Đồng thời đây là phương án giúp giải quyết tình trạ🌄ng hạn hán, tăng hiệu quả sử dụng nước, góp phần cải tạo chất lượng đất nông nghiệp cho các vùng đất đang bị sa mạc hóa ở Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Trung Bộ.

Tiềm năng phát triển:

Công trình này khi được phát triển tại trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng sẽ nhận đ♉ược sự hỗ trợ từ các trung tâm, viện, xưởng của nhà trường trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, chế tạo thiết bị cũng như việc lấy ý kiến chuyên gia để hoàn thiện.

Tài liệu mô tả kỹ thuật cơ bản và hướng dẫn sử dụng sản phẩm: