Tổng hợp sợi composite polymer–limonite bằng phương pháp kéo sợi ướt - Hợp tác nghiên cứu khoa học giữa khoa Môi trường VLU và Trường Đại học Công nghệ Nagaoka, Nhật Bản

Việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp và chất thải công nghiệp làm nguyên liệu là giải pháp then chốt trong chiến lược kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững. Dưới sự hướng dẫn của GS. Kobayashi Takaomi và TS. Trương Thị Cẩm Trang tại phòng nghiên cứu các vật liệu tái chế của Trường Đại học Công nghệ Nagaoka, Nhật Bản, TS. Nguyễn Đăng Khoa - Khoa Môi trường VLU cùng các cộng sự đã phát triển nhiều vật liệu tái chế ứng dụng đa lĩnh vực, nổi bật là vật liệu hấp phụ xử lý nước, khí cũng như chỉ thị sự thay đổi chất lượng môi trường.

Với sự cộng tác từ TS. Lê Thị Anh Phương tại Trung tâm Trung tâm nghiên cứu Công nghệ phát thải âm, Đại học Kyushu, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp sợi composite polymer–limonite bằng phương pháp kéo sợi ướt theo cơ chế đảo pha. Khi tăng hàm lượng khoáng limonite thiên nhiên, diện tích bề mặt và thể tích mao quản tăng đáng kể, đạt dung lượng hấp phụ H₂S cực đại 79,8 mmol/g, cho thấy tiềm năng ứng dụng cao trong xử lý khí độc công nghiệp.

Bên cạnh đó, các biopolymer tự nhiên như cellulose, chitin và chitosan được khai thác để chế tạo vật liệu hydrogel, có khả năng giữ nước cao gấp nhiều lần nhờ sự hiện diện của các nhóm chức hydroxyl và amine hoạt tính, góp phần nâng cao hiệu suất giữ ẩm cho cây trồng, dần thay thế cho nông nghiệp truyền thống sử dụng đất.
Đặc biệt, việc tích hợp các chất chỉ thị pH tự nhiên như anthocyanin vào cấu trúc vật liệu cho phép theo dõi sự biến đổi pH môi trường thông qua hiện tượng chuyển màu của màng sinh học. Cơ chế này mở ra tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực bao bì thông minh, hỗ trợ giám sát và đánh giá chất lượng thực phẩm một cách trực quan, nhanh chóng và thân thiện với môi trường.

Mycelium – hệ sợi hình thành trong quá trình sinh trưởng và phát triển của nấm – đang được xem là một vật liệu sinh học thân thiện với môi trường, sở hữu khả năng kết dính tự nhiên vượt trội. Nhờ đặc tính này, mycelium mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực vật liệu xây dựng và thiết kế nội thất bền vững trong tương lai. Đáng chú ý, sau vòng đời sử dụng, các sản phẩm từ mycelium chủ yếu cấu thành từ vật liệu phân hủy sinh học, có thể quay trở lại tự nhiên như một nguồn dinh dưỡng cho đất, mà không gây ra các tác động tiêu cực đến môi trường. Điều này góp phần thúc đẩy mô hình vật liệu tuần hoàn và giảm thiểu phát thải trong ngành xây dựng.

Trong lĩnh vực xử lý nước, tro bay và bùn đỏ – các phụ phẩm công nghiệp giàu alumina và silica – được tái cấu trúc thành geopolymer, một loại polymer vô cơ có cấu trúc aluminosilicat bền vững, thể hiện khả năng hấp phụ hiệu quả đối với nhiều chất ô nhiễm trong môi trường nước. Biochar từ bùn thải có chứa nhiều oxit kim loại cũng được nhóm tận dụng để ứng dụng xử lý nước thải thực tế với kết quả khả quan. Cách tiếp cận này không chỉ góp phần xử lý chất thải công nghiệp mà còn gia tăng giá trị tài nguyên theo định hướng kinh tế tuần hoàn. Bên cạnh đó, các vật liệu composite dạng sợi tích hợp cấu trúc nano đã chứng minh hiệu quả vượt trội trong việc kiểm soát sự kết tụ silica trong nước và loại bỏ các kim loại nặng độc hại như arsen (As) và antimon (Sb). Nhờ diện tích bề mặt lớn và khả năng tương tác bề mặt cao, các hệ vật liệu này mở ra triển vọng ứng dụng trong các công nghệ xử lý nước tiên tiến và bền vững.

• Nhóm nghiên cứu cũng hợp tác với TS. Trương Thị Cẩm Trang (Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM, Đại học Quốc gia TP.HCM) trong việc chiết xuất pectin từ vỏ trái cây phế thải, hướng tới mục tiêu từng bước thay thế các chất keo tụ – tạo bông hóa học hiện đang được sử dụng phổ biến trong xử lý nước. Kết quả thực nghiệm cho thấy pectin có thể đóng vai trò như một chất trợ keo tụ có nguồn gốc tự nhiên, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước thải đồng thời giảm thiểu tác động môi trường. Hướng tiếp cận này không chỉ gia tăng giá trị cho phụ phẩm nông nghiệp mà còn mở ra tiềm năng phát triển các giải pháp xử lý nước thân thiện và bền vững hơn trong tương lai.

Nhóm nghiên cứu mong muốn được hợp tác và mở rộng những hướng nghiên cứu này góp phần nâng cao giá trị chất thải, giảm áp lực môi trường và thúc đẩy sử dụng tài nguyên theo hướng bền vững.  Một số công trình tiêu biểu có thể kể đến như:

(1) Chitin-halloysite nanocaly hydrogel composite adsorbents to aqueous heavy metal ions, Journal of Applied Polymer Science, 2018;
(2)  Coal fly ash and slag based geopolymer as an adsorbent for the removal of methylene blue in waste water, Science & Technology Development Journal, 2022;
(3) Cellulose hydrogel fibre from Nipa Palm (Nypa Fruticans) Shell used for adsorption of Methylene Blue from Wastewater, Cellulose Chemistry and Technology, 2022;
(4) Effect of red mud and rice husk ash-based geopolymer composites on the adsorption of methylene blue dye in aqueous solution for wastewater treatment, ACS Omega, 2023;
(5) Preparation and properties of Chitin hydrogel applied as Moisture-supporter for Seed germination, Cellulose Chemistry and Technology, 2024;
(6) Colorimetric Chitosan/ Poly Vinyl Alcohol composite membrane incorporated with Anthocyanins as pH indicator for monitoring fish freshness, Journal of Applied Polymer Science, 2024;
(7) Fruit waste-sourced pectin as natural co-coagulant for organic-matter and turbidity treatment in water, Cellulose Chemistry and Technology, 2025;
(8) Fe-rich Mineral-based composite fiber as Mesoporous adsorbent towards Hydrogen-sulfide treatment, Journal of Porous Materials, 2025;
(9) Sustainable Valorisation of Fly Ash into Geopolymer-Based Adsorbent: Structural Optimization and Methylene-Blue Removal Performance, Chemistry & Chemical Technology, 2025;
(10) Iron-rich textile sludge-derived biochar used for the removal of practical dye from wastewater, Biomass and Bioenergy, 2025.

Khoa Môi trường - Trường Đại học Văn Lang

• Điện thoại: 028 7109 9246
• Địa chỉ: Lầu 5, Tòa nhà A, Cơ sở chính, 69/68 Đặng Thuỳ Trâm, phường Bình Lợi Trung, Thành phố Hồ Chí Minh

Đại học: Ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, ngành Quản lý Tài nguyên & Môi trường

Thạc sĩ: Ngành Kỹ thuật Môi trường, ngành Quản lý Tài nguyên & Môi trường

Tiến sĩ: Khoa học Môi trường