Biến đổi vảy cá thành vật liệu nano carbon chất lượng cao

Một nhóm các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp nhiệt phân vi sóng để chuyển vảy cá thành hành nano carbon (CNO), một vật liệu có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp điện tử, y sinh và chuyển đổi năng lượng.

Chế biến vảy cá
Chế biến vảy cá. Ảnh: statnano.com

CNO là một loại vật liệu nano dựa trên cacbon được sử dụng rộng rãi trong xúc tác, chuyển đổi và lưu trữ năng lượng, y sinh và điện tử nhờ độc tính thấp và tính ổn định hóa học của chúng. Sau khi chúng được xác định lần đầu tiên vào năm 1980, các nhà nghiên cứu lưu ý rằng các cấu trúc nano bao gồm các lớp vỏ đồng tâm của các fulleren, giống như những chiếc lồng bên trong lồng. Điều này mang lại cho CNO một diện tích bề mặt cao và độ dẫn điện và nhiệt lớn - làm cho chúng rất hữu ích trong nhiều ngành công nghiệp. 

Thật không may, các phương pháp thông thường để sản xuất CNO có những nhược điểm nghiêm trọng. Một số yêu cầu các điều kiện tổng hợp khắc nghiệt, như nhiệt độ cao hoặc chân không, trong khi một số khác thì tốn nhiều thời gian và năng lượng. Một số kỹ thuật có thể phá vỡ những hạn chế này, nhưng thay vào đó yêu cầu các chất xúc tác phức tạp, các nguồn carbon đắt tiền, hoặc các điều kiện axit hoặc bazơ nguy hiểm. Điều này làm hạn chế rất nhiều tiềm năng của CNOs. 

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Green Chemistry, một nhóm các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Nagoya, Nhật Bản đã tìm ra một cách đơn giản và tiện lợi để biến chất thải của cá thành CNO chất lượng cao. Họ đã phát triển một lộ trình tổng hợp trong đó vảy cá chiết xuất từ ​​chất thải cá sau khi làm sạch được chuyển đổi thành CNOs chỉ trong vài giây thông qua nhiệt phân vi sóng.

Vảy cáVảy cá chiết xuất từ ​​chất thải cá sau khi làm sạch được chuyển đổi thành CNOs. Ảnh: Tép Bạc

Các nhà nghiên cứu không thể xác định chính xác lý do tại sao vảy cá có thể dễ dàng chuyển đổi thành CNO, nhưng họ tin rằng nó có liên quan đến collagen trong vảy cá. Collagen có thể hấp thụ đủ bức xạ vi sóng để tạo ra nhiệt độ tăng nhanh. Điều này dẫn đến phân hủy nhiệt hoặc “nhiệt phân”, tạo ra một số loại khí hỗ trợ quá trình lắp ráp CNO. Điều đáng chú ý của phương pháp này là nó không cần chất xúc tác phức tạp, điều kiện khắc nghiệt hoặc thời gian chờ đợi kéo dài; vảy cá có thể được chuyển đổi thành CNO trong vòng chưa đầy 10 giây. 

Hơn nữa, quá trình tổng hợp này tạo ra các CNO với độ kết tinh rất cao. Điều này rất khó đạt được trong các quy trình sử dụng chất thải sinh khối làm nguyên liệu ban đầu. Ngoài ra, trong quá trình tổng hợp, bề mặt của CNO được chức năng hóa một cách chọn lọc và triệt để với các nhóm (−COOH) và (−OH). Điều này hoàn toàn trái ngược với bề mặt của CNO được chuẩn bị bằng các phương pháp thông thường, thường để trần và phải được hoạt động hóa thông qua các bước bổ sung. 

Chức năng “tự động” này có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng của CNO. Khi bề mặt CNO không hoạt động, các cấu trúc nano có xu hướng dính vào nhau do tương tác hấp dẫn được gọi là sự xếp chồng pi-pi. Điều này gây khó khăn cho việc phân tán chúng trong dung môi, điều này cần thiết trong bất kỳ ứng dụng nào yêu cầu các quy trình dựa trên dung dịch. Tuy nhiên, vì quy trình tổng hợp mới tạo ra CNO có chức năng, nó cho phép tạo ra khả năng phân tán tuyệt vời trong các dung môi khác nhau. 

Quy trình tổng hợp CNOQuy trình tổng hợp CNO. Ảnh: thefishsite.com

Tuy nhiên, một lợi thế khác liên quan đến chức năng hóa và độ kết tinh cao là các đặc tính quang học đặc biệt. Tiến sĩ Shirai giải thích: “Các CNO thể hiện sự phát xạ ánh sáng nhìn thấy cực sáng với hiệu suất (hay năng suất lượng tử) là 40%. Giá trị này, chưa từng đạt được trước đây, cao hơn khoảng 10 lần so với các CNO được báo cáo trước đây được tổng hợp thông qua các phương pháp thông thường ”. 

Để giới thiệu một số ứng dụng thực tế của CNO, nhóm nghiên cứu đã trình diễn việc sử dụng chúng trong đèn LED và màng mỏng phát sáng xanh. Các CNO tạo ra một phát xạ ổn định cao, cả bên trong các thiết bị rắn và khi phân tán trong các dung môi khác nhau, bao gồm nước, etanol và isopropanol. Tiến sĩ Shirai suy đoán: “Các đặc tính quang học ổn định có thể cho phép chúng tôi chế tạo màng linh hoạt phát xạ diện tích lớn và các thiết bị LED. “Những phát hiện này sẽ mở ra con đường mới cho sự phát triển của màn hình thế hệ tiếp theo và hệ thống chiếu sáng trạng thái rắn”. 

Hơn nữa, kỹ thuật tổng hợp được đề xuất thân thiện với môi trường và cung cấp một cách đơn giản để chuyển đổi chất thải của cá thành các vật liệu hữu ích hơn vô hạn. Nhóm tin tưởng rằng công việc của họ sẽ đóng góp vào việc thực hiện một số Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên hợp quốc. Ngoài ra, nếu CNO tiến vào hệ thống chiếu sáng LED và màn hình QLED thế hệ tiếp theo, họ có thể giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất.

Đăng ngày 03/10/2022
Hồng Huyền @hong-huyen
Sinh học

Nuôi trồng thủy sản thân thiện với môi trường

Thủy sản được coi là nguồn thực phẩm quan trọng cho tương lai do sự gia tăng dân số toàn cầu và diện tích đất cho nông nghiệp ngày càng hạn chế.

nuôi cá bớp
• 10:24 10/02/2022

50 tấn cá chẽm chết cóng

Hàng trăm ngàn con cá chẽm nuôi tại một trại cá ở Hy Lạp chết vì lạnh, sau trận bão tuyết lớn làm tê liệt toàn quốc gia này trong tuần.

cá chết hàng loạt
• 19:47 28/01/2022

Chất diệt khuẩn an toàn thân thiện với môi trường đến 95%

Người ta nói nuôi thủy sản là nuôi nước. Môi trường nước có sạch thì thủy sản nuôi ở dưới mới sống tốt và lớn lên được. Vậy mới nói khâu diệt khuẩn khử trùng ao là rất quan trọng.

chất diệt khuẩn
• 10:01 10/11/2021

Giải cứu cá voi nặng 3 tấn mắc cạn ở Huế

Người dân ở cửa biển Tư Hiền, xã Vinh Hiền, huyện Phú Lộc, tỉnh Thừa Thiên - Huế vừa giải cứu thành công một con cá voi nặng 3 tấn, dài hơn 5m mắc cạn do sóng biển đánh dạt bờ trong lúc triều cường dâng cao, biển động mạnh.

Cá voi mắc cạn
• 16:16 21/10/2021

Ứng dụng một số công nghệ trong chế biến và bảo quản thủy sản

Công nghệ chế biến và bảo quản thủy sản đóng vai trò quan trọng trong việc giữ gìn chất lượng, kéo dài thời gian sử dụng, và nâng cao giá trị thương mại của các sản phẩm thủy sản.

Thủy sản
• 10:34 18/02/2025

Bản chất kiềm trong ao nuôi tôm

Độ kiềm là tổng lượng các ion bicarbonate (HCO₃⁻), carbonate (CO₃²⁻) và đôi khi hydroxide (OH⁻) trong nước. Các ion này có khả năng trung hòa axit trong nước.

Ảnh bìa
• 10:00 05/12/2024

Vai trò của các thành phần ion đối với sự phát triển của tôm

Để vụ nuôi tôm được thành công thì việc quản lý chất lượng, môi trường nước ao nuôi là một trong những yếu tố chủ chốt không thể bỏ qua, ngoài những thông số chính thì các thành phần ion trong ao cũng đóng vai trò quan trọng không kém đối với sức khỏe và sự tăng trưởng của tôm.

Tôm thẻ
• 10:28 29/11/2024

Sự hỗ trợ nhau ở các bộ phận trên cơ thể tôm

Mỗi bộ phận của tôm, từ vỏ ngoài cứng cáp đến các cơ quan tiêu hóa, hô hấp và bài tiết, đều giữ vai trò riêng biệt nhưng lại không thể hoạt động một cách độc lập. Sự liên kết này giúp tôm bảo vệ bản thân trước các mối nguy, tận dụng dinh dưỡng và duy trì sức khỏe.

Tôm thẻ chân trắng
• 10:33 13/11/2024

Làm sao để phân biệt được ốc bươu vàng và ốc bươu đen?

Ốc bươu vàng và ốc bươu đen là hai loài thường xuyên được nhắc tới. Tuy nhiên, đây là hai loại ốc hoàn toàn khác nhau cả về sinh học, tác động đến môi trường và giá trị kinh tế. Việc phân biệt đúng giữa hai loài ốc này là vô cùng quan trọng đối với bà con nông dân, tránh những hậu quả đáng tiếc như thả nhầm ốc bươu vàng vào ao nuôi hoặc ruộng lúa.

Ốc bươu
• 19:44 18/06/2025

Chứng nhận ASC/GlobalGAP cho tôm Việt: Cơ hội vàng để vươn ra thị trường quốc tế

Ngành tôm Việt Nam đang đứng trước một cơ hội lớn để khẳng định vị thế trên thị trường quốc tế, và những chứng nhận như ASC (Aquaculture Stewardship Council) và GlobalGAP (Global Good Agricultural Practices) chính là chìa khóa mở cánh cửa này. Trong bối cảnh người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến nguồn gốc, chất lượng và tính bền vững của sản phẩm, việc đạt được các tiêu chuẩn quốc tế này không chỉ là một lợi thế cạnh tranh mà còn là yêu cầu tất yếu để tôm Việt vươn tầm.

Nuôi trồng thủy sản
• 19:44 18/06/2025

Sai lầm thường gặp khi xử lý pH ruột tôm

Một trong những chỉ số quan trọng thể hiện tình trạng sức khỏe hệ tiêu hóa là pH ruột tôm. Tuy nhiên, nhiều người nuôi tôm hiện nay vẫn còn gặp phải không ít sai lầm khi xử lý vấn đề này, dẫn đến hậu quả như tôm chậm lớn, kém ăn, thậm chí bùng phát dịch bệnh.

Tôm thẻ
• 19:44 18/06/2025

Giải mã sự thành công của tôm giống chất lượng cao

Trong ngành nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm, giống đóng vai trò then chốt quyết định đến năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế của cả một vụ nuôi. Không ngẫu nhiên khi những năm gần đây, thuật ngữ "tôm giống chất lượng cao" trở thành từ khóa phổ biến và được nhiều người nuôi tôm lẫn các nhà đầu tư quan tâm. Nhưng điều gì đã làm nên thành công của tôm giống chất lượng cao? Bài viết này sẽ đi sâu phân tích những yếu tố cốt lõi phía sau thành công đó.

tôm giống
• 19:44 18/06/2025

Nguy cơ nhiễm khuẩn từ hải sản tươi sống

Hải sản tươi sống từ lâu đã là lựa chọn yêu thích trong bữa ăn của nhiều gia đình Việt Nam nhờ vào hương vị thơm ngon, giá trị dinh dưỡng cao.

Hải sản sống
• 19:44 18/06/2025
Some text some message..