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
Bình luận
avatar

Thị trường đang phát triển thúc đẩy nhu cầu về ngành nuôi trồng rong biển

Theo báo cáo mới, mặc dù nhiều người vẫn không chắc chắn về khả năng và tính lâu dài của việc chiết xuất carbon từ rong biển, nhưng nhiều nghiên cứu cho thấy carbon từ rong biển có tác động đến môi trường thấp hơn so với các sản phẩm truyền thống.

Rong biển
• 14:13 25/09/2023

Sự tương thích giữa chất xử lý nước và bộ lọc sinh học trong RAS

RAS (Recirculating Aquaculture System) là hệ thống nước tuần hoàn, là một mô hình tuy không mới nhưng lại được sử dụng rất phổ trong nuôi trồng thủy sản.

Hệ thống nuôi RAS
• 10:16 20/09/2023

Sông Mê Kông xuất hiện loài cá quý hiếm sau 40 năm biến mất

Một loài cá quý hiếm đặc hữu ở cao nguyên Tây Tạng (Trung Quốc) đã được phát hiện sau hơn 40 năm biến mất trong lưu vực sông Mê Kông.

Loài cá Pareuchiloglanis gracilicaudata
• 11:27 11/08/2023

Sứa mặt trăng chứa đựng nhiều tiềm năng cần được khám phá

Sứa mặt trăng được biết đến là loài sứa có khả năng tự chữa lành vết thương, mọc lại phần phụ bị đứt, tái sinh, đảo ngược quá trình lão hoá. Những năng lực kỳ lạ này trực tiếp giúp chúng sinh tồn hiệu quả, tuy nhiên những năng lực này vẫn chưa được khai thác và áp dụng chúng vào các nhu cầu của con người, đặt biệt là tiềm năng kiểm soát bệnh ung thư.

Sứa mặt trăng
• 10:02 07/07/2023

Nguy hiểm khó lường từ tảo sợi trong nuôi tôm thẻ

Tảo là nguồn thức ăn tự nhiên, có vai trò quan trọng trong chuỗi thức ăn của tôm, cá và các sinh vật khác. Tuy nhiên, sẽ chẳng có gì đáng nói nếu sự có mặt của tảo trong ao nuôi không phát triển ngày một nhiều, tác động tiêu cực đến tôm và môi trường ao nuôi. Việc hiểu và nhận biết tảo trong ao nuôi sẽ giúp người nuôi kịp thời phát hiện và có những biện pháp xử lí hiệu quả.

Tảo sợi
• 02:24 25/07/2024

Bảo quản và quản lý chế độ ăn của tôm ngày mưa

Vào những ngày mưa, người nuôi cần có những biện pháp cụ thể để bảo quản và quản lý chế độ ăn nhằm đảm bảo tôm không bị stress và duy trì năng suất cao. Dưới đây là một số hướng dẫn quan trọng về cách bảo quản và quản lý chế độ ăn cho tôm vào những ngày mưa.

Nhá ăn
• 02:24 25/07/2024

Ngành tôm trong cơn khó: đáp ứng nhu cầu giống "rẻ nhưng chất"

Ngành tôm Việt Nam đang đối mặt với một nghịch lý lớn: Người nuôi tôm mong muốn có tôm giống chất lượng cao để đảm bảo năng suất và lợi nhuận, nhưng đồng thời lại kỳ vọng giá thành tôm giống phải rẻ. Vấn đề này đặt ra nhiều thách thức cho cả người nuôi và các cơ sở sản xuất tôm giống.

Tôm giống
• 02:24 25/07/2024

Nhớt bạt xuất hiện do nguyên nhân nào?

Ao bạt là một giải pháp phổ biến và hiệu quả trong nuôi tôm nhờ vào khả năng kiểm soát môi trường nước và giảm thiểu các rủi ro từ đất. Tuy nhiên, một vấn đề mà nhiều nông dân gặp phải khi sử dụng ao bạt là sự xuất hiện của nhớt trên bề mặt nước và thành ao. Hiện tượng này không chỉ gây khó khăn trong việc quản lý ao mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe của tôm nuôi.

Vệ sinh ao
• 02:24 25/07/2024

Bão số 2: Chủ động chuẩn bị các công tác ứng phó bảo vệ tài sản và vật nuôi

Sáng sớm nay 23.7, cơ quan khí tượng cho biết bão số 2 đã giảm cường độ, giật cấp 11. Tuy nhiên cơn bão bắt đầu gây mưa lớn.

Bão số 2
• 02:24 25/07/2024
Some text some message..