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

Top các phần mềm quản lý trang trại NTTS (Phần 1)

Mới đây, trang web NeuroSYS đã xếp hạng các công ty hàng đầu cung cấp phần mềm quản lý trang trại dựa trên công nghệ cho ngành NTTS, xem xét tính hiệu quả, sự đổi mới và tác động của sản phẩm đối với ngành.

Công nghệ nuôi trồng thủy sản
• 17:24 04/09/2023

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

Loài cá xém tuyệt chủng- Nay đã được nhân giống thành công!

Nuôi cá hiếm trên sông không chỉ vì lợi ích kinh tế, một người đàn ông ở miền Tây có mong muốn bảo tồn và nhân giống những loài cá có nguy cơ tuyệt chủng.

Cá chốt chuột và cá trạch lửa
• 09:50 09/02/2023

Lưu giữ con cua lớn nhất tại hội Cua Cà Mau

Phân viện Nghiên cứu nuôi trồng thuỷ sản Nam Sông Hậu lưu giữ chú cua khủng đạt giải nhất trong cuộc thi “Cua Cà Mau lớn nhất - Cua Sumo”.

cua sumo
• 11:03 01/01/2023

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

VietShrimp 2024 - Đến hẹn lại lên!

Theo chủ trương mới nhất, Hội chợ Triển lãm Quốc tế công nghệ ngành tôm Việt Nam (VietShrimp) sẽ diễn ra thường niên, vẫn lấy ĐBSCL làm “trụ sở”. Năm nay, Hội chợ sẽ được tổ chức tại Cà Mau, tỉnh dẫn đầu cả nước về sản lượng cũng như diện tích nuôi tôm.

VietShrimp 2024
• 18:17 23/02/2024

Giá thủy sản sau những ngày tết tăng nhẹ nhưng vẫn hút người mua

Nhu cầu tiêu thụ hải sản sau dịp tết nguyên đán 2024 vẫn còn tăng cao, kéo theo đó là giá hải sản vẫn chưa hạ nhiệt. Đặc biệt, tại các khu chợ thủy sản truyền thống, sức mua của người tiêu dùng ghi nhận tăng từ 20 - 30% so với năm ngoái.

Bán hải sản
• 18:17 23/02/2024

Ương cá nâu giống

Mật độ cũng là một tác nhân ảnh hưởng đến quá trình ương cá nâu giống trong ao đất. Mật độ 20 con/m2 là một lựa chọn làm tăng tỉ lệ sống và tăng trưởng tốt nhất cho cá. Ứng dụng mật độ 20con/m2 trong ương nuôi cá nâu giống đem lại nguồn giống ổn định cho nuôi thương phẩm ở Đồng bằng sông Cửu Long.

Cá nâu
• 18:17 23/02/2024

Vài nét về ao nuôi tôm lót bạt đáy và lưới đáy

Công nghệ gia hóa tôm bố mẹ và sản xuất giống tôm thẻ chân trắng thế hệ mới phát triển đã đưa đến nhiều thay đổi trong ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật nuôi cho hiệu quả cao, điển hình là áo lót bạt đáy và ao lưới đáy.

Ao nuôi tôm lót bạt
• 18:17 23/02/2024

Cá nhà táng bị thương dạt vào biển Quy Nhơn.

Sáng ngày 22.02 tại khu vực biển Xuân Diệu, TP Quy Nhơn (đoạn cuối đường Lê Lợi) xuất hiện một con cá lớn mình đầy thương tích dạt vào bờ .

Cá nhà táng
• 18:17 23/02/2024