Tin thị trường và sản phẩm

Một nghiên cứu đột phá vừa được công bố trên tạp chí Scientific Reports đã mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm toàn cầu, khi các nhà khoa học Nga thành công trong việc tạo ra chất tẩy rửa - khử trùng thân thiện môi trường từ phế phẩm công nghiệp kết hợp với hạt nano bạc.

Trong bối cảnh các ngành công nghiệp đang đối mặt với áp lực về chi phí và bảo vệ môi trường, sản phẩm mới này hứa hẹn mang lại giải pháp "một mũi tên trúng nhiều đích": vừa giảm lượng chất thải, vừa tiết kiệm nước, vừa đảm bảo vệ sinh an toàn trong sản xuất.

Thách thức trong vệ sinh công nghiệp

Chất lượng sản phẩm trong ngành chế biến thực phẩm phụ thuộc rất lớn vào độ sạch của thiết bị. Nghiên cứu cho thấy nếu thiết bị được rửa không sạch, lượng vi sinh vật gây hại có thể tăng lên gấp 10 lần. Độ sạch của thiết bị có thể ảnh hưởng tới 80% mức độ nhiễm khuẩn của sản phẩm.

Hiện nay, các nhà máy vẫn chủ yếu sử dụng các chất tẩy rửa truyền thống như natri hydroxide, natri carbonate, hoặc các axit nitric và sulfamic. Tuy nhiên, những chất này có nhiều hạn chế: hiệu quả tẩy rửa không cao (chỉ đạt 80-90%), cần rửa nhiều lần, tiêu tốn nhiều nước và năng lượng, đồng thời có thể gây ăn mòn thiết bị. Đặc biệt, chúng để lại cặn bẩn trên bề mặt thiết bị - nơi vi khuẩn có thể phát triển mạnh và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Ý tưởng sáng tạo: Biến phế thải thành tài nguyên

Nhóm nghiên cứu do tiến sĩ Andrey Blinov và giáo sư Andrey Nagdalian từ Đại học Liên bang Bắc Kavkaz (Nga) dẫn đầu đã nhìn nhận vấn đề từ góc độ hoàn toàn khác. Thay vì xem dung dịch khoáng từ quá trình lọc màng là chất thải cần xử lý tốn kém, họ nhận ra tiềm năng của nó như một nguyên liệu có giá trị.

Dung dịch khoáng hóa này chứa phosphat, kali, natri, clorua của các nguyên tố vi lượng cùng các axit hữu cơ và vô cơ - đúng là những thành phần cần thiết cho một chất tẩy rửa hiệu quả. Khi kết hợp với hạt nano bạc có khả năng diệt khuẩn mạnh, sản phẩm vừa có tác dụng tẩy rửa vừa khử trùng trong một bước.

Đây chính là minh chứng điển hình cho triết lý kinh tế tuần hoàn - biến chất thải thành tài nguyên, tạo ra giá trị gia tăng từ những gì trước đây bị coi là phế phẩm cần loại bỏ.

Công nghệ nano được tối ưu hóa bằng trí tuệ nhân tạo

Điểm đặc biệt của nghiên cứu nằm ở phương pháp tổng hợp hạt nano bạc được ổn định bằng didecyldimethylammonium bromide (DDAB). Nhóm nghiên cứu đã sử dụng thuật toán mạng neural - một ứng dụng của trí tuệ nhân tạo - để tối ưu hóa quy trình sản xuất, tạo ra các hạt nano bạc có kích thước đồng đều khoảng 4,5 - 20 nanomét.

Các hạt nano này có đặc tính đặc biệt: chúng cực kỳ ổn định trong khoảng pH rộng từ 2 đến 11, không bị kết tụ hay oxy hóa trong suốt quá trình bảo quản dài hạn. Điều này đảm bảo sản phẩm giữ được hiệu quả trong thời gian sử dụng, đáp ứng yêu cầu khắt khe của ứng dụng công nghiệp.

Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo trong nghiên cứu hóa học cho thấy xu hướng tích hợp công nghệ số vào phát triển sản phẩm hóa chất - một hướng đi mà ngành hóa chất Việt Nam cần quan tâm.

An toàn là ưu tiên hàng đầu

Trước khi ứng dụng thực tế, nhóm nghiên cứu đã tiến hành đánh giá toàn diện về độ an toàn của sản phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế. Kết quả thử nghiệm độc tính cấp tính cho thấy liều gây chết 50% (LD50) là 4.230 microgam/kg - cao hơn 27-44 lần so với các loại nano bạc được ổn định bằng các chất khác trong các nghiên cứu trước đây.

Đặc biệt quan trọng, sản phẩm không gây độc qua đường hô hấp và được phân loại là chất có độ nguy hiểm thấp theo tiêu chuẩn GHS (Globally Harmonized System) toàn cầu. Điều này rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe công nhân làm việc trong các nhà máy và đáp ứng các quy định ngày càng nghiêm ngặt về an toàn lao động.

Thử nghiệm trên sinh vật thủy sinh (cá Danio rerio) cũng cho thấy nồng độ gây chết trung bình (LC50) là 315 mg/L, tương đương với các sản phẩm thương mại hiện có. Khi pha loãng 10-100 lần trong nước thải - như điều kiện thực tế khi xả thải, sản phẩm không gây hại cho hệ sinh thái thủy sinh.

Hiệu quả vượt trội, đa chức năng

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và ứng dụng thực tế cho thấy chất tẩy rửa - khử trùng mới có những ưu điểm nổi bật:

Khả năng tẩy rửa cao: Loại bỏ cặn bẩn đạt khoảng 90%, tương đương hoặc cao hơn so với các sản phẩm thương mại hiện có. Sản phẩm giảm đáng kể góc tiếp xúc ướt (từ 100° xuống 20-70°) và sức căng bề mặt (từ 70 mN/m xuống 40-64 mN/m), giúp tăng cường khả năng thấm ướt và tẩy rửa.

Hoạt tính kháng khuẩn mạnh: Đặc biệt ấn tượng là hoạt tính kháng nấm mốc Penicillium roqueforti ở nồng độ chỉ 0,005 mg/mL. Sau khi xử lý bề mặt, không phát hiện vi khuẩn E. coli, vi khuẩn gây bệnh như Salmonella, và tổng số vi khuẩn chỉ còn 10 CFU/mL - đạt tiêu chuẩn vệ sinh cao nhất cho thiết bị chế biến thực phẩm.

Tính ăn mòn thấp: Sản phẩm có tính ăn mòn thấp đối với thép không gỉ và nhôm - hai vật liệu phổ biến trong thiết bị công nghiệp, ngay cả ở nhiệt độ cao 50°C (tốc độ ăn mòn chỉ 0,0074 mm/năm cho thép không gỉ và 0,0032 mm/năm cho nhôm). Điều này giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm chi phí bảo trì.

Tính kiềm tự nhiên: Với pH khoảng 11, sản phẩm có khả năng thủy phân chất béo và loại bỏ các cặn bẩn hữu cơ hiệu quả mà không cần thêm kiềm hóa.

Lợi ích kinh tế và môi trường

Ứng dụng chất tẩy rửa - khử trùng mới này mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho các nhà máy chế biến:

Giảm chi phí nguyên liệu: Việc tận dụng dung dịch khoáng hóa - vốn là chất thải cần xử lý - giúp giảm chi phí xử lý môi trường và tạo ra giá trị gia tăng từ phế phẩm. Đây là ví dụ điển hình về mô hình kinh tế tuần hoàn.

Tiết kiệm nước: Sản phẩm cho phép giảm đáng kể hoặc loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng nước trong quy trình tẩy rửa thiết bị. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh khan hiếm nguồn nước và áp lực về xử lý nước thải ngày càng tăng. Theo thử nghiệm, lượng dung dịch cần dùng cho một chu kỳ rửa không vượt quá 5 m³.

Rút ngắn quy trình: Sản phẩm vừa tẩy rửa vừa khử trùng trong một bước, tiết kiệm thời gian và năng lượng. Các nhà máy không cần mua riêng chất tẩy rửa và chất khử trùng như trước đây.

Giảm tác động môi trường: Thay thế các hóa chất tổng hợp bằng sản phẩm từ phế phẩm công nghiệp, giảm lượng chất hoạt động bề mặt tổng hợp thải ra môi trường.

Hướng ứng dụng và triển khai

Nhóm nghiên cứu đề xuất quy trình xử lý vệ sinh hoàn chỉnh, trong đó có khả năng tái chế và tái sử dụng:

Sau khi rửa, dung dịch có thể được thu hồi, cho qua cột hấp phụ để tách nano bạc, sau đó tái sử dụng hoặc xả thải an toàn. Các hạt nano bạc được tái sinh từ cột hấp phụ có thể dùng lại, giảm thiểu chất thải và tối ưu chi phí.

Sản phẩm đặc biệt phù hợp để làm sạch các thiết bị lọc màng điện thẩm - công nghệ tiên tiến đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Việc sử dụng chính phế phẩm từ quá trình lọc màng để làm sạch thiết bị tạo nên một vòng tuần hoàn khép kín, thể hiện triết lý sản xuất sạch hơn (cleaner production).

Để đảm bảo an toàn môi trường, hệ thống thoát nước thải cần được trang bị màng lọc bẫy để ngăn chặn nano bạc thải ra môi trường. Điều này giúp giảm tải cho hệ thống xử lý nước thải và bảo vệ hệ sinh thái.

Ý nghĩa đối với ngành hóa chất Việt Nam

Đối với ngành hóa chất Việt Nam, nghiên cứu này mở ra nhiều hướng đi mới:

Công nghệ xanh và kinh tế tuần hoàn: Việc tận dụng phế phẩm công nghiệp để tạo ra sản phẩm có giá trị cao không chỉ giảm chi phí sản xuất mà còn giảm tác động môi trường - phù hợp với chiến lược phát triển bền vững của Việt Nam.

Ứng dụng công nghệ cao: Việc áp dụng công nghệ nano kết hợp trí tuệ nhân tạo trong phát triển sản phẩm hóa chất cho thấy xu hướng hiện đại mà các doanh nghiệp hóa chất Việt Nam cần hướng tới.

Thay thế nhập khẩu: Công nghệ này có thể được nghiên cứu ứng dụng để sản xuất các sản phẩm tẩy rửa công nghiệp trong nước, giảm phụ thuộc vào hóa chất nhập khẩu.

Mở rộng ứng dụng: Nguyên lý tương tự có thể áp dụng cho các ngành công nghiệp khác có phế phẩm chứa muối khoáng, acid hữu cơ như chế biến thủy sản, rau quả, đồ uống... tạo ra chuỗi giá trị mới từ phế thải.

Đặc biệt, trong bối cảnh Việt Nam đang đẩy mạnh các chương trình về kinh tế tuần hoàn và phát triển bền vững, mô hình nghiên cứu này là minh chứng khoa học cho thấy việc tận dụng phế phẩm công nghiệp hoàn toàn khả thi về mặt kỹ thuật và hiệu quả về mặt kinh tế.

Triển vọng phát triển

Nhóm nghiên cứu cho biết họ đang tiếp tục nghiên cứu các phức hợp nano bạc với các muối amoni bậc bốn khác như alclidimethylbenzylammonium chloride, cetyltrimethylammonium chloride để so sánh độ ổn định và tính năng tẩy rửa - khử trùng.

Hướng nghiên cứu này hứa hẹn tạo ra một nhóm sản phẩm đa dạng, phù hợp với các điều kiện ứng dụng khác nhau trong công nghiệp. Việc kết hợp công nghệ nano, trí tuệ nhân tạo và nguyên lý kinh tế tuần hoàn tạo nên một mô hình phát triển bền vững có thể nhân rộng trong nhiều lĩnh vực.