Mỹ nghiên cứu dùng màng thu giữ axit từ chất thải nông nghiệp

Nhóm nghiên cứu do Đại học Penn State (Mỹ) dẫn đầu đã phát minh ra một hệ thống lát màng trao đổi ion mới giúp cải thiện đáng kể khả năng khử ion bằng điện trong việc thu giữ axit p-coumaric từ hỗn hợp chất lỏng trong khi sử dụng ít năng lượng hơn và tiết kiệm chi phí, bài đăng ngày 13/2 trên trang Smart Water Magazine cho hay.

Các nhà nghiên cứu đã công bố kết quả trong tạp chí Kỹ thuật Hóa học Bền vững ACS.

Chất thải nông nghiệp chứa các nguồn carbon có thể được sử dụng để sản xuất các hợp chất có giá trị cao, chẳng hạn như axit p-coumaric được sử dụng trong sản xuất dược phẩm. 

Khử ion bằng điện, một phương pháp tách sử dụng màng trao đổi ion, là một cách thu giữ axit và các thành phần hữu ích khác.

Từ mục đích làm sạch nước ban đầu, quá trình khử ion bằng điện đã được ứng dụng để thu giữ các thành phần có giá trị từ chất thải trong những năm gần đây. 

Trong quá trình này, một dòng hỗn hợp chất lỏng được đưa qua một chồng nhiều màng trao đổi ion và tấm nhựa mỏng, giống như một miếng bọt biển, và được dính với nhau bằng keo polymer. 

Khi dòng điện chạy qua, các ion trong chất lỏng di chuyển qua ngăn xếp và axit p-coumaric tách thành một dòng quy trình cô đặc, rồi sau đó được thu lại.

Tác giả Chris Arges, Phó Giáo sư Kỹ thuật hóa học tại Penn State, cho biết: "Để cải thiện quy trình, chúng tôi phải cải thiện tấm lát nhựa. Trước đây, các màng sẽ kẹp lát bọt biển nhựa bằng keo polyetylen, hiện đang dùng trong công nghiệp dưới dạng 'keo' nhựa, nhưng điều này dẫn đến sự tiếp xúc kém giữa màng và lát nhựa. Chúng tôi đã thay thế polyetylen bằng imidazolium ionomer, một loại polymer và dán một màng imidazolium lên trên tấm lát nhựa".

Bằng cách dán màng vào tấm lát nhựa, các nhà nghiên cứu đã giảm 30% lượng màng cần thiết, giảm chi phí cho thiết bị khử ion điện. 

Thiết kế mới cũng làm giảm điện trở tiếp xúc giữa màng và tấm lát, làm tăng tốc độ thu giữ axit p-coumaric, cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng một đơn vị nhỏ hơn.

Revati Kumar, Phó Giáo sư Hóa học tại Đại học bang Louisiana, sau khi chạy các mô phỏng đã  nhận thấy imidazolium làm tăng khả năng hòa tan của axit p-coumaric và thúc đẩy sự khuếch tán nhanh hơn trong vật liệu.

Arges so sánh tính thấm với tỷ lệ du khách đi qua hàng rào an ninh sân bay. Khi có nhiều điểm kiểm tra an ninh, nhiều người hơn có thể di chuyển qua hàng chờ, làm tăng sự thông thoáng.

Do đó, tính thấm tăng lên làm giảm khả năng axit p-coumaric dính với vật liệu lát màng nhựa thay vì di chuyển qua màng.

Theo các nhà nghiên cứu, khi được so sánh với cấu hình tấm lát nhựa hiện tại, cấu hình và vật liệu của màng mới này đem lại khả năng thu giữ axit p-courmaric gấp 7 lần trong khi sử dụng năng lượng ít hơn 70%.