MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc đề tài và lý do chọn đề tài Kể từ khi đại dịch Covid-19 diễn ra không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người, mà còn ảnh hưởng đến nền kinh tế đất nước và thói quen sống hằng ngày [1]. Để kiểm soát sự lây lan của dịch bệnh, khẩu trang được coi như một công cụ bảo vệ cá nhân. Chính vì điều đó, việc sản xuất và sử dụng tăng lên một cách đáng kể. Có nhiều loại khẩu trang khác nhau như khẩu trang phẫu thuật, khẩu trang sử dụng một lần (KT1L), khẩu trang vải được sử dụng rộng rãi hiện nay.
Tuy nhiên, không phân hủy và quản lý rác thải không đúng của KT1L đã ảnh hưởng đến môi trường nghiêm trọng [2]. Ngoài ra, hầu hết khẩu trang y tế với tính năng dùng một lần hiện nay được làm chủ yếu từ sợi tổng hợp như polypropylene (PP), polyurethane, polyacrylonitrile, polystyrene, polyethylene (PE). Phần polyme nhiệt dẻo của hàm lượng nhựa này có thể tan rã thành các hạt nhỏ hơn do ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ cao, tiếp xúc với UV, tính kỵ nước và thay đổi pH dẫn đến một phần lớn PP vẫn ở trong môi trường dưới dạng microplastic chúng khó phân hủy và làm tăng ô nhiễm nhựa hoặc vi nhựa vào môi trường [3, 4]. Điều này cho thấy rằng đại dịch Covid - 19 sẽ không chỉ ảnh hưởng sức khỏe và xã hội, mà còn ảnh hưởng đến môi trường từ rác thải nhựa của khẩu trang.
Để khắc phục vấn đề này, các phương pháp khác nhau được đưa ra như là chôn lấp [5]. Tuy nhiên, đây không phải là một giải pháp phù hợp. Bên cạnh đó, một số giải pháp được đưa ra để giảm thiểu số lượng rác thải nhựa ảnh hưởng đến môi trường: Polypropylene được sử dụng sản xuất làm khẩu trang, người ta thường bỏ đi sau một lần sử dụng nhưng do nhu cầu sử dụng lớn sẽ gây khủng hoảng. Một số nghiên cứu thấy có thể tái sử dụng bằng cách xoay mặt khẩu trang lại vào lần sử dụng tiếp theo.
Xử lý/ khử khuẩn bằng phương pháp nhiệt ẩm, nhiệt khô, xử lý tia cực tím, hóa hơi hydrogen peroxide (H2O2) [6]. 8 Khẩu trang có thể phân hủy sinh học là một trong những lựa chọn thay thế bền vững hiện đại để giảm rác thải nhựa [7, 8]. Một số nghiên cứu cho rằng khẩu trang y tế (dùng một lần) có thể thay thế bằng khẩu trang phân hủy sinh học được chế tạo từ vật liệu sinh học, thân thiện với môi trường, không độc hại, giúp giảm thiểu khẩu trang y tế thải ra rác thải nhựa. Nhựa polypropylene có trong khẩu trang y tế được thay thế bằng vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sợi tự nhiên như sợi xương rồng, chuối, cây gai dầu và cà phê.
Ưu điểm có trọng lượng nhẹ, chi phí thấp và tiềm năng phân hủy sinh học cao nó ngăn chặn ô nhiễm do rác thải khẩu trang và chúng có thể được xử lý và tái chế. Quá trình phát triển khẩu trang phân hủy sinh học sẽ thúc đẩy việc sử dụng các nguồn tài nguyên sinh học [9, 10]. Một nghiên cứu cho thấy rằng khẩu trang sợi bông có thể thay thế cho khẩu trang y tế từ vật liệu tổng hợp, ngoài ra khẩu trang làm từ vật liệu tổng hợp có thể gây nhiễm trùng đường hô hấp trong quá trình sử dụng. Do đó sử dụng khẩu trang sợi bông tự nhiên có ưu điểm không độc hại, hiệu quả lọc tốt đối với các hạt khuẩn có phạm vi kích thước từ 20– 1000 nm, có thể giặt rửa và tái sử dụng [11].
Bộ lọc mặt nạ thông qua điện hóa poly (axit lactic) có khả năng phân hủy sinh học và màng sợi nano có cấu trúc đa năng có hiệu suất cao trong chức năng lọc của khẩu trang. Bộ lọc bao gồm sợi poly (acid lactic) (PLA) kích thước trung bình 37 ± 4 nm, được chế tạo thông qua điện giải của dung dịch cực kỳ loãng. Bộ lọc mặt nạ kết quả thể hiện hiệu suất lọc cao với các hạt vật chất 0.3) là 99,996 % vượt trội so với bộ lọc N95 thương mại. Do đó, nghiên cứu này cung cấp một ý tưởng sáng tạo cho việc tạo các sợi nano PLA và cung cấp một phương pháp mới cho việc chế tạo bộ lọc nano hiệu suất cao dựa trên sự phân hủy sinh học và hoạt tính sinh học của PLA [2].
Khẩu trang từ sợi gai dầu có thể phân hủy sinh học cũng là cách để giảm thiểu rác thải nhựa. Các sợi gai dầu được đưa qua máy nén và trên các con lăn trước khi thành dạng tấm phẳng cứng. Sau đó được cắt thành hình dạng khẩu trang mong muốn và được đánh giá mức hiệu quả lọc 89 % ở các hạt khuẩn 3 μm là một sản phẩm tự nhiên, có thể phân hủy tại chỗ [12]. 9 Một loại khẩu trang mới có nguồn gốc từ sợi tự nhiên dựa trên sợi thân chuối bằng cách áp dụng phương pháp xử lý hóa học, cơ học, phân rã để tạo nên tấm nanocellulose mịn để phát triển mẫu khẩu trang.
Sau đó qua các thí nghiệm kiểm tra khả năng kháng khuẩn thì cho thấy khẩu trang từ sợi thân chuối có khả năng lọc các phân tử khí có hại, tính năng lọc hiệu quả, không có tác dụng phụ liên quan đến hô hấp (dị ứng, khó thở, v. Khẩu trang có thể được tái chế và phân hủy sinh học một cách dễ dàng, có thể giúp nhân viên y tế và những người bình thường bảo vệ họ khỏi bị nhiễm và lây truyền virus [13]. Ngoài ra các nguồn thảo dược xung quanh chúng ta cũng được sử dụng tham gia chế tạo khẩu trang phân hủy sinh học giúp tăng khả năng kháng khuẩn như hạt tiêu đen, nghệ, gỗ đàn hương, đinh hương, nghệ tây từ tự nhiên chúng có đặc tính như kháng khuẩn, kháng nấm, chống tia cực tím. Khẩu trang có lớp đầu tiên và ngoài cùng được làm từ sợi bông, lớp giữa tạo từ polymer phân hủy sinh học chiết xuất từ thảo dược, có khả năng lọc khuẩn cùng với đặc tính vượt trội như kháng nấm, kháng khuẩn, không thấm nước rất hữu ít để chống lại virus [14].
Một nhóm nghiên cứu đã đề xuất một phương án chế tạo chất tạo màng sinh học gluten từ lúa mì vào chế tạo khẩu trang. Màng nano cacbon từ gluten kết hợp với màng sinh học gluten được xử lý bằng lanosol đem đi định hình cấu trúc cán mỏng thành khẩu trang. Lanosol được thêm vào gluten tạo ra vùng có khả năng ức chế chống vi khuẩn. Việc tạo ra những chiếc khẩu trang này giúp ngăn cản sự lây lan các bệnh truyền nhiễm và hạn chế lượng chất thải nhựa thải ra ngoài môi trường [15].
Trong tương lai, với đặc tính phân hủy của Cellulose nói chung các sản phẩm đồ dùng, vật dụng nhựa có thể dần thay thế bằng các sản phẩm làm từ vật liệu Cellulose. Với đề tài của em tập trung nghiên cứu sử dụng sợi chuối để tạo ra khẩu trang phân hủy sinh học. Góp phần trong việc bảo vệ môi trường cũng như giảm lượng rác thải từ khẩu trang sợi tổng hợp. Mục tiêu đề tài Nghiên cứu chế tạo khẩu trang có khả năng phân hủy sinh học từ sợi chuối bằng phương pháp ép nhiệt Nội dung đề tài 10 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý sợi, nồng độ và số lần xử lý NaOH/H2O2 đến tính chất sợi chuối.
Khảo sát ảnh hưởng các thông số kỹ thuật ép nhiệt đến hình thái và tính chất màng làm từ sợi chuối. Đánh giá tính chất của màng làm từ sợi chuối bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) (hoặc kính hiển vi quang học), phân tích nhiệt, quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), cơ tính. Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Sử dụng các phương pháp phân tích hiện để đánh giá tính chất vật liệu bao gồm: Kính hiển vi qung học, Kính hiển vi điện tử quét, Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier, Các tiêu chuẩn ASTM trong đánh giá cơ tính, độ hấp phụ nước. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là sợi chuối và khẩu trang làm từ màng sợi chuối Phạm vi nghiên cứu: Phòng thí nghiệm, xoay quanh chế tạo khẩu trang phân hủy sinh học từ sợi chuối đáp ứng các yêu cầu sử dụng như: cơ tính, phân hủy sinh học, không thấm nước của mẫu khẩu trang.
Nguồn nguyên liệu Chuối có tên khoa học là Musa paradisiaca L, thuộc họ Musacae và có khoảng 300 loài, nhưng chỉ có khoảng 20 loài giống được sử dụng để tiêu thụ, là loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở Ấn Độ, Nam Trung Quốc, Malaysia, Việt Nam, các nước Đông Phi, Tây Phi và Mĩ Latinh, v. Các loài chuối hoang dại được tìm thấy rất nhiều ở Đông Nam Á, do đó có thể cho rằng Đông Nam Á là quê hương của chuối. a) cây chuối ăn quả; b) bộ phận lá chuối Chuối là một loại thảo mộc lớn lâu năm, có thân rễ to (củ chuối). Thân trên do các bẹ lá to mọng nước mọc ôm lấy nhau tạo thành thân giả, chiều cao của thân giả có thể lên đến 2-2,5 m cùng với 8-12 chiếc lá lớn.
Trung bình một cây chuối có thể cho ra 30 chiếc lá lớn với chiều dài gần 1,5 m và rộng lên đến 30-60 cm [16, 17]. Chuối có giá trị dinh dưỡng rất cao, được coi là loại cây ăn quả lý tưởng cho mọi lứa tuổi. So với các cây trồng khác, cây chuối được trồng sử dụng với mục đích thương mại là trồng để lấy quả, ngoài ra toàn bộ sản phẩm từ cây chuối đều được có thể sử dụng làm lương thực, thực phẩm, thức ăn cho động vật chăn nuôi, phân bón, v. Tình hình trên thế giới Hầu hết các loại chuối hiện nay có nguồn góc từ hai loại hoang dã là Musa acuminate và Musa balbisiana, thuộc chi musa.
Một số người cho rằng chuối có nguồn gốc từ New Guinea vì sự đa dạng chuối thuần hóa ở thung lũng Kuk (New Guinea) khoảng 8000 trước công nguyên (TCN) là khu vực được coi là nơi con người đầu tiên thuần hóa chuối. Sau đó đã lan sang Philippines và khắp các vùng nhiệt đới. Có khả năng chuối đến Ấn Độ, Indonesia, Australia và Malaysia trong hai thiên niên kỷ đầu tiên sau khi thuần hóa, 12 chuối đã chắc chắn đến lục địa châu Phi giữa 500 TCN. Ngạc nhiên hơn, chuối có thể đến ở Nam Mỹ trước người châu Âu (khoảng 200 TCN) do các thủy thủ có nguồn gốc Đông Nam Á.
Vào thế kỷ thứ 3, chuối đã được trồng trên các đồn điền ở Trung Quốc. Chuối được trồng tại Ấn Độ Dương theo làn sóng của đạo Hồi.