I. Tổng quan về Aerogel và Xơ Dừa
Aerogel là vật liệu rắn xốp, nhẹ nhất thế giới với nhiều tính chất đặc biệt như khối lượng riêng thấp, độ rỗng cao, diện tích bề mặt riêng lớn, khả năng cách nhiệt tốt. Nhờ những đặc tính này, aerogel được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, xây dựng, xử lý môi trường. Luận văn tập trung vào aerogel sinh học, được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu tái tạo, thân thiện với môi trường. Xơ dừa, phế phẩm nông nghiệp phổ biến ở Việt Nam, là nguồn nguyên liệu tiềm năng để tổng hợp aerogel nhờ hàm lượng cellulose cao. Việc sử dụng xơ dừa không chỉ tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn mang lại giá trị kinh tế. "Sinh khối xơ dừa là một trong những phế phẩm nông nghiệp phổ biến... gây ô nhiễm môi trường và lãng phí nguồn sinh khối tiềm năng." Luận văn đã khai thác tiềm năng này, sử dụng xơ dừa để tổng hợp cellulose aerogel và carbon aerogel, hướng đến ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường.
II. Quy trình Tổng hợp Aerogel từ Xơ Dừa
Luận văn trình bày chi tiết quy trình tổng hợp cellulose aerogel và carbon aerogel từ xơ dừa. Đầu tiên, xơ dừa được tiền xử lý bằng phương pháp cơ học và hóa học để thu hồi cellulose. "Vật liệu cellulose aerogel và carbon aerogel được tổng hợp thành công bằng phương pháp tiền xử lý cơ học kết hợp hóa học để thu hồi cellulose từ xơ dừa." Tiếp theo, cellulose aerogel được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel với dung dịch NaOH/Urê và sấy đông khô. Cuối cùng, carbon aerogel được tạo thành bằng cách carbon hóa cellulose aerogel trong môi trường khí trơ (N2). Các phương pháp phân tích hiện đại như FTIR, SEM, XRD, và TGA được sử dụng để đánh giá đặc tính của vật liệu thu được. Kết quả cho thấy carbon aerogel có khối lượng riêng thấp hơn và độ rỗng cao hơn so với cellulose aerogel. "Carbon aerogel sở hữu khối lượng riêng thấp 0,0026-0,0065 g/cm3 và độ rỗng cao 99,67-99,87 % trong khi các giá trị đó của cellulose aerogel lần lượt là 0,0099-0,0158 g/cm3 và 98,96-99,35 %."
III. Ứng dụng Hấp phụ của Aerogel
Khả năng hấp phụ của cellulose aerogel và carbon aerogel được đánh giá thông qua hấp phụ methylene blue (MB) và dầu. "Cellulose aerogel có dung lượng hấp phụ methylene blue (MB) là 17,68 mg/g và dung lượng hấp phụ dầu là 15,20 g/g. Carbon aerogel có dung lượng hấp phụ dầu cao hơn so với cellulose aerogel là 22,71 g/g." Kết quả cho thấy cả hai loại aerogel đều có khả năng hấp phụ MB và dầu, tuy nhiên, carbon aerogel thể hiện khả năng hấp phụ dầu vượt trội hơn. Động học hấp phụ được phân tích bằng mô hình động học hấp phụ biểu kiến bậc một và bậc hai. Ứng dụng này của aerogel từ xơ dừa cho thấy tiềm năng lớn trong xử lý ô nhiễm nước thải, đặc biệt là ô nhiễm thuốc nhuộm và dầu. Điều này phù hợp với mục tiêu ban đầu của luận văn là tìm kiếm giải pháp cho vấn đề ô nhiễm môi trường nước.
IV. Mô phỏng Quy trình Sản xuất ở Quy mô Công nghiệp
Luận văn không chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm mà còn đề xuất quy trình sản xuất carbon aerogel từ xơ dừa ở quy mô công nghiệp bằng phần mềm SuperPro Designer. "Cuối cùng là dựa vào các kết quả thực nghiệm đã thực hiện đề xuất quy trình công nghệ tổng hợp vật liệu carbon aerogel từ sinh khối xơ dừa bằng phần mềm SuperPro Designer (phần mềm mô phỏng trong Công nghệ Hóa học) với quy mô công nghiệp." Việc mô phỏng này giúp đánh giá tính khả thi kinh tế và kỹ thuật của quy trình, đồng thời tối ưu hóa các thông số vận hành. Kết quả mô phỏng cho thấy từ 200 kg xơ dừa thô có thể thu được gần 12 kg carbon aerogel. Đây là bước tiến quan trọng, mở ra triển vọng ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu trong xử lý ô nhiễm môi trường ở quy mô lớn.
