Đề tài điều chế sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp thay cho nhựa sử dụng một lần

Khám phá quy trình điều chế sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp, giải pháp thay thế nhựa sử dụng một lần, bảo vệ môi trường hiệu quả.

• Tác giả: Lê Thị Bích Phượng
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Tuyết Nhung
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Chế Đĩa Từ Phế Phẩm Nông Nghiệp Thay Thế Nhựa Dùng Một Lần
• Loại tài liệu: Báo Cáo Tổng Kết Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Công trình nghiên cứu về phế phẩm nông nghiệp
• 1.1.1. Nghiên cứu trong nước
• 1.1.2. Nghiên cứu ngoài nước
• 1.2. Tổng quan phế phẩm nông nghiệp
• 1.2.1. Định nghĩa phế phẩm nông nghiệp
• 1.2.2. Phân loại phế phẩm nông nghiệp
• 1.2.3. Khái quát chung phế phẩm nông nghiệp
• 1.3. Thực trạng rác thải nhựa dùng một lần ở Việt Nam
• 1.4. Một số nghiên cứu chế biến phế phẩm nông nghiệp thành đĩa dùng một lần
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tính chất phế phẩm điều chế vật liệu
• 2.2. Phế phẩm vỏ ngô
• 2.3. So sánh vỏ ngô với một số phế phẩm khác
• 2.4. Quá trình loại bỏ lignin trong phế phẩm nông nghiệp
• 2.5. Cơ chế hoạt động và công dụng của Natri Benzoat (E211)
• 2.6. Phương pháp ma trận trực giao Taguchi
• 3. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
• 3.2. Điều chế vật liệu
• 3.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu
• 3.2.2. Quy trình điều chế vật liệu
• 3.2.3. Xác định khoảng tối ưu của các yếu tố trong điều chế sản phẩm
• 3.3. Chuẩn bị vật liệu làm bề mặt đĩa
• 3.3.1. Xác định thời gian sấy lá sen
• 3.3.2. Cố định lá sen và ép định hình
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT
• 4.1. Kết quả sau khi chụp phân tích sản phẩm bằng phương pháp FT – IR (Fourrier Transformation InfraRed)
• 4.2. Sản phẩm sau thí nghiệm
• 4.3. Ảnh hưởng của các yếu tố tác động lên sản phẩm
• 4.4. Kết quả sấy vật liệu lá sen
• 4.5. Ép lá thành phẩm
• KẾT LUẬN VÀ VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Nghiên Cứu Đĩa Từ Phế Phẩm Nông Nghiệp Tổng Quan Dự Án

Đề tài nghiên cứu khoa học vật liệu tập trung vào việc điều chế vật liệu từ phế phẩm nông nghiệp, cụ thể là vỏ ngô, để tạo ra sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp thay thế cho nhựa dùng một lần. Dự án này giải quyết bài toán giải pháp thay thế nhựa trong bối cảnh lượng rác thải nhựa ngày càng gia tăng, đặc biệt là các sản phẩm nhựa dùng một lần. Việc sử dụng phế phẩm nông nghiệp không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào kinh tế tuần hoàn và nông nghiệp bền vững. Nghiên cứu này hướng đến việc tạo ra sản phẩm sản phẩm thân thiện môi trường có giá thành hợp lý, dễ tiếp cận với người tiêu dùng, góp phần thay đổi thói quen sử dụng đồ nhựa. Đề tài được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

1.1. Mục Tiêu Nghiên Cứu Sản Xuất Đĩa Thân Thiện Môi Trường

Mục tiêu chính của nghiên cứu là sử dụng phế phẩm nông nghiệp, cụ thể là vỏ ngô, để điều chế vật liệu từ phế phẩm thành sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp có thể thay thế nhựa dùng một lần trong sinh hoạt hàng ngày. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình công nghệ sản xuất đĩa từ phế phẩm, từ khâu xử lý nguyên liệu đến tạo hình sản phẩm, đảm bảo chất lượng và tính ứng dụng cao. Đề tài cũng hướng đến việc đánh giá tính khả thi về kinh tế của quy trình sản xuất, nhằm đưa ra giải pháp giải pháp thay thế nhựa bền vững và hiệu quả.

1.2. Phạm Vi và Đối Tượng Nghiên Cứu Vật Liệu Sinh Học

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong quy mô phòng thí nghiệm, tập trung vào quá trình điều chế vật liệu từ phế phẩm và tạo ra các mẫu sản phẩm phân hủy sinh học từ vỏ ngô. Đối tượng nghiên cứu bao gồm vỏ ngô chưa qua xử lý, vỏ ngô sau khi xử lý bằng các phương pháp vật lý và hóa học, và sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp được sản xuất từ vỏ ngô đã qua xử lý. Nghiên cứu cũng xem xét việc sử dụng lá sen để làm bề mặt cho đĩa, tăng tính thẩm mỹ và khả năng chống thấm.

II. Vấn Đề Rác Thải Nhựa Cần Nghiên Cứu Vật Liệu Thay Thế

Việt Nam đang đối mặt với thách thức lớn về xử lý phế phẩm nông nghiệp và rác thải nhựa. Lượng rác thải nhựa khổng lồ, đặc biệt là nhựa dùng một lần, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Các sản phẩm làm từ nhựa polystyrene có thể giải phóng chất styrene độc hại khi tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc thấp, gây tổn thương đến gan và hệ thần kinh. Nghiên cứu này góp phần giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra sản phẩm sản phẩm thân thiện môi trường có khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn, không gây ô nhiễm môi trường.

2.1. Thực Trạng Rác Thải Nhựa Dùng Một Lần Tại Việt Nam

Dân số Việt Nam trên 90 triệu người, tạo ra gần 18.000 tấn rác thải nhựa mỗi ngày, đưa Việt Nam vào top 5 quốc gia xả rác thải nhựa ra đại dương nhiều nhất. Sự tiện lợi và giá rẻ của các sản phẩm nhựa dùng một lần như ly, chén, đĩa dẫn đến việc sử dụng vô tội vạ, gây ra hậu quả nặng nề cho môi trường. Nghiên cứu khoa học vật liệu này nhắm đến mục tiêu giảm thiểu sự phụ thuộc vào các sản phẩm nhựa độc hại.

2.2. Tiềm Năng Sử Dụng Phế Phẩm Nông Nghiệp Tái Chế

Việc sử dụng tái chế phế phẩm nông nghiệp như vỏ ngô để sản xuất vật liệu thay thế nhựa không chỉ giúp giảm thiểu rác thải nhựa mà còn tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có, giảm chi phí sản xuất. Các sản phẩm từ bã mía, lá mo cau đã được nghiên cứu và sản xuất nhưng chưa phổ biến do giá thành cao. Nghiên cứu này hướng đến việc tạo ra sản phẩm sản phẩm phân hủy sinh học có giá thành cạnh tranh, phù hợp với điều kiện kinh tế của Việt Nam.

III. Phương Pháp Điều Chế Đĩa Từ Vỏ Ngô Quy Trình Tối Ưu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm và phương pháp Taguchi để xác định các yếu tố tối ưu trong quá trình điều chế vật liệu từ phế phẩm. Các yếu tố được xem xét bao gồm nồng độ Na2CO3, thời gian gia nhiệt phế phẩm, phần trăm phụ gia (bột năng) thêm vào, và khối lượng nguyên liệu ban đầu. Mục tiêu là tối ưu hóa các yếu tố này để tạo ra sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp đạt yêu cầu về độ bền, khả năng chịu nhiệt và độ rò rỉ nước.

3.1. Chuẩn Bị Nguyên Liệu Vỏ Ngô Cho Nghiên Cứu

Vỏ ngô được thu thập và chuẩn bị kỹ lưỡng trước khi đưa vào quá trình điều chế vật liệu từ phế phẩm. Quá trình chuẩn bị bao gồm làm sạch, phơi khô và nghiền nhỏ vỏ ngô để tăng diện tích tiếp xúc với các hóa chất trong quá trình xử lý. Việc chuẩn bị nguyên liệu kỹ lưỡng đảm bảo tính đồng nhất và độ chính xác của kết quả thí nghiệm.

3.2. Quy Trình Điều Chế Vật Liệu Bền Vững Từ Vỏ Ngô

Quy trình điều chế vật liệu từ phế phẩm bao gồm các bước chính: xử lý vỏ ngô bằng dung dịch Na2CO3 để loại bỏ lignin, gia nhiệt để làm mềm vật liệu, thêm phụ gia (bột năng) để tăng độ kết dính, và tạo hình sản phẩm bằng khuôn. Các thông số của quy trình được điều chỉnh và tối ưu hóa bằng phương pháp Taguchi để đạt được chất lượng sản phẩm tốt nhất.

3.3. Ứng Dụng Phương Pháp Ma Trận Trực Giao Taguchi

Sử dụng phương pháp ma trận trực giao Taguchi để thiết kế thí nghiệm và phân tích kết quả. Phương pháp này giúp xác định được sự ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào (nồng độ Na2CO3, thời gian gia nhiệt, phần trăm bột năng, khối lượng nguyên liệu) đến các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm (độ bền kéo, tải trọng bề mặt, Young's Modulus). Việc sử dụng Taguchi giúp giảm số lượng thí nghiệm cần thực hiện mà vẫn đảm bảo kết quả tin cậy.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Đánh Giá Chất Lượng Đĩa Vỏ Ngô

Sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp sau khi điều chế được đánh giá chất lượng dựa trên các chỉ tiêu: độ bền kéo, khả năng kéo dãn, tải trọng, Young's Modulus, khả năng chịu nhiệt và độ rò rỉ nước. Kết quả phân tích FT-IR (Fourrier Transformation InfraRed) được sử dụng để xác định thành phần hóa học của sản phẩm và đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý cellulose và lignin. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng sử dụng phế phẩm nông nghiệp để tạo ra sản phẩm sản phẩm thân thiện môi trường có chất lượng tương đương với các sản phẩm nhựa thông thường.

4.1. Ảnh Hưởng Của Các Yếu Tố Đến Chất Lượng Sản Phẩm

Kết quả thí nghiệm cho thấy các yếu tố nồng độ Na2CO3, thời gian gia nhiệt, phần trăm bột năng và khối lượng nguyên liệu ban đầu đều có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm. Việc tối ưu hóa các yếu tố này giúp cải thiện độ bền cơ học và khả năng chịu nhiệt của sản phẩm. Đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố được xây dựng để trực quan hóa kết quả và đưa ra các khuyến nghị về quy trình sản xuất.

4.2. Đánh Giá Độ Bền Cơ Học Của Đĩa Từ Phế Phẩm

Độ bền kéo, tải trọng bề mặt và Young's Modulus là các chỉ tiêu quan trọng đánh giá độ bền cơ học của sản phẩm. Kết quả thí nghiệm cho thấy sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp có độ bền tương đối tốt, đủ khả năng sử dụng trong các mục đích thông thường. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ bền cơ học của sản phẩm để đáp ứng yêu cầu cao hơn.

4.3. Nghiên Cứu Khả Năng Chịu Nhiệt và Chống Thấm

Khả năng chịu nhiệt và chống thấm là hai yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến tính ứng dụng của sản phẩm. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá khả năng chịu nhiệt của đĩa khi tiếp xúc với thực phẩm nóng, và khả năng chống thấm nước để đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Kết quả cho thấy sản phẩm có tiềm năng ứng dụng tốt nhưng cần cải thiện thêm khả năng chống thấm.

V. Ứng Dụng Thực Tế Tạo Sản Phẩm Thân Thiện Môi Trường

Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi của phế phẩm nông nghiệp trong việc sản xuất các sản phẩm sản phẩm thân thiện môi trường thay thế nhựa dùng một lần. Sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp có thể được sử dụng trong các nhà hàng, quán ăn, hoặc các sự kiện, góp phần giảm thiểu lượng rác thải nhựa ra môi trường. Nghiên cứu cũng khuyến khích việc phát triển công nghệ sản xuất đĩa từ phế phẩm ở quy mô công nghiệp, tạo ra nguồn thu nhập cho người nông dân và góp phần vào nông nghiệp bền vững.

5.1. Tiềm Năng Thương Mại Hóa Sản Phẩm Từ Vỏ Ngô

Việc thương mại hóa sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp có thể tạo ra cơ hội kinh doanh mới, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường. Cần có sự hỗ trợ từ các cơ quan quản lý nhà nước và các doanh nghiệp để thúc đẩy công nghệ sản xuất đĩa từ phế phẩm và đưa sản phẩm ra thị trường.

5.2. Giải Pháp Kinh Tế Tuần Hoàn và Phát Triển Bền Vững

Nghiên cứu này góp phần vào xây dựng kinh tế tuần hoàn bằng cách tận dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguyên liệu sản xuất, giảm thiểu chất thải và ô nhiễm môi trường. Việc phát triển các sản phẩm sản phẩm thân thiện môi trường là một phần quan trọng của nông nghiệp bền vững và giúp bảo vệ tài nguyên thiên nhiên cho thế hệ tương lai.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Vật Liệu Tương Lai

Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng phế phẩm nông nghiệp để sản xuất vật liệu thay thế nhựa, mở ra hướng đi mới trong việc giải quyết vấn đề rác thải nhựa và bảo vệ môi trường. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và mở rộng ứng dụng của vật liệu sinh học này. Nghiên cứu này là một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng một tương lai xanh và bền vững.

6.1. Tổng Kết Những Thành Công Đạt Được Trong Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã thành công trong việc điều chế vật liệu từ phế phẩm (vỏ ngô) để tạo ra sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp có chất lượng tương đối tốt. Quy trình sản xuất đã được tối ưu hóa bằng phương pháp Taguchi. Việc đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm đã cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển công nghệ sản xuất đĩa từ phế phẩm.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Để Hoàn Thiện Sản Phẩm

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ bền cơ học và khả năng chống thấm của sản phẩm. Nghiên cứu cũng nên tập trung vào việc sử dụng các composite sinh học khác để tăng cường tính năng của sản phẩm. Việc nghiên cứu tính khả thi kinh tế và tác động môi trường của quy trình sản xuất ở quy mô công nghiệp cũng là một hướng đi quan trọng.

Nội dung chính

Nghiên Cứu Điều Chế Đĩa Sinh Học Từ Vỏ Ngô Và Lá Sen Thay Thế Nhựa Dùng Một Lần

---

Tóm tắt nghiên cứu

• Câu hỏi nghiên cứu cốt lõi (Research Question): Làm thế nào để tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp dồi dào, cụ thể là vỏ ngô kết hợp với màng sinh học lá sen, nhằm chế tạo thành công sản phẩm đĩa dùng một lần thân thiện với môi trường, đảm bảo các tiêu chuẩn cơ lý và có khả năng thay thế hoàn toàn đồ nhựa polystyrene dùng một lần?
• Tổng quan phương pháp tiếp cận (Methodology Snapshot): Đề tài ứng dụng phương pháp kiềm hóa soda dịu nhẹ ($Na_2CO_3$) để tách loại một phần lignin, giải phóng sợi cellulose từ vỏ ngô; phối trộn với hồ tinh bột năng làm chất kết dính sinh học và phụ gia bảo quản an toàn Natri Benzoat ($E211$). Quá trình tối ưu hóa 4 yếu tố công nghệ (nồng độ kiềm, thời gian nấu, tỷ lệ bột kết dính, khối lượng phôi) được thiết kế qua mô hình ma trận trực giao Taguchi $L_{16}$ trên phần mềm Minitab. Bề mặt đĩa được ép nhiệt kết hợp màng lá sen sấy kiểm soát nhằm tăng cường khả năng chống thấm nước.
• Phát hiện quan trọng (Key Findings): Bộ thông số tối ưu được xác lập gồm: nồng độ dung dịch $Na_2CO_3\ 10%$, thời gian nấu 45 phút ở $100^\circ C$, tỷ lệ hồ tinh bột năng $10%$ (g/g) và khối lượng phôi đĩa $45\text{g}$. Lá sen sấy ở $40^\circ C$ trong 30 phút cho độ dẻo dai và khả năng chống thấm tối ưu (chứa nước liên tục trên 4 giờ không rò rỉ). Phân tích quang phổ FT-IR xác nhận vật liệu giữ nguyên cấu trúc cellulose tự nhiên, hoàn toàn không chứa hóa chất độc hại và có khả năng phân hủy sinh học trong 6 tháng.
• Hàm ý thực tiễn (Implications): Nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững cho mô hình kinh tế tuần hoàn trong nông nghiệp, giúp gia tăng giá trị chuỗi sản xuất ngô và sen, đồng thời cung cấp giải pháp thay thế khả thi về mặt kỹ thuật cho đồ dùng nhựa dùng một lần tại thị trường Việt Nam.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng

Hiện trạng rác thải nhựa và khoảng trống nghiên cứu

Ô nhiễm rác thải nhựa dùng một lần đang là cuộc khủng hoảng môi trường nghiêm trọng toàn cầu. Tại Việt Nam, với dân số hơn 90 triệu người, lượng rác thải nhựa phát sinh ước tính gần 18.000 tấn/ngày, đưa nước ta vào nhóm những quốc gia có lượng rác thải nhựa xả ra biển nhiều nhất thế giới. Các sản phẩm gia dụng tiện lợi dùng một lần như cốc, tô, đĩa nhựa chủ yếu được sản xuất từ nhựa Polystyrene (PS). Khi tiếp xúc với thực phẩm nóng hoặc dầu mỡ, PS dễ dàng giải phóng monomer styrene độc hại – một hợp chất gây độc cho gan, tổn thương hệ thần kinh trung ương và tiềm ẩn nguy cơ gây ung thư.

Mặc dù thị trường đã xuất hiện một số giải pháp sinh học như đĩa bã mía, đĩa mo cau hay hộp giấy ép, nhưng việc phổ biến các sản phẩm này vẫn gặp rào cản lớn về giá thành cao và nguồn nguyên liệu chưa được đa dạng hóa theo từng vùng sinh thái.

[Phế phẩm Nông nghiệp: Vỏ ngô, Lá sen]
[Vật liệu Sinh học Tự phân hủy]

Tính cấp thiết và tiềm năng ứng dụng

Việt Nam là quốc gia nông nghiệp với sản lượng phụ phẩm sau thu hoạch lên tới hàng chục triệu tấn mỗi năm. Riêng phế phẩm từ cây ngô (thân, lá, vỏ bắp) chiếm khối lượng khổng lồ, đa phần bị đốt bỏ ngay tại đồng ruộng gây khói bụi ô nhiễm không khí và phát thải khí nhà kính. Trong khi đó, vỏ ngô sở hữu hàm lượng cellulose lý tưởng ($40.7%$), độ ẩm tự nhiên cao và cấu trúc sợi dai, hoàn toàn phù hợp để chuyển đổi thành vật liệu kết cấu phân hủy sinh học.

Kết hợp cốt sợi vỏ ngô với lớp màng phủ tự nhiên từ lá sen – loại thực vật nổi tiếng với hiệu ứng lá sen (lotus effect) kỵ nước siêu việt – mang lại một giải pháp đột phá. Đề tài không chỉ xử lý triệt để bài toán ô nhiễm rác thải nhựa tại nguồn tiêu dùng mà còn giải quyết bài toán môi trường trong nông nghiệp, biến "phế phẩm bỏ đi" thành "tài nguyên xanh", góp phần thúc đẩy mục tiêu phát triển kinh tế xanh và phát thải ròng bằng 0 (Net Zero).

---

Methodology và approach

Thiết kế nghiên cứu và quy trình thực nghiệm

Nghiên cứu áp dụng quy trình thực nghiệm tích hợp giữa xử lý hóa - lý nhẹ nhàng và công nghệ ép cơ nhiệt, đảm bảo tiêu chí sạch và an toàn thực phẩm.

                    [Nấu kiềm nhẹ Na2CO3 10%, 100°C, 45 phút]
                    [Rửa sạch đến pH trung tính (6.5 - 7.0)]
                    [Xay ướt mịn & Rây tách nước qua lưới 0.2mm]
                    [Phối trộn Hồ tinh bột năng 10% + E211]
                    [Tráng khuôn định hình 45g & Sấy 40°C / 12h]

• Xử lý sợi vỏ ngô: Vỏ ngô khô được băm nhỏ thành đoạn $0.5 - 1.0\text{ cm}$, sau đó tiến hành nấu giải phóng sợi (soda pulping) bằng dung dịch muối kiềm $Na_2CO_3$ thay vì dùng xút ăn da ($NaOH$) nồng độ cao nhằm giảm tính độc hại và bảo vệ môi trường. Phôi vật liệu sau nấu được rửa kỹ về môi trường trung tính ($\text{pH} = 6.5 - 7.0$), nghiền ướt để tách triệt để bó sợi cellulose, rồi lọc tách nước qua rây inox lỗ $0.2\text{ mm}$.
• Tạo màng liên kết: Hồ tinh bột sắn (bột năng) được hồ hóa ở nồng độ $10%$ đóng vai trò chất kết dính liên kết mạng sợi cellulose, bổ sung $0.2%$ Natri Benzoat ($E211$) làm chất kháng nấm mốc chuẩn an toàn thực phẩm (GRAS).
• Màng chống thấm lá sen: Lá sen tươi được cắt mẫu, nghiên cứu động học sấy đối lưu ở $40^\circ C$ trong các mốc thời gian 15, 30, 45, và 60 phút để tìm điểm cân bằng giữa độ ẩm, độ dai và màu sắc diệp lục. Sau đó, lá sen được ép dán nhiệt lên cốt đĩa bằng máy ép cơ khí chuyên dụng.

Kỹ thuật phân tích và tối ưu hóa Taguchi

Để kiểm soát và tối ưu hóa đa yếu tố với số lượng thí nghiệm tối thiểu nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy thống kê cao, nghiên cứu đã sử dụng ma trận trực giao Taguchi $L_{16}\ (4^4)$ với 4 biến đầu vào chia làm 4 mức:

Ký hiệu	Biến công nghệ (Yếu tố)	Mức 1	Mức 2	Mức 3	Mức 4
A	Nồng độ $Na_2CO_3$ ($%$)	5	10	15	20
B	Thời gian nấu (phút)	15	30	45	60
C	Tỷ lệ hồ bột năng (g/g $%$)	5	10	15	20
D	Khối lượng nguyên liệu phôi ($\text{g}$)	30	45	60	75

Các chỉ tiêu cơ lý đầu ra bao gồm: Độ bền kéo đứt (Tensile Stress), Tải trọng chịu uốn (Weight Load), và Mô-đun đàn hồi (Young’s Modulus) được đo kiểm trên máy kéo nén vạn năng Testometric M500-50 (Đức). Dữ liệu được chuyển đổi sang tỷ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$) theo tiêu chí "Càng lớn càng tốt" (Larger-the-better):

$$\eta = -10 \log_{10}\left(\frac{1}{n}\sum_{u=1}^{n}\frac{1}{y_u^2}\right)$$

Cấu trúc hóa học và các liên kết hữu cơ được giải đoán bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR).

---

Phát hiện chính

1. Xác lập bộ thông số tối ưu qua tỷ số S/N Taguchi

Kết quả phân tích mảng trực giao $L_{16}$ cho thấy mức độ ảnh hưởng của các biến công nghệ tới cơ tính tổng hợp của sản phẩm được xếp hạng theo thứ tự ưu tiên: Nồng độ $Na_2CO_3$ (Hạng 1) > Thời gian nấu (Hạng 2) > Tỷ lệ tinh bột (Hạng 3) > Khối lượng phôi (Hạng 4).

• Nồng độ $Na_2CO_3$ ($10%$): Đạt cực đại giá trị $S/N$. Nồng độ dưới $10%$ không đủ phá vỡ liên kết $\beta\text{-aryl ether}$ của lignin; tuy nhiên khi tăng lên $15 - 20%$, môi trường kiềm đặc gây ra phản ứng ngưng tụ lignin thứ cấp và thủy phân cắt ngắn mạch cellulose (peeling reaction), làm suy giảm độ bền sợi.
• Thời gian nấu ($45\text{ phút}$): Thời gian 45 phút loại bỏ lignin đạt hiệu suất cao nhất. Kéo dài lên 60 phút chỉ làm tăng tỷ số $S/N$ thêm $1.07$ lần (không có ý nghĩa thống kê) nhưng tiêu tốn thêm $33%$ năng lượng nhiệt.
• Tỷ lệ bột năng ($10%\text{ g/g}$): Đóng vai trò cầu nối hydro giữa các bó sợi. Khi vượt quá $10%$ (mức $15 - 20%$), lượng tinh bột dư thừa tạo khoảng cách giữa các sợi cellulose, làm tăng độ giòn và gây nứt vỡ cấu trúc khi chịu lực.
• Khối lượng phôi đĩa ($45\text{g}$): Cho độ dày thành phẩm $0.18\text{ cm}$, tối ưu hóa khả năng phân tán lực uốn. Khối lượng lớn hơn ($60 - 75\text{g}$) làm sản phẩm dày nhưng khó thoát ẩm khi sấy, tạo ứng suất nhiệt cục bộ dễ gây cong vênh.

Ảnh hưởng của Nồng độ Na2CO3 đến Tỷ số S/N Tổng hợp
S/N (dB)

2. Đặc tính cơ lý vượt trội của đĩa vỏ ngô

Sản phẩm chế tạo ở điều kiện tối ưu đạt được các thông số cơ lý xuất sắc:

• Lực kéo đứt tối đa: $286.2\text{ N}$
• Sức căng bề mặt chịu uốn: $8.32\text{ N/mm}^2$
• Tải trọng tĩnh bề mặt: Chịu được khối lượng lên đến $35.8\text{ kg}$ mà không bị biến dạng gãy vỡ.
• Khối lượng riêng: $0.007\text{ g/cm}^3$, đầm chắc hơn $5 - 7$ lần so với đĩa xốp nhựa PS ($0.001\text{ g/cm}^3$), tạo cảm giác chắc chắn khi cầm nắm thực phẩm.

3. Hiệu quả xử lý nhiệt màng lá sen chống thấm

Nghiên cứu động học sấy lá sen ở $40^\circ C$ xác định mốc 30 phút là điểm vàng công nghệ:

• Ở 15 phút: Lá còn ẩm ($>30%$), tế bào biểu bì chưa ổn định, màng mềm nhũn và dễ rách khi ép dán.
• Ở 30 phút: Lá đạt độ ẩm cân bằng ($12 - 15%$), diệp lục giữ nguyên sắc xanh tự nhiên, lớp sáp cutin trên biểu bì được kích hoạt tạo độ dẻo dai cao, không bị nứt vỡ dưới áp lực máy ép.
• Ở 45 – 60 phút: Lá bị oxy hóa nhiệt biến tính sang màu nâu vàng, cấu trúc tế bào giòn vụn, mất hoàn toàn khả năng uốn gấp.

Đĩa thành phẩm sau khi ép màng lá sen có khả năng chứa nước ở nhiệt độ phòng ($23 \pm 2^\circ C$) liên tục trên 4 giờ mà không ghi nhận bất kỳ hiện tượng thấm ẩm hoặc mềm nhũn đế đĩa.

4. Giải mã cấu trúc hóa học qua phổ FT-IR

Kết quả phân tích quang phổ hồng ngoại FT-IR làm sáng tỏ bản chất liên kết sinh học:

• Dải hấp thụ mạnh ở $3400 - 3500\text{ cm}^{-1}$ đặc trưng cho dao động kéo dãn của nhóm hydroxyl ($-\text{OH}$) trong chuỗi cellulose và tinh bột.
• Mũi nhọn tại $2922.83\text{ cm}^{-1}$ đại diện cho liên kết $C\text{-}H$ no của khung polymer sinh học.
• Mũi hấp thụ tại $1640\text{ cm}^{-1}$ tương ứng với dao động uốn của phân tử nước liên kết nội tại.
• Đỉnh sắc nét tại $1160\text{ cm}^{-1}$ xác nhận sự hiện diện của cầu nối liên kết $\beta\text{-}1,4\text{-glycosidic}$ bền vững giữa các mắt xích D-glucose.

Phổ FT-IR không ghi nhận bất kỳ pic lạ nào của dẫn xuất hóa chất độc hại, chứng minh quá trình rửa kiềm triệt để và khẳng định vật liệu là $100%$ hợp chất hữu cơ tự nhiên có thể phân hủy sinh học hoàn toàn trong đất trong vòng 6 tháng.

---

Đóng góp khoa học

                    CÁC ĐÓNG GÓP NỔI BẬT CỦA NGHIÊN CỨU
[Giá trị Lý thuyết & Hóa học]   [Đột phá Quy trình Chế tạo]    [Giải pháp Thực tiễn & Môi trường]
• Cơ chế delignin bằng Na2CO3   • Ứng dụng Taguchi L16         • Đĩa chịu lực 35.8kg, chống thấm >4h
• Khai thác liên kết beta-1,4   • Kỹ thuật bảo toàn diệp lục   • Phân hủy sinh học hoàn toàn sau 6 tháng
  glycosidic tự nhiên             màng lá sen sấy 40°C/30p     • Thay thế nhựa PS & Tận dụng phụ phẩm

Đóng góp về mặt lý thuyết và học thuật

• Làm sáng tỏ động học tách lignin môi trường kiềm yếu: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về phản ứng phân cắt liên kết ether của vỏ ngô trong môi trường muối $Na_2CO_3$, chứng minh khả năng thay thế $NaOH$ truyền thống trong công nghệ sản xuất bột giấy và vật liệu composite sinh học quy mô nhỏ.
• Cơ sở liên kết composite hữu cơ: Chứng minh cơ chế đồng tương thích giữa chuỗi cellulose tự nhiên từ vỏ bắp và mạng lưới tinh bột sắn hồ hóa thông qua liên kết hydro, thiết lập nền tảng tính toán cơ lý cho các nghiên cứu màng polymer sinh học tiếp theo.

Cải tiến về phương pháp luận và kỹ thuật

• Tối ưu hóa đa mục tiêu bằng ma trận Taguchi: Thiết lập thành công mô hình thực nghiệm tinh gọn với chỉ 16 mẻ thử nghiệm nhưng kiểm soát toàn diện 4 biến công nghệ tương hỗ, mang lại phương pháp luận chuẩn xác cho các nghiên cứu chế tạo vật liệu tái chế.
• Kỹ thuật ép màng bảo toàn hoạt tính sinh học: Phát triển thành công quy trình xử lý nhiệt màng lá sen giữ nguyên cấu trúc sáp tự nhiên và màu sắc xanh nguyên bản, mở ra giải pháp phủ chống thấm sinh thái không cần dùng màng nhựa phủ PE/PLA.

Ý nghĩa kinh tế - xã hội và chính sách

• Thúc đẩy nông nghiệp tuần hoàn: Tận dụng tối đa hai nguồn phụ phẩm nông nghiệp đặc trưng của Việt Nam (vỏ ngô và lá sen), tạo chuỗi giá trị gia tăng, nâng cao thu nhập cho nông dân tại các vùng nông thôn.
• Cơ sở thực thi lộ trình cấm nhựa dùng một lần: Cung cấp luận cứ kỹ thuật vững chắc và giải pháp sản phẩm thương mại khả thi để các nhà hoạch định chính sách thúc đẩy lộ trình loại bỏ đồ nhựa dùng một lần theo Luật Bảo vệ Môi trường.

---

Đối tượng quan tâm

                                  ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI
[Nhà nghiên cứu KHVL]  [Doanh nghiệp F&B/Bao bì]     [Hợp tác xã Nông nghiệp] [Nhà quản lý Môi trường]
• Dữ liệu delignin      • Công nghệ đĩa sinh thái     • Tận thu vỏ ngô, lá sen • Luận cứ chính sách cấm
• Phương pháp Taguchi   • Giá thành cạnh tranh        • Nâng cao thu nhập        đồ nhựa dùng 1 lần

• Nhà nghiên cứu Khoa học Vật liệu & Môi trường: Tham khảo bộ thông số động học tách cellulose từ phế phẩm nông nghiệp và phương pháp tối ưu hóa Taguchi để mở rộng nghiên cứu trên các nguồn sinh khối khác (rơm rạ, bã mía, cuống chuối, vỏ dứa).
• Doanh nghiệp sản xuất Bao bì & Đồ dùng dùng một lần: Tiếp cận quy trình công nghệ sạch, chi phí thấp, nguyên liệu dồi dào để đầu tư dây chuyền sản xuất chén, đĩa, khay định hình sinh thái thay thế đồ xốp nhựa.
• Ngành Dịch vụ F&B, Nhà hàng, Chuỗi thức ăn nhanh: Nguồn cung cấp vật dụng bao gói "xanh", nâng cao hình ảnh thương hiệu bền vững (ESG) và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về an toàn sức khỏe.
• Hợp tác xã và Người nông dân: Cơ hội liên kết chuỗi cung ứng, biến phế phẩm sau thu hoạch thành nguyên liệu thương phẩm có giá trị kinh tế.
• Cơ quan Quản lý Nhà nước & Nhà hoạch định chính sách: Căn cứ thực tiễn để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật cho sản phẩm phân hủy sinh học và ban hành cơ chế ưu đãi thuế cho vật liệu thân thiện môi trường.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Điểm đột phá kỹ thuật quan trọng nhất của đề tài là gì?

Trả lời: Đề tài đã xử lý thành công bề mặt chống thấm nước hoàn toàn tự nhiên bằng màng lá sen sấy kiểm soát ($40^\circ C\text{ trong }30\text{ phút}$) kết hợp với cốt đĩa vỏ ngô được tối ưu hóa độ bền bằng phương pháp kiềm hóa dịu nhẹ $Na_2CO_3\ 10%$. Giải pháp này đạt khả năng chống rò rỉ nước trên 4 giờ mà không cần tráng phủ bất kỳ lớp màng vi nhựa tổng hợp nào (như PE hay PP).

2. Phương pháp tối ưu hóa Taguchi mang lại ưu thế gì so với phương pháp thử nghiệm truyền thống?

Trả lời: Nếu thử nghiệm toàn phần 4 yếu tố ở 4 mức ($4^4$) sẽ cần tới $256$ thí nghiệm, gây tốn kém thời gian và hóa chất. Phương pháp Taguchi $L_{16}$ rút gọn số lượng xuống chỉ còn $16$ thí nghiệm nhưng vẫn phân tích đầy đủ tác động độc lập và tương hỗ của các biến thông qua tỷ số $S/N$, giúp định vị chính xác điểm cực trị công nghệ với độ tin cậy thống kê cao.

3. Sản phẩm đĩa vỏ ngô có thể dùng cho thực phẩm nóng và đồ ăn dầu mỡ không?

Trả lời: Đĩa sử dụng an toàn với thực phẩm nguội hoặc ấm ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, khi tiếp xúc với nước nóng trên $60^\circ C$ hoặc đá lạnh dưới $5^\circ C$ trong thời gian dài, sắc tố diệp lục trên lá sen sẽ chuyển dần sang màu sẫm do hiện tượng biến tính nhiệt sinh học, dù cấu trúc đĩa vẫn giữ nguyên độ bền cơ học.

4. Chi phí sản xuất đĩa sinh học từ vỏ ngô có cạnh tranh được với đĩa nhựa không?

Trả lời: Hoàn toàn có tiềm năng cạnh tranh cao khi sản xuất ở quy mô công nghiệp. Nguồn nguyên liệu vỏ ngô và lá sen có giá thành thu gom gần như bằng 0; hóa chất $Na_2CO_3$ và tinh bột sắn rất rẻ, quy trình nấu ở $100^\circ C$ không đòi hỏi thiết bị chịu áp lực cao, giúp giảm thiểu đáng kể chi phí vận hành so với nhựa sinh học tổng hợp (như PLA/PHA).

5. Những bước tiếp theo cần thực hiện để thương mại hóa sản phẩm là gì?

Trả lời: Cần nghiên cứu thiết kế khuôn ép cơ nhiệt tự động hóa để tăng độ láng mịn và năng suất; nghiên cứu công nghệ tuần hoàn dung dịch kiềm nấu nhằm tiết kiệm nước rửa; và tiến hành các thử nghiệm kiểm định vi sinh, kim loại nặng theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về an toàn vệ sinh bao bì thực phẩm (QCVN 12-1:2011/BYT).

---

Kết luận

Nghiên cứu "Điều chế sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp thay cho nhựa sử dụng một lần" của nhóm tác giả Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM là một công trình khoa học thực tiễn xuất sắc, giải quyết hài hòa ba trụ cột: Kỹ thuật vật liệu – Hiệu quả kinh tế – Bảo vệ môi trường. Bằng việc làm chủ công nghệ tách sợi cellulose vỏ ngô kết hợp tối ưu hóa Taguchi và công nghệ màng sinh học lá sen chống thấm, đề tài đã chứng minh tính khả thi tuyệt đối trong việc tạo ra sản phẩm gia dụng sinh thái đạt chuẩn cơ lý cao và phân hủy tự nhiên $100%$.

Để biến tiềm năng khoa học thành sản phẩm thương mại rộng rãi trên thị trường, rất cần sự chung tay liên kết giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp sản xuất và chính sách hỗ trợ vốn, chuyển giao công nghệ từ các cơ quan quản lý nhà nước. Chuyển đổi từ vật dụng nhựa sang sản phẩm sinh học nông nghiệp chính là hành động thiết thực nhất để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và kiến tạo một tương lai xanh bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Công trình nghiên cứu về phế phẩm nông nghiệp 1. Nghiên cứu trong nước Tại Việt Nam, một số đề tài khoa học tận dụng được tính chất polymer tự nhiên của phế phẩm nông nghiệp để thay thế cho một số sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường: chế tạo tấm panel cách nhiệt làm từ xơ dừa, bả mía, rơm rạ sau đó phối trộn với chất kết dính, sau đó ép thành tấm và phơi khô, sản xuất gạch xây dựng từ rơm rạ. Các sản phẩm phân hữu cơ từ các phế phẩm nông nghiệp ủ từ vi sinh: như thân ngô, rơm,.

đã được trường đại học Lâm Nghiệp nghiên cứu quy trình và tính khả thi áp dụng tại Phổ Yên, Thái Nguyên. Đề tài này đã tiến hành các thí nghiệm ủ phụ gia nông nghiệp bằng chế phẩm sinh học được lựa chọn là Anvi-Tricho và bằng các hỗn hợp khác như men rượu, tro và nước để làm mẫu đối chứng. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng các thành phần dinh dưỡng như N, P, K trong mẫu sử dụng Anvi-Tricho cao hơn các mẫu đối chứng, đặc biệt sau 28 ngày, thì mẫu ủ bằng Anvi-Tricho trở nên tơi xốp, màu đen xám và sẵn sàng mang đi bón cây. Bên cạnh đó, các nghiên cứu về thu nhận bột giấy hiệu suất cao từ thân ngô theo phương pháp xử lý hai công đoạn với hydropeoxit trong môi trường kềm hay thay thế kiềm bằng axit và bổ sung xúc tác Na2MoO4 Nghiên cứu sử dụng phương pháp tạo mẫu thí nghiệm và phân tích mẫu theo tiêu chuẩn TAPPI.

Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng tro trong thân ngô chiếm khoảng 5. Hàm lượng chất tan trong dung dịch NaOH 1% (32.4%) rất cao so với một số loại tre nứa, hàm hượng các thành phần chính là cellulose 41. Kết quả thu nhận bột giấy từ thân cây ngô, bao gồm các công đoạn nấu, nghiền, và trích ly kiềm. Dịch nấu chứa các tác nhân tách loại lignin là hydropeoxit và axit sunfuric, xúc tác natri molypdat.

Bột giấy thu được sau nấu được xử lý với kềm. Chế độ công nghệ thích hợp được xác lập khi nấu ở nhiệt độ 100oC trong 90 phút, với mức dùng 5% H2O2, 1.25% Na2MoO4 so với nguyên liệu thân ngô, trích ly kềm ở 100oC trong 60 phút, với mức dùng 0.5% NaOH so với nguyên liệu ban đầu. Bột giấy thu được có hiệu suất (65-66) %, có hàm lượng lignin (17-18)%. Qua 4 phân tích tính chất cơ học, bột giấy có thể sử dụng cho sản xuất bao gói, catton.

“Dịch đen” thải của quá trình nấu có thể tái sử dụng nhiều lần [1]. Bài báo trình bày kết quả tiềm năng sinh khối phụ phẩm rơm rạ và hiệu quả tận thu sản xuất than sinh học (biochar) quy mô hộ gia đình ở Tiền Giang, trường hợp nghiên cứu điển hình ở huyện Gò Công Tây. Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng sản lượng lúa trên địa bàn huyện là 185072 tấn/năm và phát sinh tương ứng lượng khối lượng rơm rạ 233190. Lượng sinh khối rơm rạ có thành phần hữu cơ và nhiệt lượng cao, lần lượt chiếm tỷ lệ 44.1% và 4030 kcal/kg.

Với khối lượng 100 kg củi rơm nguyên liệu đầu vào, sau 6 giờ đốt lượng than sinh học thu được tương ứng 48. Lượng tro sinh ra và than sống có tỷ lệ khá thấp với lần lượt 0. Mô hình sản xuất than sinh học tối ưu có khoảng thời gian đốt ngắn nhất, lượng than cao, hàm tro thấp, khối lượng than sống nhỏ. Thành phần chất hữu cơ và nhiệt lượng đáp ứng yêu cầu chất lượng để sử dụng cho mục đích cải tạo đất, nâng cao nâng suất cây trồng và hướng đến nền nông nghiệp bền vững.

Nghiên cứu ngoài nước Năm 2011 học viện kỹ thuật và dệt may DKTE đã nghiên cứu thành công khả năng tạo sợi, màng và giấy từ thân chuối cũng như khả năng loại bỏ lignin của chúng bằng NaOH, NaClO2, H2O2. Các sợi cellulose được tách khỏi lignin và hemiaelluloses, có thể được thực hiện biến tính về mặt hóa học, cơ học hoặc bằng cách kết hợp hai phương pháp. Kết quả phân tích, phương pháp hóa học ít hoặc không ảnh hưởng đến chiều dài sợi. Số lượng Kappa, năng suất, chỉ số giới hạn độ nhớt được sử dụng để mô tả mức độ loại bỏ lignin trong quá trình nấu [2].

Đại học Kỹ thuật Caledonia, Muscat, Oman nghiên cứu so sánh tính chất sợi của thân chuối và bả mía đối với khả năng tạo ra bột giấy bằng cách thêm phụ gia CaCO3, tinh bột,… Thông qua các phương pháp đo GSM, pH, độ ẩm, độ dày. Trong dự án này, phế phẩm nông nghiệp từ bã mía và sợi chuối đã được sử dụng để sản xuất giấy thủ công. Nguyên liệu được phơi khô dưới ánh mặt trời và đi qua thùng nước để loại bỏ bụi bặm. Tiếp theo, nó được nấu với dung dịch xút 10% trong nồi áp suất và sau đó trộn trong máy trộn cho thời gian khác nhau.

Dung dịch pha loãng của Clorox đã được sử dụng cho sự đổi màu và thanh lọc bột giấy. Ba loại giấy tờ được làm từ bột giấy đã được nấu trước đó. 5 Loại đầu tiên được thực hiện bằng cách chỉ sử dụng nguyên liệu thô, loại thứ hai bằng cách thêm 2% CaCO3 và 2% tinh bột. Và loại thứ ba bằng cách thêm 5% của cả hai chất phụ gia.

Những giấy tờ này được sấy khô và sau đó ủi cho thẳng. GSM, pH, Độ dày, Số lượng lớn và Độ ẩm được kiểm tra. Tính chất sợi bã mía nặng và thô. Trong khi mẫu giấy từ sợi chuối rất hữu ích cho việc sử dụng mềm như: khăn lau, giấy,… Dự án này rất thân thiện với môi trường vì nó sử dụng chất thải nông nghiệp [3].

Các nhà khoa học Anh đã mang lại một bước đột phá mới, thông qua một thủ thuật nhỏ trong phòng thí nghiệm. Đó là công trình nghiên cứu phát triển một loại nhựa sinh học vừa có đặc tính như những loại nhựa thông thường, vừa đảm bảo an toàn và thân thiện với môi trường, có thể dùng một hay nhiều lần. Theo đó, nhóm các nhà khoa học Anh đến từ Đại học Warwick và Đại học York (Anh) đã chỉnh sửa lại một số ren có trong rơm rạ, nhằm tăng tốc độ chuyển đổi xử lý thực vật thành chất liệu nhựa sinh học. Theo tính toán của nhóm các nhà khoa học này thì chỉ cần 5% lượng rơm rạ hàng năm, hoặc chỉ 3% lượng bã mía sau khi sử dụng để lấy đường, thì họ có thể sản xuất được hàng tỷ chai nhựa để đựng nước uống (khoảng 17 tỷ chai).

Cụ thể, các nhà khoa học Anh đã sản xuất nhựa sinh học từ chất lignin (chất gỗ), có thể là mùn cưa, một loại vật liệu tự nhiên mà chính nhờ đó nó giúp cho thân cây có thể đứng vững. Sau đó, họ tiếp tục chưng cất đường để hoàn thiện sản phẩm nhựa, thay vì việc dùng dầu hỏa (một loại nhiên liệu hóa thạch) để làm nhựa. Kết quả cho thấy, các nhà khoa học đã thu được một loại nhựa mới vừa bền, nhưng lại có tốc độ phân hủy thần tốc, không như loại nhựa thông thường phải mất hàng chục năm, thậm chí hàng trăm năm vẫn chưa phân hủy được, gây ô nhiễm môi trường tự nhiên. Tổng quan phế phẩm nông nghiệp 1.

Định nghĩa phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm nông nghiệp hoặc là phế phẩm của cây trồng được định nghĩa là dư lượng trong quá trình sản xuất nông nghiệp. Những dư lượng này có thể được phân loại thành dư lượng cách đồng và dư lượng quá trình. Dư lượng nông nghiệp được tạo ra trên đồng ruộng tại thời điểm thu hoạch, được định nghĩa là dư lượng cánh đồng. Trong khi những phế phẩm trong quá trình chế biến, sơ chế nông sản được gọi là dư lượng quá trình [4].

Phân loại phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm cánh đồng: là những dư lượng được tạo ra trên đồng ruộng tại thời điểm thu hoạch hoặc vườn cây ăn trái. Những dư lượng này bao gồm thân cây, lá cây, gốc cây, vỏ hạt như rơm rạ, thân cây chuối, đầu mía chùm dừa rỗng và thân cây vườn cây ăn trái phế phẩm là lá, vỏ, thân cây ngô. Phế phẩm quá trình: là những dư lượng sau quá trình chế biến, sơ chế nông sản như: trấu, bã mía, lõi ngô, vỏ đậu phộng, vỏ dừa, bụi xơ dừa, bụi cưa, vỏ dầu cọ, xơ [4]. Khái quát chung phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm nông nghiệp là sản phẩm phổ biến của những nước có nền nông nghiệp phát triển.

Hằng năm lượng phế phẩm thải ra trong quá trình sản xuất nông nghiệp là rất lớn và trong chế biến các loại cây công nghiệp, sản xuất hoa quả, thực phẩm…cũng đa dạng. Cánh đồng ngô Hình 1. Phế phẩm nông nghiệp Trong 10 năm gần đây (2009-2019), tốc độ tăng trưởng GDP toàn ngành nông nghiệp đạt 2.61%/năm, tốc độ tăng giá trị sản xuất đạt 3.64%, đóng góp đáng kể trong tăng trưởng GDP cả nước. Ngành nông nghiệp Việt Nam không chỉ đảm bảo sứ mệnh an ninh lương thực, thực phẩm cho quốc gia mà còn xuất khẩu nhiều mặt hàng cho giá trị cao.

Sản lượng lúa gạo tăng từ 39.2 triệu tấn năm 2009 lên 43.45 triệu tấn năm 2019, tăng 12.2%, sản lượng rau các loại tăng 80.5%, trái cây tăng 50%. Với thế mạnh nông nghiệp, Việt Nam có ưu thế đảm bảo an ninh lương thực hơn phần lớn các nước đang phát triển ở châu Á, và có vai trò ngày càng tăng trong hỗ trợ an ninh lương thực cho các quốc gia khác.[5] 7 Chỉ tính riêng việc sản xuất lúa gạo, theo số liệu của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công bố tại hội nghị thúc đẩy sản xuất tiêu thụ lúa gạo đồng bằng sông Cửu Long đầu năm 2019, hiện nay đất sản xuất lúa cả nước chiếm trên 4 triệu ha; năm 2019 diện tích lúa cả nước trên 7.53 triệu ha (2 vụ), sản lượng lúa dự kiến đạt trên 43. Theo tính toán của Cục Trồng trọt (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn), trung bình sản xuất 1 tấn lúa thì tạo ra 1 tấn rơm rạ, như vậy mỗi năm cả nước tạo khoảng 43-44 triệu tấn rơm rạ [6]. Mặc dù, nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế và được cơ giới hóa, được chú trọng nhưng nó cũng gây ảnh hưởng tới môi trường.

Hằng năm một lượng phế thải dư thừa trong thu hoạch, chế biến các sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm rất lớn và đa dạng về chủng loại thải ra môi trường mà chưa được quan tâm xử lý hiệu quả.