Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế và gia tăng dân số, tình trạng ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước, đang trở thành vấn đề cấp bách. Các tác nhân gây ô nhiễm nước bao gồm các ion vô cơ hòa tan ($\text{SO}_4^{2-}$, $\text{Cl}^-$, $\text{PO}_4^{3-}$), hợp chất chứa nitơ ($\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_2^-$, $\text{NO}_3^-$), vi sinh vật gây bệnh và các kim loại nặng độc hại như chì ($\text{Pb}$), thủy ngân ($\text{Hg}$), asen ($\text{As}$), crom ($\text{Cr}$).

Tại Việt Nam, ngô là cây lương thực có sản lượng lớn thứ hai sau lúa nước. Theo số liệu thống kê trong khóa luận, cứ 100 kg ngô thu hoạch sẽ thải ra khoảng 13–15 kg lõi ngô. Nguồn phụ phẩm này phần lớn chỉ được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi hoặc bị đốt bỏ trực tiếp ngoài đồng ruộng, gây lãng phí sinh khối và phát sinh khói bụi ô nhiễm không khí. Nhằm giải quyết bài toán phụ phẩm nông nghiệp và định hướng xử lý môi trường, tác giả Nguyễn Lê Hoàng Vũ đã thực hiện đề tài tốt nghiệp kỹ sư ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học tại Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm 2 nhiệm vụ:

  1. Trích xuất thành công vật liệu nanocellulose từ nguồn phụ phẩm lõi ngô.
  2. Ứng dụng vật liệu nanocellulose thu được làm chất hấp phụ nhằm loại bỏ ion kim loại nặng trong môi trường nước.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Phụ phẩm lõi ngô sau thu hoạch, quy trình tổng hợp sợi nanocellulose (CNFs) bằng phản ứng nitro-oxidation, và quá trình hấp phụ ion crom hóa trị sáu ($\text{Cr}^{6+}$).
  • Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Hợp chất thiên nhiên, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM (kết hợp phân tích cấu trúc tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam), trong thời gian từ tháng 02/2022 đến tháng 10/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Cơ sở lý thuyết và thành phần sinh khối

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về cấu trúc sinh khối lignocellulose thực vật. Thành phần chính của lõi ngô bao gồm ba loại polymer liên kết chặt chẽ:

  • Cellulose (32,3% – 45,6%): Homopolysaccharide mạch thẳng không phân nhánh gồm các gốc $\beta$-D-glucose liên kết qua liên kết $\beta$-1,4-glycosidic, có độ bền cơ học và tính kết tinh cao nhờ mạng lưới liên kết hydro.
  • Hemicellulose (39,8%): Heteropolysaccharide phân nhánh vô định hình, cấu tạo chủ yếu từ mạch chính $\beta$-D-xylopyranose cùng các đường đơn 5 và 6 carbon ($\text{xylose}$, $\text{mannose}$, $\text{galactose}$, $\text{arabinose}$).
  • Lignin (6,7% – 13,9%): Polymer thơm phức tạp tạo thành từ các đơn vị phenylpropene ($\text{p-coumaryl alcohol}$, $\text{coniferyl alcohol}$, $\text{sinapyl alcohol}$), đóng vai trò chất kết dính tạo độ cứng cho thành tế bào.

Lý thuyết phân loại nanocellulose chia vật liệu thành 3 nhóm: tinh thể nanocellulose (CNC), sợi nanocellulose (CNF) và nanocellulose vi khuẩn (BNC). Bảng so sánh đặc tính cơ học giữa nanocellulose và các vật liệu kỹ thuật khác được tác giả tổng hợp như sau:

Loại vật liệu Độ bền kéo (GPa) Mô đun đàn hồi (GPa)
Vật liệu Nanocellulose 1,6 – 3,0 110 – 220
Kevlar 3,5 124 – 130
Dây thép 4,1 210
Sợi carbon 1,5 – 5,5 150 – 500

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm hóa học kết hợp các kỹ thuật đo đạc hiện đại:

  • Phương pháp tổng hợp: Phản ứng oxy hóa chọn lọc nitro-oxidation sử dụng hỗn hợp $\text{HNO}_3$ và $\text{NaNO}_2$ để hòa tan hemicellulose/lignin và chuyển đổi nhóm $-\text{CH}_2\text{OH}$ ở vị trí carbon C6 của cellulose thành nhóm carboxyl ($-\text{COOH}$).
  • Kỹ thuật phân tích cấu trúc và hình thái:
    • Kính hiển vi điện tử quét (SEM - JEOL JSM-6400, thế gia tốc 20 kV, mẫu phủ vàng chân không) để quan sát hình thái vi sợi.
    • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR - GX PerkinElmer, dải đo 450–4000 $\text{cm}^{-1}$) nhằm xác định các nhóm chức hóa học.
    • Nhiễu xạ tia X (XRD - PANalytical EMPYREAN, bức xạ $\text{CuK}\alpha$, 40 kV, 40 mA, góc quét $2\theta$ từ $5^\circ$ đến $40^\circ$) để tính độ kết tinh.
    • Phân tích nhiệt trọng trường (TGA - Labsys Evo, dòng khí $\text{N}_2$ 100 mL/phút, tốc độ gia nhiệt $10^\circ\text{C}$/phút từ $50^\circ\text{C}$ đến $800^\circ\text{C}$) nhằm đánh giá độ bền nhiệt.
  • Phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ: Đo quang UV-Vis tại bước sóng 540 nm xác định nồng độ $\text{Cr}^{6+}$ tạo phức với 1,5-diphenylcarbazide trong môi trường acid ($\text{pH} = 2,0 \pm 0,5$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này thiết lập tính cấp thiết của việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam, phân tích tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải và nêu bật tiềm năng của vật liệu nanocellulose tự nhiên. Tác giả xác định rõ ràng mục tiêu nghiên cứu và phương pháp tiếp cận bao gồm cả nghiên cứu lý thuyết lẫn thực nghiệm phòng thí nghiệm.

Chương 2: Tổng quan

Tác giả trình bày tổng quan hệ thống về cây ngô, cơ cấu sản lượng ngô toàn cầu và trong nước (năm 2010 diện tích ngô Việt Nam đạt 1.126,9 nghìn ha với sản lượng trên 4,6 triệu tấn). Chương 2 phân tích chi tiết cấu trúc hóa học của ba thành phần sinh khối lignocellulose (cellulose, hemicellulose, lignin), phân loại nanocellulose (CNC, CNF, BNC), và đối chiếu các phương pháp chiết xuất truyền thống:

  • Phương pháp hóa học: Thủy phân acid sulfonic ($\text{H}_2\text{SO}_4$), carboxyl hóa qua trung gian TEMPO/$\text{NaBr}$/$\text{NaClO}$, và nitro-oxidation ($\text{HNO}_3$/$\text{NaNO}_2$).
  • Phương pháp sinh học: Thủy phân chọn lọc bằng hệ enzyme cellulase (cellobiohydrolase và endoglucanase).
  • Phương pháp cơ học: Đồng hóa áp suất cao, nghiền cơ học, và siêu âm bẻ gãy liên kết hydro. Cuối chương, tác giả tổng hợp lý thuyết về hiện tượng hấp phụ vật lý, hấp phụ hóa học và cơ chế hấp phụ cạnh tranh ion trong môi trường nước.

Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị mẫu và thực nghiệm:

  • Tiền xử lý nguyên liệu: Lõi ngô sấy khô, nghiền nhỏ, sàng qua rây 60 mesh để đạt kích thước hạt $\le 250\ \mu\text{m}$, sau đó sấy tách ẩm ở $75^\circ\text{C}$ trong 24 giờ.
  • Quy trình tổng hợp nitro-oxidation:
    • Cân 6,0 g bột lõi ngô cho vào bình cầu 3 cổ chứa 60 mL dung dịch $\text{HNO}_3$ nồng độ 7,5 M ở $70^\circ\text{C}$ (khuấy từ 500 vòng/phút).
    • Sau 10 phút gia nhiệt, bổ sung 0,96 g muối $\text{NaNO}_2$, đậy kín hệ thống và duy trì phản ứng trong 6 giờ ở $70^\circ\text{C}$.
    • Dập tắt phản ứng bằng 500 mL nước cất trong cốc 1000 mL đặt tại tủ hút.
    • Gạn rửa 3–4 lần, sau đó ly tâm 4 lần ở tốc độ 6000 vòng/phút (15 phút/lần) cho đến khi huyền phù đạt $\text{pH} > 2,5$.
    • Đánh siêu âm phân tán sợi ở công suất 60 W trong 10 phút, điều chỉnh về pH trung tính bằng dung dịch $\text{NaOH}$ 1% để tạo nhóm carboxylate ($-\text{COO}^-$), bảo quản ở $5^\circ\text{C}$ hoặc sấy thăng hoa 24 giờ.
  • Quy trình thử nghiệm hấp phụ $\text{Cr}^{6+}$: Xây dựng dãy dung dịch chuẩn $\text{Cr}^{6+}$ (nồng độ từ 0,00 đến 0,20 mg/L), tạo phức màu với 1,5-diphenylcarbazide trong môi trường $\text{H}_2\text{SO}_4$ và $\text{H}_3\text{PO}_4$, đo mật độ quang Abs tại bước sóng 540 nm để lập đường chuẩn. Thử nghiệm hấp phụ được tiến hành với tỷ lệ 25 mL dung dịch $\text{Cr}^{6+}$ 0,15 mg/L trộn với 1 mL huyền phù nanocellulose.
Bột lõi ngô (< 250 µm)

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 trình bày cơ chế hóa học và toàn bộ dữ liệu thực nghiệm:

  • Cơ chế phản ứng oxy hóa: Phản ứng giữa $\text{HNO}_3$ và $\text{NaNO}_2$ sinh ra acid nitrơ ($\text{HNO}_2$) và giải phóng ion nitroxonium ($\text{NO}^+$). Ion $\text{NO}^+$ tấn công chọn lọc vào nhóm $-\text{CH}_2\text{OH}$ ở carbon C6 của vòng anhydroglucose tạo chất trung gian nitrite ester ($\text{R}-\text{CH}_2-\text{O}-\text{NO}$). Quá trình thủy phân este tạo nhóm aldehyde, sau đó tiếp tục bị oxy hóa hoàn toàn thành nhóm carboxyl ($-\text{COOH}$).
  • Hình thái SEM: Mẫu nguyên liệu thô (CP) có các bó sợi thô ráp với chiều dài khoảng $300\ \mu\text{m}$ và đường kính $150\ \mu\text{m}$. Mẫu sau xử lý nitro-oxidation (CNFs) phân rã thành các sợi nano riêng biệt, mỏng mịn với đường kính trung bình thu nhỏ còn khoảng $0,1\ \mu\text{m}$ ($100\ \text{nm}$).
  • Phân tích phổ FTIR: Mẫu CNFs duy trì các mũi hấp thụ đặc trưng của khung cellulose gồm dao động kéo dãn $-\text{OH}$ ở $3300\ \text{cm}^{-1} - 3388\ \text{cm}^{-1}$ và dao động $\text{C}-\text{H}$ ở $2902\ \text{cm}^{-1} - 2919\ \text{cm}^{-1}$. Sự biến mất của các mũi $1732\ \text{cm}^{-1}$ (liên kết $\text{C}=\text{O}$ methyl ester của hemicellulose), $1635\ \text{cm}^{-1}$ ($\text{C}=\text{C}$), $1443\ \text{cm}^{-1}$ ($-\text{OCH}_3$) và $1500\ \text{cm}^{-1}$ (vòng thơm của lignin) chứng minh hemicellulose và lignin đã bị loại bỏ triệt để. Đồng thời, xuất hiện mũi hấp thụ mới tại $1605\ \text{cm}^{-1}$ đặc trưng cho dao động của nhóm carboxylate ($-\text{COO}^-$ / $-\text{COONa}$).
  • Độ kết tinh qua XRD: Giản đồ XRD cho thấy các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của cellulose I. Độ kết tinh của vật liệu tăng mạnh từ 24% ở mẫu thô ban đầu lên 67% ở mẫu sợi CNFs sau tổng hợp.
  • Độ bền nhiệt qua TGA: Quá trình phân hủy nhiệt diễn ra qua 3 giai đoạn:
    1. $100^\circ\text{C} - 110^\circ\text{C}$: Mất khối lượng do bay hơi nước hấp phụ.
    2. $220^\circ\text{C} - 340^\circ\text{C}$: Nhiệt phân hemicellulose và cắt mạch glycosidic của cellulose.
    3. $380^\circ\text{C} - 650^\circ\text{C}$: Phân hủy mạch chính cellulose và phân rã chậm lignin còn sót lại. Nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt của mẫu CNFs đạt khoảng $270^\circ\text{C}$, cao hơn đáng kể so với mẫu nguyên liệu thô ($200^\circ\text{C}$).
  • Khả năng hấp phụ $\text{Cr}^{6+}$: Xây dựng đường chuẩn so màu với dung dịch chuẩn $\text{Cr}^{6+}$ ở bước sóng 540 nm:
Mẫu chuẩn Nồng độ $\text{Cr}^{6+}$ (mg/L) Độ hấp thu quang ($Abs$)
Blank 0,00 0,000
Chuẩn 1 0,01 0,007
Chuẩn 2 0,02 0,014
Chuẩn 3 0,05 0,034
Chuẩn 4 0,10 0,069
Chuẩn 5 0,15 0,102
Chuẩn 6 0,20 0,136

Khi thử nghiệm hấp phụ với tỷ lệ 25 mL dung dịch $\text{Cr}^{6+}$ ban đầu 0,15 mg/L và 1 mL huyền phù nanocellulose, độ hấp thu sau khi lọc giảm từ 0,102 xuống 0,082. Nồng độ $\text{Cr}^{6+}$ trong dung dịch giảm từ 0,15 mg/L xuống còn 0,12 mg/L (hấp phụ loại bỏ được 0,03 mg/L).

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các thông số kỹ thuật tối ưu của quy trình chiết xuất nitro-oxidation và đưa ra 2 định hướng nghiên cứu tiếp theo để nâng cao tính bền vững và khả năng ứng dụng của vật liệu.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính

Khóa luận đã xác lập bộ số liệu thực nghiệm đầy đủ về cấu trúc và hiệu năng của sợi nanocellulose từ lõi ngô:

  • Kích thước vi sợi: Đường kính giảm từ $150\ \mu\text{m}$ (mẫu thô) xuống còn $0,1\ \mu\text{m}$ (CNFs).
  • Độ kết tinh: Tăng từ 24% (nguyên liệu thô) lên 67% (nanocellulose).
  • Độ bền nhiệt: Nhiệt độ bắt đầu phân hủy tăng từ $200^\circ\text{C}$ lên $270^\circ\text{C}$.
  • Nhóm chức hoạt hóa: Chuyển đổi thành công nhóm $-\text{CH}_2\text{OH}$ thành nhóm muối carboxylate $-\text{COONa}$ (mũi phổ FTIR tại $1605\ \text{cm}^{-1}$).
  • Hiệu quả xử lý kim loại: Giảm nồng độ ion $\text{Cr}^{6+}$ trong nước từ 0,15 mg/L xuống 0,12 mg/L với tỷ lệ phối trộn 1 mL huyền phù CNFs cho 25 mL dung dịch.
Thông số đánh giá Mẫu thô chưa xử lý (CP) Sợi Nanocellulose (CNFs)
Kích thước đường kính $\sim 150\ \mu\text{m}$ $\sim 0,1\ \mu\text{m}$
Mũi phổ FTIR carboxylate ($-\text{COO}^-$) Không xuất hiện Xuất hiện rõ tại $1605\ \text{cm}^{-1}$
Độ kết tinh qua XRD 24% 67%
Nhiệt độ bắt đầu phân hủy (TGA) $\sim 200^\circ\text{C}$ $\sim 270^\circ\text{C}$
Khả năng bắt giữ ion $\text{Cr}^{6+}$ Không khảo sát Giảm 0,03 mg/L ion $\text{Cr}^{6+}$

Đóng góp kỹ thuật và giải pháp đề xuất

  • Tối ưu hóa quy trình trích xuất đơn công đoạn: Ứng dụng thành công hệ phản ứng $\text{HNO}_3$/$\text{NaNO}_2$ (nồng độ $\text{HNO}_3$ 7,5 M, tỷ lệ 60 mL dung dịch : 6 g sinh khối, nhiệt độ $70^\circ\text{C}$, thời gian 6 giờ). Quy trình tích hợp việc loại bỏ hemicellulose/lignin và carboxyl hóa cellulose chỉ trong một bước phản ứng trực tiếp, không cần qua các giai đoạn tiền xử lý kiềm hoặc tẩy trắng phức tạp.
  • Tiết kiệm năng lượng và giảm thải: Phương pháp nitro-oxidation giúp giảm thiểu tiêu hao điện năng và lượng nước rửa so với phương pháp nghiền cơ học áp suất cao hay oxy hóa qua chất xúc tác TEMPO. Nước thải acid sau phản ứng có thể được trung hòa bằng kiềm ($\text{NaOH}$, $\text{KOH}$) để tạo thành muối nitrat giàu đạm dùng làm phân bón.
  • Tận dụng phế phẩm nông nghiệp: Mở ra giải pháp gia tăng giá trị cho phụ phẩm lõi ngô tại Việt Nam, biến nguồn thải sinh khối thành vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng thân thiện với môi trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận đã chỉ ra các hạn chế và định hướng phát triển thực nghiệm bao gồm:

  • Phát triển quy trình xanh: Cần tiếp tục nghiên cứu, cải tiến các phương pháp tổng hợp thân thiện với môi trường hơn nữa nhằm giảm thiểu lượng acid vô cơ sử dụng trong quá trình phản ứng.
  • Mở rộng phổ hấp phụ kim loại: Đề tài mới chỉ dừng lại ở bước khảo sát thăm dò đối với ion crom hóa trị sáu ($\text{Cr}^{6+}$). Cần mở rộng thử nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ của nanocellulose đối với các ion kim loại nặng nguy hại khác thường xuất hiện trong nước thải như chì ($\text{Pb}^{2+}$), thủy ngân ($\text{Hg}^{2+}$), và asen ($\text{As}^{3+}/\text{As}^{5+}$).

Giá trị tham khảo

Tài liệu này cung cấp nguồn dữ liệu thực nghiệm giá trị cho các đối tượng và định hướng nghiên cứu sau:

  • Sinh viên và học viên ngành Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Vật liệu, Công nghệ Môi trường: Cung cấp thông số vận hành chi tiết cho phản ứng nitro-oxidation chuyển hóa sinh khối thực vật thành nanocellulose có chức hóa bề mặt.
  • Nghiên cứu xử lý ô nhiễm nước: Cung cấp phương pháp phân tích so màu tạo phức diphenylcarbazide trên máy quang phổ UV-Vis để định lượng ion $\text{Cr}^{6+}$, cùng quy trình sử dụng vật liệu nano sinh học làm chất hấp phụ.
  • Tài liệu tham khảo về phân tích vật liệu: Mô tả phương pháp thực tế và cách biện luận kết quả của các công cụ đặc trưng vật liệu chuyên sâu (SEM, FTIR, XRD, TGA).

Câu hỏi thường gặp

1. Điều kiện công nghệ tối ưu của phản ứng nitro-oxidation trong khóa luận là gì?

Phản ứng được thực hiện với 6,0 g bột lõi ngô (kích thước $\le 250\ \mu\text{m}$) phối trộn với 60 mL dung dịch $\text{HNO}_3$ nồng độ 7,5 M và 0,96 g muối $\text{NaNO}_2$. Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ $70^\circ\text{C}$, khuấy từ với tốc độ 500 vòng/phút, duy trì liên tục trong thời gian 6 giờ.

2. Sự thay đổi hình thái bề mặt của sợi lõi ngô sau phản ứng được SEM ghi nhận như thế nào?

Ảnh SEM cho thấy mẫu nguyên liệu thô ban đầu (CP) tồn tại ở dạng các bó sợi gồ ghề, kích thước lớn với chiều dài khoảng $300\ \mu\text{m}$ và đường kính $150\ \mu\text{m}$. Sau quá trình nitro-oxidation, các thành phần liên kết vô định hình bị loại bỏ, mẫu CNFs tách thành các sợi nano mỏng mịn với đường kính giảm xuống còn khoảng $0,1\ \mu\text{m}$ ($100\ \text{nm}$).

3. Dấu hiệu nào trên phổ FTIR chứng minh quá trình carboxyl hóa và loại bỏ lignin/hemicellulose thành công?

Quá trình loại bỏ hemicellulose và lignin được chứng minh qua sự biến mất của các mũi hấp thụ tại $1732\ \text{cm}^{-1}$ (nhóm $\text{C}=\text{O}$ của methyl ester), $1635\ \text{cm}^{-1}$ ($\text{C}=\text{C}$), $1443\ \text{cm}^{-1}$ ($-\text{OCH}_3$), và $1500\ \text{cm}^{-1}$ (vòng thơm benzene). Đồng thời, sự xuất hiện của mũi phổ mới tại $1605\ \text{cm}^{-1}$ đặc trưng cho dao động của nhóm carboxylate ($-\text{COO}^-$) xác nhận bề mặt cellulose đã được oxy hóa thành công.

4. Độ kết tinh và độ bền nhiệt của nanocellulose thay đổi ra sao so với nguyên liệu thô?

Độ kết tinh đo bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) tăng mạnh từ 24% ở mẫu lõi ngô thô lên 67% ở mẫu sợi CNFs do các pha vô định hình (hemicellulose, lignin) đã bị hòa tan. Phân tích TGA cho thấy nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt của CNFs đạt khoảng $270^\circ\text{C}$, cao hơn rõ rệt so với mức $200^\circ\text{C}$ của nguyên liệu ban đầu, chứng minh độ bền nhiệt của vật liệu được cải thiện đáng kể.

5. Khả năng hấp phụ ion $\text{Cr}^{6+}$ của nanocellulose được xác định bằng phương pháp nào và cho kết quả ra sao?

Khả năng hấp phụ được xác định bằng phương pháp so màu tạo phức giữa $\text{Cr}^{6+}$ và 1,5-diphenylcarbazide trong môi trường acid ($\text{pH} = 2,0 \pm 0,5$), đo mật độ quang trên máy quang phổ UV-Vis tại bước sóng 540 nm. Kết quả thử nghiệm với tỷ lệ 25 mL dung dịch $\text{Cr}^{6+}$ 0,15 mg/L và 1 mL huyền phù nanocellulose cho thấy mật độ quang giảm từ 0,102 xuống 0,082, tương ứng nồng độ ion $\text{Cr}^{6+}$ giảm còn 0,12 mg/L (loại bỏ được 0,03 mg/L $\text{Cr}^{6+}$).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Lê Hoàng Vũ đã nghiên cứu và triển khai thành công quy trình tổng hợp sợi carboxylated nanocellulose (CNFs) trực tiếp từ phế phẩm lõi ngô thông qua phản ứng nitro-oxidation một công đoạn ở điều kiện $70^\circ\text{C}$ trong 6 giờ. Vật liệu CNFs thu được có đường kính khoảng $0,1\ \mu\text{m}$, độ kết tinh cao đạt 67%, độ bền nhiệt vượt trội (bắt đầu phân hủy ở $270^\circ\text{C}$) và mang các nhóm chức carboxylate hoạt hóa trên bề mặt. Kết quả thực nghiệm đo quang phổ UV-Vis bước đầu đã chứng minh khả năng hấp phụ ion kim loại nặng $\text{Cr}^{6+}$ trong môi trường nước của vật liệu, khẳng định tiềm năng ứng dụng thiết thực của nguồn sinh khối nông nghiệp trong lĩnh vực công nghệ xử lý môi trường.