Hàng trăm triệu tấn nhựa được sản xuất trên toàn thế giới mỗi năm, và phần lớn chúng kết thúc trong các bãi rác hoặc tự nhiên, nơi chúng có thể tồn tại hàng trăm năm. Nhưng điều gì nếu chúng ta có thể biến những chiếc túi nhựa, chai nước và hộp đựng thực phẩm thành một thứ gì đó có giá trị thực sự? Các nhà khoa học vừa công bố một phát hiện rất hứa hẹn: họ đã tìm cách chuyển đổi rác thải nhựa thành axit acetic—thành phần chính của giấm—chỉ bằng ánh nắng mặt trời và một chất xúc tác thông minh.
Lấy cảm hứng từ thiên nhiên
Câu chuyện bắt đầu từ một con nấm rất đặc biệt. Nấm mục trắng (Phanerochaete chrysosporium) có khả năng kỳ diệu: nó có thể phân hủy lignin, một trong những polymer cứng nhất tìm thấy trong gỗ. Nó làm được điều này nhờ những enzyme sinh ra các chất hóa học rất phản ứng, có khả năng tấn công các cấu trúc carbon phức tạp.
Các nhà khoa học đặt câu hỏi: liệu chúng ta có thể tạo ra một vật liệu nhân tạo bắt chước chiêu trò này không? Câu trả lời là có. Họ thiết kế một chất xúc tác gọi là iron-doped carbon nitride—một chất bán dẫn hấp thụ ánh sáng khả kiến. Điều đặc biệt là họ gắn từng nguyên tử sắt riêng lẻ vào cấu trúc này, tạo thành những "vị trí hoạt động" cực kỳ hiệu quả, giống như các enzyme trong tự nhiên.
Hai bước phản ứng được năng lượng mặt trời kích hoạt
Hệ thống hoạt động thông qua một loạt phản ứng được kích hoạt bởi ánh sáng. Dưới ánh nắng mặt trời và trong sự hiện diện của nước oxy hóa, các vị trí sắt kích hoạt peroxide để tạo ra các gốc hydroxyl vô cùng phản ứng. Những gốc này tấn công các chuỗi carbon dài tạo nên nhựa—từ polyethylene (túi nhựa) đến polypropylene (hộp thực phẩm), PET (chai nước) và thậm chí PVC (ống và vật liệu đóng gói).
Nhựa được oxy hóa dần dần và phân hủy thành các phân tử nhỏ hơn, cuối cùng tạo thành carbon dioxide (CO₂). Nhưng đây là phần thú vị: thay vì để CO₂ thoát ra khí quyển, cùng một chất xúc tác lại thực hiện công việc thứ hai—nó dùng ánh nắng mặt trời để biến CO₂ thành axit acetic. Nói cách khác, carbon từ rác thải nhựa được oxy hóa trước, sau đó được tái lắp ráp thành một phân tử có giá trị.
Tại sao axit acetic lại quan trọng?
Axit acetic nổi tiếng nhất là thành phần chua trong giấm, nhưng nó cũng là một nguyên liệu công nghiệp lớn. Nó được dùng để sản xuất keo dán, sơn, dung môi, sợi tổng hợp và dược phẩm. Nhu cầu toàn cầu lên tới hàng triệu tấn mỗi năm, đại diện cho một thị trường trị giá hàng tỷ đô la.
Hiện tại, hầu hết axit acetic được sản xuất thông qua một quá trình tốn nhiều năng lượng gọi là carbonylation methanol, đòi hỏi nhiệt độ cao và áp suất cao. Phương pháp mới này mở ra một con đường tuần hoàn thực sự: thay vì khai thác carbon mới, chúng ta tái sử dụng carbon đã có trong các vật liệu bỏ đi.
Hy vọng cho tương lai
Đây không chỉ là một phát hiện khoa học thú vị—nó là một giải pháp thực tế cho vấn đề ô nhiễm nhựa toàn cầu. Khi công nghệ này được phát triển thêm, nó có tiềm năng thay đổi cách chúng ta nhìn nhận rác thải nhựa, từ một vấn đề môi trường thành một tài nguyên quý báu.
Nguồn: Phys.org
Bình Luận