Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Sản xuất chất chống cháy từ thực vật (10/09/2019)

Chất chống cháy có mặt trong hàng nghìn vật dụng hàng ngày từ quần áo, đồ nội thất đến đồ điện tử. Dù các chất này giúp ngăn ngừa thương tích và tử vong liên quan đến lửa, nhưng chúng có thể gây hại đến sức khỏe con người và môi trường. Lo ngại đặc biệt là organohalogen có nguồn gốc từ dầu mỏ. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Central Michigan đã tạo ra chất chống cháy phân hủy sinh học ít độc hại từ thực vật.

Một loại nhựa epoxy dễ cháy (ảnh trái) bị cháy, nhưng khi được phủ một chất chống cháy có nguồn gốc từ thực vật (phải) thì không. Tín dụng: Yoseph Getachew

"Hóa chất chống cháy tốt nhất là các hợp chất halogen, đặc biệt là các chất thơm brom hóa", TS. Bob Howell, đồng tác giả nghiên cứu cho biết. "Vấn đề là, khi bạn vứt bỏ đồ vật và đưa chúng đến bãi chôn lấp, những chất này có thể thâm nhập vào môi trường".

Hầu hết các chất chống cháy organohalogen đều rất ổn định. Các vi sinh vật trong đất hoặc dưới nước không thể phân hủy chúng, nên chúng tồn tại nhiều năm trong môi trường, tích tụ vào chuỗi thức ăn. Ngoài ra, một số hợp chất có thể tách ra khỏi đồ vật mà chúng được thêm vào như thiết bị điện tử và lẫn vào bụi trong môi trường hộ gia đình. Mặc dù ảnh hưởng đến sức khỏe của việc ăn hoặc hít phải chất chống cháy organohalogen đa số chưa được biết đến, nhưng một số nghiên cứu cho thấy chúng có thể gây hại, khiến California cấm sử dụng các chất này trong những sản phẩm dành cho trẻ em, đệm và đồ nội thất bọc vào năm 2018.

"Một số chất chống cháy không còn tồn tại nữa vì lo ngại độc tính, do đó, cần tìm kiếm vật liệu mới, không độc hại, không tồn lưu và không phụ thuộc vào dầu mỏ", TS. Howell nói. Giải pháp của ông là xác định các hợp chất từ thực vật có thể dễ dàng chuyển đổi thành chất chống cháy bằng cách thêm các nguyên tử phốt pho, được biết đến có khả năng dập tắt ngọn lửa. Nhóm nghiên cứu đang tạo ra các hợp chất từ nguồn sinh học tái tạo. Chúng thường không độc hại, một số thậm chí là thành phần thực phẩm. Và chúng là những sinh vật có khả năng phân hủy sinh học đã quen với việc tiêu hóa chúng.

Để tạo ra các hợp chất có nguồn gốc từ thực vật, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Ứng dụng khoa học Polyme thuộc Đại học Central Michigan đã bắt đầu với hai chất: axit gallic, thường được tìm thấy trong trái cây, các loại hạt và lá; và axit 3,5-dihydroxybenzoic từ bột kiều mạch. Sử dụng phản ứng hóa học khá đơn giản, các nhà nghiên cứu đã chuyển đổi các nhóm hydroxyl trên những hợp chất này thành este phốt pho chống cháy. Sau đó, các nhà khoa họ đã thêm từng loại este phốt pho khác nhau vào các mẫu nhựa epoxy, một loại polyme thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử, ô tô và máy bay và kiểm tra các tính chất khác nhau của este bằng một số thử nghiệm.

Thông qua một trong những thử nghiệm này, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng chất chống cháy mới có thể làm giảm mạnh tốc độ giải phóng nhiệt cực đại của nhựa epoxy, phản ánh cường độ của ngọn lửa và tốc độ lan truyền của nó. Các chất có nguồn gốc từ thực vật cũng hoạt động như nhiều chất làm chậm cháy halogen trên thị trường.

Các nhà khoa học cũng nghiên cứu cách các hợp chất mới dập tắt ngọn lửa và phát hiện ra rằng mức độ oxy hóa ở cấp độ nguyên tử phốt pho quyết định phương thức chúng hoạt động. Các hợp chất có mức độ oxy hóa cao (phốt phát) bị phân hủy thành chất thúc đẩy sự hình thành của than trên bề mặt polyme, làm cho ngọn lửa thiếu nhiên liệu. Ngược lại, các hợp chất có mức oxy hóa thấp (phosphonate) bị phân hủy thành loại làm sạch các gốc tự do thúc đẩy quá trình đốt cháy.

Nhóm nghiên cứu vẫn chưa thực hiện các xét nghiệm độc tính, nhưng cho rằng các nhóm khác đã thực hiện nhiều nghiên cứu về các hợp chất tương tự. Ngoài ra, các chất có nguồn gốc từ thực vật không dễ bay hơi và ít có khả năng di chuyển từ các đồ vật vào bụi môi trường trong nhà. Các nhà khoa học hy vọng các chất chống cháy mới sẽ sớm được đưa ra thị trường.

Nguồn: N.P.D (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 05/9/2019