Lời Mở Đầu
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), vựa lúa và trung tâm nuôi trồng thủy sản lớn nhất của Việt Nam, đang phải đối mặt với một thách thức môi trường nghiêm trọng: ô nhiễm dư lượng kháng sinh và thuốc bảo vệ thực vật. Sự lạm dụng các hóa chất này trong canh tác và chăn nuôi đã dẫn đến tình trạng tồn dư trong đất, nước và nông sản, đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu các vật liệu hấp phụ hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết. Một trong những hướng đi đầy hứa hẹn là tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp dồi dào tại chỗ để tổng hợp nên aerogel - "siêu vật liệu" của thế kỷ 21, ứng dụng vào việc hấp phụ và loại bỏ các chất ô nhiễm này.
Tiềm năng "vàng" từ những phế phẩm bị bỏ quên
Hàng năm, ĐBSCL thải ra một khối lượng khổng lồ phế phẩm nông nghiệp. Ước tính, chỉ riêng rơm rạ và trấu đã lên đến hơn 20 triệu tấn (World Bank, 2020). Phần lớn số này thường bị đốt bỏ, gây ô nhiễm không khí, hoặc phân hủy tự nhiên, lãng phí một nguồn tài nguyên quý giá. Bản chất của các phế phẩm này là chứa hàm lượng cellulose và silica cao, là "nguyên liệu thô" lý tưởng để sản xuất aerogel thông qua một quy trình công nghệ.
Hình 1: Sơ đồ quy trình sản xuất Aerogel từ phế phẩm nông nghiệp
Aerogel được mệnh danh là "khói đóng băng", sở hữu một cấu trúc đặc biệt với mạng lưới xốp nanomet, diện tích bề mặt riêng cực lớn (có thể lên đến 1000 m²/g) và khối lượng riêng siêu nhẹ. Khi được chế tạo từ nguồn nguyên liệu sinh học, aerogel cellulose/silica kế thừa được tất cả các đặc tính ưu việt đó, đồng thời mang tính phân hủy sinh học và quan trọng nhất là có giá thành rất rẻ. Lợi thế về chi phí nguyên liệu được minh họa rõ ràng trong Biểu đồ dưới đây:
Biểu đồ 3: So sánh chi phí nguyên liệu thô để sản xuất vật liệu hấp phụ
Điều này mở ra tiềm năng to lớn cho một chu trình kinh tế tuần hoàn: biến chất thải thành vật liệu xử lý ô nhiễm, từ đó góp phần bảo vệ chính môi trường sản xuất nông nghiệp.
Ứng dụng thực tế trong xử lý ô nhiễm tại ĐBSCL
Số liệu thống kê từ năm 2010 đến nay cho thấy một bức tranh đáng báo động về ô nhiễm tại ĐBSCL. Biểu đồ 1 dưới đây cho thấy xu hướng ngày càng gia tăng của các chất ô nhiễm này trong môi trường nước.
Biểu đồ 1: Xu hướng tỷ lệ mẫu nước phát hiện dư lượng ở ĐBSCL (2010-2023)
Cụ thể, Bảng 1 cung cấp số liệu về nồng độ trung bình của một số chất ô nhiễm điển hình, cho thấy chúng thường xuyên vượt ngưỡng quy định.
Bảng 1: Nồng độ trung bình một số chất ô nhiễm trong nước mặt tại ĐBSCL (2010-2023)
Chính cấu trúc xốp siêu nhỏ của aerogel giúp nó trở thành "bẫy phân tử" hoàn hảo để xử lý vấn đề này. Hình 2 dưới đây minh họa cho mô hình ứng dụng tiềm năng của aerogel trong thực tế.
Hình 2: Mô hình ứng dụng Aerogel trong xử lý nước thải nông nghiệp tại ĐBSCL
Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sử dụng aerogel từ rơm rạ và trấu của ĐBSCL đã cho thấy hiệu quả hấp phụ rất cao. Vật liệu này không chỉ có khả năng loại bỏ trên 90% một số loại kháng sinh phổ biến trong nước thải ao nuôi cá tra (CARES, 2021) mà còn hấp phụ hiệu quả các thuốc trừ sâu khó phân hủy. Biểu đồ 2 so sánh hiệu suất của aerogel với vật liệu truyền thống là than hoạt tính, cho thấy ưu thế rõ rệt của aerogel.
Biểu đồ 2: So sánh hiệu suất hấp phụ của các vật liệu
Kết luận và Triển vọng
Tiềm năng ứng dụng aerogel từ phế phẩm nông nghiệp để xử lý dư lượng kháng sinh và thuốc trừ sâu tại ĐBSCL là rất lớn. Giải pháp này không chỉ giải quyết được bài toán kép về quản lý chất thải nông nghiệp và ô nhiễm môi trường nước mà còn hướng đến một nền nông nghiệp tuần hoàn và bền vững. Tuy nhiên, để biến tiềm năng thành hiện thực, cần có sự đầu tư nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu chi phí và tiến hành các thử nghiệm quy mô pilot trước khi nhân rộng ra thực địa. Với lợi thế về nguồn nguyên liệu tại chỗ và tính cấp thiết của vấn đề môi trường, aerogel sinh học xứng đáng là một trong những trọng tâm của khoa học công nghệ hướng đến sự phát triển bền vững cho vùng Đồng bằng sông Cửu Long.
Tài liệu Tham khảo
- Bộ Tài nguyên và Môi trường (MONRE). (2022). *Báo cáo Hiện trạng Môi trường Quốc gia 2016-2020: Chuyên đề Vùng Đồng bằng sông Cửu Long.*
- CARES (Centre for Agriculture, Aquaculture and Rural Research). (2021). Assessment of Antibiotic Residues in Aquaculture Systems in the Mekong Delta, Vietnam.
- Nguyen, H. P., et al. (2019). "Occurrence and risk assessment of pesticides in surface water of the Mekong Delta, Vietnam." Environmental Science and Pollution Research, 26, 25054–25066.
- World Bank. (2020). Vietnam - Toward a National Strategy for Sustainable Agriculture Transformation in the Mekong Delta.
- Tran, T. K., et al. (2020). "Cellulose-based aerogels from rice straw for oil spill cleanup and dye adsorption." Journal of Porous Materials, 27(3), 789-800.
- Le, T. M., et al. (2018). "Antibiotic contamination in the Mekong River Delta, Vietnam: Sources, occurrence, and potential risks." Emerging Contaminants, 4(1), 13-20.