Nhóm nghiên cứu kết hợp giữa Khoa Công nghệ hóa học, bộ môn Công nghệ vật liệu, trường ĐH Công Thương TP. Hồ Chí Minh và ĐH Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã công bố Bài báo nghiên cứu “Effect of cationic surfactant on the fabrication of hollow spherical silica for ethylene scavenger application” trên tạp chí Journal of Nanoparticle Research. Bài báo tập trung vào việc chế tạo vật liệu silica rỗng dạng cầu (HSSN) từ nguồn nhựa polystyrene (PS) tái chế và khảo sát vai trò của chất hoạt động bề mặt cation CTAB trong quá trình tổng hợp cũng như ứng dụng của vật liệu trong việc hấp thụ khí ethylene nhằm bảo quản trái cây.

Trước hết, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp kết tủa nano (nanoprecipitation) để tạo các hạt PS kích thước nano từ nguồn nhựa thải. Sau đó, các hạt này đóng vai trò là “khuôn cứng” để phủ lớp silica thông qua quá trình sol–gel sử dụng tiền chất TEOS trong môi trường kiềm. Cuối cùng, vật liệu được nung ở nhiệt độ cao để loại bỏ lõi PS, tạo ra cấu trúc rỗng bên trong với lớp vỏ silica bao quanh. Toàn bộ quá trình chịu ảnh hưởng đáng kể của CTAB, một chất hoạt động bề mặt có khả năng tương tác với cả pha hữu cơ và vô cơ.

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc thay đổi nồng độ CTAB không ảnh hưởng đáng kể đến kích thước hạt PS, nhưng lại làm tăng đáng kể thế zeta, từ đó giúp hệ hạt ổn định hơn trong dung dịch. Điện tích dương cao do CTAB tạo ra cũng hỗ trợ quá trình lắng đọng silica lên bề mặt PS hiệu quả hơn. Ngoài ra, CTAB còn đóng vai trò hình thành các cấu trúc mao quản trung bình (mesopore) trên lớp vỏ silica, làm tăng diện tích bề mặt riêng của vật liệu lên đến khoảng 325 m²/g.

Về đặc tính cấu trúc, các ảnh TEM xác nhận rằng vật liệu thu được có dạng hình cầu với lõi rỗng rõ ràng. Kích thước lõi phụ thuộc vào lượng PS ban đầu, trong khi độ dày và độ xốp của lớp vỏ chịu ảnh hưởng mạnh từ lượng CTAB. Khi tăng lượng CTAB, lớp vỏ silica trở nên dày hơn và chứa nhiều mao quản hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình hấp phụ.

Khả năng hấp phụ của vật liệu được kiểm tra thông qua hai chất là methylene blue (MB) và KMnO₄. Kết quả cho thấy HSSN có khả năng hấp phụ MB khá tốt, đặc biệt khi có mặt CTAB do diện tích bề mặt và độ xốp tăng lên. Tuy nhiên, vật liệu ban đầu không thể hấp phụ KMnO₄ do sự tương đồng về điện tích âm giữa bề mặt silica và ion permanganat. Để khắc phục điều này, nhóm nghiên cứu đã biến tính bề mặt HSSN bằng CTAB, giúp chuyển điện tích bề mặt sang dương và từ đó cho phép hấp phụ KMnO₄ hiệu quả.

Ứng dụng thực tiễn của vật liệu được đánh giá thông qua thí nghiệm bảo quản chuối. KMnO₄ sau khi được nạp vào HSSN đóng vai trò là chất oxy hóa, giúp phân hủy khí ethylene sinh ra trong quá trình chín của trái cây. Kết quả cho thấy chỉ những mẫu HSSN có cấu trúc lỗ xốp cân bằng giữa mao quản nhỏ và lỗ lớn (đặc biệt là mẫu có hàm lượng CTAB cao nhất) mới thể hiện khả năng giảm đáng kể nồng độ ethylene trong suốt quá trình thí nghiệm. Điều này chứng tỏ cấu trúc vật liệu đóng vai trò then chốt trong hiệu quả hấp thụ khí.

Tóm lại, nghiên cứu đã chứng minh rằng có thể chế tạo thành công vật liệu silica rỗng từ nhựa tái chế với chi phí thấp và thân thiện môi trường. CTAB là yếu tố quan trọng giúp kiểm soát cấu trúc, tính chất bề mặt và khả năng hấp phụ của vật liệu. Hệ vật liệu HSSN mang KMnO₄ cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn trong lĩnh vực bảo quản sau thu hoạch, đặc biệt là trong việc kéo dài thời gian bảo quản trái cây bằng cách kiểm soát khí ethylene.

Nghiên cứu được thực hiện hoàn toàn tại phòng thí nghiệm của Khoa Công nghệ Hóa học trường ĐH Công Thương TP. Hồ Chí Minh. Công bố của bộ môn Công nghệ vật liệu cũng cho thấy khả năng thực hiện các nghiên cứu vật liệu mới một cách chuyên sâu hơn, định hướng ứng dụng tại trường, góp phần cải tiến mạnh mẽ công tác đào tạo.