Quy trình phân tích vi nhựa trong trầm tích

Ngày: 04/02/2025 | 2673

Bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 3409 “Quy trình phân tích vi nhựa trong trầm tích” đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp cho nhóm tác giả Đỗ Văn Mạnh và Lê Xuân Thanh Thảo thuộc Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường, Viện Hàn lâm KHCNVN ngày 25/12/2023. Giải pháp hữu ích thuộc lĩnh vực công nghệ hóa học môi trường, cụ thể là đề cập đến quy trình phân tích vi nhựa (microplastic) trong mẫu trầm tích (bãi triều và đáy biển sâu). Thông qua việc áp dụng các kỹ thuật loại bỏ chất hữu cơ, tách tỉ trọng, lọc chân không cùng với thiết bị kính hiển vi soi nổi và máy quang phổ hồng ngoại, kết quả phân tích thu được gồm: hàm lượng (tổng số lượng vi nhựa), tính chất vật lý: kích thước, hình dạng, màu sắc và tính chất hóa học: loại polyme.

Ngày nay, vi nhựa có mặt khắp nơi và đã được tìm thấy từ các vùng cực đến vùng xích đạo, từ thềm lục địa, ven biển đến đại dương và chúng có mặt trong cột nước, trầm tích biển và trong các loài động vật biển, vấn đề đáng lo ngại là các hạt vi nhựa này có thể hoạt động như một nguồn gây ô nhiễm hóa học, chứa chất hóa dẻo, chất tạo màu, chất chống oxy hóa,… và các phụ gia được kết hợp vào nhựa trong quá trình sản xuất, hoặc chúng có thể là chất trung gian cho các chất ô nhiễm hóa học như POPs, kim loại nặng,… hấp thụ trên bề mặt và vận chuyển đi ra xa so với nguồn phát sinh và gây ra những mối nguy hiểm nghiêm trọng đối với sinh vật và có thể mang theo cả rủi ro sinh thái.

Trầm tích biển bao gồm các bãi biển, ven biển và biển sâu được xem là điểm đến cuối cùng và là nơi bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi ô nhiễm vi nhựa. Cùng với sự phân rã các mảnh nhựa lớn để tạo thành vi nhựa tại các bãi biển, các chất phụ gia được thêm vào trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa có thể được giải phóng dưới tác động của các yếu tố như bức xạ mặt trời, yếu tố sinh học hoặc cơ học. Đã biết quy trình xác định vi nhựa, trong đó mẫu trầm tích được hoà tách chất hữu cơ bằng hệ dung dịch H₂O₂ và FeSO₄, sau đó tuyển nổi dung dịch thu được bằng dung dịch NaCl. Dung dịch vi nhựa thu được được đem đi lọc chân không bằng giấy lọc. Sau đó, xác định vi nhựa có trên giấy lọc theo các thông số như hình dạng, kích thước, khối lượng và thành phần hoá học. Quy trình này có một số hạn chế. Thứ nhất, do còn dư lượng chất oxy hoá nên giấy lọc bị chuyển thành màu vàng, dẫn đến khó xác định hình dạng, kích thước của nhựa khi quan sát trên kính hiển vi. Thứ hai, do vi nhựa có tỷ trọng đa dạng, việc tuyển nổi bằng NaCl không tách được hoàn toàn các vi nhựa, đặc biệt là các vi nhựa có trọng lượng riêng lớn. Điều này làm cho kết quả phân tích chưa đủ chính xác.

Khắc phục một trong các nhược điểm nêu trên, đã có đề xuất sử dụng kết hợp với dung dịch kẽm clorua có tỷ trọng lớn hơn để tách triệt để vi nhựa, tuy nhiên do kẽm clorua rất đắt nên giải pháp này cũng không khả quan, bên cạnh việc vẫn chưa khắc phục được sự chuyển màu của giấy lọc.
Do đó, có nhu cầu đối với quy trình phân tích vi nhựa giúp xác định, phân tích hiệu quả thành phần vi nhựa trong trầm tích, ít nhất là khắc phục được các nhược điểm nêu trên.

Mục đích của giải pháp hữu ích là đưa ra được quy trình phân tích vi nhựa trong mẫu trầm tích và thu được các kết quả về số lượng, kích thước, hình dạng, màu sắc và loại polyme. Cụ thể, đối tượng áp dụng quy trình là mẫu cát bãi biển hoặc mẫu trầm tích biển sâu với giới hạn kích thước vi nhựa phát hiện là 0,7 - 5.000 µm.

Cụ thể, giải pháp hữu ích đề xuất quy trình phân tích vi nhựa trong mẫu trầm tích bao gồm các bước:
(i) chuẩn bị mẫu cần phân tích bằng cách: sấy khô mẫu ở nhiệt độ không quá 55°C đến khối lượng không đổi; đồng nhất mẫu; và rây mẫu để loại bỏ phần có kích thước lớn hơn 5000 µm;
(ii) cân lượng mẫu cần phân tích;
(iii) xử lý hết chất hữu cơ trong mẫu cần phân tích bằng cách bổ sung từ từ hỗn hợp dung dịch chứa H₂O₂, FeSO₄ và axit sulfuric 95-98% vào mẫu, khuấy đều và gia nhiệt để tăng tốc độ phản ứng, trong đó lượng axit sulfuric bổ sung được lấy theo tỷ lệ thể tích Vsulfuric: V(dung dịch chứa H₂O₂, FeSO₄) nằm trong khoảng từ (0,5ml:100ml) đến (3,5ml:100 ml);
(iv) xử lý tiếp với axit HCl loãng để loại bỏ các chất vô cơ gốc cacbonat;
(v) gia nhiệt ở nhiệt độ không quá 60°C để tạo ra hỗn hợp lỏng sệt;
(vi) tách tỷ trọng hỗn hợp lỏng sệt theo phương pháp tuyển nổi lần lượt bằng dung dịch NaCl có tỷ trọng d = 1,2 g/ml và dung dịch NaI có tỷ trọng d= 1,8 g/ml để thu phần dung dịch chứa vi nhựa;
(vii) lọc chân không nhằm giữ lại các hạt vi nhựa trên giấy lọc thủy tinh kích thước lỗ lọc 0,7 µm; và
(viii) xác định khối lượng vi nhựa; chiều dài, hình dáng, kích thước và thành phần hoá học của vi nhựa.

Tính ưu việt của quy trình đề xuất trong giải pháp hữu ích ở điểm:
- Tiết kiệm thời gian phân tích: Thời gian oxy hoá chất hữu cơ, xác định vi nhựa bằng kính hiển vi soi nổi và phổ hồng ngoại.
- Giấy lọc chứa vi nhựa không bị biến đổi màu so với phương pháp thông thường.
- Hàm lượng vi nhựa thu được lớn hơn so với phương pháp thông thường chứng tỏ phép phân tích có độ nhạy và hiệu quả cao hơn.

Hiệu quả đạt được của giải pháp hữu ích

Quy trình phân tích vi nhựa trong mẫu trầm tích đã áp dụng các kỹ thuật loại bỏ chất hữu cơ, tách tỷ trọng và lọc chân không nhằm phát hiện ra được các vi nhựa có trong mẫu trầm tích với các đặc điểm về hình dạng, kích thước, màu sắc và loại polyme. Quy trình đơn giản, dễ thực hiện và đặc biệt phù hợp với điều kiện nghiên cứu của các phòng thí nghiệm tại Việt Nam.

Tư vấn, hỗ trợ đăng ký bảo hộ độc quyền các loại hình quyền Sở hữu trí tuệ tại Viện Hàn lâm KHCNVN: Phòng Thông tin, Truyền thông Khoa học và Sở hữu công nghiệp, phòng I 3.1, nhà A11, số 18 Hoàng Quốc Việt. TEL: 024.37562551 - 0904.252.152. Email: pqduong@isi.vast.vn

Tin: Trần Thị Kim Ngân