Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Bang Washington và Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, trong nghiên cứu được tài trợ thông qua Cơ quan Năng lượng-Dự án Tiên tiến có uy tín (ARPA-E) tại Bộ Năng lượng, đã truyền xi măng với các hạt nano chitin từ vỏ tôm bỏ đi, tăng cường sức mạnh và khả năng sử dụng của vật liệu. Họ đã trình bày chi tiết những nỗ lực của mình trong một bài báo đăng trên tạp chí Xi măng và Vật liệu Bê tông.
Cụ thể
Bê tông là vật liệu tiêu thụ nhiều thứ hai trên Trái đất, chỉ bị che khuất bởi nước. Khoảng ba tấn đồ được sử dụng cho mỗi cá nhân hàng năm, trên đường, cầu, và các tòa nhà, cùng nhiều nơi khác. Rõ ràng, mức tiêu thụ này đi kèm với chi phí. Xi măng , thành phần chính của bê tông, chiếm 8% lượng khí thải carbon dioxide trên thế giới.
Về cơ bản, xi măng là một chất kết dính – đông kết, đông cứng và kết dính các vật liệu khác để tạo thành cấu trúc. Nó được làm bằng vôi nung và đất sét, sau đó trộn với cát, sỏi và nước để tạo ra bê tông.
Nghiên cứu này khá thi vị, vì nó kết hợp hai vật liệu xây dựng tuyệt vời của Trái đất: một từ thế giới con người, xi măng, và một từ thế giới tự nhiên, kitin. Chitin là chất tạo màng sinh học, là thành phần chính của thành tế bào nấm và bộ xương ngoài của động vật chân đốt, giống như ở côn trùng, nhện và động vật giáp xác. Nó được tạo ra bởi các sinh vật sống với số lượng đáng kinh ngạc: khoảng 10 đến 100 tỷ tấn mỗi năm!
Sức mạnh của vỏ tôm
Các nhà khoa học đã phân lập các tinh thể nano chitin và sợi nano chitin từ bột chitin làm từ vỏ tôm bằng sự kết hợp của các phương tiện hóa học và cơ học, sau đó kết hợp hai hạt nano khác nhau với xi măng thương mại thông thường theo các tỷ lệ khác nhau. Sau đó, họ đưa các công thức qua nhiều thử nghiệm, theo dõi tính nhất quán, khả năng làm việc và thời gian đông kết, cũng như nhiều phép đo cường độ trong 28 ngày.
So sánh các công thức với xi măng kiểm soát thông thường, các tinh thể nano chitin và sợi nano dường như cải thiện rộng rãi hầu hết các chất lượng của vật liệu. Tuy nhiên, xi măng được tăng cường 0,05% trọng lượng của sợi nano chitin được đưa ra trên cùng. Sau 28 ngày, công thức này có khả năng chịu tải nặng tốt hơn 12%, được gọi là cường độ nén. Nó cũng thể hiện độ bền uốn lớn hơn 41%, chịu được áp lực lớn hơn trước khi uốn và bẻ.
“Đó là những con số rất quan trọng”, Michael Wolcott , một trong những tác giả và là Giáo sư Regents về kỹ thuật dân dụng và môi trường tại WSU, cho biết trong một tuyên bố. “Nếu bạn có thể giảm lượng sử dụng và có được chức năng cơ học hoặc chức năng cấu trúc tương tự và tăng gấp đôi tuổi thọ của nó, thì bạn có thể giảm đáng kể lượng khí thải carbon trong môi trường xây dựng”.
Thời gian để hỗn hợp chitin đông kết cũng được cải thiện so với xi măng thông thường – khoảng 17 phút đối với công thức sợi nano và 56 phút đối với công thức tinh thể nano. Thời gian đông kết lâu hơn giúp đội thợ có nhiều thời gian hơn để vận chuyển và đổ bê tông sau khi đã trộn xong. Xi măng poóc lăng thông thường, loại được sử dụng phổ biến nhất, ban đầu sẽ đông kết trong khoảng 30 phút. Tại thời điểm này, nó không còn dễ uốn và mất sức mạnh nếu bị ép buộc phải định hình lại.
Mặt khác, hỗn hợp xi măng chitin không hoạt động tốt về khả năng thi công, điều này mô tả “bê tông mới trộn có thể được trộn, đặt, cố kết và hoàn thiện tốt như thế nào”, nhưng sự khác biệt là nhỏ.
Các bước tiếp theo của các nhà nghiên cứu là đảm bảo những lợi ích thấy được trong xi măng cũng được duy trì trong bê tông, sau đó mở rộng quy trình phòng thí nghiệm của họ để sản xuất phụ gia hạt nano chitin với khối lượng lớn hơn nhiều. “Mục tiêu chung của chúng tôi là tạo ra cùng một loại bê tông nhưng sử dụng ít xi măng hơn”, tác giả Somayeh Nassiri, phó giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường tại UC-Davis nói với The Daily Evergreen. “Điều đó sẽ rất có lợi cho môi trường”.
Các nhà khoa học khác cũng đang xem xét các cách khác nhau để làm cho xi măng bền vững hơn. Vào tháng 6, các nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado-Boulder thông báo rằng họ đã tạo ra một giống trung tính carbon bằng cách sử dụng tảo.
Không Ngộ
Theo BigThink
