Sản xuất, ứng dụng thành công vật liệu zeolite ở VN

Với công nghệ mang tính đột phá, các chuyên gia ĐH Bách Khoa HN đã biến khoáng sét thiên nhiên ở VN thành vật liệu zeolite giá trị cao trong trồng trọt, chăn nuôi, công nghiệp hoá chất, và bảo vệ môi trường.

GS.TSKH Hoàng Trọng Yêm (trái) và TS Tạ Ngọc Đôn đứng trước chiếc tủ trưng bày các sản phẩm zeolite sản xuất bằng công nghệ của ĐHBK HN.

Vừa qua hai nhà máy sản xuất zeolite tại Quảng Bình, Cần Thơ đã được xây dựng và đi vào hoạt động với công suất 3.000 tấn/năm, dưới dạng chuyển giao công nghệ của ĐH Bách Khoa cho địa phương. Đây là những nhà máy đầu tiên tại VN sản xuất zeolite ở quy mô công nghiệp, phục vụ nuôi trồng thuỷ sản.

Thành công từ tinh thần dám nghĩ, dám làm

Theo TS Tạ Ngọc Đôn, chủ nhiệm đề tài đồng thời là Phó trưởng Khoa Công nghệ hoá học, zeolite là vật liệu xốp, ở dạng bột hoặc viên, lắng xuống đáy ao đầm. Tại đó, nó có tác dụng hấp phụ các ion kim loại, amoni, H2S, NO2, NO, và các chất hữu cơ độc hại, do đó làm sạch môi trường nuôi trồng thuỷ sản. Khi nạo vét ao, đầm, các zeolite với những lỗ rỗng chứa đầy chất độc hại sẽ được tái chế để làm phân bón trong tương lai.

Zeolite nói trên được sản xuất từ các loại đất sét sẵn có tại VN. Nguyên liệu chính là cao lanh, một loại khoáng sét tồn tại ở nhiều địa phương với trữ lượng lớn, có thể khai thác và sử dụng hàng trăm năm. Còn các loại kháng sét khác đều có thể được sử dụng làm phụ gia trong sản xuất zeolite.

GS.TSKH Hoàng Trọng Yêm là người đưa ra những ý tưởng đầu tiên biến khoáng sét tự nhiên VN thành vật liệu giá trị cao. Ông cho biết công nghệ sản xuất zeolite này không chỉ mới ở VN mà đối với cả thế giới. Chưa có quốc gia nào chuyển hoá cao lanh không nung thành zeolite. Thế nhưng với tư duy dám nghĩ, dám làm, vượt qua sự hoài nghi của giới chuyên môn và chấp nhận rủi ro, nhóm nghiên cứu đã đi theo hướng này. Phương châm của họ là nếu cố gắng tìm kiếm thì sẽ thấy được những cái mà thế giới chưa nghiên cứu.

Sau khi thất bại hoàn toàn với 500 mẫu thí nghiệm, cuối cùng nhóm nghiên cứu đã làm được zeolite vào ngày 30/9/1999, hơn 1 năm sau khi bắt đầu công trình. Cấu trúc của cao lanh không nung bị phá vỡ bằng các hoá chất, sau đó được sắp xếp lại thành zeolite. Nói một cách đơn giản như TS Đôn thì có thể ví cao lanh nguyên liệu như một khối các viên gạch được liên kết chặt với nhau. Bí quyết là làm những viên gạch này rời nhau ra rồi sắp xếp chúng thành một khối có các lỗ trống.

Đây chính là sáng chế mới trong sản xuất zeolite rẻ tiền, đáp ứng nhu cầu rất lớn hiện nay ở VN. Còn với phương pháp truyền thống là nung cao lanh, cấu trúc vật liệu nếu không bị phá vỡ hoàn toàn nên hiệu suất không cao.

Ở VN, cũng đã có một số đơn vị nghiên cứu, sản xuất vật liệu này từ hoá chất sạch. Tuy nhiên, khó có thể ứng dụng trên quy mô lớn vì giá thành cao. Ngược lại, do sử dụng đất sét để làm zeolite nên giá thành của sản phẩm trong nước chỉ bằng 1/10 so với zeolite từ hoá chất sạch và khoảng 1/2 zeolite tự nhiên. Được biết, giá bán zeolite tự nhiên nhập khẩu từ Thái Lan và Indonesia dùng trong thuỷ sản là 4.000-4.200 đồng/kg trong khi giá zeolite tổng hợp từ khoáng sét tự nhiên theo công nghệ ĐHBK HN chưa bằng một nửa.

Tiềm năng ứng dụng rộng lớn

Vật liệu zeolite dùng trong bảo vệ môi trường.

TS Đôn cho biết zeolite dùng trong thuỷ sản chỉ là một trong sáu hướng ứng dụng của vật liệu này mà nhóm nghiên cứu đang triển khai. Lợi dụng tính chất hấp phụ nên nhóm nghiên cứu đã tạo ra các loại phân bón chứa zeolite. Zeolite sẽ từ từ nhả chất dinh dưỡng trong phân bón vào đất, giúp tiết kiệm lượng phân bón, tăng độ phì nhiêu (do là vật liệu xốp nên làm xốp đất), giữ độ ẩm và điều hoà độ pH cho đất (ở VN đất hơi chua trong khi zeolite lại có tính kiềm).

Loại phân bón chứa zeolite đã được ứng dụng trong vụ lúa hè thu 2005 trên 3.000m2 tại ba huyện của tỉnh Thanh Hoá. Kết quả cho thấy loại phân này giúp làm lợi 300.000-600.000/ha so với đối chứng. Nhóm đã hoàn thiện công nghệ và đang hợp tác tiến hành dự án xây dựng nhà máy phân NPK chứa zeolite đầu tiên tại VN, công suất 15.000 tấn/năm.

Trong lĩnh vực chăn nuôi, nhóm đang cố gắng triển khai thử nghiệm chế phẩm zeolite làm phụ gia thức ăn cho lợn và gà. Khi được trộn vào thức ăn, chế phẩm sẽ hấp phụ các chất độc trong cơ thể vật nuôi, tăng khả năng kháng bệnh, kích thích tiêu hoá và tăng trưởng. Được biết zeolite không độc đối với người cũng như vật nuôi.

Zeolite còn được sử dụng để tách các ion kim loại nặng, amoni, các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải và nước sinh hoạt. Sản phẩm đã được thử nghiệm để làm sạch nước Hồ Văn và cho kết quả tốt. Ngoài ra, đây cũng là vật liệu dùng trong chế tạo cồn tuyệt đối (do tính chất tách nước chọn lọc của zeolite), lọc hoá dầu ( do tính chất hấp phụ và xúc tác), hoá dược và hoá chất bảo vệ thực vật.

Mặc dù đã có 4 sáng chế và giải pháp hữu ích được cấp nhưng nhóm nghiên cứu chưa dừng lại. Dự định của họ là tạo ra các vật liệu xốp có kích thước lớn hơn để hấp thụ chất màu trong nước thải nhuộm và các hợp chất hữu cơ phân tử lớn. Hiện các hạt hiện nay có kích thước 1.000-5.000nm nên nhóm nghiên cứu còn có ý tưởng giảm kích thước hạt tới dưới mức 100nm nhằm tạo ra vật liệu nano-zeolite nhằm tăng khả năng ứng dụng của vật liệu này trong tương lai.

Zeolite dùng trong nuôi trồng thuỷ sản	TS Đôn cùng cộng sự kiểm tra cây lúa sau khi dùng phân NPK chứa zeolite
Sử dụng zeolite cho đầm nuôi tôm trên cát	6-7 nhóm gồm hàng trăm người, kể cả sinh viên, đã tham gia vào công trình nghiên cứu này.