KỂ CHUYỆN HIỆN VẬT
Lọ mẫu hóa chất   
Nghiên cứu chế tạo vật liệu mới là một trong ba hướng nghiên cứu chính của PGS.TS Nguyễn Đức Chuy*. Ông đã cùng các cộng sự tạo ra được mẫu chất Polypyrol nanocomposit clay có khả năng hấp thụ sóng điện từ, sóng rađa, để có thể phục vụ cho an ninh quốc phòng.

Ngày 23-4-2016, PGS Nguyễn Đức Chuy tặng Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam lọ mẫu hóa chất Polypyrol nanocomposite clay, đó là một trong số hiện vật mà ông tặng Trung tâm. Chỉ là một lọ thủy tinh nhỏ (lọ penicillin), cao 7cm, đường kính 2cm, nhãn giấy dán bên ngoài có ghi bằng bút bi mực xanh: “Polypyrol/montmorrillonite clay/nanocomposite, 12-2007”, bên trong đựng loại bột màu đen, khoảng 1/3 dung tích của chiếc lọ. Nhưng đây là kết quả của một đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu chuyển hóa Bentonite Việt Nam thành Montmorrillonite làm nền cho việc tổng hợp một số Nanocomposite clay có ứng dụng thực tiễn”, do PGS Nguyễn Đức Chuy làm chủ nhiệm. Và để có được kết quả đó, PGS Nguyễn Đức Chuy cùng các cộng sự đã phải trải qua 4 đề tài nghiên cứu, từ năm 1995 đến năm 2008.

Năm 1989, trong bối cảnh kinh tế - xã hội Việt Nam vô cùng khó khăn, để cải thiện cuộc sống cho gia đình và góp phần tăng nguồn ngoại tệ cho đất nước, PGS Nguyễn Đức Chuy tạm rời trường Đại học Sư phạm Hà Nội để đi làm chuyên gia ở Algérie. Khi giảng dạy ở Algéria, ông hướng sinh viên vào nghiên cứu ứng dụng. Algérie có nhiều đất sét, ông cùng sinh viên tiến hành nghiên cứu khoáng sét chứa Bentonite[1], nhưng khi ấy còn chưa tìm ra được chất mới từ Bentonite. Năm 1995, ông trở về trường Đại học Sư phạm Hà Nội và tiếp tục theo đuổi hướng nghiên cứu Bentonite để chế tạo các sản phẩm có tính ứng dụng thực tiễn ở Việt Nam.

Ngay trong năm 1995, PGS Nguyễn Đức Chuy đăng ký thực hiện đề tài cấp trường: Nghiên cứu Zeolite tự nhiên Việt Nam[2]. Nguyên liệu để tổng hợp Zeolite là khoáng sét. Ông đến trường Đại học Mỏ - Địa chất xin được 65 mẫu khoáng sét lấy từ các vùng khác nhau và chúng có khả năng chứa Zeolite tự nhiên. Thời điểm đó, trường Đại học Mỏ - Địa chất công bố một báo cáo nghiên cứu về mẫu khoáng vật có chứa loại Zeolite tự nhiên là Clinoptillolite. Nhưng khi thực hiện thí nghiệm bằng phương pháp nhiễu xạ tia X trên các mẫu khoáng sét, ông chỉ thấy một mẫu có chứa chất Heulandite, tương tự như Clinoptillolite. Vì vậy, ông đưa ra kết luận: Việt Nam không có Zeolite tự nhiên, nếu có thì hàm lượng cũng rất thấp.

Tuy nhiên, PGS Nguyễn Đức Chuy nghĩ rằng có thể tổng hợp Zeolite từ Bentonite. Khi sang Viện Địa chất tìm hiểu và được biết ở Việt Nam có Phillipsite[3] - một loại Zeolite tự nhiên, ông quyết định mua 1kg khoáng sét đó của Viện này với giá 1 triệu đồng để phục vụ cho việc nghiên cứu. Ông đăng ký đề tài cấp nhà nước: Nghiên cứu cơ bản về Zeolit tự nhiên Việt Nam”, thực hiện trong ba năm (1998 - 2000). Nhưng rồi kết quả thí nghiệm của ông lại cho thấy hàm lượng Phillipsite rất thấp và khả năng hấp phụ ion kém.

Việt Nam tuy có khoáng sét phong phú về cả chủng loại và trữ lượng, nhưng trữ lượng hai loại Zeolite tự nhiên là Heulandite và Philipsite thấp, nên việc chuyển hóa các khoáng sét thành Zeolite để có thể dùng làm chất xúc tác cho hóa dầu và xử lý nước sẽ có ý nghĩa khoa học và kinh tế. Bởi vậy, PGS Nguyễn Đức Chuy tiếp tục đăng ký thực hiện đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu chuyển hóa khoáng sét Việt Nam thành Zeolite làm chất xúc tác và xử lý nước thải” (2001 - 2003). Mục đích của đề tài là khảo sát toàn bộ các Bentonite và một số loại sét ở Việt Nam để chuyển hóa thành các Zeolite có thể dùng làm xúc tác cho hóa dầu hay các phản ứng hóa hữu cơ, đồng thời có thể dùng trong xử lý môi trường, tùy thuộc vào từng loại Zeolite chuyển hóa được.

Đề thực hiện đề tài này, PGS Nguyễn Đức Chuy cùng các cộng sự đã sưu tầm tất cả các loại Bentonite và một số khoáng sét ở Việt Nam, sau đó nghiên cứu thành phần hóa học và cấu trúc, nghiên cứu sự chuyển hóa các Bentonite và khoáng sét thành các Zeolite khác nhau và xác định cấu trúc của chúng. Tiếp theo, ông nghiên cứu tính chất xúc tác của một số Zeolite chuyển hóa được, tìm điều kiện tối ưu cho sự chuyển hóa các Zeolite đó, thử tính chất hấp phụ của chúng đối với các kim loại nặng, ion amoni…, nghiên cứu dung lượng trao đổi ion của các Zeolite để xác định khả năng khôi phục của chúng sau xử lý nước thải.

Trong quá trình thực hiện đề tài kể trên, ông cùng các cộng sự đã làm thí nghiệm nghiên cứu cấu trúc của mẫu trước và sau chuyển hóa bằng nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại (IR), phân tích nhiệt vi phân, nghiên cứu hoạt tính xúc tác của các Zeolite chuyển hóa trên các phản ứng hữu cơ thực hiện ở ống phản ứng thạch anh và phân tích bằng sắc ký. Tất cả đều thực hiện tại phòng thí nghiệm bộ môn Hóa lý của khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, và tại phòng thí nghiệm tổng hợp hữu cơ của khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học tự nhiên, đồng thời ông cũng phối hợp với các phòng thí nghiệm của một số viện thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Sau 3 năm, đề tài đã tìm được điều kiện tốt nhất cho sự chuyển hóa Bentonite Thuận Hải thành sản phẩm có chứa Zeolite Y và có thể xác định một cách tương đối hàm lượng Zeolite bằng phương pháp đơn giản hấp phụ Benzen; đã thử xử lý nước thải chứa ion Pb2+ và ion amoni, đặc biệt là từ Bentonite Thuận Hải đã điều chế được Paninanocomposite clay.

Ngày 26-12-2003, tại trường Đại học Sư phạm Hà Nội, PGS Nguyễn Đức Chuy báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài này. PGS.TS Nguyễn Văn Phất (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) nhận xét như sau: Mục tiêu, ý nghĩa của đề tài rõ ràng, có cơ sở khoa học và thực tiễn to lớn, phương pháp nghiên cứu hiện đại và phù hợp. Kết quả nghiên cứu mới mẻ, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, là cơ sở cho việc đào tạo sau đại học của khoa Hóa học, Đại học Sư phạm Hà Nội[4]. PGS.TS Phùng Tiến Đạt (trường Đại học Sư phạm Hà Nội) cũng đánh giá tích cực: Kết quả đạt được của đề tài là những kết quả mới, không những có ý nghĩa thực tiễn, mà còn góp phần đào tạo sau đại học. Vì thời gian hạn hẹp nên các kết quả mới chỉ là các thăm dò ban đầu, nhưng đã đạt được mục tiêu đề ra của đề tài5]. Hội đồng nghiệm thu đã bỏ phiếu kín và cả 4 phiếu đều nhất trí nghiệm thu kết quả nghiên cứu của đề tài, đồng thời hội đồng đề nghị cho PGS Nguyễn Đức Chuy tiếp tục phát triển đề tài theo hướng tập trung vào nghiên cứu ứng dụng Nanocomposite clay[6].

Việc áp dụng kết quả nghiên cứu kể trên vào xử lý nước thải không thật hiệu quả và giá thành lại đắt, nên PGS Nguyễn Đức Chuy đi vào nghiên cứu ứng dụng Nanocomposite. Ông đề xuất với trường Đại học Sư phạm Hà Nội để thực hiện đề tài cấp nhà nước: “Nghiên cứu chuyển hóa Bentonite Việt Nam thành Montmorrillonite làm nền cho việc tổng hợp một số Nanocomposite clay có ứng dụng thực tiễn”. Sau đó, đề tài được xét duyệt với tên chính thức là “Nghiên cứu chuyển hóa đất sét, Bentonite Việt Nam thành Zeolite và Nanocomposite làm xúc tác hấp phụ, làm nền cho tổng hợp vật liệu mới và sản phẩm có ứng dụng thực tiễn”, thời gian thực hiện từ năm 2006 đến 2008. Cùng với chủ nhiệm đề tài là PGS Nguyễn Đức Chuy, có các cộng sự: TS Lê Minh Cầm và TS Vũ Quốc Trung (Đại học Sư phạm Hà Nội), TS Nguyễn Trung Minh (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và sự tham gia của một số học viên cao học.

     
Lọ mẫu chất Polypyrol nanocomposite clay

Mục tiêu của đề tài là chuyển hóa Bentonit thành Montmorillonite làm nền để tổng hợp Nannocomposite clay, chuyển hoá Bentonit thành chất hấp phụ; nghiên cứu tính chất hấp phụ, hấp thụ, hấp điện của một số loại đất đá, làm cơ sở cho những nghiên cứu ứng dụng sau này. PGS Nguyễn Đức Chuy kể lại: Trong khi nghiên cứu khoáng sét bằng nhiễu xạ tia X, tôi thấy sét có lớp, mỗi lớp cách nhau 7-10 ångström, trong khi đó tài liệu quốc tế nói rằng hợp chất Nano có đặc điểm khác chất thông thường. Tôi nghĩ mình phải tìm cách làm được Nanocomposite clay từ nguyên liệu là Bentonit Di Linh – một loại khoáng sét do TS Nguyễn Trung Minh ở Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cung cấp. Trong Bentonit Di Linh có chất Na+Montmorillonite là chất tạo thành từng lớp, các lớp cách nhau khoảng 10 ångström (10 ångström là một Nano). Tôi hướng dẫn học viên tìm cách đưa các chất hữu cơ vào các lớp này để tổng hợp thành Polime tạo thành Nanocomposite clay có các lớp cách nhau cỡ một Nano[7].

Công việc đầu tiên khi thực hiện đề tài này là sưu tầm các mẫu Bentonite, rồi nghiên cứu cấu trúc và chuyển hóa Bentonite thành Zeolite và Nanocomposite clay. Tiếp theo, phải nghiên cứu tính chất hấp phụ của đá ong và đá Bazan và biến tính Bentonite. Sau đó, nhóm thực hiện đề tài tiến hành tổng hợp một số chất có khả năng hấp phụ, nghiên cứu hướng ứng dụng của hai loại đá này, nghiên cứu tính chất hấp phụ của các chất tổng hợp hay biến tính. PGS Nguyễn Đức Chuy cho biết: Chúng tôi phải nung khoáng sét trong 20 giờ ở điều kiện 1000 độ C, sau đó rửa sạch bằng nước và các dung dịch hóa học như axít, xút…  Trong quá trình đó, tôi hướng dẫn cho sinh viên làm ở phòng thí nghiệm, các em thức qua đêm để theo dõi thí nghiệm. Tôi dùng số tiền ít ỏi của đề tài để trả công thích đáng cho những người cùng tham gia theo từng giai đoạn thực hiện[8].

Kết quả, đề tài đã nghiên cứu chuyển hóa được Bentonit thành Montmorrillonite sạch để làm nền tổng hợp Nanocomposite clay. Quá trình thực nghiệm chứng minh được Polypyrol nanocomposite clay có khả năng hấp thụ sóng điện từ rất tốt. Cuối năm 2007, TS Vũ Quốc Trung mang chất Polypyrol nanocomposite clay sang Viện Rađa (Viện Khoa học Công nghệ quân sự) để đo độ hấp phụ sóng điện từ, sóng rađa. Kết quả đo cho thấy Polypyrol nanocomposite clay có khả năng thấp phụ cao, có thể tránh được sự phát hiện của sóng rađa.

Với ý nguyện đưa kết quả nghiên cứu này vào sản xuất ứng dụng trong an ninh quốc phòng, năm 2008, PGS Nguyễn Đức Chuy đề xuất để trường Đại học Sư phạm Hà Nội cho thực hiện đề tài “Nghiên cứu chuyển hóa nguyên liệu khoáng tự nhiên của Việt Nam và tổng hợp ra vật liệu Nano hấp thụ sóng điện tử vùng rađa làm nguyên liệu ban đầu phục vụ cho việc phủ sơn, tấm bạt, tấm lợp chống rađa”. Sau khi được trường phê duyệt, ông mang mẫu chất Polypyrol nanocomposite clay đi đăng ký đề tài cấp nhà nước. Đó là bởi đề tài này có ý nghĩa rất quan trọng, như ông giải thích: Việc chế tạo ra chất hấp thụ điện từ vùng rađa để dùng làm chất phủ hay sơn giúp thiết bị quân sự tàng hình từ nguyên liệu và sử dụng công nghệ của Việt Nam là rất cấp bách và cần thiết, vì các nước tiên tiến không chuyển giao công nghệ mà chỉ bán sản phẩm chống rađa. Mặt khác, việc chế tạo trong nước các sản phẩm hấp thụ có khả năng chống sóng rađa sẽ tạo ra khả năng chủ động giải quyết vấn đề phục vụ an ninh quốc phòng, tiết kiệm kinh phí và tránh phụ thuộc vào nước khác[9]. Tháng 6-2009, PGS Nguyễn Đức Chuy viết bản thuyết minh đề tài với tên chính thức là “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ có cấu trúc Nano từ nguyên liệu khoáng tự nhiên của Việt Nam”, dự định thực hiện hai năm: 2010 - 2012. Nhưng thật không may, sau đó ông bị tai biến nên đề tài phải dừng lại.

Muốn tiến tới sản xuất khối lượng lớn Polypyrol nanocomposite clay phục vụ an ninh quốc phòng, cần có sự phối hợp của nhiều cơ sở, viện nghiên cứu, và cần chủ nhiệm đề tài có kinh nghiệm, có khả năng phối hợp tổ chức thực hiện. PGS Nguyễn Đức Chuy vô cùng tiếc nuối khi phải dừng lại như vậy. Ông có ý định để cho hai cộng sự là TS Vũ Quốc Trung và TS Nguyễn Trung Minh tiếp tục đề tài này, nhưng cả hai đều bận với hướng nghiên cứu riêng của mình. Mặc dù mới dừng lại ở kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nhưng công trình nghiên cứu của PGS Nguyễn Đức Chuy đã tạo ra được chất Polypyrol nanocomposite clay, đó cũng là cơ sở để ông và các cộng sự hướng dẫn được khoảng 20 luận văn thạc sĩ và một luận án tiến sĩ, đồng thời viết một số bài tạp chí chuyên ngành. Hành trình của PGS Nguyễn Đức Chuy cùng các cộng sự nghiên cứu ra mẫu chất Polypyrol nanocomposite clay là một quá trình lâu dài và không hề đơn giản. Lọ mẫu chất Polypyrol nanocomposite clay được ông sử dụng một phần để đo tính hấp thụ sóng điện từ và một phần mang đi đăng ký đề tài như kể trên, còn lại ông cất giữ cẩn thận hơn 10 năm qua. Kể lại về công trình tạo ra chất Polypyrol nanocomposite clay, ông tâm đắc và hứng thú nhận xét rằng, đây là công trình được phát triển một cách tự nhiên, đi từ nguyên liệu sẵn có là khoáng sét ở nước ta và kết quả nghiên cứu của đề tài này có tính ứng dụng thực tiễn.  

Lê Thị Hoài Thu

Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam

 


* PGS.TS Nguyễn Đức Chuy, chuyên ngành hoá học, nguyên cán bộ giảng dạy bộ môn Hóa lý và hóa lý thuyết, khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội.

[1] Bentonite là loại khoáng sét tự nhiên có thành phần chính là Montmorrillonite.

[2] Zeolite là khoáng chất Silicat nhôm có cấu trúc vi xốp.

[3] Một loại khoáng chất hình thành từ sự kết hợp giữa đá và tro của núi lửa với các kim loại kiềm có trong nước ngầm.

[4] Bản nhận xét của PGS.TS Nguyễn Văn Phất về báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chuyển hóa khoáng sét Việt Nam thành Zeolite làm chất xúc tác và xử lý nước thải”, 25-12-2003, lưu trữ tại Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam.

[5] Bản nhận xét của PGS.TS Phùng Tiến Đạt về báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chuyển hóa khoáng sét Việt Nam thành Zeolite làm chất xúc tác và xử lý nước thải”, 26-12-2003, lưu trữ tại Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam.

[6] Biên bản họp hội đồng đánh giá nghiệm thu đề tài “Nghiên cứu chuyển hóa khoáng sét Việt Nam thành Zeolite làm chất xúc tác và xử lý nước thải” (2001 - 2003), lưu trữ tại Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam.

[7] ,[8] ,[9] Ghi âm phỏng vấn PGS.TS Nguyễn Đức Chuy, 13-8-2016, tài liệu lưu trữ tại Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam.