Từ vỏ trấu đến công nghệ nano: Dấu ấn sinh viên Nông Lâm Huế

Nhóm sinh viên thực hiện nghiên cứu đề tài

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài gồm: Trần Đức Lộc (nhóm trưởng), Trần Quang Vũ, Nguyễn Văn Hải, Nguyễn Văn Phong, Phạm Thị Bảo Uyên. Ý tưởng nghiên cứu hình thành từ thực tiễn: lượng phụ phẩm vỏ trấu ở Việt Nam rất lớn nhưng chủ yếu bị đốt bỏ hoặc sử dụng với giá trị thấp, gây lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, trong bối cảnh nông nghiệp hiện nay, việc nâng cao hiệu quả quang hợp và năng suất cây trồng là hướng nghiên cứu rất được quan tâm. Nhóm đặt câu hỏi: Liệu vỏ trấu - một phụ phẩm rẻ tiền có thể được chuyển hóa thành một vật liệu công nghệ cao, thân thiện môi trường và hỗ trợ cây trồng phát triển tốt hơn hay không? Từ đó, chấm lượng tử carbon chính là lời giải được lựa chọn làm hướng nghiên cứu.

Chấm lượng tử carbon (Carbon Quantum Dots - CQD) là các hạt nano carbon rất nhỏ, kích thước chỉ vài nanomet. Điểm đặc biệt của vật liệu này là có khả năng phát quang, hấp thụ tia cực tím và chuyển đổi thành ánh sáng xanh - đỏ, là vùng ánh sáng mà cây trồng sử dụng hiệu quả cho quang hợp.

Trong nông nghiệp, CQD được quan tâm vì chúng có thể đóng vai trò như “ăng-ten ánh sáng nhân tạo”, giúp cây tận dụng ánh sáng tốt hơn, tăng hiệu quả quang hợp. Từ đó, thúc đẩy sinh trưởng và tăng sinh khối cây trồng, trong khi độc tính thấp và thân thiện với môi trường.

Điểm mới của đề tài là khai thác phần carbon trong vỏ trấu, thay vì tập trung vào chiết xuất silica (SiO₂) như nhiều nghiên cứu trước đây. Ngoài ra, nhóm sử dụng phương pháp thủy nhiệt đơn giản, không dùng hóa chất độc hại, giúp quy trình thân thiện môi trường, chi phí thấp và phù hợp cho định hướng ứng dụng lâu dài trong nông nghiệp.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, CQD từ vỏ trấu có tác động tích cực đến sự sinh trưởng của cây hai lá mầm như giá đỗ, rau muống và rau cải. Đồng thời, mở ra hướng tiếp cận mới trong nông nghiệp công nghệ nano, không phụ thuộc vào phân bón hóa học.

So với các hướng nghiên cứu truyền thống, đề tài mang tính liên ngành rõ nét, kết hợp giữa vật liệu nano - khoa học nông nghiệp - bảo vệ môi trường. Giá trị khoa học của đề tài nằm ở việc chuyển hóa phụ phẩm nông nghiệp thành vật liệu nano có chức năng sinh học, đóng góp dữ liệu thực nghiệm về tác động của CQD lên cây hai lá mầm - một lĩnh vực còn khá mới tại Việt Nam.

Các yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng CQD là nhiệt độ và thời gian thủy nhiệt, quy trình lọc, ly tâm để loại bỏ hạt kích thước lớn, kiểm soát nồng độ dung dịch CQD khi ứng dụng cho cây trồng. Trong nghiên cứu, nhóm xác định 200°C là nhiệt độ thủy nhiệt tối ưu để thu được CQD có kích thước nhỏ và đặc tính quang học tốt.

Nhóm đã tiến hành gieo trồng các loại cây như giá đỗ đậu xanh, rau muống và rau cải trong môi trường có bổ sung dung dịch CQD với nhiều nồng độ khác nhau, song song với mẫu đối chứng không sử dụng CQD. Kết quả cho thấy CQD giúp cây phát triển nhanh hơn, thân và rễ dài hơn, sinh khối tăng rõ rệt so với đối chứng. Điều này được lý giải do CQD hỗ trợ cây tận dụng ánh sáng hiệu quả hơn cho quang hợp.

So với các biện pháp hỗ trợ cây trồng hiện nay, giải pháp này có ưu điểm nổi bật là không phải bón phân hóa học, nên ít nguy cơ gây thoái hóa đất, nguồn nguyên liệu rẻ, sẵn có và tác động gián tiếp thông qua tăng hiệu quả quang hợp, mang tính bền vững. Việc sử dụng CQD từ vỏ trấu vừa tăng năng suất cây trồng, vừa giảm lượng phụ phẩm bị đốt bỏ và hướng đến nông nghiệp xanh, tuần hoàn.

Khó khăn lớn nhất của nhóm là kiểm soát chất lượng CQD tạo ra từ một nguồn sinh khối tự nhiên có thành phần không đồng nhất như vỏ trấu. Bên cạnh đó, việc xác định nồng độ phù hợp cho cây trồng cũng là thách thức, vì nếu quá thấp thì hiệu quả không rõ rệt, còn quá cao có thể gây ức chế sinh trưởng.

Trong thời gian tới, nhóm mong muốn mở rộng thử nghiệm trên nhiều loại cây trồng, nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động của CQD và khả năng ứng dụng ở quy mô lớn. Đồng thời, mong muốn nhận được sự hỗ trợ từ các chương trình khoa học - công nghệ, liên kết với doanh nghiệp và cơ sở sản xuất nông nghiệp để thử nghiệm dài hạn trong điều kiện thực tế.