Từ thế kỷ 20, các sản phẩm nhựa và vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ đã mang lại sự tiện lợi đáng kể cho cuộc sống hằng ngày. Những sản phẩm dùng một lần với đặc tính nhẹ, bền và chi phí thấp đã trở thành một phần không thể thiếu của xã hội hiện đại. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi các vật liệu này cũng góp phần gây ra những vấn đề môi trường nghiêm trọng. Trước thực trạng đó, các ngành công nghiệp xanh tập trung vào kinh tế tuần hoàn, giảm phát thải carbon và phát triển vật liệu phân hủy sinh học đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây.
Một ví dụ điển hình là các loại ống hút phân hủy sinh học được phát triển nhằm thay thế ống hút nhựa truyền thống. Trong khi ống hút nhựa có thể mất hàng trăm năm để phân hủy trong môi trường tự nhiên, các giải pháp thay thế như ống hút giấy, ống hút PLA (Polylactic Acid) từ tinh bột ngô hay ống hút từ sợi mía đã được nghiên cứu và ứng dụng nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường. Những vật liệu này có khả năng phân hủy nhanh hơn trong điều kiện tự nhiên hoặc được tái chế thông qua các quy trình ủ compost.
Thoạt nhìn, ống hút giấy hoặc ống hút PLA có hình dạng tương tự như ống hút nhựa thông thường. Tuy nhiên, sự khác biệt về bản chất vật liệu trở nên rõ ràng hơn rất nhiều khi được quan sát ở cấp độ vi mô. Để phân tích những khác biệt này, kính hiển vi điện tử quét để bàn EM-40 for COXEM đã được sử dụng để khảo sát cấu trúc bề mặt đến cấp độ nanomet.
EM-40 được thiết kế tối ưu cho việc phân tích nhanh và thuận tiện nhiều loại mẫu khác nhau, hỗ trợ độ phóng đại lên tới 250.000 lần. Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng tích hợp EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) trong thiết kế nhỏ gọn, cho phép đồng thời thực hiện chụp ảnh cấu trúc độ phân giải cao và phân tích thành phần nguyên tố.
Quy Trình Chuẩn Bị Mẫu
Các loại ống hút làm từ nhựa, giấy hoặc vật liệu phân hủy sinh học thường là những vật liệu không dẫn điện. Trong quá trình quan sát bằng SEM, điện tích có thể tích tụ trên bề mặt mẫu, gây ra hiện tượng charging làm suy giảm chất lượng hình ảnh.
Để hạn chế hiện tượng này và thu được hình ảnh SEM ổn định, bề mặt mẫu cần được phủ một lớp kim loại dẫn điện mỏng trước khi tiến hành phân tích.
- Bước 1: Cắt mẫu ống hút thành kích thước phù hợp với giá giữ mẫu SEM.
- Bước 2: Gắn mẫu lên giá giữ mẫu bằng vật liệu dẫn điện như băng keo carbon (carbon tape) hoặc keo bạc dẫn điện (silver paste).
- Bước 3: Đặt mẫu đã gắn vào hệ thống phủ kim loại SPT-20 Sputter Coater và phủ một lớp Platinum (Pt) hoặc Vàng (Au) lên bề mặt mẫu.
- Bước 4: Sau khi phủ kim loại, đưa mẫu vào buồng SEM của EM-40, thực hiện hút chân không và tiến hành quan sát cấu trúc bề mặt.
Hình Ảnh SEM
Các mẫu ống hút thân thiện môi trường và ống hút nhựa truyền thống đã được quan sát bằng SEM.
Ống hút nhựa cho thấy bề mặt tương đối nhẵn và đồng nhất. Điều này xuất phát từ quy trình sản xuất, trong đó các polymer có nguồn gốc từ dầu mỏ được nung chảy và ép đùn qua các khuôn có bề mặt nhẵn.
Ngược lại, ống hút thân thiện môi trường thể hiện cấu trúc bề mặt gồ ghề và không đồng nhất hơn do được cấu tạo từ các sợi thực vật tự nhiên. Mạng lưới sợi đan xen tạo nên nhiều rãnh và kết cấu bề mặt đặc trưng. Những đặc điểm bề mặt này làm tăng diện tích tiếp xúc, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật và enzyme bám dính, từ đó thúc đẩy quá trình phân hủy sinh học diễn ra nhanh hơn so với các vật liệu nhựa truyền thống.
Phân Tích Thành Phần Nguyên Tố (EDS Analysis)
Mẫu ống hút thân thiện môi trường được cố định trên giá giữ mẫu bằng băng keo carbon và tiến hành phân tích phân bố nguyên tố (Elemental Mapping) bằng hệ thống EDS.
Kết quả phân tích cho thấy sự hiện diện của các nguyên tố:
- Carbon (C)
- Oxy (O)
- Silic (Si)
- Magie (Mg)
trên bề mặt vật liệu ống hút.
Thông qua việc kết hợp SEM và EDS Mapping, các nhà nghiên cứu có thể đồng thời đánh giá hình thái bề mặt và thành phần nguyên tố của vật liệu, từ đó hiểu rõ hơn về cấu trúc vi mô, nguồn gốc vật liệu cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy sinh học của các sản phẩm thân thiện với môi trường.
