Theo dõi Series bài viết Chitosan ở đây:
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Thật khó để tìm ra một lĩnh vực trong cuộc sống của chúng ta mà không liên quan đến hàng dệt may. Từ quần áo trên cơ thể chúng ta đến băng gạc y tế, từ các loại vật liệu vải/ sợi được tích hợp vào nhà cửa và môi trường xung quanh, hàng dệt may đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện cuộc sống hàng ngày của chúng ta.
Hầu hết chúng ta nghĩ rằng giá cả của quần áo được tính bằng số tiền chúng ta đã trả tại cửa hàng. Tuy nhiên, có một phần chi phí đắt ẩn sau mỗi sản phẩm quần áo mà hầu như không được chú ý: chi phí cho môi trường.
Là một ngành thiết yếu, ngành công nghiệp may mặc đóng góp một lượng lớn lượng khí thải carbon toàn cầu vì khối lượng sản xuất khổng lồ và liên tục của nó. Theo số liệu của Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP), cần 3.781 lít nước để tạo ra một chiếc quần jean – tương đương với 33,4 kg khí thải carbon. [1]
Bây giờ hãy suy nghĩ về bức tranh lớn.
Hàng năm ngành công nghiệp thời trang sử dụng 93 tỷ m3 nước [2]. Hơn nữa, khoảng 20% nước thải trên toàn thế giới đến từ ngành công nghiệp may mặc, chủ yếu là từ quá trình nhuộm và xử lý vải. Nước thải dệt may có thành phần rất khác nhau do các nhà máy dệt sử dụng tới 20.000 hóa chất khác nhau để làm quần áo – nhiều chất trong số đó gây nguy hiểm cho sức khỏe cộng đồng [2].
Không nghi ngờ gì, nếu lối sống ngày nay tiếp tục, thì tiêu thụ hàng may mặc trên toàn cầu sẽ tiếp tục tăng (dự đoán sẽ tăng từ 62 triệu tấn vào năm 2019 lên 102 triệu tấn vào năm 2029) [2].
Câu hỏi đặt ra là, “Làm thế nào các nhà sản xuất dệt may có thể theo kịp nhu cầu toàn cầu theo cấp số nhân mà không gây hại cho môi trường theo tốc độ tương đương?”
Chitosan có thể giúp, theo 3 cách:
MỘT: Chitosan là chất nhuộm để liên kết thuốc nhuộm với vải (thay vì sử dụng muối)
Khi sợi xenlulo (bông, vải lanh, sợi gai dầu, sợi viscose) được ngâm trong nước để nhuộm, sợi xenlulo sẽ tạo ra các điện tích âm trên bề mặt vải (được gọi là Điện thế Zeta) [4] Vì thuốc nhuộm cũng mang điện tích âm, nên muối được đưa vào nước nhuộm như một chất phụ trợ để tạo ra điện tích dương giúp đính thuốc nhuộm vào vải.
Tuy nhiên, tỷ lệ thuốc nhuộm liên kết vĩnh viễn vào sợi vải (tỷ lệ cố định) là khá thấp – tỷ lệ cố định trung bình đối với sợi cotton là 75% [5]. Việc loại bỏ thuốc nhuộm chưa phản ứng còn lại vô cùng khó khăn vì nó vẫn còn bị muối “dính” vào vải. Cần dùng một lượng lớn nước để pha loãng và “nới lỏng” nồng độ muối. Từ đó, việc xả nước thải chưa qua xử lý (thuốc nhuộm, muối, nước thải) tạo ra các mối đe dọa cho môi trường, bao gồm tàn phá thẩm mỹ của các vùng nước, làm tăng các chỉ số nước thải (BOD và COD), làm suy giảm quá trình quang hợp do ngăn cản sự xâm nhập của ánh sáng xuyên qua nước và ức chế sự phát triển thực vật. Sức khỏe con người bị tổn hại khi các chất ô nhiễm môi trường xâm nhập vào chuỗi thức ăn [6].
GIẢI PHÁP: Thay vì dùng muối, các nhà máy có thể sử dụng Chitosan để kết dính thuốc nhuộm vào sợi vải.
Vì là một polymer mang điện tích dương nên Chitosan là một chất thay thế thân thiện với môi trường cho muối trong quá trình nhuộm. Không chỉ có thể tiến hành nhuộm không sử dụng muối (hoặc giảm lượng muối), mà việc xử lý trước sợi vải với Chitosan có thể giúp tăng khả năng hấp thụ thuốc nhuộm và đạt được màu nhuộm đồng nhất [7]. Điều này là do Chitosan cation hóa – làm cho bề mặt sợi xenlulo tích điện dương và làm giảm lực đẩy của thuốc nhuộm tích điện âm – từ đó tạo ra một lớp màng đồng đều trên bề mặt.
HAI: Chitosan là vật liệu xử lý nước thải thân thiện với môi trường
Mặc dù có nhiều phương pháp xử lý nước thải [8], nhưng hiệu quả của chúng vẫn chưa được tối ưu hóa do chất gây ô nhiễm vẫn thoát ra ngoài mà chưa được xử lý – thể hiện qua số liệu thống kê về lượng chất thải rất lớn của ngành này. Hơn nữa, việc sử dụng các phương pháp xử lý nước thải bằng hóa chất là không mong muốn vì có thể để lại các chất gây ô nhiễm (“Loại bỏ chất có hại nhưng để lại các chất có hại khác”).
Nhưng hãy nghĩ đến cơ chế ở trên, khi điện tích dương của Chitosan thu hút điện tích âm của thuốc nhuộm và chuyển bộ đôi này ra khỏi nước thải. Sự kết hợp giữa tính thân thiện với môi trường, điện tích dương và cấu trúc polymer của Chitosan thể hiện tiềm năng mạnh mẽ của Chitosan như một chất hấp phụ, chất đông tụ và chất keo tụ sinh học.
Là một polymer, chitosan thể hiện hiệu quả trong việc kết nối và liên kết với các hạt [9]. Và Chitosan có thể tạo thành các bông lớn hơn, có khả năng lắng cao hơn với hầu hết các chất keo ô nhiễm mang điện tích âm, mà không tạo ra các chất ô nhiễm thứ cấp [10].
BA: Xử lý vải bằng Chitosan để đạt được các đặc tính chức năng, đặc biệt là Kháng khuẩn
Để cải thiện tính thẩm mỹ, sự thoải mái và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng, các loại vải được hoàn thiện với chức năng khác nhau (kháng khuẩn, chống tĩnh điện, chống nhăn, v.v.) Với lo ngại rằng việc hoàn thiện này được thực hiện với hóa chất, nhu cầu về các vật liệu đa chức năng và “xanh” hơn xuất hiện.
Đây là nơi mà các đặc điểm của Chitosan là tương thích sinh học, phân hủy sinh học và kháng khuẩn cho phép các nhà máy dệt có giải pháp thay thế các hóa chất truyền thống. Ngoài việc ứng dụng tạo thành sợi Chitosan, các ứng dụng của Chitosan để hiệu chỉnh sợi vải hiện nay bao gồm cung cấp khả năng kháng khuẩn, chống tĩnh điện và khử mùi [11].
Hàng dệt may kháng khuẩn không chỉ cần thiết trong các ngành y tế và bệnh viện mà còn cần cho các hộ gia đình, nơi mà vải cung cấp bề mặt cho vi sinh vật bám vào, truyền bệnh và đe dọa sức khỏe con người – đặc biệt là khi có COVID-19.
Để trả lời, bản chất tích điện dương của Chitosan (như đã được giải thích trong bài viết trước về BioPolymers https://www.vnfoods.vn/news/the-3bs-biofriendly-biodegradable-anti-bacteria) có thể thay đổi màng tế bào (tích điện âm) của vi khuẩn có hại, hạn chế tăng trưởng dinh dưỡng, và cuối cùng là ngăn chặn sự trao đổi chất của vi khuẩn.
Tuy nhiên, trong khi Chitosan đóng vai trò là một chất kháng khuẩn sinh học, chúng tôi nhận ra rằng một chất kháng khuẩn đơn lẻ sẽ có những hạn chế đối với phạm vi lớn các vi khuẩn tồn tại. Do đó, chúng tôi tin rằng việc kết hợp Chitosan với các thành phần kháng khuẩn khác có thể mở rộng khả năng bảo vệ chống lại vi khuẩn và luôn sẵn sàng hợp tác để phát triển các ứng dụng này.
Kết luận lại (giống như vấn đề nhựa toàn cầu), việc phụ thuộc quá mức của ngành công nghiệp dệt may vào các hóa chất và vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng của ngành này sẽ không thể được giải quyết trong một sớm một chiều bởi một công ty hoặc một nguyên liệu. Nhưng Chitosan của VNF có thể tiên phong đóng một vai trò quan trọng: liên kết thuốc nhuộm với vải (giảm việc sử dụng quá nhiều muối), như một chất keo tụ sinh học, chất đông tụ và chất hấp phụ để xử lý nước thải, và để hoàn thiện các chức năng của vải.
Được chiết xuất từ nguồn vỏ tôm bị thải bỏ, sản phẩm Chitosan của VNF cung cấp các giải pháp thân thiện với môi trường để duy trì sự phát triển của ngành dệt may bằng cách giảm thiểu ô nhiễm của ngành này trong tương lai.
Tài liệu tham khảo
[1] Cleaning up couture: what’s in your jeans?. Retrieved 8 April 2021, from https://www.unep.org/news-and-stories/story/cleaning-couture-whats-your-jeans
[2] How Much Do Our Wardrobes Cost to the Environment?. Retrieved 8 April 2021, from https://www.worldbank.org/en/news/feature/2019/09/23/costo-moda-medio-ambiente#:~:text=Every%20year%20the%20fashion%20industry,disposed%20of%20in%20a%20landfill.
[4] Patil A., Maiti S., Mallick A., Kulkarni K., Adivarekar R. (2020) Cationization as Tool for Functionalization of Cotton. In: Shahid M., Adivarekar R. (eds) Advances in Functional Finishing of Textiles. Textile Science and Clothing Technology. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-3669-4_13
[5] Bomgardner, M. (2018). These new textile dyeing methods could make fashion more sustainable. CHEMICAL & ENGINEERING NEWS, (29). Retrieved from https://cen.acs.org/business/consumer-products/new-textile-dyeing-methods-make/96/i29
[6] Lellis, B., Fávaro-Polonio, C., Pamphile, J., & Polonio, J. (2019). Effects of textile dyes on health and the environment and bioremediation potential of living organisms. Biotechnology Research And Innovation, 3(2), 275-290. DOI: 10.1016/j.biori.2019.09.001
[7] M.A. Rahman Bhuiya, Abu Shai, M. A. Khan (2014). Cationization of Cotton Fiber by Chitosan and Its Dyeing with Reactive Dye without Salt. Chemical and Materials Engineering, 2(4), 96 – 100. DOI: 10.13189/cme.2014.020402.
[8] Hossain AKMNU, Sela SK, Saha S, et al. Treatment of textile wastewater using natural catalyst (chitosan and microorganism). J Textile Eng Fashion Technol. 2018;4(5):320-325. DOI: 10.15406/jteft.2018.04.00159
[9] Ishak, S., Murshed, M., Md Akil, H., Ismail, N., Md Rasib, S., & Al-Gheethi, A. (2020). The Application of Modified Natural Polymers in Toxicant Dye Compounds Wastewater: A Review. Water, 12(7), 2032. DOI: 10.3390/w12072032
[10] Nechita, P. (2017). Applications of Chitosan in Wastewater Treatment. In E. Shalaby, Biological Activities and Application of Marine Polysaccharides. Retrieved from https://www.intechopen.com/books/biological-activities-and-application-of-marine-polysaccharides
[11] Rohani, A., Bashari, A., & Shakeri, M. (2018). Recent advances in application of chitosan and its derivatives in functional finishing of textiles. In The Impact and Prospects of Green Chemistry for Textile Technology (1st ed., pp. 107-133). Woodhead Publishing. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/330053777_Recent_advances_in_application_of_chitosan_and_its_derivatives_in_functional_finishing_of_textiles