Ba nữ sinh nhóm Nanocell thực hiện đề tài sử dụng nanocellulose từ bã mía làm chất trợ trong nhuộm vải bông. Ảnh: Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội.

Trong nhuộm vải bông bằng thuốc nhuộm trực tiếp, muối điện ly có một công việc khá cụ thể. Bề mặt xơ bông và phân tử thuốc nhuộm trong môi trường nước có thể tạo ra lực đẩy điện tích, khiến thuốc nhuộm khó đi vào xơ. Muối được bổ sung để hỗ trợ quá trình bắt màu, nhưng sau công đoạn nhuộm, lượng muối này theo dòng nước thải đi ra ngoài và làm tăng độ mặn của nước cần xử lý.

Ba sinh viên Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội gồm Tô Phương Thảo, Kiều Thị Huyền Phương và Nguyễn Thị Thùy Linh chọn chính một thành phần quen thuộc ấy để thử thay đổi. Thay vì tiếp tục dùng natri sulfat làm chất trợ, nhóm thử nanocellulose chế tạo từ bã mía, một loại phụ phẩm nông nghiệp, trong quy trình nhuộm vải bông. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Thắng là giảng viên hướng dẫn đề tài.

Bài toán không nằm ở việc đưa bã mía trực tiếp vào bể nhuộm. Cellulose từ nguyên liệu này được xử lý thành vật liệu ở kích thước nano trước khi tham gia vào quá trình nhuộm. Với diện tích bề mặt lớn và nhiều nhóm hydroxyl trên cấu trúc cellulose, nanocellulose được nhóm đặt vào vị trí của chất trợ, rồi so sánh mẫu vải thu được với quy trình vẫn sử dụng muối điện ly.

Thay một thành phần rồi đo lại từ màu đến cấu trúc

Trong thí nghiệm, các mẫu vải bông dệt thoi kích thước 30 x 30 cm được nhuộm bằng thuốc nhuộm trực tiếp Sirius Orange 3GDL. Một nhóm mẫu sử dụng natri sulfat, nhóm còn lại dùng nanocellulose từ bã mía để thay hoàn toàn thành phần muối điện ly. Quá trình nhuộm được thực hiện trên máy nhuộm hồng ngoại, nâng nhiệt độ lên 100 độ C và giữ trong 60 phút trước các bước giặt trung hòa, cầm màu và sấy.

Việc so sánh không dừng ở quan sát màu bằng mắt. Nhóm nghiên cứu sử dụng phép đo màu quang phổ để xác định cường độ màu, quan sát cấu trúc bằng kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử quét, phân tích phổ hồng ngoại, đồng thời kiểm tra khả năng mao dẫn và độ bền màu khi giặt. Chuỗi phép đo này giúp tách câu hỏi “vải có lên màu hay không” thành nhiều chỉ tiêu có thể định lượng.

Các thành viên nhóm Nanocell trong quá trình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm. Ảnh: Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội.

Hai mẫu nhuộm cho cường độ màu khá gần nhau. Chỉ số K/S của mẫu sử dụng nanocellulose đạt 5,23, so với 5,11 ở mẫu dùng natri sulfat. Ảnh hiển vi điện tử cho thấy trên bề mặt xơ của mẫu sử dụng nanocellulose xuất hiện các lớp bám mà nhóm cho rằng liên quan đến vật liệu nano còn lại sau nhuộm. Phân tích phổ hồng ngoại tiếp tục ghi nhận các dấu hiệu tương tác giữa xơ bông, thuốc nhuộm và nanocellulose.

Khác biệt rõ hơn xuất hiện ở phép thử độ bền màu với giặt. Mẫu sử dụng muối điện ly đạt mức 3–4 về phai màu và 2–3 về dây màu, trong khi mẫu sử dụng nanocellulose đạt mức 4 ở cả hai chỉ tiêu. Khả năng mao dẫn của mẫu có nanocellulose cũng tăng 9,3% so với vải ban đầu, còn mẫu dùng muối giảm 17,3%. Đây là các kết quả của đúng điều kiện thí nghiệm đã thiết lập, chưa phải thông số đại diện cho mọi loại vải, thuốc nhuộm hay dây chuyền dệt nhuộm.

Mẫu vải bông được nhuộm với nanocellulose từ bã mía làm chất trợ trong nghiên cứu của nhóm. Ảnh: Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội.

Công việc của ba sinh viên sau đó đi thêm một bước ra ngoài khuôn khổ báo cáo nghiên cứu khoa học ở trường. Tô Phương Thảo, Kiều Thị Huyền Phương và Nguyễn Thị Thùy Linh cùng bốn đồng tác giả khác đứng tên bài báo về khả năng sử dụng nanocellulose từ bã mía làm chất trợ nhuộm cho vải bông, được công bố trong năm 2026. Vì đây là công trình bảy tác giả, kết quả cần được nhìn nhận là sản phẩm của tập thể nghiên cứu thay vì gắn toàn bộ quy trình hay phát hiện cho riêng nhóm ba sinh viên.

Đề tài của ba nữ sinh cũng giành giải Nhất sinh viên nghiên cứu khoa học cấp Đại học Bách khoa Hà Nội năm học 2025–2026 và giải Nhì bình chọn BK-V.IDEAS. Những dấu mốc này đến sau một quá trình thử nghiệm có những mẫu lên màu không đạt hoặc kết quả giữa các lần lặp chưa đồng nhất, buộc nhóm phải rà lại thông số và thực hiện thí nghiệm nhiều lần.

Chưa phải một quy trình sẵn sàng cho nhà máy

Kết quả có một giới hạn cần giữ rõ. Thí nghiệm mới được thực hiện với một loại vải bông dệt thoi và một thuốc nhuộm trực tiếp trong điều kiện phòng thí nghiệm. Công bố chưa trình bày thử nghiệm trên dây chuyền sản xuất, nước thải thực tế của nhà máy, chi phí khi mở rộng quy mô hay đánh giá vòng đời của vật liệu. Vì vậy, chưa có cơ sở để nói nanocellulose từ bã mía đã trở thành giải pháp thay thế muối điện ly cho ngành dệt nhuộm.

Giá trị hiện tại nằm ở một bước thử có dữ liệu. Nhóm đã thay một thành phần trong công thức nhuộm, đặt hai phương án vào cùng hệ so sánh và kiểm tra từ màu sắc, bề mặt xơ đến độ bền màu khi giặt. Kết quả cho thấy trong điều kiện đã khảo sát, nanocellulose không làm giảm cường độ màu và một số chỉ tiêu còn tốt hơn mẫu đối chứng dùng muối.

Với Tô Phương Thảo, Kiều Thị Huyền Phương và Nguyễn Thị Thùy Linh, đây cũng là lý do phù hợp hơn để đặt ba sinh viên vào Gương mặt trẻ thay vì chỉ dựa vào giải thưởng. Một phụ phẩm của ngành mía đường được chuyển thành vật liệu thí nghiệm, một giả thuyết được đưa lên máy nhuộm, các mẫu vải được đo và kết quả tiếp tục đi vào một công bố khoa học. Bước tiếp theo, nếu hướng nghiên cứu được phát triển, sẽ là kiểm tra xem kết quả ở quy mô phòng thí nghiệm có đứng vững khi điều kiện vật liệu, thuốc nhuộm và quy mô thay đổi hay không.