Ảnh minh họa

Tuy nhiên, phần lớn vật liệu điện cực truyền thống như oxit kim loại, polymer dẫn điện và vật liệu nano carbon vẫn đối mặt với chi phí sản xuất cao, hạn chế khả năng thương mại hóa ở quy mô lớn. Vì thế, xu hướng dùng tiền chất carbon giá rẻ và bền vững từ sinh khối nông nghiệp được đặc biệt quan tâm. Trong đó vỏ củ ấu nổi lên như một nguồn vật liệu đầy hứa hẹn nhờ hàm lượng cellulose, hemicellulose và lignin; đây cung cấp khả năng làm vật liệu hấp phụ xử lý nước và là nền tảng cho điện cực siêu tụ điện. Quá trình biến đổi sinh khối thành than hoạt tính (AC) thường gồm hai giai đoạn: (i) nhiệt phân 400–700 °C để loại bỏ thành phần bay hơi và hình thành khung carbon, và (ii) hoạt hóa bề mặt bằng hóa học hoặc vật lý nhằm phát triển hệ thống lỗ xốp, tăng diện tích bề mặt riêng và cải thiện tính kỵ nước cũng như khả năng thấm.

Trên toàn cầu đã có nhiều báo cáo về việc sử dụng vỏ củấu để tổng hợp vật liệu carbon, từ việc điều chế vật liệu carbon dùng cho phân tích điện hóa (2018) đến việc nhiệt giải phóng hoặc xử lý khí CO2 với KOH làm chất hoạt hóa (2021) và tổng hợp vật liệu dop nitrogen từ nguồn vỏ củ ấu và vỏ trứng. Tuy nhiên, việc khảo sát một cách hệ thống quy trình hoạt hóa bằng KOH và đánh giá đồng thời trên hai ứng dụng xử lý nước thải và siêu tụ điện từ vỏ củ ấu Việt Nam vẫn còn là hướng đi mới đầy tiềm năng. Do đó, nghiên cứu này tập trung điều chế AC từ vỏ củấu tại Lấp Vò, Đồng Tháp, áp dụng hai giai đoạn: tiền carbon hóa trong khí Ar ở 300 °C (1 giờ) rồi trộn với KOH theo tỷ lệ 1:2 và hoạt hóa ở 800 °C (1 giờ) trong khí Ar. Các đặc tính cấu trúc và hình thái được xác nhận bằng XRD và SEM, đồng thời đánh giá hiệu quả thông qua khả năng xử lý nước thải và các tính chất điện hóa (CV và GCD) khi làm điện cực cho siêu tụ điện.

Kết quả tổng hợp và khảo sát ứng dụng của AC từ phế phẩm vỏ củ ấu cho hai mục tiêu: xử lý nước thải và lưu trữ năng lượng được trình bày rõ ràng. Vật liệu cho thấy cấu trúc carbon vô định hình đặc trưng với đỉnh nhiễu xạ rộng ở 2θ ≈ 23–30° và 45°, cùng bề mặt xốp và diện tích bề mặt riêng lên tới 774 m²/g. Trong lĩnh vực xử lý môi trường, AC đã được thử nghiệm trên mẫu nước thải thực tế từ làng nghề dệt chiếu Định Yên (Đồng Tháp), đạt hiệu suất khử màu lên tới 99,89% và giảm trên 70% các chỉ số BOD5 và COD, cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu này đối với xử lý nước thải đi kèm tận dụng sinh khối nông nghiệp làm nguồn nguyên liệu. Song song, khi được sử dụng làm điện cực siêu tụ điện trong dung dịch điện giải 1,0 M Na2SO4, AC cho điện dung riêng cực đại khoảng 32 F/g ở mật độ dòng 0,5 A/g và điện áp 1 V, với hiệu suất duy trì 86,5% điện dung sau 2000 chu kỳ, cho thấy khả năng lưu trữ năng lượng ổn định và bền vững. Những kết quả này khẳng định tiềm năng của AC từ vỏ củấu Việt Nam không chỉ như một giải pháp xử lý nước thải mà còn là nguồn vật liệu điện cực thay thế giá rẻ, thân thiện với môi trường, góp phần định hình chiến lược phát triển bền vững cho ngành công nghiệp dệt và hệ sinh thái sinh khối địa phương.