Canxi Cacbonat CAS: 471-34-1

Nghiên cứu này giới thiệu một phương pháp bền vững để sản xuất canxi propionat (Ca(CH₃CH₂COO)₂)—một chất bảo quản thực phẩm quan trọng (mã E282)—bằng cách cho canxi cacbonat (CaCO₃) thu được từ vỏ sò huyết phế thải phản ứng với axit propionic (CH₃CH₂COOH); qua đó chuyển hóa phế thải sinh học từ hải sản thành phụ gia thực phẩm có giá trị gia tăng, phù hợp với các nguyên tắc của nền kinh tế tuần hoàn. Các tài liệu nghiên cứu đã nêu bật vai trò phổ biến của canxi propionat như một chất bảo quản kháng khuẩn trong bánh mì, phô mai, thức ăn chăn nuôi và các loại thực phẩm khác nhờ khả năng ức chế sự phát triển của nấm mốc và vi khuẩn mà vẫn duy trì được chất lượng thực phẩm. Quy trình sản xuất truyền thống thường sử dụng đá vôi khai thác, canxi hydroxit hoặc canxi cacbonat kết hợp với axit propionic, thường đòi hỏi các loại axit mạnh như axit clohydric (HCl) và axit nitric (HNO₃) hoặc quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng; trong khi đó, phương pháp sản xuất sinh học sử dụng các vi sinh vật sinh propionat để lên men các cơ chất như glucose, glycerol, axit lactic và axit acetic, mặc dù hiệu suất thu được thường thấp hơn. Các nghiên cứu trước đây cũng đã khảo sát việc sử dụng canxi cacbonat từ vỏ trứng làm nguồn cung cấp canxi thay thế và chứng minh khả năng tổng hợp các hợp chất canxi có giá trị gia tăng khác—bao gồm canxi photphat, canxi axetat, canxi lactat và canxi citrat—từ ​​phế thải vỏ động vật có vỏ. Trong nghiên cứu này, CaCO₃ từ vỏ sò huyết được cho phản ứng trực tiếp với axit propionic nồng độ 80–99% ở điều kiện môi trường để tạo ra canxi propionat ngậm một phân tử nước (Ca(CH₃CH₂COO)₂·H₂O); trong đó, axit propionic nồng độ 80% mang lại kết quả tốt nhất (hiệu suất 90,24% và độ hòa tan 98,23%). Trong quá trình phân hủy nhiệt, canxi propionat tạo thành 3-pentanon, tái tạo canxi cacbonat, và cuối cùng phân hủy thành canxi oxit (CaO) và carbon dioxide (CO₂). Sản phẩm tổng hợp đạt độ tinh khiết tương đương hơn 97% khối lượng CaO, chỉ chứa một lượng rất nhỏ các oxit không độc hại (như Na₂O, MgO, Al₂O₃, SiO₂, P₂O₅, SO₃, Fe₂O₃ và SrO), qua đó khẳng định tiềm năng trở thành chất bảo quản thực phẩm bền vững, chi phí thấp, đồng thời giúp giảm thiểu lượng phế thải vỏ sò và giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên khoáng sản khai thác.

Nghiên cứu này đề xuất mô hình học sâu PCA-VGG16 nhằm nhận diện các đặc trưng trên phổ phát xạ âm (AE) liên quan đến quá trình nứt gãy đá vôi trong điều kiện môi trường thay đổi tuần hoàn giữa axit-kiềm và ướt-khô. Thành phần hóa học chủ chốt là canxi cacbonat (CaCO₃)—khoáng vật chính trong đá vôi—vốn có khả năng phản ứng mạnh với các dung dịch nước có tính axit (mô phỏng mưa axit, nước ngầm axit hoặc rò rỉ hóa chất bơm trám), dẫn đến sự hòa tan khoáng vật cacbonat, làm lỏng lẻo cấu trúc vi mô và suy giảm cường độ cơ học. Bộ mã hóa tích chập dựa trên PCA giúp giảm số chiều dữ liệu đầu vào và lọc nhiễu tần số cao dư thừa trong khi vẫn bảo toàn được các đặc điểm cấu trúc vết nứt quan trọng; tiếp đó, kiến ​​trúc VGG16 đã được tối ưu hóa sẽ trích xuất các đặc trưng phân cấp để thực hiện phân loại. Sau khi được kiểm chứng trên tập dữ liệu chữ số viết tay và ảnh khuôn mặt, mô hình đã được áp dụng vào các phổ AE thu được từ thí nghiệm nén ba trục trên các mẫu đá vôi đã qua xử lý bằng dung dịch có độ pH 3, 5 và 7 qua 10–40 chu kỳ. Kết quả cho thấy mô hình PCA-VGG16 đạt độ chính xác kiểm thử là 90,13%—vượt trội so với các mô hình CNN truyền thống (cao hơn 19,19%), VGG16 tiêu chuẩn (cao hơn 10,77%), ResNet18 và Autoencoder-VGG16—đồng thời giảm thời gian huấn luyện lần lượt là 35% và 23,53%. Môi trường có tính axit mạnh hơn (pH 3) và số chu kỳ nhiều hơn làm gia tăng mức độ hòa tan, tạo ra các đặc điểm giai đoạn nứt gãy rõ nét hơn (biên độ cao hơn và xuất hiện nhiều vùng màu vàng hơn trên phổ), từ đó mang lại độ chính xác phân loại cao hơn; điều này chứng minh tính hiệu quả của phương pháp tiếp cận dựa trên cơ sở vật lý trong việc giám sát thời gian thực sự cố phá hủy đá và cảnh báo sớm trong các công trình ngầm.

Nghiên cứu này khảo sát việc sử dụng bột vỏ cam chanh (CP) – một loại phế phẩm nông nghiệp – làm phụ gia thân thiện với môi trường để điều tiết hoạt tính của enzyme urease có nguồn gốc thực vật (từ bột đậu nành, SP) trong hệ thống kết tủa carbonate do enzyme xúc tác (EICP) ứng dụng cho vật liệu gốc xi măng. Kết quả cho thấy việc sử dụng urea được bao bọc bởi CP kết hợp với SP (ký hiệu là CPUD) ở liều lượng tối ưu (0,2% khối lượng SP) đã cải thiện đáng kể cả tính chất cơ học lẫn độ bền chống chịu chu kỳ đóng băng - tan chảy; cụ thể, cường độ uốn và cường độ nén ở tuổi 28 ngày tăng lần lượt là 10,53% và 11,19%, đồng thời cường độ sau thử nghiệm đóng băng - tan chảy vẫn cao hơn 27,08% và 26,67% so với mẫu đối chứng không sử dụng phụ gia, đi kèm với tỷ lệ suy giảm cường độ thấp hơn nhiều. Các phân tích cơ chế thông qua XRD, FTIR, SEM, thế zeta và quang phổ UV-Vis cho thấy CP tạo ra mạng lưới liên kết hydro với cả urea và urease, mang lại tác động điều tiết kép: vừa tăng cường tính ái điện tử của urea để thúc đẩy quá trình thủy phân và hình thành calcium carbonate hiệu quả, vừa tạo ra rào cản vật lý đối với quá trình chuyển khối nhằm kiểm soát chính xác động học quá trình khoáng hóa sinh học; kết quả là cấu trúc vi mô trở nên đặc chắc hơn và khả năng lấp đầy lỗ rỗng được cải thiện mà không cần qua bất kỳ bước tiền xử lý nào đối với phế phẩm vỏ cam chanh.

Nghiên cứu này khảo sát một cách hệ thống các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cặn bari sunfat (BaSO₄) trong các vỉa chứa sa thạch có độ thấm thấp thông qua sự kết hợp giữa thí nghiệm dòng chảy qua mẫu lõi và mô phỏng động lực học phân tử (MD), sử dụng các mẫu lõi nhân tạo mô phỏng vỉa Chang-8 thuộc mỏ dầu Jiyuan. Kết quả cho thấy việc tăng nồng độ Ba²⁺ và SO₄²⁻ thúc đẩy quá trình tạo cặn, trong khi nồng độ Ca²⁺ cao (>8000 mg/L) ức chế quá trình này thông qua cơ chế hấp phụ cạnh tranh; nồng độ Na⁺ cao (>70.000 mg/L) làm giảm hoạt độ của Ba²⁺ do ảnh hưởng của lực ion, và nồng độ HCO₃⁻ trên 600 mg/L gây ra hiện tượng đồng kết tủa CaCO₃, qua đó gián tiếp kìm hãm sự lắng đọng BaSO₄. Tốc độ bơm cao hơn làm tăng mức độ tạo cặn, trong khi áp suất bơm cao lại làm giảm sự lắng đọng. Các mô phỏng MD cho thấy việc tăng nồng độ ion làm giảm độ dịch chuyển bình phương trung bình (MSD) của Ba²⁺ và SO₄²⁻, làm suy yếu quá trình khuếch tán và thúc đẩy tạo cặn, trong khi nhiệt độ cao lại tăng cường sự khuếch tán ion và ức chế tạo cặn; áp suất cho thấy tác động không đáng kể ở quy mô phân tử. Nghiên cứu khuyến nghị kiểm soát nồng độ SO₄²⁻ trong dòng bơm ở mức dưới 300 mg/L và tối ưu hóa nồng độ các ion khác để giảm thiểu nguy cơ tạo cặn.

Nghiên cứu này khảo sát một phương pháp cải tạo đất mới nhằm gia cố cát san hô bằng cách kết hợp kỹ thuật kết tủa cacbonat do enzyme xúc tác (EICP) với nhôm clorua ngậm 6 phân tử nước (AlCl₃·6H₂O), nhằm khắc phục các hạn chế về chi phí cao, rủi ro sinh thái và hiệu suất cơ học chưa đạt yêu cầu của các phương pháp truyền thống. Thông qua các thử nghiệm về dung dịch nước, cường độ nén không nở hông (UCS), độ thấm, nhiễu xạ tia X (XRD), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và hiển vi điện tử quét (SEM), các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa các thông số đông kết EICP (nhiệt độ 30°C, pH 8, nồng độ dung dịch kết dính 1 mol/L) và chứng minh rằng việc sử dụng riêng EICP đạt cường độ UCS là 761,6 kPa và làm giảm độ thấm xuống một bậc độ lớn. Việc bổ sung AlCl₃·6H₂O ở nồng độ 0,004 mol/L đã tạo ra hiệu ứng cộng hưởng đáng kể, giúp tăng cường độ UCS lên 2389,1 kPa (gấp 3,14 lần so với chỉ dùng EICP) và giảm thêm 26% độ thấm. Phân tích cơ chế vi mô cho thấy AlCl₃·6H₂O hoạt động bằng cách tạo ra các kết tủa Al(OH)₃; các kết tủa này đóng vai trò là tâm mầm cho quá trình lắng đọng canxit đồng nhất và thúc đẩy sự chuyển hóa các dạng không bền như aragonit và vaterit thành canxit bền vững, từ đó nâng cao độ ổn định của liên kết. Phương pháp hiệu quả về chi phí và thân thiện với môi trường này mang lại cơ sở kỹ thuật thiết thực cho các công trình kỹ thuật biển tại những khu vực như Biển Đông.