Hướng nghiên cứu mới về Xúc tác phức đồng thể được Nguyễn Văn Xuyến quan tâm và bắt đầu nghiên cứu từ khi ông sang làm Nghiên cứu sinh tại trường Đại học Tổng hợp Quốc gia Kishinhốp, Mônđavia, năm 1977. Nó được tiếp tục đi sâu và phát triển mạnh trong đề tài luận án Tiến sĩ khoa học của ông cũng như cho các thế hệ nghiên cứu sinh ở Việt Nam. Ngoài ra kết quả của những nghiên cứu được ứng dụng rất nhiều trên thực tiễn và đã đạt được những thành công nhất định.
14 năm cho một bản luận án
Năm 1981, sau khi hoàn thành luận án Phó Tiến sĩ tại Liên Xô, Nguyễn Văn Xuyến trở về nước công tác tại trường Đại học Bách khoa. Từ thời điểm đó, ông đã ý thức và bắt đầu tập hợp các số liệu, làm các thí nghiệm để chuẩn bị cho đề tài luận án Tiến sĩ sau này. Năm 1986, ông được cử sang trường Đại học Tổng hợp Quốc gia Kishinhốp làm thực tập sinh cao cấp với thời gian 2 năm. Tại đây, thầy giáo cố vấn là GS Xưchep A.YA đã yêu cầu ông kiểm tra toàn bộ số liệu và thí nghiệm ở Việt Nam bằng các máy móc hiện đại. Phải mất đúng một năm ông mới hoàn thành được việc làm trên và tiếp tục những hướng nghiên cứu của mình được đề ra trong luận án. Sau khoảng thời gian 2 năm mà ông vẫn chưa hoàn thành được luận án và phải về nước theo quy định.
Trước đó, Nguyễn Văn Xuyến đã được các thầy giáo ở trường Đại học Tổng hợp Quốc gia Kishinhốp, Tổ Thực tập sinh và Ban Lãnh đạo đơn vị Kishinhốp viết nhận xét, đề nghị gia hạn thời gian cho ông thêm một năm để hoàn thành luận án. Bản đánh giá, nhận xét của Tổ Thực tập sinh và Ban Lãnh đạo đơn vị Kishinhốp viết rõ: “Đồng chí Xuyến hoàn thành xuất sắc kế hoạch học tập và nghiên cứu, được nhà trường và các giáo sư đánh giá tốt và đề nghị gia hạn một năm để hoàn thành luận án Tiến sĩ. Đồng chí Xuyến có rất nhiều đóng góp với phong trào chung của Tổ Thực tập sinh – Nghiên cứu sinh và đơn vị Kishinhốp. Quan tâm bồi dưỡng và giáo dục thế hệ trẻ, là tấm gương sáng cho thanh niên sinh viên. Được các thầy, trường, bạn bè kính trọng và yêu mến”[1]. Tuy nhiên, những nhận xét này vì lý do khách quan mà không chuyển được về Bộ Đại học. Do vậy, Nguyễn Văn Xuyến đã chấp hành nghiêm chỉnh quy định về thời gian thực tập do Nhà nước quy định, ông về nước trong sự tiếc nuối.
Nguyễn Văn Xuyến (thứ 2 từ trái sang, hàng ngồi) cùng các bạn bè trong thời gian học tập ở Liên Xô, 1987
Theo lời khuyên của GS Xưchep A.YA, sau khi trở về nước, Nguyễn Văn Xuyến tiếp tục bổ sung, hoàn thiện luận án của mình. Năm 1994, sau 14 năm nghiên cứu, tập hợp số liệu và hoàn thiện, Nguyễn Văn Xuyến đã bảo vệ thành công luận án Tiến sĩ tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Luận án của ông là kết quả của một quá trình nghiên cứu không biết mệt mỏi và bền chí, nếu không có sự kiên trì và tâm huyết, có lẽ ông đã không thể hoàn thành nó một cách xuất sắc.
Luận án đã có những đóng góp lớn về mặt lý thuyết cũng như thực tiễn, được các nhà khoa học đánh giá cao. GS Xưchep A.YA đã gửi nhận xét của mình tới Hội đồng bảo vệ luận án của Nguyễn Văn Xuyến với nội dung như sau: “Trong thời gian thực tập tác giả đã thành công thu được khối lượng rất lớn các số liệu thực nghiệm về xúc tác bằng các hợp chất phức đa nhân. Việc xử lý tiếp theo các số liệu này và các nghiên cứu tiếp ở Việt Nam cho phép tác giả hoàn thiện công trình lý thú này. Bộ môn Hóa lý, trường Đại học Tổng hợp Quốc gia Kishinhốp đánh giá cao năng lực, sự cần mẫn, có chí hướng, trình độ chuyên môn cao của tác giả. Tôi cho rằng công trình luận án hoàn toàn đáp ứng tất cả các yêu cầu của luận án Tiến sĩ và bản thân tác giả xứng đáng được phong học vị Tiến sĩ khoa học”[2]. Ở trong nước, bản luận án cũng đã nhận được sự đánh giá cao của những nhà hóa học hàng đầu. GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển nhận xét: “Tôi cho rằng luận án của PGS. PTS Nguyễn Văn Xuyến có giá trị khoa học cao, đóng góp vào việc tạo lập lý thuyết xúc tác đồng thể nhờ phức của các ion kim loại chuyển tiếp, mở đầu cho sự tạo ra một lý thuyết xúc tác thống nhất. Công trình của tác giả cũng có ý nghĩa thực tiễn rõ rệt”[3].
Minh chứng từ thực tiễn
Hướng nghiên cứu về Xúc tác phức đồng thể của GS.TSKH Nguyễn Văn Xuyến được truyền đạt cho các học trò và họ đã tiếp tục những nghiên cứu tâm huyết của ông một cách xuất sắc. Hiện nay ông đã hướng dẫn thành công cho 10 nghiên cứu sinh, 22 thạc sĩ đi theo hướng này. Ông tự hào khi hướng nghiên cứu của mình được các nhà khoa học cho là một trường phái mới ở trường Đại học Bách khoa.
Trong những luận án GS.TSKH Nguyễn Văn Xuyến hướng dẫn cho Nghiên cứu sinh của mình, các đồng nghiệp phản biện kín cũng đã nhận xét hết sức khách quan, đồng thời đánh giá hướng nghiên cứu do ông khởi xướng là một trường phái mới. Ví dụ như nhận xét của nhà khoa học phản biện kín cho Nghiên cứu sinh do GS Nguyễn Văn Xuyến hướng dẫn, bảo vệ năm 2012: “Tôi đã được nhiều lần tiếp cận với tư cách nhận xét phản biện các công trình nghiên cứu về lĩnh vực phức xúc tác của GS Nguyễn Văn Xuyến và các nghiên cứu sinh cộng sự. Qua các luận văn trong khoảng thời gian từ 2000-2010 cũng như các công bố khoa học trên các tạp chí khoa học cùng thời gian, cho phép đánh giá rằng hướng nghiên cứu về Xúc tác phức với các nhân là ion kim loại chuyển tiếp với một số ligand là chất hữu cơ hoặc vô cơ là một hướng tiên tiến hiện nay của lĩnh vực Xúc tác đồng thể, một cách mô phỏng và tiệm cận xúc tác enzim tự nhiên vốn được biết với hoạt tính xúc tác rất cao xong kém bền nhiệt nhằm tạo ra các phức chất xúc tác ở dạng kỳ vọng không thua kém nhưng đơn giản hơn, bền nhiệt và thân thiện sử dụng với môi trường công nghiệp. Hướng nghiên cứu này đã trở thành trường phái xúc tác phức của trường Đại học Bách khoa….”. [4]
Trên thực tế, Giáo sư Nguyễn Văn Xuyến là người đầu tiên cùng các đồng nghiệp tạo cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xây dựng các đề tài nghiên cứu và phát triển một lĩnh vực mới: Xúc tác đồng thể bằng phức chất các kim loại chuyển tiếp, bắt đầu từ năm 1981. Trên cơ sở mô phỏng theo cấu tạo, thành phần, nguyên lý hoạt động của tâm hoạt động trong các chất xúc tác sinh học oxydaza, catalaza, peroxydaza… (có tâm hoạt động cũng là phức chất), GS Nguyễn Văn Xuyến đã nghiên cứu hàng loạt vấn đề: sự tạo thành, xác định cấu tạo, thành phần, các tính chất hóa lý, hoạt tính, độ chọn lọc, cơ chế tác dụng của các phức chất xúc tác, các điều kiện tối ưu, quy luật hoạt động học và cơ chế của các quá trình được xúc tác bằng các phức này.
Tính đến năm 2013, GS Nguyễn Văn xuyến đã làm chủ nhiệm 16 đề tài khoa học, trong đó có 8 đề tài cấp cơ sở và 8 đề tài khoa học cơ bản cấp Nhà nước được nghiệm thu và xếp loại xuất sắc. Kết quả nghiên cứu của các đề tài là những đóng góp hữu hiệu, thiết thực cho giảng dạy, đào tạo và ứng dụng thực tiễn.
Trong ứng dụng thực tiễn, các kết quả nghiên cứu được vận dụng vào giải quyết các vấn đề theo 2 hướng lớn:
Thứ nhất, xúc tiến các quá trình xúc tác có lợi, cụ thể là: Tìm kiếm các chất xúc tác mới có hoạt tính và độ chọn lọc cao cho việc cải tiến và đổi mới các quá trình công nghệ; Chế tạo phân bón lá đa trung và vi lượng, làm tăng trưởng, tăng năng suất, chất lượng các loại cây trồng (lúa, ngô, chè, nhãn, vải, chuối, na, mận và các loại rau quả khác); Ôxy hóa xúc tác phân hủy các chất độc hại trong xử lý nước thải công nghiệp, bảo vệ môi trường; Tẩy màu, tẩy trắng các vật liệu trong công nghiệp dệt, giấy; Phân tích vi lượng các vật liệu siêu sạch.
Thứ hai, kìm hãm, ngăn chặn các quá trình xúc tác có hại: Đó là các quá trình ôxy hóa, phân hủy, biến chất, ôi thiu, hủy hoại các sản phẩm (nông phẩm, thực phẩm…) dưới tác dụng xúc tác của các tạp chất vi lượng ion kim loại chuyển tiếp ở dạng phức chất xúc tác, đặc biệt là ở điều kiện nhiệt đới (nhiệt độ, ánh sáng mặt trời, độ ẩm, ôxy hòa tan…). Các nghiên cứu cũng đã tìm được những chất chống ôxy hóa xúc tác không độc hại, sử dụng với lượng nhỏ, quy trình đơn giản, đạt hiệu quả cao trong việc bảo quản chất lượng các sản phẩm như: rượu vang, chè thành phẩm, lạc nhân, các loại quả tươi (vải, mận…).
Những kết quả nghiên cứu ứng dụng xúc tác phức đã được kiểm nghiệm ở nhiều địa phương, cơ sở nghiên cứu và cho kết quả tốt. Có thể điểm ra đây một số những chế phẩm mà GS Nguyễn Văn Xuyến cùng đồng nghiệp đã thực hiện:
Chế phẩm phân bón lá 1 (PBL-1) dạng lỏng chứa các phức chất xúc tác (vi lượng); phân NPK và các nguyên tố trung lượng khác có nồng độ tối ưu. Phân bón lá 1 là chất dinh dưỡng thích hợp tăng sự phát triển của bộ rễ, tăng diện tích quang hợp, làm cho cây khỏe, có khả năng chống bệnh khô vằn và đạo ôn. Đối tượng áp dụng của loại phân này là: lúa CR203 và ngô (Q2) cho tăng năng suất từ 10-15%, chè (tăng 25%), vải thiều (tăng 33%), chuối, đu đủ (tăng 50%), na dai (tăng 100%), hạt dẻ (tăng 25%), cà chua (tăng 11%),… Những nghiên cứu này được khảo nghiệm, áp dụng trên thực tế và được đánh giá kết quả tại nhiều nơi như: Viện Di truyền nông nghiệp, Trung tâm Công nghệ sinh học Hà Nội, Trung tâm Khảo nghiệm giống cây trồng miền xuôi Thanh Hóa, Viện Nghiên cứu chè Thanh Ba, Phú Thọ, trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội,…[5].
Chế phẩm phân bón gốc 1 (PBG-1) dạng rắn được áp dụng cho lúa CR 203, tăng năng suất 11,7%. PBG-1 là chất dinh dưỡng cây thích hợp, tăng khả năng phát triển bộ rễ, xúc tiến quá trình hút dinh dưỡng làm cho cây sinh trưởng tập trung hơn. Kết quả này được áp dụng ở Trung tâm kiểm kiệm giống cây trồng Thanh Hóa (1996-1997)[6].
Chế phẩm bảo quản thực phẩm, nông phẩm: Đối với rượu hoa quả (chanh, vang…), có tác dụng chống ôxy hóa xúc tác và phân hủy, bảo quản chất lượng trong nhiều năm. Đối với chè khô thành phẩm: Có tác dụng chống ôxy hóa xúc tác đổi màu, biến chất, bảo quản được từ 6 tháng đến 1 năm. Kết quả được áp dụng ở cơ sở chế biến chè Đồng Hỷ, Thái Nguyên, Viện Hóa học… [7].
Chế phẩm hệ xúc tác phức hoạt tính cao được áp dụng đối với tẩy mầu tơ lụa: Kết quả cho thời gian tẩy giảm 24 lần, lượng nước giảm 12 lần, nhiệt độ giảm từ 100 độ xuống 30 độ (được áp dụng so với mẫu đối chứng tẩy không có xúc tác). Quá trình khảo nghiệm này được tiến hành ở cơ sở sản xuất lụa Vạn Phúc, Hà Đông. Ngoài ra, chế phẩm này còn được áp dụng đối với xử lý nước thải công nghiệp, bảo vệ môi trường: Kết quả được tiến hành ở nhiệt độ và áp suất thường. Sau thời gian từ 3-12 giờ, các hợp chất hữu cơ độc bị ôxy hóa xúc tác phân hủy tương ứng từ 30-80%. Quá trình được khảo nghiệm ở Công ty giấy Bãi Bằng, Viện Giấy công nghiệp…[8].
Ngoài ra còn nhiều những ứng dụng khác được áp dụng trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và bảo vệ môi trường mà GS Nguyễn Văn Xuyến và đồng nghiệp đã và đang tiến hành.
Giáo sư Nguyễn Văn Xuyến từng tâm sự rằng ông chỉ mong hoàn thành được vai trò của một người lái đò tận tụy. Nhưng để hoàn thành được nhiệm vụ đó thì tự mình phải học tập, nghiên cứu thì mới có thể giảng dạy được. Giảng dạy, nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn có mối quan hệ biện chứng, bổ trợ cho nhau, tuy ba nhưng là một. Gần nửa thế kỷ đứng trên bục giảng, ông đã làm rất tốt vai trò đó của mình và xứng đáng với lời của các đồng nghiệp dành tặng: Người đặt nền móng cho một trường phái mới ở trường Đại học Bách khoa. Và thực tế đã minh chứng cho sự đánh giá đó.
Nguyễn Thanh Hóa
Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam