Phát kiến

Đột phá 'lớp màng’ siêu mỏng giúp lọc nước bẩn

Hòa Bảo • 05-07-2020 • Lượt xem: 288
Đột phá 'lớp màng’ siêu mỏng giúp lọc nước bẩn

Công nghệ màng rây siêu mỏng mới có thể tách hoàn toàn các chất độc hại ra khỏi nước, giúp giải quyết khủng hoảng nước sạch trên toàn cầu hiện nay.

Mới đây, các nhà nghiên cứu Úc đã phát triển một loại màng rây siêu mỏng mới (dày dưới 100 nanomet) có thể tách hoàn toàn các ion độc hại như chì, thủy ngân ra khỏi nước, hứa hẹn sẽ mang lại nhiều triển vọng trong làm sạch nguồn nước toàn cầu thông qua biện pháp lọc và các quy trình khử muối. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Science Advances.

Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Monash và Tổ chức Khoa học và công nghệ hạt nhân Australia (Australia’s Nuclear Science and Technology Organisation - ANSTO) đã phát triển màng rây phân tử sử dụng các tấm nano cấu trúc hai chiều (2D) được tạo từ vật liệu khung hữu cơ – kim loại (Metal Organic Framework, MOF).

Vật liệu khung hữu cơ - kim loại MOF (Metal-Organic Frameworks). Nguồn: Cosmosmagazine

MOF là nhóm vật liệu mới, đã và đang nhận được nhiều sự quan tâm trong thời gian gần đây với nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác như lưu trữ khí; cảm biến từ, phân tán thuốc, y sinh học, phát quang, xúc tác.

Vật liệu MOF có cấu trúc giống như hình tổ ong với các lỗ xốp nhỏ li ti trong khung mạng nên chúng có độ xốp cao. Các nhà khoa học có thể biến đổi cấu trúc và kích thước lỗ xốp, từ đó tạo ra các tấm màng rây có khả năng hấp thụ chọn lọc khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng như lọc nước hay không khí.

Bên cạnh công dụng lọc nước, công nghệ này có thể giúp loại bỏ các chất độc hại gây ung thư trong không khí thông qua việc tạo ra các màng rây, thúc đẩy quá trình tách khí cũng như loại bỏ các chất dung môi hữu cơ như sơn.

Vật liệu khung hữu cơ kim loại MOF được sử dụng trong việc lọc không khí. Nguồn: NuMat Technologies
“Trước đây, việc chế tạo một màng lọc siêu mỏng (dưới 100 nanomet) để xử lý nguồn nước là một khó khăn lớn vì hầu hết các màng đều tương đối dày, mang lại hiệu quả lọc nước không cao”, Trưởng nhóm nghiên cứu Xiwang Zhang cho biết. “Tuy nhiên trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng vật liệu MOF siêu mỏng để tạo ra các tấm màng rây vừa có thể thấm nước mà vẫn lọc được gần như 100% các ion”.

Polymer đến nay vẫn là vật liệu chế tạo màng lọc phổ biến, chủ yếu nhờ vào khả năng xử lý dễ dàng và chi phí thấp. Tuy nhiên, màng polymer truyền thống tương đối dày, dẫn đến độ chọn lọc bị hạn chế. Ngược lại, màng nanô, trong đó các hạt nano đồng nhất lại đóng vai trò sàng lọc rất hiệu quả.

Nghiên cứu mở ra nhiều triển vọng trong việc ứng dụng các tấm màng kiểu này vào các quy trình lọc khác trong tương lai, chẳng hạn như tách khí.

Theo Đại học Monash, sáng kiến về màng lọc mới có thể giúp thúc đẩy quá trình khử muối và chuyển đổi nước bẩn thành nước sạch phục vụ hàng triệu người trên khắp thế giới. Nghiên cứu cho thấy màng lọc hoạt động ổn định trong hơn 750 giờ đồng hồ với nguồn năng lượng giới hạn. Trong tương lai, công nghệ này có thể được sản xuất trên quy mô toàn cầu sau khi trải qua quá trình thử nghiệm kỹ lưỡng.

1 nanomet tương đương với kích cỡ của một viên bi khi so sánh với trái đất (Nguồn: ANSTO)

Theo báo cáo của Quỹ Nhi đồng Liên hợp quốc (UNICEF) và Tổ chức Y tế thế giới (WHO), trung bình trên toàn cầu cứ ba người thì có một người không được tiếp cận nước sạch. Hay theo kết quả nghiên cứu Viện Tài nguyên Thế giới (World Resources Institute - WRI) vừa công bố, gần 20 quốc gia trên thế giới đang phải đối mặt nguy cơ thiếu nước sinh hoạt rất cao, khi mới đến tháng 8 mà đã tiêu thụ tới 80% lượng nước tự nhiên hằng năm. Đáng báo động hơn, tình trạng này càng có trở nên phức tạp hơn khi tần suất các đợt khô hạn tăng đột biến, do tác động của biến đổi khí hậu.

Có nhiều yếu tố tác động, thậm chí đe dọa các nguồn cung nước trên thế giới. Ngoài công tác quản lý sử dụng và xử lý ô nhiễm nước chưa hiệu quả, người dân phụ thuộc quá nhiều vào nguồn nước ngầm vốn đang dần cạn kiệt, thì tình trạng biến đổi khí hậu, mà phần lớn do chính các hoạt động của con người, luôn được xem là yếu tố chính đe dọa nguồn cung nước.

Do đó, những nghiên cứu về các Công nghệ đột phá giúp làm sạch nguồn nước sẽ góp phần giải quyết khủng hoảng nước sạch trên toàn cầu hiện nay.

(Theo Phys)

Kết nối cộng đồng

Xem toàn bộ ›