Công nghệ khử muối giải quyết vấn đề khan hiếm nước ngọt

Công nghệ khử muối giải quyết vấn đề khan hiếm nước ngọt

Nghiên cứu sử dụng màng Teflon để khử muối trong nước, biến nước biển thành nước ngọt cho kết quả nhanh gấp hàng nghìn lần so với các thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn.

Khan hiếm nước là một vấn đề ngày càng gia tăng trên toàn cầu. Riêng ở châu Phi, ước tính khoảng 230 triệu người sẽ phải đối mặt với tình trạng thiếu nước vào năm 2025, trong đó có tới 460 triệu người sống ở các khu vực bị thiếu nước trầm trọng.

Nước bao phủ 70% diện tích trái đất, nhưng nước ngọt lại rất khan hiếm. Công nghệ khử muối ra đời nhằm giúp sản xuất được nhiều nước ngọt hơn. Khử muối trong nước là quá trình loại bỏ muối khỏi nước biển để tạo ra nước ngọt để có thể sử dụng một cách an toàn. Một nhà máy khử muối thường chuyển hóa được khoảng một nửa lượng nước mà nó nhận được thành nước có thể uống được.

Khử muối trong nước biển là một cách sản xuất nước sạch phổ biến, nhưng đi kèm với nó là chi phí năng lượng cao. Nghiên cứu mới đây của Phó giáo sư Yoshimitsu Itoh thuộc Khoa Hóa học và Công nghệ Sinh học của Đại học Tokyo và các đồng nghiệp (được công bố trên Science mới đây) đã lọc thành công muối khỏi nước bằng cách sử dụng cấu trúc nano dựa trên flo.

Công nghệ nano này hiệu quả hơn các công nghệ khử muối thông thường vì hoạt động nhanh hơn, sử dụng ít áp lực và năng lượng hơn, lọc hiệu quả hơn.

Nếu đã dùng chảo chống dính tráng Teflon, bạn có thể nhìn thấy các giọt chất lỏng trượt trên bề mặt chảo dễ dàng như thế nào. Flo, nguyên liệu nhẹ vốn không thấm nước hoặc kỵ nước, là một thành phần quan trọng của Teflon. Teflon khi được tráng lên bề mặt đường ống cũng có thể giúp tăng cường độ dòng chảy của nước.

Phó giáo sư Yoshimitsu Itoh và các đồng nghiệp đã bị khả năng này của Teflon truyền cảm hứng để nghiên cứu xem các đường ống phủ flo có thể hoạt động như thế nào ở kích thước nano.

“Chúng tôi rất tò mò muốn xem vật liệu nano flo có thể lọc các hợp chất khác nhau như thế nào, đặc biệt là nước và muối. Sau khi chạy một số mô phỏng máy tính phức tạp, chúng tôi thấy rằng nên tạo ra một mẫu hoạt động”. Itoh nói.

Theo vị Phó giáo sư, có hai cách chính để khử muối trong nước hiện nay: dùng nhiệt làm bay hơi nước biển, để nó ngưng tụ thành nước tinh khiết hoặc bằng phương pháp thẩm thấu ngược, dùng áp lực để ép nước qua một lớp màng ngăn muối. “Cả hai phương pháp đều cần rất nhiều năng lượng nhưng các thử nghiệm của chúng tôi cho thấy các kênh nano flo cần ít năng lượng và cũng có những lợi ích khác”, ông Yoshimitsu Itoh nói.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển màng lọc thử nghiệm bằng cách sản xuất các vòng flo nano xếp chồng lên nhau và cấy vào một lớp lipid không thể xuyên thủng, tương tự như các phân tử hữu cơ được tìm thấy trong thành tế bào. Họ đã phát triển nhiều mẫu thử nghiệm với các dây nano có kích thước từ 1 đến 2 nanomet.

Để hình dung mức độ nhỏ của các dây nano này, bạn có thể so sánh sợi tóc của con người có đường kính gần 100.000 nanomet. Itoh và các đồng nghiệp của ông đánh giá sự hiện diện của các ion clo, một trong những thành phần chính của muối (thành phần còn lại là natri), ở hai bên của màng thử nghiệm để xác định hiệu quả của phương pháp.

Các vật liệu thử nghiệm nhỏ hơn của nhóm Yoshimitsu Itoh đã loại bỏ hoàn hảo các phân tử muối đi vào, và các vật liệu lớn hơn cũng là một cải tiến so với các kỹ thuật khử muối khác, thậm chí cả các bộ lọc ống nano carbon tiên tiến. “Tôi thực sự ngạc nhiên là quá trình này diễn ra nhanh như thế nào.

Mẫu của chúng tôi hoạt động nhanh hơn khoảng vài nghìn lần so với các thiết bị công nghiệp thông thường và nhanh hơn khoảng 2.400 lần so với các thiết bị khử muối dựa trên ống nano carbon thử nghiệm”, ông Yoshimitsu Itoh nói.

Vì flo mang điện âm nên nó đẩy lùi các ion âm như clo trong muối. Hơn nữa, nó cũng phá vỡ những nhóm phân tử nước liên kết lỏng lẻo, để chúng đi qua các kênh nhanh hơn. Màng khử mặn nước dựa trên flo do đó có hiệu quả hơn, nhanh hơn, cần ít năng lượng hơn để vận hành và cũng được chế tạo để sử dụng rất đơn giản.

Itoh cho biết, cách nhóm của ông tổng hợp nguyên liệu hiện tại tương đối tiêu tốn nhiều năng lượng và ông hy vọng sẽ cải thiện trong nghiên cứu sắp tới: “Với tuổi thọ của màng và chi phí vận hành thấp, chi phí năng lượng tổng thể sẽ thấp hơn nhiều so với các phương pháp hiện tại.

Các bước khác mà chúng tôi muốn thực hiện tất nhiên là mở rộng quy mô này. Qua thử nghiệm các kênh nano đơn lẻvới sự giúp đỡ của các chuyên gia khác, chúng tôi hy vọng sẽ tạo ra một lớp màng có chiều ngang khoảng 1m trong vài năm tới”.

Song song với những mối quan tâm về khử mặn trong nước, nhóm của Yoshimitsu Itoh cũng đang tìm hiểu xem liệu các màng tương tự có thể được sử dụng để giảm carbon dioxide hoặc các chất thải không mong muốn khác do các ngành công nghiệp thải ra hay không.

Kim Ánh (Theo Scitechdaily)

 

CÔNG TY CP SKY VIỆT NAM 
Văn phòng:     Số 79/649 đường Lĩnh Nam, Quận Hoàng Mai, Hà Nội
Điện thoại:     024 3995 4990  –  Hotline:   0912 293 769 (iSMS, Zalo, Line, Viber)
Website:         www.locnuoc360.com   –   Email:    locnuoc360.com@gmail.com

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *