Màng graphene lọc nước biển thành nước ngọt

Các nhà nghiên cứu đã đạt được một bước ngoặt lớn cho công cuộc tìm kiếm ra phương pháp khử muối hiệu quả bằng cách chế tạo thành công một màng graphene oxide để giúp tách muối khỏi nước biển.

Ở giai đoạn nghiên cứu hiện tại thì kỹ thuật này vẫn còn bị giới hạn ở trong phạm vi là phòng thí nghiệm nhưng đó là một đột phá để mở ra khả năng chúng ta có thể nhanh chóng và dễ dàng biến thành một trong những nguồn lực dồi dào nhất, nước biển, thành một trong những tài nguyên lớn lao nhất của chúng ta – nước sạch.

Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi TS. Rahul Nair từ Đại học Manchester ở Anh, đã chỉ ra rằng lớp rây được chế tạo từ graphene có thể lọc ra các muối thực sự hiệu quả, bước tiếp theo là kiểm tra về tính ứng dụng của rây lọc này vào các màng lọc muối.

mang-graphene-loc-nuoc-bien-thanh-nuoc-ngot

Lọc muối từ nước biển để thành nước sạch không còn là vấn đề quá mới mẻ.

"Việc giảm kích thước thẩm thấu của các màng lọc xuống quy mô nguyên tử là bước tiến đáng kể và sẽ mở ra những khả năng mới để nâng cao hiệu quả của công nghệ khử muối", TS Nair cho hay: "Chúng tôi cũng đã chứng minh được rằng, có khả năng để mở rộng quy mô các phương pháp mô tả và sản xuất đại trà màng lọc gốc graphene với kích thước rây theo yêu cầu".

Màng graphene oxide từ rất lâu đã được xem là một ứng cử viên hứa hẹn nhiều cho lọc và khử muối, mặc dù nhiều nhóm nghiên cứu đã phát triển được màng có thể rây hạt lớn ra khỏi nước, tuy nhiên để có thể loại bỏ muối thì đòi hỏi kích thước rây thậm chí nhỏ hơn. Một vấn đề là khi màng graphene oxide được tiếp xúc với nước, thì kích thước các lỗ sẽ tăng lên cho phép các hạt muối lọt qua các lỗ.

Nhóm nghiên cứu ở Manchester đã khắc phục được điều này từ việc xây dựng những bức tường nhựa ở hai bên của màng graphene oxide, để ngăn không cho nó sưng lên ở trong nước. Điều này còn cho phép họ kiểm soát chính xác về các kích thước lỗ ở trong màng, tạo một lỗ đủ nhỏ giúp lọc ra tất cả các hạt muối phổ biến từ nước biển.

"Các phân tử nước có thể tự do di chuyển nhưng natri clorua không thể. Nó luôn luôn cần sự giúp đỡ của các phân tử nước", TS Nair phân tích: "Kích thước của vỏ nước xung quanh muối lớn hơn kích thước lỗ trong rây, vì vậy nó không thể đi qua".

Không chỉ là lọc nước để uống mà các màng rây này cũng làm cho các phân tử nước chảy nhanh hơn thông qua màng lọc, đó chính là yếu tố hoàn hảo để đưa việc sử dụng màng lọc nước vào thực tế.

mang-graphene-loc-nuoc-bien-thanh-nuoc-ngot

Đột phá trong việc cố định kích thước các lỗ trong màng lọc là chìa khóa của vấn đề.

"Khi kích thước mao quản khoảng một nanomet, rất gần với kích thước của phân tử nước, những phân tử hình thành một kết nối với nhau linh động như một chuyến tàu", TS. Nair giải thích: "Điều đó làm cho sự di chuyển của nước nhanh hơn: nếu mạnh hơn ở một bên, các phân tử sẽ di chuyển sang phía bên kia vì các liên kết hydro giữa chúng. Bạn chỉ có thể có được tình huống di chuyển theo kiểu đoàn tàu khi mà kích thước kênh là rất nhỏ".

Đã có một số nhà máy khử muối lớn ở trên thế giới sử dụng màng polymer để lọc ra các muối, nhưng quá trình này vẫn không gây hiệu quả và tốn kém, vì vậy việc tìm kiếm một cách để làm cho nó nhanh hơn, rẻ hơn, dễ dàng chính là mục tiêu lớn cho các nhà nghiên cứu.

mang-graphene-loc-nuoc-bien-thanh-nuoc-ngot

"Việc tách chọn lọc các phân tử nước từ các ion bằng cách hạn chế vật lý của khoảng cách sẽ mở cửa cho quá trình tổng hợp màng không tốn kém dùng cho khử muối", Ram Devanathan từ thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương, người không tham gia nghiên cứu đã nhận xét thêm.

Mục tiêu cuối cùng đó là tạo nên một thiết bị lọc có thể sản xuất nước uống từ nước biển hoặc là nước thải cùng với đầu vào năng lượng tối thiểu. Bước tiếp theo sẽ là thử nghiệm độ bền của màng lọc khi được sử dụng trong thời gian dài và chi phí duy trì bảo dưỡng.

 

Share this Post :

No comments yet.

Leave a Reply

© 2016 Tạp chí cuộc sống, kiến thức mọi mặt của đời sống. All Rights Reserved. Design by ThemeVina