Loại bỏ muối, kim loại độc hại khỏi nước nhờ công nghệ lọc nước mới

Loại bỏ bỏ muối, kim loại độc hại khỏi nước nhờ công nghệ lọc nước mới

Công nghệ lọc nước mới được Adam Uliana hiện đang là nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Hóa học và Phân tử Sinh học, Đại học California, Berkeley cùng các cộng sự nghiên cứu, phát triển. Công nghệ lọc nước mới không chỉ loại bỏ kim loại độc hại mà còn có thể lọc muối ra khỏi nước, làm sạch nước đến điều kiện có thể sử dụng được. Nghiên cứu này góp phần giải quyết thực trạng khan hiếm nước ngọt trên toàn thế giới, nhất là những khu vực nguồn nước đang bị ô nhiễm.

Thông thường, nước ngọt được lấy từ sông hồ, nhưng nguồn nước ngọt này chỉ chiếm khoảng 0,007% lượng nước trên thế giới. Dân số ngày càng tăng, biến đổi khí hậu, xâm nhập mặn, hạn hán khiến nhu cầu về nước ngọt tăng lên. Theo con số thống kê cho thấy cứ 3 người trên thế giới thì có hai người phải đối mặt với tình trạng khan hiếm nước ngọt trầm trọng ít nhất một tháng mỗi năm.

Để giải quyết tình trạng thiếu nước, đã có nhiều công trình nghiên cứu lọc nước mới nhằm tận dụng các nguồn nước khác như: nước biển, nước thải. Tuy nhiên, nguồn nước này chứa nhiều muối, kim loại độc hại. Hiện có nhiều phương pháp nhằm loại bỏ kim loại độc hại, muối khỏi nước nhưng chi phí cao, tiêu tốn nhiều năng lượng, tốn thời gian bởi chúng đòi hỏi phải trải qua nhiều nước mới thu được lượng nước sạch.

Trước những vấn đề nan giải đó, Adam Uliana cùng các cộng sự đã nghiên cứu, phát triển một phương pháp lọc nước mới. Phương pháp lọc nước mới này sẽ giúp quá trình khử muối diễn ra hiệu quả hơn, dễ dàng quản lý chất thải hơn, quy mô của các nhà máy xử lý nước cũng sẽ nhỏ hơn. Công nghệ mới này có một loại bộ lọc mới có thể nhắm mục tiêu và thu giữ các kim loại độc hại, đồng thời loại bỏ muối khỏi nước, thu được nguồn nước sạch.

Thiết kế bộ lọc đa năng

Để phát triển công nghệ lọc nước mới nhằm loại bỏ muối, kim loại độc hại khỏi nước, Adam Uliana cùng các cộng sự đẫ sử dụng một loại vật liệu có thể loại bỏ nhiều chất gây ô nhiễm khác nhau chủ yếu là kim loại nặng ra khỏi nước. Để làm được điều này, ông chuyển sang xem xét các hạt thấm hút nhỏ, còn gọi là PAF. Các hạt này được thiết kế để thu giữ các chất gây ô nhiễm riêng lẻ một cách chọn lọc.

Ví dụ, một loại hạt thấm hút chỉ có thể thu được thủy ngân hay các loại thấm hút khác thì chỉ loại bỏ đồng, sắt hoặc boron. Sau đó, nhóm nghiên cứu sẽ nhúng bốn loại hạt khác nhau này vào màng nhựa mỏng - về cơ bản, nhóm đang tạo ra các bộ lọc tùy chỉnh có thể thu giữ các chất gây ô nhiễm theo loại hạt tương ứng mà nhóm đưa vào màng.

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã đặt những màng lọc này vào một máy lọc nước thẩm tách bằng điện. Thẩm tách bằng điện là phương pháp sử dụng điện để kéo muối và chất độc ra khỏi nước, đi qua màng lọc và đi vào một dòng chất thải riêng biệt. Chất thải này (thường gọi là nước muối) có thể trở nên độc hại, nếu muốn xử lý chúng bằng các quy trình khử muối hiện có thì sẽ cực kỳ tốn kém, tốn nhiều chi phí, thời gian.

Trong quy trình cải tiến của nhóm nghiên cứu, được gọi là thẩm tách bằng điện thu giữ ion, nhóm nghiên cứu hy vọng các màng chứa những hạt thấm hút kim loại cực nhỏ sẽ thu giữ những kim loại độc hại khỏi nước muối. Công đoạn này sẽ giúp đạt được đồng thời ba lợi ích, từ đó tiết kiệm năng lượng: muối, kim loại sẽ được loại bỏ khỏi nước, các kim loại độc hại sẽ được giữ lại trong một màng nhỏ, có thể dùng một lần hoặc thậm chí là tái sử dụng, dòng nước thải mặn sẽ không độc hại.

Adam Uliana giải thích thêm: “Chúng tôi đã tiến hành những thử nghiệm để xem xét hiệu quả của các màng này. Trong thử nghiệm đầu tiên, chúng tôi sử dụng màng lọc chứa hạt thu giữ thủy ngân để lọc nước từ ba nguồn chứa cả thủy ngân và muối: nước lợ, nước ngầm và nước thải công nghiệp. Kết quả thu được thật đáng ngạc nhiên, các màng đã thu giữ tất cả lượng thủy ngân.”

 Ngoài ra, các màng lọc còn hoạt động tốt trong việc loại bỏ muối đã loại bỏ hơn 97%  muối khỏi nước. Chỉ sau một lần cho nước chảy qua máy thẩm tách bằng điện mới của nhóm nghiên cứu, nước đã hoàn toàn có thể uống được. Một điều quan trọng khác, các thí nghiệm tiếp cho thấy, không một lượng thủy ngân nào có thể lọt qua bộ lọc, trừ khi gần như tất cả các hạt thấm hút bên trong bộ lọc đã được sử dụng hết.

Sau đó, Adam Uliana cùng các cộng sự xem xét liệu quy trình thẩm tách bằng điện thu giữ ion có hoạt động trên các kim loại gây hại thông thường khác hay không. Nhóm đã thử nghiệm ba bộ lọc màng có chứa chất thu giữ đồng, sắt hoặc boron. Mỗi bộ lọc đều thu giữ thành công tất cả các chất mục tiêu mà không để sót bất kỳ một lượng nhỏ nào đi vào nước muối, đồng thời loại bỏ hơn 96% muối khỏi nước, làm sạch nước đến điều kiện có thể sử dụng được.

Những thách thức còn lại

Tuy công nghệ lọc nước mới có thể loại bỏ muối khỏi nước, thu giữ một cách chọn lọc nhiều chất gây ô nhiễm phổ biến nhưng nhóm vẫn còn phải đối mặt với nhiều thách thức về mặt công nghệ.

Bởi các hạt thu giữ có tính chọn lọc cao khi nhúng vào mầng lại quá đắt đỏ nếu muốn mở rộng ra sản xuất hàng loạt. Nhóm cũng cho biết có thể thay thế bằng chất thấm hút rẻ hơn, chất lượng cũng thấp hơn nhưng có thể làm giảm hiệu suất lọc nước.

Bên cạnh đó, nhóm cần thử nghiệm thẩm tách bằng điện thu giữ ion trên quy mô lớn hơn so với quy mô trong phòng thí nghiệm. Lúc này sẽ có các vấn đề thường nảy sinh trong quá trình chuyển giao công nghệ mới từ phòng thí nghiệm sang ngành công nghiệp.

Ngoài ra khi chuyển sang quy mô nhà máy, các kỹ sư nhà máy xử lý nước sẽ cần đưa ra một phương án để tạm dừng quy trình ngay trước khi chất thấm hút trong màng được sử dụng hết. Nếu không, các chất ô nhiễm độc hại sẽ rò rỉ qua bộ lọc, đi vào nước đã lọc. Do đó, sau khi thay bộ lọc hoặc loại bỏ kim loại khỏi bộ lọc và gom chúng thành chất thải riêng biệt, các kỹ sư có thể khởi động lại quy trình lọc nước.

Nhóm nghiên cứu cũng hi vọng công nghệ lọc nước mới này sẽ mở ra những phương pháp mới giúp làm sạch hiệu quả các nguồn nước đang bị ô nhiễm. Hạn chế được tình trạng thiếu nước hiện nay ở nhiều quốc gia trên thế giới.

BÀI CÙNG CHỦ ĐỀ:

+ Sử dụng màng MD giải pháp lọc nước mặn giá rẻ cho người dân

+ Phát triển vật liệu mới có thể cung cấp nước sạch cho hàng triệu người

Suckhoecuocsong.vn/TH