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

Biến đổi khí hậu, thiếu nước do hạn hán, nhiễm mặt, nguồn nước ngầm đang dần bị cạn kiệt,…khiến tình trạng thiếu nước sạch trở lên báo động đe dọa đến đời sống của người dân. Để giải quyến vấn đề thiếu nước sạch mới đây các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại vật liệu mới có khả năng đẩy nhanh quá trình bay hơi khiến một bể chưng cất mặt trời nhỏ vẫn cung cấp đủ nước ngọt cho một gia đình sử dụng.

Hiện nay các công nghệ xử lý lọc nước bị ô nhiễm, nước nhiễm mặt thường đòi hỏi kinh phí đầu tư lớn do đó ngoài tầm với của nhiều cộng đồng người nghèo, khu vực kinh tế kém phát triển.

Trong khi đó, bể chưng cất năng lượng mặt trời truyền thống là một thùng có đáy màu đen, chứa đầy nước và trên cùng được đậy bằng thủy tinh hoặc nhựa trong.

Đáy đen hấp thụ ánh sáng mặt trời vào ban ngày khiến nước bay hơi và để lại các chất gây ô nhiễm. Hơi nước sau khi ngưng tụ trên tấm đậy và nhỏ giọt vào một bể chứa. Nhưng phương pháp này tạo ra ít nước sạch do phải làm nóng toàn bộ thể tích nước trước khi nước bắt đầu bay hơi.

Để giải quyết vấn đề nước sạch các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Texas ở Austin đã nâng cấp bể chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời để tạo ra phương pháp lọc nước giá rẻ thay thế cho các công nghệ này. Guihua Yu và các đồng nghiệp gần đây đã tìm ra một phương pháp khắc phục hạn chế này.

Theo đó, các nhà nghiên cứu tạo một miếng hydrogel từ hai loại polymer, một loại polymer liên kết với nước gọi là polyvinyl alcohol (PVA), một loại khác hấp thụ ánh sáng gọi là polypyrrole (PPy) sau đó đặt tấm gel này lên bề mặt nước trong các bể chưng cất. Bên trong gel, một lớp các phân tử nước liên kết chặt chẽ với PVA, mỗi phân tử nước tạo ra nhiều liên kết hóa học được gọi là liên kết hydro.

Do đã “dành chỗ” cho liên kết với PVA nên các phân tử nước chỉ còn giữ sự liên kết lỏng lẻo với các phân tử nước gần đó, tạo ra thứ mà Yu gọi là "nước trung gian" (intermediate water) giữ lại trong gel, khiến chúng bay hơi dễ dàng hơn so với nước thường.

Với công nghệ này, bể chưng cất nước năng lượng mặt trời của Yu tạo ra 3,2 L/h/m2 nước, gấp đôi giới hạn lý thuyết, theo công bố của họ trên Nature Nanotechnology vào năm 2018.

Yu và đồng nghiệp đã tạo ra một hydrogel thậm chí còn tốt hơn nữa. Họ trộn chitosan - một loại polymer thứ ba có khả năng hút nước rất mạnh, vào gel để tạo ra một loại gel có khả năng giữ được nhiều nước hơn và tăng lượng nước trung gian được giữ trong gel. Một bể sử dụng loại hydrogel mới này chưng cất nước với tốc độ 3,6 L/h/m2, cao hơn các loại đã được thương mại hóa trên thị trường tới 12 lần. Công bố này mới được xuất bản trên Science Advances.

Peng Wang, một kỹ sư môi trường tại Đại học KH&CN King Abdullah ở Thuwal, Ả Rập Saudi  cho biết: "Đây là một điểm khởi đầu tuyệt vời.

Với tốc độ này một bể có diện tích 1 mét vuông có thể sản xuất khoảng 30 lít nước uống sạch mỗi ngày đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho một gia đình nhor. Bên cạnh đó, cả ba polymer để tạo ra loại hydrogel này đều có sẵn trên thị trường với mức giá rẻ và sẽ giúp cung cấp nước sạch cho khu vực hạn hán, thiếu nước sạch

Suckhoecuocsong.vn (Trích lược theo Moitruong)