Màng Graphene lọc nước biển thành nước ngọt

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

Ở giai đoạn nghiên cứu hiện tại, kỹ thuật này vẫn còn bị giới hạn trong phạm vi phòng thí nghiệm, nhưng đó là một đột phá để mở ra khả năng chúng ta có thể nhanh chóng và dễ dàng biến một trong những nguồn lực dồi dào nhất, nước biển, thành một trong những tài nguyên hiếm hoi 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 rất hiệu quả, bước tiếp theo là kiểm tra tính ứng dụng của rây lọc này vào các màng lọc muối.

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

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

Chìa khóa để thực hiện nghiên cứu này là dựa vào một thực tế rằng khi muối được hòa tan trong nước, chúng tạo thành một 'vỏ' của các phân tử nước xung quanh chúng.

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

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

Nhờ sự thay đổi khí hậu, mực nước biển dự đoán sẽ tăng khoảng 3,8cm (1,5 inch) vào năm 2100 và nếu toàn bộ Khối băng ở Greenland tan, các thế hệ tương lai sẽ phải đối mặt đại dương dâng cao lên đến 7,3 mét (24 feet).

Nhưng nước uống sạch vẫn còn vô cùng khó khăn ở nhiều nơi trên thế giới - LHQ dự đoán rằng vào năm 2025, 14% dân số thế giới sẽ gặp phải tình trạng khan hiếm nước. Nhiều người trong những quốc gia này sẽ không thể đủ khả năng để xây dựng nhà máy khử muối quy mô lớn.

Các nhà nghiên cứu đang hy vọng rằng, rây lọc gốc graphene có thể được hiệu quả như các nhà máy lớn trên quy mô nhỏ, vì vậy nó dễ dàng hơn để tung ra thị trường.

Graphene oxide cũng là dễ dàng hơn nhiều và rẻ hơn để thực hiện trong phòng thí nghiệm hơn đơn lớp graphene, có nghĩa là công nghệ này sẽ có giá cả phải chăng và dễ dàng để sản xuất.

Màng lọc sẽ giữ lại các phân tử muối, chỉ cho phân tử nước đi qua.

"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 nhận xét thêm.

Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một thiết bị lọc có thể sản xuất nước uống từ nước biển hoặc nước thải 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 tu bảo dưỡng.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology.

(Theo: Khampha)

Tin tức sự kiện

Có tới ¾ bề mặt trái đất là nước. Tuy nhiên, thật khó có thể tin được rằng với số lượng nước nhiều như vậy mà con người vẫn sống trong tình trạng khan hiếm nước.

Viên lọc nước là một dạng của hệ thống xử lý nước theo mục đích sử dụng thường xuyên của người dùng trong những hoạt động thực địa, nơi mà họ không được tiếp cận với nguồn nước đã qua xử lý.

Hồi chuông cảnh báo về tác động tiêu cực của ô nhiễm nhựa một lần nữa gióng lên khi nghiên cứu mới đây cho thấy phần lớn nguồn nước trên thế giới đều chứa các sợi nhựa.

Dưới đây là danh sách 21 thành phố trên thế giới có mức độ ô nhiễm nguồn nước đáng báo động nhất - Mời các bạn tham khảo!

Con người đã có những hiểu biết rất sớm về quá trình chưng cất nước vào khoảng thế kỷ thứ 2 sau Công Nguyên.

Công nghệ lọc nước bằng năng lượng Mặt trời này có thể giải quyết được vấn đề thiếu nước sạch cho gần 1 tỉ con người trên Trái đất

Lấy nước từ một dòng suối gần đó nghe có vẻ đơn giản, nhưng nguy cơ nhiễm bẩn từ phân động vật, vi khuẩn và các chất ô nhiễm khác là rất cao và đòi hỏi phải sử dụng một số hệ thống lọc nhất định

Bạn đã bao giờ tự hỏi rằng liệu nước của bạn có ở trong tình trạng không thể uống được?

Các nhà khoa học Hoa Kỳ vừa tìm ra cách tạo ra nước ngọt từ nguồn nước biển dồi dào bằng năng lượng Mặt trời.

Uống không đủ nước ảnh hưởng đến chức năng của tế bào cũng như các hệ thống trong cơ thể. Tuy nhiên, bạn cần lưu ý những cách uống nước sau đây lại gây hại đến sức khỏe.

Nước được coi là ngọn nguồn của cuộc sống. Tuy nhiên, những nghiên cứu đã chỉ ra rằng cho dù nước là vật chất không thể thiếu trong cuộc sống nhưng không vì thế mà nước không mang lại những mối nguy nào cho con người.

Một trong những nguyên nhân cơ bản của bệnh tật và lão hóa chính là những loại chất độc và các vật chất chúng ta tiếp nhận vào cơ thể mình

Bạn đã từng suy nghĩ về những cuộc khủng hoảng về nước ở Châu Phi?

Thiết bị này là sáng chế của các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học California, Berkeley, Mỹ

Các hệ thống lọc nước phổ biến hiện nay thường sử dụng than hoạt tính và silicon, các vật liệu này chỉ dùng được một lần sau đó bị bỏ đi

Cộng đồng quốc tế cần tăng cường đầu tư về tài chính cũng như thúc đẩy mọi biện pháp cần thiết để đảm bảo người dân trên toàn thế giới được tiếp cận với nguồn nước sạch

Có thể bạn đã từng nghe nói nhiều về nước bị ô nhiễm và nhiễm bẩn, nhưng bạn đã từng biết rằng nước bị nhiễm bẩn có thể đến từ rất nhiều nơi mà bạn sẽ khó có thể hình dung ra?

Loại nước bạn đang uống là loại nước gì? Bạn có một bộ lọc nước tại nhà hay không? Hay bạn lấy nước uống trực tiếp từ vòi?

Bạn có biết rằng cơ thể của con người có trung bình từ 55 đến 60 % là nước?

Từng phải đối mặt với vấn nạn tương tự khoảng 5 thập kỷ trước, quốc gia láng giềng Singapore đã có những phương pháp rất khôn ngoan để giải quyết triệt để vấn nạn ô nhiễm.

Các nhà nghiên cứu đã đạt được một bước ngoặt lớn trong cuộc tìm kiếm phương pháp khử muối hiệu quả...

Hàng tỷ người đã tiếp cận được nước uống sạch và an toàn từ năm 1990, nhưng dữ liệu cho thấy vẫn còn những bất bình đẳng rất lớn liên quan đến nước uống.

Trong một bản đồ họa được phát hành bởi Pj Dore Co.&ltd, 360000 người đã chết mỗi năm bởi các bệnh liên quan tới nước

Công ty Water-Gen đã chế tạo thành công cỗ máy giúp ngưng tụ hơi nước trong không khí thành nước uống tinh khiết.

Từ chỗ phải phụ thuộc vào nguồn nước mua từ Malaysia, Singapore đã tìm cách trữ nước mưa, tái sử dụng nước, lọc nước biển...

Theo ước tính của UNICEF, ở Việt Nam có khoảng 17 triệu (52%) trẻ em chưa được sử dụng nước sạch.

Nhà máy Jebel Ali có khả năng chuyển đổi nước biển thành nước sạch để đáp ứng nhu cầu sử dụng của người dân thành phố Dubai.

Là một trong những quốc gia có mật độ dân số đông nhất thế giới, nhưng lại không được thiên nhiên ban tặng nguồn nước ngọt tự nhiên như các nước láng giềng

Bộ Y tế khuyến cáo người dân ở vùng hạn hán, mặn xâm nhập xử lý nước sạch tại nhà bằng cách dùng phèn chua hoặc khử trùng bằng Cloramin B.

Thiết bị SunToWater sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra nước sạch có thể uống được từ không khí.

Tình trạng thiếu nước sạch hiện nay không còn là vấn đề của một hay một vài quốc gia riêng lẻ mà đã trở thành hiện tượng phổ biến ở hầu khắp các châu lục.