Biến nước mặn thành nước ngọt bằng chiếc màng lọc

Hoàng Xuân Phương -

Theo những báo cáo khoa học, nước biển mỗi năm một dâng cao, xâm nhập mặn vào sâu trong các châu thổ, trong khi công nghệ khử mặn quá tốn kém và không đáp ứng. Nhưng một giải pháp nhỏ, đơn giản, rẻ tiền vừa ra đời, sử dụng màng than tinh khiết gọi là graphene để biến nước mặn thành nước ngọt.

Biển sẽ là nơi cung cấp nước uống, nhờ vào công nghệ khử mặn.

Graphene bao gồm những nguyên tử cacbon là một vật liệu kỵ nước, nhưng các mao mạch của chúng lại hút nước rất mạnh tạo thành dòng chảy xuyên qua màng lọc. Khi kích thước các mao mạch ổn định trong khoảng 1 nm (nano mét) thì chỉ có các phân tử nước tinh khiết chui qua như những đoàn tàu nối đuôi nhau qua đường hầm, trong khi các phân tử muối và những chất bẩn bị giữ lại. Thực ra phân tử muối ăn cũng có kích thước nhỏ, nhưng trong môi trường hòa tan chúng phải kết nối với các phân tử nước vây quanh, trở thành thứ tổ hợp lớn và bị giữ lại cũng như những chất bẩn khác.

Kết quả của giải pháp được đăng trên tờ Nature Nanotechnology, và nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi tiến sĩ Rahul Nair từ Đại học Manchester (Anh) đang thực hiện các cuộc thử nghiệm loại màng lọc mới này trên những nhà máy lọc nước biển hiện đang hoạt động, để so sánh hiệu quả của việc sử dụng màng lọc rẻ tiền graphene với màng lọc mắc mỏ polymer. Cuộc nghiên cứu chất liệu graphene cũng đã khởi đầu từ Đại học Manchester, vào năm 2004, và đang dẫn đến nhiều ứng dụng siêu việt đến không ngờ trong hầu hết các ngành kỹ nghệ, kể cả kỹ nghệ điện tử và chế tạo máy tính.

Chuyên trang khoa học trên tờ bbc.co.uk dẫn lời các chuyên gia nhận định, từ lâu, người ta cũng đã biết graphene có tính năng lọc nước mặn thành nước uống rất nhanh, rất tốt, và có thể phát triển đại trà có nghĩa là sẽ rất rẻ. Điều này cũng có nghĩa là hàng triệu con người trên thế giới, kể cả trên đất liền và trên các hải đảo hay chuyến tàu sẽ có nước ngọt để uống. Nhưng khó khăn lúc đầu là làm sao có thể định hình graphene thành một màng lọc có kích cỡ mao mạch ổn định trong khoảng 1 nm. Cuối cùng các nhà khoa học tại đây đã chọn một biến thể của graphene là graphene oxide có kích thước ổn định hơn. Mặt khác sản xuất các lá graphene chỉ dày một lớp phân tử, kể cả khi dùng phương pháp kết tụ hơi VCD cũng khó khăn, tốn kém và đòi hỏi năng lượng nhiều hơn so với oxid hóa nó để trở thành graphene oxide có cùng tính chất mao dẫn.

Màng lọc graphene oxide biến nước mặn thành nước uống.

Một bế tắc khác cho việc đưa graphene vào lọc nước là không thể tiến hành sản xuất công nghiệp khối lượng lớn, nhưng nay với dẫn xuất của nó là graphene oxide thì việc triển khai quy mô lớn thành hiện thực. Tiến sĩ Nair cho biết việc sản xuất ra graphene oxide chỉ cần biện pháp đơn giản là oxid hóa graphene, rồi từ dạng mực hay dạng hòa tan, chúng ta tập hợp chúng lại trên một lớp nền hay trong một chất xốp, và như thế là một màng lọc hình thành. “Xét trên khả năng sản xuất ở quy mô công nghiệp và giá thành chất liệu, graphene oxide có tiềm năng sử dụng lớn hơn nhiều so với màng graphene một lớp”, ông nói.

Biến đổi khí hậu và thời tiết cực đoan đang làm cho bức tranh nước thế giới trở nên khó đoán hơn. Ở một nơi nào đó trên thế giới có thể xảy ra những trận lũ lụt và cũng có thể kèm theo những đợt hạn hán. Tính chủ động trong việc cung cấp nước đang đòi hỏi những loại vật liệu thích hợp hơn, và graphene mà nay là graphene oxide đang xuất hiện như một chìa khóa cho việc cung cấp nước uống.