Các nhà nghiên cứu đã phát minh ra một loại màng lọc graphene-oxit có thể giúp lọc muối khỏi nước biển ngay lập tức. Đây là một bước tiến lớn trong nhiệm vụ tìm ra phương pháp hiệu quả để biến nước biển thành nước uống được.

Ở giai đoạn này, phương pháp vẫn còn bị giới hạn trong phòng thí nghiệm, nhưng nó là minh chứng cho việc chúng ta có thể nhanh chóng và dễ dàng biến một trong những nguồn tài nguyên dồi dào nhất là nước biển trở thành nước ngọt.

Nhóm nghiên cứu do Rahul Nair đến từ Đại học Manchester đã cho thấy loại màng lọc này có thể lọc muối rất hiệu quả. Bước tiếp theo, họ sẽ tiếp tục thử nghiệm khả năng lọc và các phương pháp sản xuất hàng loạt loại vật liệu này.

“Việc hiểu rõ khả năng của loại màng lọc này với quy mô nguyên tử là một bước tiến đáng kể và mở ra những khả năng mới trong việc nâng cao hiệu quả của công nghệ khử mặn”, Nair nói. “Đây mới chỉ là thử nghiệm đầu tiên. Chúng tôi cũng cần phải chứng minh rằng loại màng lọc này có thể ứng dụng trên quy mô lớn và làm sao để sản xuất chúng đáp ứng được kích cỡ yêu cầu.”

Màng lọc graphene-oxit từ lâu đã là ứng viên đầy hứa hẹn trong việc lọc và khử muối. Có nhiều nhóm nghiên cứu đã phát triển ra các loại màng lọc có thể lọc những hạt nhỏ ra khỏi nước, tuy nhiên việc lọc muối khỏi nước lại đòi hòi phải có loại màng lọc nhỏ hơn và các nhà khoa học đã phải vất vả để tạo ra chúng.

Có một vấn đề lớn là khi các tấm graphene-oxit tiếp xúc với nước, chúng sẽ bị trương lên, cho phép muối đi qua những lỗ rỗng. Nhóm nghiên cứu của Đại học Manchester đã khắc phục được vấn đề này bằng cách tạo ra các bức tường epoxy ở hai bên của màng graphene-oxit , giúp chúng không bị trương lên khi ở trong nước. Điều này cho phép họ kiểm soát chính xác kích thước của các lỗ trong màng graphene-oxit, tạo thành các lỗ cực nhỏ đủ để lọc tất cả muối thông thường ra khỏi nước biển.

Chìa khóa cho vấn đề này chính là việc khi các loại muối thông thường bị hòa tan vào nước, chúng tạo thành một lớp vỏ gồm các phân thử nước bao quanh chúng.

“Các phân tử nước có thể đi qua dễ dàng, nhưng natri clorua thì không thể. Nó luôn luôn cần sự trợ giúp của các phân tử nước”, Nair nói với BBC. “Kích thước của lớp vỏ phân tử nước bao quanh muối lớn hơn các lỗ ở màng lọc, vì vậy mà nó không thể đi qua.”

Không chỉ biến nước mặn thành nước ngọt, nó còn làm cho các phân tử nước chảy nhanh hơn qua màng lọc, điều rất hữu ích trong việc khử muối.

“Khi kích thước của các lỗ ở màng lọc đạt khoảng 1 nanomet, nó đã rất gần với kích thước của phân tử nước, những phân tử nước vì thế mà sắp xếp thành một đoàn tàu và nhanh chóng di chuyển qua”, Nair giải thích.

Hiện đã có nhiều nhà máy khử muối được xây dựng trên thế giới sử dụng màng lọc polyme để lọc muối. Nhưng quá trình này đòi hỏi chi phí lớn và kém hiệu quả, vì vậy mà tìm ra phương pháp để đẩy nhanh quá trình lọc, giá thành rẻ hơn và dễ dàng thực hiện hơn là một mục tiêu lớn đối với các nhà nghiên cứu.

Trong tương lai, khi biến đổi khí hậu ngày càng nặng nề, nước biển sẽ là thứ mà chúng ta có nhiều nhất. Những khối băng ở Greenland đã tan chảy qua ngưỡng có thể tái đóng băng, mực nước biển được dự đoán sẽ dâng thêm khoảng 3,8 cm vào năm 2100. Và nếu toàn bộ Greenland tan chảy thì thế hệ tương lai sẽ phải đối mặt với việc đại dương dâng cao thêm 7,3 m. Cùng với đó, nước sạch sẽ vẫn là thứ khan hiếm và khó di chuyển. Liên Hiệp Quốc dự báo đến năm 2025, 14% dân số thế giới sẽ gặp phải các vấn đề về thiếu nước.

Các nhà nghiên cứu hi vọng rằng loại màng lọc graphene này có thể làm tăng hiệu quả của các nhà máy lọc nước ở quy mô nhỏ, giúp giải quyết các vấn đề về thiếu nước sạch. Bên cạnh đó, graphene oxit cũng có thể dễ dàng được tạo ra trong phòng thí nghiệm với giá thành rẻ, đồng nghĩa với việc khi công nghệ này được ứng dụng thì giá thành của nó sẽ rất phải chăng và dễ sản xuất.

Tham khảo Sciencealert

Graphene còn kinh khủng hơn những gì chúng ta biết: Chịu được cường độ dòng điện gấp 1000 lần thông thường

Nguyễn Tuấn Tài