Màng Graphene giúp lọc nước mặn thành nước ngọt

Nghiên cứu mới được công bố vào đầu tuần này trên tạp chí Nature Nanotech có thể là một bước quan trọng giúp điều chế nước ngọt từ nước muối, trong đó muối được loại bỏ để đảm bảo an toàn. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Manchester đã sửa đổi màng ôxit graphene, một loại màng thấm lọc cho phép nước đi qua trong khi có thể lọc các ion muối. Nó thực chất là một cái rây phân tử.

Tìm nguồn nước mới là việc vô cùng quan trọng bởi 20% ​​dân số trên toàn thế giới (khoảng 1,2 tỷ người) thiếu khả năng tiếp cận với nước uống sạch, theo Liên Hiệp Quốc. số lượng dự kiến ​​sẽ tăng lên khi dân số tăng và nguồn cung cấp nước hiện tại giảm dần, một phần do biến đổi khí hậu. Thực tế này đã khiến một số người cho rằng "cơn sốt " tiếp theo trên thế giới sẽ là nước. Cách tiếp cận tích cực hơn là lo ngại các cuộc chiến trong tương lai sẽ là để tranh giảnh nguồn nước. Lo ngại này không phải là không có căn cứ. Cuộc chiến hiện đang nổ ra ở Yemen một phần có liên quan tới xung đột nguồn nước.

Nhưng khi nước ngọt khan hiếm (3% nước trên thế giới là nước ngọt) thì các nguồn nước khác lại dồi dào. Trái đất có hơn 70 % ;nước, nhưng 97 % trong số đó lại không thể sử dụng do đó là nước muối hoặc nước lợ (hỗn hợp muối và nước ngọt). Uống nước mặn gây nguy hiểm cho con người bởi nó dẫn tới mất nước và gây tử vong. Bởi vậy, có câu nói nổi tiếng trong Rhyme of the Ancient Mariner: "Nước, nước ở khắp mọi nơi, nhưng lại không có giọt nước nào để uống".

Khử muối có thể là một giải pháp. Kỹ thuật này đã được sử dụng ở một số vùng của Trung Đông và Quần đảo Cayman. Tuy nhiên, 2 kỹ thuật hiện đang sử dụng phương pháp cất chớp đa cấp, sử dụng đèn flash làm nóng một phần nước thành hơi thông qua một loạt các trao đổi nhiệt và thẩm thấu ngược, sau đó sử dụng bơm cao áp để đẩy nước biển qua màng thẩm thấu ngược để loại bỏ các tạp chất và ion muối.

Các phương pháp khử muối hiện tại rất tốn năng lượng và tạo ra tác động xấu đến môi trường, Hơn nữa, việc sản xuất năng lượng cũng cần một lượng lớn nước và tạo ra nước thải cần được xử lý.

Các màng ôxit graphene hứa hẹn là một sự thay thế có giá thành rẻ hơn, bởi vì chúng có thể được sản xuất với giá rẻ trong phòng thí nghiệm và nước dễ dàng đi qua màng lọc, nhưng muối thì không. Tuy nhiên, khi ngâm trong nước ở quy mô lớn, màng ôxit graphene có xu hướng nhanh chóng phồng lên. Sau khi bị phồng, màng không chỉ cho nước đi qua, mà còn cả các ion natri và magiê, tức là muối, làm quá trình lọc thất bại.

Nhà nghiên cứu Rahul Nair và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng bằng cách đặt các bức tường làm bằng nhựa epoxy ở hai bên của màng ôxit graphene, họ có thể ngăn chặn sự giãn nở. Và bằng cách sử dụng bức tường nhựa này, họ đã có thể tinh chỉnh kích thước mao mạch để ngăn chặn bất kỳ phân tử muối nào đi qua để lẫn vào nước.

Việc tiếp theo sẽ là thử nghiệm phương pháp này ở quy mô công nghiệp để xem liệu phương pháp có khả thi hay không?

Nguyễn Huyền Theo: Popsci