Công nghệ lọc nước đột phá sử dụng năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời từ lâu đã không còn xa lạ với con người. Nhiều ứng dụng của nó đã được áp dụng vào thực tiễn. Mới đây, các nhà khoa học đã tìm ra thêm một công dụng của năng lượng mặt trời, đó là biến nước lợ và nước biển thành nước sạch, an toàn trong chưa đầy 30 phút.

Tổ chức Y tế thế giới (WHO) khuyến nghị nước uống chất lượng tốt phải có tổng chất rắn hòa tan (TDS) < 600 phần triệu (ppm). Các nhà nghiên cứu đã có thể đạt được chỉ số TDS <500 ppm chỉ trong 30 phút và tái tạo MOF trong bốn phút dưới năng lượng mặt trời để tiếp tục sử dụng. Các nhà nghiên cứu đã có thể lọc các chất có hại ra khỏi nước và tạo ra 139,5L nước sạch với mỗi ki-lô-gram MOF mỗi ngày. Công nghệ đột phá này có thể giúp cung cấp nước uống cho hàng triệu người trên thế giới, với mức năng lượng tiết kiệm hơn so với các phương pháp khử muối hiện tại.

Nghiên cứu đầu tiên trên thế giới này đã được xuất bản trên tạp chí khoa học uy tín Nature Sustainability.

Tác giả chính của nghiên cứu, Giáo sư Huanting Wang từ khoa Kỹ thuật hóa học tại Đại học Monash (Australia) cho biết công trình này đã mở ra một hướng mới cho việc thiết kế các vật liệu phản ứng với kích thích từ môi trường bên ngoài để khử muối và lọc nước một cách hiệu quả và bền vững.

Giáo sư Wang cho biết: “Phương pháp khử muối đang được sử dụng để giải quyết tình trạng thiếu nước ngày càng nghiêm trọng trên toàn cầu. Do nước lợ và nước biển luôn sẵn có ở nhiều nơi và khử mặn là phương pháp đáng tin cậy, nước đã qua xử lý có thể được tích hợp trong các hệ thống thủy sinh hiện có với những rủi ro sức khỏe tối thiểu.

Tuy nhiên, quy trình khử muối nhiệt bằng bay hơi tiêu tốn nhiều năng lượng và một số công nghệ khác như thẩm thấu ngược có những hạn chế như tiêu thụ nhiều năng lượng và sử dụng hóa chất để làm sạch màng và khử clo.

Giáo sư Huanting Wang từ Khoa Kỹ thuật hóa học tại Đại học Monash (Australia) nghiên cứu ra công nghệ lọc nước đột phá sử dụng năng lượng mặt trời.

Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng dồi dào và có tính tái tạo nhất trên Trái đất. Việc chúng tôi phát triển một quy trình khử mặn mới dựa trên cơ sở hấp phụ thông qua việc sử dụng ánh sáng mặt trời tái tạo mang lại một giải pháp khử mặn tiết kiệm năng lượng và bền vững với môi trường”.

Khung hữu cơ - kim loại là một nhóm các hợp chất bao gồm các ion kim loại tạo thành vật liệu tinh thể có diện tích bề mặt lớn nhất so với bất kỳ vật liệu nào được biết đến từ trước đến nay. Trên thực tế, MOFs rất xốp nên chúng có thể nhét vừa toàn bộ bề mặt sân bóng trong một thìa cà phê.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một MOF chuyên dụng có tên là PSP-MIL-53, được tổng hợp bằng cách đưa poly (spiropyran acrylate) (PSP) vào các lỗ nhỏ trên bề mặt của MIL-53 - một MOF chuyên biệt với tính năng hô hấp và chuyển đổi khi hấp phụ các phân tử như nước và carbon dioxide.

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng PSP-MIL-53 có thể cung cấp 139,5L nước ngọt với mỗi ki-lô-gram MOF mỗi ngày với mức tiêu thụ năng lượng thấp. Điều này đồng nghĩa với việc khử muối cho 2,233 ppm nước có nguồn gốc từ sông, hồ hoặc các tầng ngậm nước.

Giáo sư Wang cho biết nghiên cứu này đã làm nổi bật tính lâu dài và độ bền vững của việc sử dụng MOF cho các giải pháp nước sạch trong tương lai. Nghiên cứu này đã chứng minh rằng MOFs phản ứng quang là một chất hấp phụ hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và bền vững cho quá trình khử muối.

"Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp một lộ trình mới cho việc thiết kế các vật liệu chức năng sử dụng năng lượng mặt trời nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng và cải thiện tính bền vững của quá trình khử muối trong nước.

Các MOF phản ứng với ánh sáng mặt trời này có thể được ứng dụng cho các phương pháp khai thác khoáng sản cần ít năng lượng và thân thiện với môi trường để khai thác bền vững cũng như các ứng dụng liên quan khác”, Giáo sư Wang nói.

Để tải xuống nghiên cứu, vui lòng truy cập https://www.nature.com/articles/s41893-020-0590-x