Nhanh và rẻ: Công nghệ khử mặn cho nước nhờ ánh sáng Mặt Trời

Mới đây, các nhà khoa học đã phát triển công nghệ đầu tiên trên thế giới giúp lọc một lượng lớn nước biển thành nước uống trong thời gian khoảng 30 phút, bằng cách dùng ánh sáng Mặt Trời và bộ lọc cao cấp sử dụng vật liệu siêu xốp. Nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí Nature Sustainability hôm 10/8 vừa qua.

Cụ thể, theo các nhà khoa học thuộc Đại học Monash (Úc), bộ lọc được thiết kế đặc biệt, có khả năng lọc hàng trăm lít nước uống mỗi ngày với sự trợ giúp của ánh sáng Mặt Trời. Đây là một phương pháp đầy hứa hẹn, có chi phí thấp và bền vững, không cần dùng điện nên có thể áp dụng tới các khu vực xa xôi hẻo lánh và có thu nhập thấp.

Bộ lọc sử dụng khung hữu cơ – kim loại (MOFs) gồm các hợp chất chứa những ion kim loại hình thành nên một loại vật liệu tinh thể với bề mặt riêng lớn hơn mọi vật liệu từng được biết tới hiện 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 thụ các phân tử như nước và CO2.

Trong quá trình khử muối, bộ lọc MOFs chuyên dụng sẽ tách hoàn toàn muối từ nước biển. Trong điều kiện tối, MOFs hấp thụ muối và các tạp chất khác trong 30 phút. Điều đáng nói là quy trình này không tiêu thụ năng lượng. Sau đó, bộ lọc MOF sẽ được đưa ra tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng Mặt Trời trong khoảng 4 phút để kích hoạt quá trình thải ra lượng muối đã hấp thụ. Sau khi chức năng được tái tạo, người ta lại có thể đưa nó trở lại bóng tối để hấp thụ muối trong nước biển, nước lợ…

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng PSP-MIL-53 có thể cung cấp 139,5 lít nước ngọt với mỗi kg MOF/ngày. Nước muối được dùng làm đầu vào trong thử nghiệm có độ mặn tới 2.233 mg muối/lít. Nước ngọt đầu ra có độ tinh khiết vượt qua tiêu chuẩn của WHO.

>> Kenya: Hệ thống điện mặt trời đầu tiên giúp lọc nước biển thành nước ngọt

Giáo sư Huanting Wang đến từ khoa kỹ thuật hóa học thuộc Đại học Monash, tác giả chính của nghiên cứu cho biết, nghiên cứu này đã chứng minh rằng MOFs là một chất hấp thụ hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và bền vững trong 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 phát triển các ứng dụng liên quan khác,” ông chia sẻ.

Giáo sư Wang còn cho biết thêm rằng phương pháp khử muối đang được sử dụng để giải quyết tình trạng thiếu hụt nguồn nước nghiêm trọng trên toàn cầu. “Quy trình khử muối bằng nhiệt tiêu tốn nhiều năng lượng và phải dùng đến các công nghệ như thẩm thấu ngược (reverse osmosis). Nó có những hạn chế như tiêu thụ nhiều năng lượng, sử dụng hóa chất để làm sạch màng và khử clo,” ông Wang cho hay.

“Ánh sáng Mặt Trời là nguồn năng lượng dồi dào nhất trên Trái đất. Việc chúng tôi phát triển một quy trình khử mặn mới, tận dụng ánh sáng Mặt Trời sẽ giúp mang lại một giải pháp khử mặn tiết kiệm năng lượng và bền vững với môi trường.”

>> Làm sạch nước với năng lượng mặt trời chỉ bằng 1 tấm nhôm