Quá trình này sẽ giúp con người sử dụng nước an toàn hơn.
Mang tính đột phá
Nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư, TS Abhijit Patra tại Khoa Hóa học, IISER Bhopal, đứng đầu, đã thử nghiệm các polymer ở dạng bột để loại bỏ vi chất ô nhiễm (micropollutant) hữu cơ ở phòng thí nghiệm.
Ông tin rằng, quá trình chế tạo quy mô lớn những vật liệu này với sự cộng tác của các đối tác ngành công nghiệp sẽ mở đường cho việc làm sạch nước hoàn toàn chỉ trong một thời gian ngắn.
Được gọi là polymer hữu cơ xốp siêu liên kết (HPOP), chúng sẽ bao phủ một bề mặt lớn đáng kể, chỉ với một thìa nhỏ dạng bột. Phát biểu với The Better India, TS Abhijit Patra cho biết: “HPOP được phát triển có nhiều lỗ rỗng nhỏ cấp độ nanometer, do đó về mặt lý thuyết, nếu chúng ta rải ra một thìa và sắp xếp chúng trên một sân bằng phẳng, chúng có thể bao phủ diện tích tương đương 10 sân tennis”.
TS Patra lưu ý, một thìa nhỏ polymer hữu cơ có thể loại bỏ nhiều vi chất ô nhiễm hòa tan trong nước, bao gồm tiền chất nhựa, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, chất gây rối loạn nội tiết, thuốc kháng sinh, thuốc gốc steroid và thuốc nhuộm ion.
Về động lực đằng sau dự án này, ông giải thích: “Cuộc khủng hoảng nước ở Ấn Độ đã trở nên trầm trọng trong vài thập niên qua. Nhu cầu to lớn về nước đã thúc đẩy chúng tôi phải nhanh chóng giải quyết vấn đề đang gia tăng này.
Chúng tôi đã khảo sát rộng rãi các tài liệu khoa học để thiết kế vật liệu có tính năng hút bám nhằm loại bỏ hiệu quả các vi chất ô nhiễm độc hại khác nhau ra khỏi nước.
Để giải quyết các trở ngại liên quan đến tốc độ chậm trong việc phân tách vi chất ô nhiễm và sự đơn điệu trong quá trình tái tạo… chúng tôi đã phát triển HPOP có thể mở rộng bằng cách sử dụng một giao thức tổng hợp đơn giản.
Công trình được khởi xướng vào năm 2019 và phải mất gần ba năm để hoàn thành nghiên cứu chi tiết và xuất bản trên tạp chí được bình duyệt American Chemical Society, ACS Applied Materials and Interfaces”.
Làm sạch nước trong… 30 giây
Các vi chất ô nhiễm hữu cơ thường được tìm thấy ở bề mặt nước gồm các loại dược phẩm khác nhau, như thuốc kháng sinh và steroid; hóa chất công nghiệp như thuốc nhuộm, phụ gia thực phẩm; chất gây rối loạn nội tiết và tiền chất xử lý nông nghiệp như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và phân bón…
Nghiên cứu sâu hơn về các vi chất ô nhiễm hữu cơ, Arkaprabha Giri, nghiên cứu sinh tại Khoa Hóa học, IISER Bhopal, cho biết: “Ở Ấn Độ, mối quan tâm hàng đầu là ô nhiễm nước do chất thải nhân tạo xả ra nước mặt và nước ngầm từ lĩnh vực nông nghiệp và công nghiệp.
Những chất thải này chứa một số lượng lớn các vi chất ô nhiễm hữu cơ/vô cơ. Đây là một tập hợp đa dạng các “chất phân tích” (analyte) mà sự hiện diện của chúng trong nước, ngay cả một lượng nhỏ cũng gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và đời sống thủy sinh”.
TS Patra cho biết thêm, “quy trình này là một trong những kỹ thuật tiết kiệm năng lượng nhất để làm sạch nước khỏi các chất vi chất ô nhiễm hữu cơ. Tuy nhiên, chất hút bám (hay còn gọi là hấp phụ) carbon thường được sử dụng có một số điểm nghẽn như tốc độ chậm và quá trình tái sinh đơn điệu.
Do đó, chúng ta cần các vật liệu hút bám hiệu quả, không chỉ loại bỏ các vi chất ô nhiễm hữu cơ phân cực cao (POM) khỏi nước một cách nhanh chóng, mà còn có thể được tổng hợp dễ dàng trên quy mô lớn, thông qua các kỹ thuật chế tạo đơn giản”.
Đây là vấn đề mà các nhà nghiên cứu IISER Bhopal thuộc Phòng thí nghiệm Vật liệu Chức năng đặt ra để giải quyết. Và những gì họ có được là hai hình thái riêng biệt của HPOP: Hạt nano hình cầu và các phiến nano hai chiều. Cả hai hình thái này đều ở dạng bột.
Tuy nhiên, hiệu suất của HPOP dạng phiến nano 2D cao hơn so theo hướng khử nhiễm nước. Chúng có thể loại bỏ 85% - 99% vi chất ô nhiễm hữu cơ phổ rộng, bao gồm kháng sinh, chất gây rối loạn nội tiết, thuốc gốc steroid, thuốc nhuộm ion, tiền chất dẻo, thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ chỉ trong 30 giây.
Nước có thể uống được sau một vài lần xử lý bổ sung để loại bỏ các chất gây ô nhiễm khác ngoài micropollutant. Hiện nay, các vật liệu trên đã được thử nghiệm ở phòng thí nghiệm và cho thấy nhiều hứa hẹn ứng dụng quy mô lớn.
Dự án này được tài trợ bởi Bộ Khoa học và Công nghệ (DST), chính phủ Ấn Độ và quy tụ các nhà nghiên cứu nổi tiếng như: Arkaprabha Giri (nghiên cứu sinh, Khoa Hóa học, IISER Bhopal), Subha Biswas (cựu sinh viên của Khoa Hóa học, IISERB, hiện đang theo học Tiến sĩ tại IISc Bangalore), Tiến sĩ Waseem Hussain (cựu nghiên cứu sinh thuộc Khoa Hóa học, IISERB, hiện đang nghiên cứu sau Tiến sĩ tại Đại học Hanyang, Hàn Quốc), Tapas Kumar Dutta (nghiên cứu sinh, Khoa Hóa học, IISER Bhopal) và Tiến sĩ Abhijit Patra (Phó Giáo sư, Khoa Hóa học, IISER Bhopal).
