VINACHEM

Hơn 10 triệu người trên thế giới hiện đang thiếu nguồn nước sạch và đến năm 2025 một nửa dân số thế giới sẽ phải sống trong những khu vực luôn căng thẳng về nguồn cung nước. Đó là lý do vì sao các nhà khoa học luôn tìm kiếm các phương pháp để cải thiện nguồn cung nước sạch cho người dân.

Nay các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp Washington (Mỹ) đã phát triển một công nghệ màng lọc kiểu mới, vừa làm sạch nước vừa ngăn ngừa vi sinh vật bám bẩn và làm tắc bộ lọc. Điều đặc biệt là họ đã sử dụng chính vi khuẩn để chế tạo các màng lọc như vậy.

Hiện tượng vi sinh vật bám bẩn và tích tụ chiếm gần một nửa các trường hợp tắc bộ lọc và là thách thức lớn đối với việc loại bỏ hoàn toàn. Các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp Washington đã tìm cách vượt qua thách thức này từ gần 5 năm nay. Trước đó, họ đã phát triển một loại màng lọc khác, sử dụng vàng nano, nhưng nay họ muốn chế tạo một loại màng lọc mới bằng vật liệu rẻ tiền hơn.

Nhóm nghiên cứu đã bắt đầu bằng việc cho vi khuẩn Gluconacetobacter hansenii ăn một chất đường sao cho chúng tạo thành sợi nano xenluloza khi ở trong nước. Sau đó, họ đưa các mẩu graphen oxit (GO) vào xenluloza với cấu trúc nano của vi khuẩn trong quá trình phát triển của nó. Về cơ bản, đây là việc bẫy giữ GO trong màng xenluloza khiến cho nó trở nên ổn định và bền.

Sau khi GO đã được đưa vào, màng xenluloza được xử lý bằng dung dịch kiềm để diệt vi khuẩn Gluconacetobacter hansenii. Trong quá trình đó, các nhóm oxy của GO bị loại bỏ, khiến cho nó trở thành GO dạng khử. Khi sử dụng màng nói trên để lọc nước nhiễm vi sinh vật, GO khử trong màng sẽ hấp thụ ánh sáng Mặt Trời, làm màng nóng lên và diệt vi khuẩn đi qua.

Các nhà nghiên cứu cho biết, sau khi diệt vi khuẩn ban đầu họ thu được màng sạch với sợi nano xenluloza chất lượng cao, có khả năng lọc nước nhanh gấp hai lần các màng siêu lọc hiện đang có bán trên thị trường.

Khi nhóm nghiên cứu chiếu ánh sáng Mặt Trời lên màng, các mẩu GO dạng khử trong màng ngay lập tức tạo ra nhiệt, nhiệt này phát tán ra môi trường xung quanh và xenluloza của vi khuẩn.

Trong các thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã cho màng lọc nhiễm vi khuẩn E.coli, sau đó chiếu ánh sáng lên bề mặt màng. Sau khi được bức xạ chỉ 3 phút, vi khuẩn E.coli đã chết. Nhóm nghiên cứu đã xác định thấy màng được gia nhiệt nhanh lên trên 70^oC - nhiệt độ cần thiết để phá hủy thành tế bào của vi khuẩn E.coli. Nhờ vậy, màng do vi khuẩn tạo ra cũng giết chết vi khuẩn.

Nhưng khi thử nghiệm với màng lọc làm từ xenluloza vi khuẩn mà không có GO dạng khử, họ nhận thấy vi khuẩn E.coli vẫn sống.

Các nhà khoa học cho biết, việc chế tạo màng lọc như vậy tương đương như quá trình in 3D với các vi sinh vật. Chúng ta có thể bổ sung bất cứ thứ gì vào xenluloza của vi khuẩn trong quá trình phát triển của nó, những màng lọc nói trên bền hơn so với những loại màng được tạo ra bằng phương pháp lọc chân không hoặc những màng bọc phủ graphen oxit bằng phương pháp quay.

Tuy nhiên, việc thực hiện quá trình lọc như trên trong các hệ thống thẩm thấu ngược truyền thống sẽ không dễ dàng, vì vậy các nhà nghiên cứu đã đề xuất hệ thống môđun xoắn ốc, tương tự như khi cuộn khăn tắm. Hệ thống này có thể được trang bị đèn LED hoặc các máy phát điện cỡ nano, khai thác năng lượng cơ học của dòng chất lỏng để tạo ra ánh sáng và nhiệt, nhờ đó giảm chi phí vận hành hệ thống lọc.

LH

Theo Chemistry & Industry, 3/2019