Phát minh có thể làm rung chuyển tương lai thế giới: Vật liệu 'hút sạch’ hóa chất độc trong nước chỉ vài gây, giải quyết vấn đề ô nhiễm nhức nhối

Nhóm hóa chất PFAS được sử dụng rộng rãi trong đời sống và công nghiệp, từ chảo chống dính, quần áo chống thấm đến bọt chữa cháy.

Theo thời gian, PFAS ngấm vào sông, hồ và nguồn nước ngầm, rồi đi vào hệ thống nước sinh hoạt. Nhiều nghiên cứu đã phát hiện PFAS trong đất, động vật hoang dã và cả trong máu người.

Vấn đề lớn nhất của PFAS là chúng tồn tại dai dẳng. Các liên kết carbon–fluor trong cấu trúc phân tử khiến chúng gần như không bị phân hủy tự nhiên. Vì vậy, nhiều cộng đồng trên thế giới đang phải đối mặt với nguy cơ phơi nhiễm lâu dài, trong khi các giải pháp xử lý nước hiện nay vẫn còn hạn chế.

Các hệ thống lọc phổ biến thường sử dụng than hoạt tính hoặc biochar. Tuy nhiên, những vật liệu này hấp phụ chậm, dung lượng hạn chế và thường tạo ra chất thải thứ cấp cần xử lý riêng.

Khi yêu cầu về các phương pháp lọc nhanh hơn, hiệu quả hơn và có thể mở rộng quy mô ngày càng gia tăng, giới khoa học đang tìm kiếm những công nghệ mới.

Trong bối cảnh đó, một nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công một vật liệu lọc nước có khả năng loại bỏ PFAS chỉ trong vài giây. Vật liệu này là hydroxide kép lớp xen kẽ nitrat, được thiết kế để nhắm tới axit perfluorooctanoic (PFOA), một trong những hợp chất PFAS phổ biến nhất trong các nguồn nước bị ô nhiễm.

Theo kết quả công bố, vật liệu đạt dung lượng hấp phụ lên tới 1.702 miligam trên mỗi gam. Đây là mức rất cao so với các công nghệ hiện có, đưa vật liệu này vào nhóm hiệu quả hàng đầu từng được ghi nhận trong xử lý PFAS.

Nhóm nghiên cứu cho biết mục tiêu của họ là tạo ra một giải pháp vừa nhanh, vừa có khả năng loại bỏ lượng lớn PFAS, đồng thời đủ bền để tái sử dụng nhiều lần.

Tác giả chính của nghiên cứu nói: “Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra một vật liệu có thể ‘bắt giữ’ PFAS ngay khi tiếp xúc, đồng thời vẫn ổn định và có thể tái sử dụng”. Ông cho biết thêm cấu trúc dạng lớp cho hiệu quả vượt kỳ vọng và vẫn giữ được tính toàn vẹn qua nhiều chu kỳ tái sinh.

Về mặt kỹ thuật, vật liệu được tổng hợp từ hydroxide kép lớp CuAl dạng tinh thể bằng phương pháp thủy phân urê được tối ưu hóa. Quá trình kiểm soát chặt chẽ độ pH và tỷ lệ kim loại giúp tạo ra các ion nitrat liên kết yếu. Trong môi trường nước trung tính, các ion này nhanh chóng trao đổi với phân tử PFOA, cho phép quá trình loại bỏ diễn ra nhanh mà không cần xử lý hóa học trước.

Các thử nghiệm cho thấy vật liệu hoạt động hiệu quả không chỉ trong phòng thí nghiệm mà cả trong mô hình cột lọc dòng chảy liên tục và với mẫu nước tự nhiên. Vật liệu cũng duy trì cấu trúc và hiệu suất sau nhiều lần tái sinh, một điểm yếu thường gặp ở các phương pháp hiện nay.

Dù vậy, nhóm nghiên cứu thừa nhận quy trình tái sinh vẫn cần được hoàn thiện, đặc biệt là khâu xử lý dư lượng fluor còn sót lại. Nếu được cải tiến thêm, công nghệ này được kỳ vọng sẽ mở ra hướng đi mới cho các hệ thống lọc nước, mang lại giải pháp nhanh hơn, sạch hơn và bền vững hơn trong cuộc chiến với ô nhiễm PFAS.

Theo IE