Công nghệ NANO để xử lý nước

Nước là tài nguyên khan hiếm và đối với nhiều nước, nguồn cung cấp nước không đáp ứng đủ cầu. Cùng với áp lực biến đổi khí hậu và tăng dân số, nước sẽ càng trở nên khan hiếm hơn, nhất là ở các khu vực đang phát triển.
Hơn nữa, trong những khu vực này, nước có sẵn thường không đảm bảo an toàn để uống. Trên thế giới có 884 triệu người không được tiếp cận với các nguồn cung cấp nước an toàn; có 3,6 triệu người chết mỗi năm do các bệnh về nước; 98% ca tử vong do nước rơi vào các nước đang phát triển; 84% ca tử vong do nước nằm trong độ tuổi từ 0-14 tuổi; 43% ca tử vong do nước là do bệnh tiêu chảy; 65 triệu người ở Bangladesh, Ấn Độ và Nêpal có nguy cơ nhiễm độc asen.

Nỗ lực lúc bấy giờ để bảo vệ cho mọi người tiếp cận với nước uống sạch theo những Mục tiêu Phát triển Thiên niên kỷ của Liên Hiệp Quốc, để đến năm năm ngoái giảm 50% tỷ suất người không được sử dụng nước uống bảo đảm an toàn. Theo Chương trình nhìn nhận nước quốc tế, phải tái tạo nguồn cung ứng nước cho 1,5 tỷ người. Các giải pháp kinh tế tài chính hay công nghệ thường sẽ xu thế những cách tiếp cận để phân phối nước cho những hội đồng nghèo. Biện pháp kinh tế tài chính thường nhấn mạnh vấn đề đến tầm quan trọng của những pháp luật, thể chế và thị trường mở. Cách tiếp cận công nghệ tập trung chuyên sâu vào sản xuất máy bơm nước, những mạng lưới hệ thống lọc hoặc những ứng dụng mới như công nghệ nano ví dụ điển hình .

Tiềm năng của công nghệ nano

Không giống những công nghệ khác, thường bắt nguồn từ một bộ môn khoa học cụ thể, nhưng công nghệ nano là sự tích hợp của nhiều bộ môn khoa học. Công nghệ nano được xác lập bằng quy mô hoạt động giải trí. Khoa học nano và công nghệ nano tương quan đến việc nghiên cứu và điều tra vật chất ở size siêu nhỏ. Một nano mét bằng 1 phần triệu của 1 mm và một sợi tóc của con người rộng khoảng chừng 80.000 nano mét. Kích thước của vật tư nano quá nhỏ làm cho con người khó nhìn thấy. Kích thước nano được cho phép xử lý những bộ phận nhỏ nhất của vật chất. Hoạt động ở kích cỡ nano sẽ link những nguyên tử và phân tử để khai thác thuận tiện hơn những đặc thù của vật chất. Giống như thiết kế xây dựng một quy mô từ những viên gạch Lego, tất cả chúng ta sẽ tưởng tượng về việc tạo ra những vật tư mới hoặc đổi khác những vật tư cũ. Trong những ứng dụng như lọc nước, những vật tư hoàn toàn có thể được làm mới hoặc kiểm soát và điều chỉnh để lọc sạch những sắt kẽm kim loại nặng và độc tố sinh học .
Các vật tư size nano thường có những đặc tính về quang học và dẫn điện khác với vật tư cùng loại có size nhỏ hay lớn. Ví dụ, titan oxit nano là chất xúc tác hiệu suất cao hơn titan oxit có kích cỡ nhỏ. Có thể sử dụng titan oxit nano để phân hủy những chất ô nhiễm hữu cơ trong xử lý nước. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, kích cỡ nhỏ của những hạt nano được sản xuất sẽ làm cho vật tư độc hơn mức thông thường .
Nguyên tắc đa phần của những công nghệ nano là giảm những yếu tố nan giải về nước, là xử lý những khó khăn vất vả về kỹ thuật để xử lý những chất ô nhiễm trong nước, gồm có vi trùng, virút, asen, thủy ngân, thuốc bảo vệ thực vật và muối. Nhiều nhà điều tra và nghiên cứu và kỹ sư chứng minh và khẳng định, công nghệ nano bảo vệ những giải pháp hiệu suất cao và vững chắc hơn vì sử dụng những hạt nano để xử lý nước ít gây ô nhiễm hơn so với những chiêu thức truyền thống cuội nguồn và yên cầu ít nhân công, vốn, đất đai và nguồn năng lượng .

Nhiều thiết bị xử lý nước sử dụng công nghệ nano đã xuất hiện trên thị trường cùng với những thiết bị khác sắp được tung ra thị trường hay đang trong quy trình tăng trưởng .
Màng lọc nano đã được ứng dụng phổ cập để xử lý muối hòa tan và những chất ô nhiễm có size nhỏ, làm mềm nước và xử lý nước thải. Màng lọc nano đóng vai trò như rào cản vật lý, ngăn ngừa những hạt và vi sinh vật lớn hơn lỗ của màng lọc và vô hiệu có tinh lọc những chất ô nhiễm .
Công nghệ nano sẽ góp thêm phần nâng cấp cải tiến hơn nữa công nghệ màng đồng thời còn làm giảm ngân sách rất lớn trong tiến trình khử mặn. Các nhà khoa học đang tăng trưởng những loại vật tư mới có lỗ nano hoạt động giải trí hiệu suất cao hơn những thiết bị lọc truyền thống lịch sử. Ví dụ, một nghiên cứu và điều tra ở Nam Phi đã chứng tỏ, màng lọc nano hoàn toàn có thể lọc nước uống bảo đảm an toàn từ nước ngầm mặn. Một nhóm những nhà khoa học ở Ấn Độ và Hoa Kỳ đã tăng trưởng những thiết bị lọc bằng ống nano cácbon xử lý vi trùng và virút hiệu suất cao hơn những thiết bị màng lọc truyền thống lịch sử .
Đất sét attapulgite và zeolit trong tự nhiên còn được dùng trong những thiết bị lọc nano. Chúng có những lỗ size nano mét và được sử dụng ở nhiều nơi trên quốc tế. Một điều tra và nghiên cứu sử dụng màng lọc đất sét attapulgite để lọc nước thải của một nhà máy sản xuất sữa ở Algêri cho thấy, loại màng này hoàn toàn có thể lọc những chất hữu cơ trong nước thải để sản xuất nước uống bảo đảm an toàn. Ngoài ra, zeolit cũng được dùng để tách những chất hữu cơ ô nhiễm từ nước và khử những ion sắt kẽm kim loại nặng. Các nhà nghiên cứu tại Tổ chức Nghiên cứu và Khoa học Khối thịnh vượng Ôxtrâylia đã sản xuất ra hydrotalcite, một loại đất sét tổng hợp hấp thụ asen và vô hiệu asen khỏi nước. Các nhà nghiên cứu còn đề xuất kiến nghị về loại bao gói mới cho mẫu sản phẩm này giống như “ túi chè nhúng ” để Giao hàng những người có thu nhập thấp ( Có thể nhúng “ túi chè ” vào những nguồn phân phối nước khoảng chừng 15 phút trước khi uống ). Bán gói chè đã qua sử dụng cho những chính quyền sở tại địa phương sẽ thôi thúc hoạt động giải trí tái chế và giúp xử lý chất thải có chứa asen .

Dùng công nghệ nano để xử lý nước

Các chất xúc tác nano, nam châm từ và thiết bị dò : Các chất xúc tác nano và những hạt nano từ tính là những ví dụ về công nghệ nano hoàn toàn có thể biến nước ô nhiễm nặng thành nước uống, hợp vệ sinh và làm nước tưới. Các chất xúc tác có size nano có những đặc tính xúc tác hiệu suất cao hơn .
Chúng hoàn toàn có thể phân hủy về mặt hóa học những chất ô nhiễm thay vì chỉ đẩy chúng đến nơi khác, kể cả những chất ô nhiễm mà những công nghệ hiện có xử lý không hiệu suất cao hoặc yên cầu ngân sách cao. Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Ấn Độ ở Bangalore đã sử dụng titan oxít nano cho mục tiêu này. Các hạt nano từ tính có diện tích quy hoạnh mặt phẳng lớn tỷ suất với thể tích của chúng và hoàn toàn có thể thuận tiện link với những hóa chất. Trong những ứng dụng về xử lý nước, những hạt nano từ tính hoàn toàn có thể được dùng để link với những chất ô nhiễm như asen hay dầu mỏ để vô hiệu những chất ô nhiễm bằng nam châm từ. Một số công ty đang kinh doanh thương mại hóa những công nghệ này và những nhà nghiên cứu vẫn đang liên tục công bố những phát hiện mới trong nghành này .
Các nhà khoa học tại Đại học Rice ở Hoa Kỳ đang sử dụng hạt “ nano từ tính ” để xử lý asen trong nước uống. Diện tích mặt phẳng hạt nano từ tính lớn nghĩa là nano từ tính hoàn toàn có thể hút asen gấp 100 lần loại nano từ tính có diện tích quy hoạnh mặt phẳng lớn hơn. Nhóm điều tra và nghiên cứu dự báo, 200 – 500 mg nano từ tính hoàn toàn có thể xử lý 1 lít nước. Họ đang tăng trưởng chiêu thức sản xuất nano từ tính từ những thiết bị gia dụng rẻ tiền, sẽ làm giảm đáng kể chi phí sản xuất, đưa mẫu sản phẩm này đến với hội đồng ở những nước đang tăng trưởng .
Cùng với năng lực xử lý nước, công nghệ nano còn phát hiện ra những chất ô nhiễm sinh ra trong nước. Các nhà nghiên cứu đang tăng trưởng những công nghệ cảm ứng mới phối hợp sản xuất ở kích cỡ nhỏ và cỡ nano để tạo ra những bộ cảm ứng nhỏ, di động và có độ đúng chuẩn cao hoàn toàn có thể phát hiện những hóa chất và chất sinh hóa trong nước. Một số consortium trong nghành nghề dịch vụ điều tra và nghiên cứu đang thử nghiệm tại hiện trường những thiết bị này và sẽ nhanh gọn thương mại hóa chúng. Ví dụ, một nhóm những nhà nghiên cứu tại Đại học Pennsylvania đã điều tra và nghiên cứu chiêu thức phát hiện asen trong nước bằng dây nano gắn lên chíp silicon .

Hiện nay, có một số sản phẩm điển hình ra đời ở các nước đang phát triển và các sản phẩm khác bắt nguồn từ nơi khác nhưng liên quan mật thiết với nhu cầu của các nước phương Nam.

1. Xốp nano giữ nước mưa do Viện Công nghệ Massachusetts ( Hoa Kỳ ) sản xuất : Hợp chất polyme và những hạt nano thủy tinh được phủ trên mặt phẳng như vải để hút nước. Xốp nano hoạt động giải trí hiệu suất cao hơn so với vật tư truyền thống cuội nguồn. Xốp nano dung để giữ nước mưa ở những nước : Trung Quốc, Neepal va xứ sở của những nụ cười thân thiện .
2. Hạt nano từ tính xử lý asen do Đại học Rice ( Hoa Kỳ ) sản xuất : Các hạt nano từ tính gồm những ion oxit lơ lửng trong nước link với asen, sau đó vô hiệu bằng một nam châm hút. Ấn Độ, Bangladesh và những nước đang tăng trưởng khác có hàng nghìn trường hợp nhiễm độc asen mỗi năm là do những giếng nước bị ô nhiễm asen .
3. Màng khử mặn do Đại học California, Los Angeles và NanoH2O sản xuất : Hợp chất polyme và hạt nano hút những ion nước và đẩy muối hòa tan. Màng khử mặn đã xuất hiện trên thị trường, cho phép khử mặn với ngân sách nguồn năng lượng thấp hơn so với chiêu thức thẩm thấu .
4. Màng lọc nano do Công ty Saehan ( Nước Hàn ) sản xuất : Màng lọc nano được sản xuất từ polyme có size lỗ từ 0,1 – 10 nano mét. Màng lọc nano được thử nghiệm xử lý nước uống ở Trung Quốc và khử mặn nước ở Iran yên cầu ít nguồn năng lượng hơn giải pháp thẩm thấu ngược .
5. Que nước trong lưới nano do Phòng thí nghiệm Seldon ( Hoa Kỳ ) sản xuất : Thiết bị lọc có hình dạng như cọng rơm sử dụng những ống nano cácbon đặt lên trên vật tư dẻo có lỗ. Que nước làm sạch nước uống .
Các bác sỹ ở châu Phi đang sử dụng mẫu que nước trong lưới nano và mẫu sản phẩm ở đầu cuối sẽ được sản xuất ở những nước đang tăng trưởng với ngân sách thích hợp .
6. Thiết bị lọc thông dụng do Công ty KX ( Hoa Kỳ ) sản xuất : Thiết bị lọc sử dụng lớp sợi nano được sản xuất từ những polyme, nhựa thông, gốm và những vật tư khác để xử lý những chất ô nhiễm. Thiết bị được sản xuất dành riêng cho hộ mái ấm gia đình trong hội đồng ở những nước đang tăng trưởng sử dụng. Các thiết bị lọc hiệu suất cao, dễ sử dụng và không cần phải bảo trì .
7. Thiết bị lọc thuốc bảo vệ thực vật do Viện Công nghệ Ấn Độ ở Chennai và Công ty TNHH Eureka Forbes ( Ấn Độ ) sản xuất : Thiết bị này sử dụng bạc nano để hút và sau đó phân hủy 3 loại thuốc bảo vệ thực vật thường thấy trong những nguồn phân phối nước ở Ấn Độ. Thuốc bảo vệ thực vật thường sống sót trong những nguồn cung ứng nước của những nước đang tăng trưởng. Thiết bị lọc thuốc bảo vệ thực vật hoàn toàn có thể phân phối cho mỗi hộ mái ấm gia đình ở Ấn Độ 6000 lít nước sạch mỗi năm .

Áp dụng công nghệ nano cho thiết bị lọc nước

Công nghệ nano đã được tăng trưởng rộng khắp trong thập kỷ qua và hoàn toàn có thể sản xuất ra nhiều vật tư mới có khoanh vùng phạm vi ứng dụng tiềm năng ví dụ điển hình như những ống nano những bon. Ống nano những bon gồm có những phân tử những bon hình tròn trụ có đường kính vài nano mét – 1 nano mét bằng 1 phần triệu của 1 mm .
Các ống nano những bon có đặc tính điện tử, cơ học và hóa học khác lạ như chúng hoàn toàn có thể được sử dụng để lọc nước ô nhiễm. Các nhà khoa học tại Đại học Vienna mới gần đây đã đăng tải nghiên cứu và điều tra về nghành mới này trên tạp chỉ nổi tiếngEnvironmental Science và Technology .

Các ống nano những bon có nhiều năng lực ứng dụng trong đó có xử lý nước ô nhiễm. Nhiều chất ô nhiễm trong nước có năng lực bám dính mạnh với những ống nano những bon và những chất ô nhiễm được vô hiệu khỏi nước ô nhiễm nhờ những thiết bị lọc được làm từ vật tư nano này, ví dụ điển hình thuốc hòa tan trong nước khó tách ra khỏi nước bằng những bon hoạt tính .

Những khó khăn do sự bão hòa của các thiết bị lọc giảm bớt khi các ống nano các bon có diện tích bề mặt rất rộng (500 m2/gram ống nano) nên khả năng giữ lại các chất ô nhiễm ở mức cao.

Trong thập kỷ qua có nhiều điều tra và nghiên cứu về những ống nano những bon. Tuy nhiên, những đặc tính khác lạ của những ống nano những bon gây khó khăn vất vả cho quy trình nghiên cứu và điều tra. Các chiêu thức thường thì cho ra hiệu quả hạn chế và hoạt động giải trí của những ống nano trong điều kiện kèm theo trong thực tiễn vẫn ít được biết tới. Mélanie Kahm, cán bộ điều tra và nghiên cứu cho dự án Bất Động Sản này cùng với Xiaoran Zhang cho rằng những công nghệ mới thường đi kèm với những quyền lợi và hạn chế cho con người và chất lượng môi trường tự nhiên. Nhận thức thâm thúy về những mối tương tác giữa những chất ô nhiễm và ống nano những bon cũng như phương pháp những ống nano những bon hoạt động giải trí trong thiên nhiên và môi trường là thiết yếu trước khi sử dụng chúng trong những thiết bị lọc .
Một nhóm những nhà nghiên cứu tại khoa Khoa học địa chất môi trường tự nhiên thuộc Đại học Vienna đang thực thi điều tra và nghiên cứu về chủ đề này. Họ đã triển khai phương pháp “ lấy mẫu bị động “ ( passive sampling ) phân phối tài liệu có độ đáng tin cậy cao hơn cho những ứng dụng thực tiễn vì gồm có cả nồng độ có năng lực Open trong thiên nhiên và môi trường ( thường rất thấp ). Trái lại, những chiêu thức truyền thống lịch sử chỉ hoàn toàn có thể xử lý nồng độ cao .

An Nguyên (Tổng hợp)
(Theo khoahoc.tv)

Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay