Theo Liên hiệp quốc, mỗi năm có hai triệu người – chủ yếu là trẻ em – chết vì những chứng bệnh liên quan đến nước, thí dụ như tiêu chảy và bệnh tả. Đặc biệt dễ bị xâm hại là những người sống trong vùng vừa trải qua một thảm họa, thí dụ các nạn nhân của trận động đất gần đây ở Haiti, họ phải vật lộn để có nước sạch sau sự phá hủy nghiêm trọng đối với các nguồn nước. Tuy nhiên, một kĩ thuật lọc ra nước uống từ nước biển, chỉ sử dụng những lượng nhỏ năng lượng có thể mang đến công nghệ linh động có thể giúp giải quyết được tình huống thảm khốc này.
Ảnh: Sung Jae Kim, MIT
Kĩ thuật trên, do các nhà nghiên cứu ở Mĩ và Hàn Quốc phát triển, làm chủ việc lọc muối ra khỏi nước, sử dụng một hệ thống điện tử đơn giản trên một con chip nhỏ xíu. Quá trình bắt đầu bằng cách cho nước đi qua một rãnh nhro xíu trên một chip polymer – với bề rộng chỉ 500 µm – cho đến khi nó chạm tới một chỗ tiếp xúc, sau đó tách thành hai ống khác nhau. Bằng cách thiết lập một điện thế dọc theo một trong những ống này, các ion muối bị kéo về phía rãnh này ở dạng nước mặn, trong khi nước đã tách muối chảy xuống rãnh thứ hai dưới tác dụng của trọng lực.
Để chứng minh kĩ thuật trên, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một con chip biến đổi thành công nước biển, với hàm lượng muối 30.000 mg/l, thành nước tinh khiết với độ muối chưa tới 600 mg/l, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế dành cho nước tinh khiết.
Hiệu quả cao
Kĩ thuật trên, được đặt tên là sự phân cực nồng độ ion (ICP) so ra khá ưu việt so với những phương pháp lọc muối đã biết xét về phương diện tiêu thụ năng lượng, nó đòi hỏi chưa tới 3,5 Wh/l. Sự thẩm thấu nghịch, chẳng hạn, hoạt động bằng cách buộc nước biển đi qua một màng thấm ở áp suất cao để bắt lấy muối, đòi hỏi 10-15 Wh/l. Và phương pháp thẩm tách bằng điện, hoạt động bằng cách cho các ion muối từ một dung dịch sang dung dịch kia bằng phương tiện màng trao đổi ion, đòi hỏi 5 Wh/l.
Ngoài khả năng lọc muối, ICP còn có thể lọc những phân tử lớn hơn có tiềm năng gây hại, thí dụ như các tế bào, virus và vi khuẩn. Sự thẩm thấu nghịch và phương pháp thẩm tách bằng điện cũng có thể lọc bỏ những hạt này nhưng, trong cả hai trường hợp, các màng lọc bị những hạt này làm cho tắc nghẽn.
Thử thách tiếp theo đối với các nhà nghiên cứu triển khai dụng cụ của họ thành một công nghệ có giá trị. Vì một đơn vị chỉ tạo ra được 10 μl trong một phút, nên các nhà nghiên cứu ước tính họ sẽ cần đến 10.000 đơn vị kết hợp để tạo ra một lượng nước đủ dùng, trong khi vẫn giữ cho dụng cụ thật nhỏ gọn – họ ước tính nó sẽ chừng 30 cm x 20 cm.
Tăng công suất
Sung Jae Kim, một trong các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts, phát biểu với physicsworld.com rằng việc xây dựng một dụng cụ lớn hơn sẽ tương đối dễ dàng, và họ sẽ chế tạo 100 đơn vị dụng cụ trong vòng hai năm. “Chúng tôi có học được nhiều kinh nghiệm từ các công ti – chúng tôi chào đón các thảo luận, song trước tiên chúng tôi cần phải kiểm tra thêm”, ông nói. Một khía cạnh quan trọng là phải đảm bảo mọi hydrocarbon nguy hiểm và kim loại nặng cũng được lọc khỏi nước biển, nhiệm vụ đó chưa thực hiện được trong dụng cụ hiện có.
Mark Shannon, một nhà nghiên cứu tinh lọc nước tại trường đại học Illinois ở Urbana-Champaign nhìn thấy tiềm năng to lớn ở dụng cụ mới trên. “Những người đầu tiên hưởng lợi sẽ là những du khách ở thế giới đang phát triển, những phòng khám y khoa cỡ nhỏ, phòng cấp cứu và trại tị nạn trong thời buổi tai ương, thí dụ như ở Haiti”.
Tuy nhiên, Shannon đồng ý rằng việc phát triển thêm là cần thiết để đảm bảo tính tinh khiết của nước đã lọc muối. “Có lẽ bạn vẫn cần đến một hàng rào như một màng lọc nano để đảm bảo gần như không có mầm bệnh nào đi qua, đó là yêu cầu thiết yếu nhằm ngăn chặn những virus và vi khuẩn đường ruột có khả năng truyền nhiễm cao như virus bệnh tả có thể gây bệnh và chết chóc nghiêm trọng nếu chúng qua lọt”.
Nghiên cứu này công bố trên tờ Nature Nanotechnology.
Theo physicsworld.com
