Graphene lại một lần nữa chứng tỏ mình là siêu vật liệu: có khả năng lọc nước cực kỳ tốt

Theo khám phá mới nhất từ giới khoa học Mỹ, những tấm nhựa sinh học được chế xuất từ graphene có thể được áp dụng lên những nơi chứa nước bẩn hoặc hàm lượng muối quá lớn, giúp nước trở nên an toàn khi uống đối với cơ thể con người.

Kết quả trên trên là một minh chứng sinh động và rõ rệt nhất cho tác dụng to lớn của graphene, bộc lộ một tiềm năng hứa hẹn trong tương lai, đóng vai trò như một biện pháp rẻ mà lại vô cùng hữu hiệu trong khía cạnh sản xuất nước sạch cho những quốc gia đang phát triển còn gặp nhiều khó khăn.

Cơ chế hoạt động của những tấm nhựa sinh học hai lớp này bao gồm hút nước lên từ phía dưới, sau đó làm bốc hơi lên lớp trên cùng, đồng thời giữ lại những phân tử có hại trong khi nước sạch được cô đọng và ngưng tụ lại trên bề mặt ngoài cùng.

"Toàn bộ quy trình đó đều rất dễ hiểu, và công đoạn sản xuất ra những sản phẩm đột phá ấy cũng không có gì là khó khăn cả," một thành viên trong nhóm nghiên cứu - Srikanth Singamaneni đến từ Đại học Washington cho biết.

"Chúng tôi hy vọng nó sẽ giúp ích nhiều cho những đất nước nơi có nhiều ánh nắng, như Ấn Độ chẳng hạn; chúng sẽ tỏ ra rất hữu ích khi nhanh chóng sản sinh ra nước sạch để trực tiếp sinh hoạt và sử dụng."

Graphene (lớp liên kết tinh thể carbon) được ứng dụng ở lớp trên cùng của tấm lọc là ở dạng graphene oxide. Thành phần hóa học của lớp bề mặt này cách ly nhiệt độ từ Mặt Trời để từ đó tối ưu hóa hiệu quả lọc chất bẩn. Lớp bên dưới, được cấu tạo từ một hợp chất hữu cơ bắt nguồn từ cellulose nguyên sơ và sản sinh từ các vi khuẩn nuôi cấy, có tác dụng hút nước vào để lọc. Nhìn chung, mỗi thành phần làm một nhiệm vụ khác nhau, bù trừ và phối hợp để cho ra kết quả tốt nhất.

Cụ thể, quá trình làm ra những tấm nhựa sinh học trên cũng khá thú vị và mới mẻ: vi khuẩn được nuôi cấy để tạo ra cellulose, các phân tử graphene oxide được thêm vào trong nửa phân đoạn đầu, từ đó tạo nên lớp trên cùng.

Phần còn lại của tấm nhựa thì vô cùng nhẹ và chi phí sản xuất tính tổng thể lại không hề tốn kém một chút nào, khiến cho phương pháp này trở nên phổ biến với ngay cả những khu vực sâu xa, khó khăn, nơi mà nguồn cung cấp nước chưa được đầu tư đúng cách.

"Những thành phần và nguyên tố cần để sản xuất sản phẩm này đều rất dễ tìm," Singamaneni cho biết thêm. "Do đó quy mô sản xuất cũng rất thuận lợi."

Đây thực chất chưa phải là dự án duy nhất được lập ra để khai thác giá trị của năng lượng Mặt trời vào một hệ thống lọc nước hiệu quả. Năm ngoái, một nhóm nghiên cứu từ MIT đã giành cho mình giải thưởng sáng tạo cho phát minh tương tự sử dụng năng lượng mặt trời, liên quan đến thiết kế xe toa móoc.

Cụ thể, ở đó, các tấm quang điện được dùng để sạc bộ phận pin năng lượng, sau đó cấp điện hoạt động cho hệ thống tách ion điện phân để khử sạch nước. Tuy vậy, phát kiến đến từ Đại học Washington lại không cần đến một chút điện nào cả.

Trong khí đó, một kế hoạch phát triển khác cũng đang được gấp rút hoàn thiện ở Ai Cập nhằm mục đích làm sạch nước gần giống như trên. Kỹ thuật khử muối của họ được xây dựng trên cơ chế thoát hơi nước qua màng, bắt nguồn từ ý tưởng của các nhà khoa học tại Đại học Alexandria, khiến cho phân tử muối được giữ lại ở màng tổng hợp.

Mặc dù mới chi bước những bước đi chập chững ban đầu trên chặng đường khoa học, thế nhưng những minh chứng trên quả thực là một cuộc cách mạng trong việc toàn diện hóa công nghệ tinh chế và lọc nước với quy mô tiếp cận đến mọi ngóc ngách và vùng miền trên toàn thế giới.

Tham khảo: sciencealert