Màng nano biến nước mặn thành nước ngọt siêu hiệu quả

Các kỹ sư Mỹ sáng tạo ra cách lọc nước biển mới, có tác dụng lọc nước mặn cao hơn màng graphene tới 70%, có thể giải quyết cuộc khủng hoảng nước ngọt trong lâu dài.
 

 

Màng MoS2 lọc nước. Ảnh: Mohammad Heiranian/University of Illinois

"Trái Đất là một hành tinh đầy nước, nhưng lại có rất ít nước uống được", giáo sư Narayana Aluru, chuyên ngành khoa học và kỹ thuật cơ khí, Đại học Illinois, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết. "Nếu chúng ta có thể tìm ra một phương pháp lọc nước biển với giá rẻ, có thể giải quyết được cuộc khủng hoảng nước".

Theo Sciencealert, loại vật liệu mới cho các phân tử nước đi qua các lỗ cực nhỏ, gọi là "nanopores" và chặn lại muối cùng các chất bẩn khác. Đây là một màng mỏng, độ dày cỡ nanomet, chế tạo bằng vật liệu molybdenum disulphide (MoS2), với các lỗ nanopores. Molybdenum (Mo) là một kim loại chuyển tiếp rất cứng và có màu trắng bạc. Màng này có tác dụng lọc nước mặn hiệu quả nhất trong số các màng mỏng nano hiện nay, cao hơn màng graphene 70%.

MoS2 có thể đáp ứng được yêu cầu trên, cả về tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành hệ thống khử mặn. Quá trình khử mặn thông thường dựa trên nguyên lý thẩm thấu ngược khi cho dòng nước biển đi qua một màng nhựa mỏng. Tuy nhiên cách làm này có một số nhược điểm.

Kích thước micro của các màng vẫn là quá lớn nếu so với nano (gấp 1.000 lần), nghĩa là cần đẩy dòng nước biển với một áp suất lớn hơn, cần nhiều năng lượng hơn để hoạt động. Chúng cũng dễ bị tắc nghẽn, làm tăng chi phí bảo trì.

Với màng nano MoS2, nước biển có thể đi qua dễ dàng hơn, làm giảm hoặc mất hẳn các nhược điểm trên. Ngoài ra, theo cấu tạo phân tử MoS2, nguyên tử Mo nằm ở trung tâm sẽ hút nước, trong khi lưu huỳnh (S) thì đẩy theo cùng hướng, làm cho tốc độ nước đi qua nanopore tăng.

"Nó kết hợp cả tính chất hóa học của MoS2 và dạng hình học của nanopore. Nhờ đó, chúng ta không cần phải chức năng hóa các lỗ nanopore, quá trình cực kỳ phức tạp với màng graphene", Mohammad Heiranian, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Các nhà nghiên cứu sẽ bắt tay với các hãng sản xuất để đưa công nghệ này vào cuộc sống. Họ tự tin có thể sản xuất hàng loạt ở quy mô công nghiệp. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications hôm 14/10.