Ảnh: Greenprophet
Theo một báo cáo do tổ chức y tế thế giới (WHO) và UNICEF công bố tuần qua, tính đến năm 2011 có khoảng 768 triệu người trên thế giới đang phải sống phụ thuộc vào những nguồn nước uống không được cải thiện và 185 triệu người vẫn đang sử dụng nước mặt cho nhu cầu hàng ngày. WHO và UNICEF đã thiết lập một mục tiêu là vào năm 2030, mọi người trên thế giới đều có thể tiếp cận các nguồn cung cấp nước uống an toàn và công nghệ lọc nước bằng hạt tẩy uế nano (nanoscavenger) của đại học Stanford có thể giúp 2 tổ chức đạt được mục tiêu này.
Có nhiều loại hạt nano sở hữu các đặc tính lọc nước khác nhau. Chẳng hạn như hạt nano bạc hoạt động như một loại kháng sinh, hạt titan dioxit (titanium dioxide) hút các kim loại nặng và chất bẩn trong khi một số khác lại khử muối. Các kỹ sư gọi loại hạt nano này là nanoscavenger (scavenger là loài ăn xác thối) và trong những năm gần đây, họ vẫn đang tìm cách sử dụng chúng để tẩy uế, thanh lọc và khử muối nhiễm trong nước.
Các hạt tẩy uế nano bám dính trên nam châm vĩnh cửu.
Vấn đề chính là làm sao thu hồi các hạt tẩy uế nano từ nước sau khi chúng hoàn tất nhiệm vụ. Các nhà nghiên cứu đã đưa ra nhiều biện pháp, chẳng hạn như bổ sung một lõi sắt oxit (iron oxide) cho các hạt tẩy uế nano để chúng có tính từ và sau đó thu lại bằng nam châm. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có mặt hạn chế là không thể loại bỏ tất cả các hạt nano bởi sắt oxit không hoàn toàn bị hút bởi nam châm. Điều này đã được chứng minh khi các nhà nghiên cứu ngâm hạt tẩy uế lõi sắt oxit bọc bạc bên ngoài vào nước nhiễm vi khuẩn E. coli. Sau khi tẩy trùng nước, chúng được thu hồi bằng một thỏi nam châm vĩnh cửu nhưng hiệu suất chỉ dừng lại ở 20% hạt sau 5 phút.
Để khắc phục vấn đề trên, nhóm nghiên cứu tại Stanford đã phát triển một loại hạt tẩy uế nano mới với lõi sắt oxit được thay thế bằng lõi tổng hợp, phản ứng siêu nhạy với từ tính. Phần lõi mới có nhân titan và được bao bọc bởi các lớp đĩa từ xếp chồng lên nhau. Sự kết hợp này khiến hạt tẩy uế mới không có từ tính trong môi trường tự nhiên, vì vậy chúng không dính vào nhau hay vào các vật liệu từ tính khác.
Mingliang Zhang - ứng viên tiến sĩ khoa học và kỹ thuật vật liệu tại Stanford cho biết: "Mô-men từ của 2 lớp ngoài cùng ngược nhau. Lực từ tính trong lớp trên và lớp dưới hướng ra các hướng đối nhau vì vậy từ tính của vật liệu bị khử." Tuy nhiên, khi lõi tổng hợp được đưa vào một từ trường mạnh, từ tính của 2 trường đối diện thẳng hàng, do đó chúng không chỉ có đặc tính từ mà còn trở nên cực kỳ nhạy cảm với từ tính. Các nhà nghiên cứu gọi sáng kiến này là "lõi tổng hợp phản thiết từ".
Xác vi khuẩn E. coli đã chết dính trên màng lọc nước sau khi được xử lý bởi hạt tẩy uế nano.
Qua thử nghiệm so sánh với hạt tẩy uế nano lõi sắt dioxit, loại hạt nano lõi tổng hợp với vỏ bạc chiếm tỉ lệ 17 phần triệu đã tiêu diệt được 99,9% vi khuẩn E. coli trong 20 phút. Đồng thời, tất cả các hạt tẩy uế nano đều được thu hồi sau 5 phút bằng nam châm vĩnh cửu.
"Trong nước bẩn, các hạt tẩy uế nano trôi tự do xung quanh và tiêu diệt vi khuẩn hoặc hút các phân tử ô nhiễm một cách ngẫu nhiên. Khi các chất gây ô nhiễm bám dính vào hạt tẩy uế nano (vi khuẩn thì bị giết chết), từ tính được kích hoạt và các hạt biến mất," tác giả nghiên cứu - Shan Wang cho biết.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang phát triển các phiên bản khác của hạt tẩy uế nano để xử lý từng loại chất gây ô nhiễm. Ngoài ra, họ cũng phát triển một loại hạt "tất cả trong một", kích thước lớn hơn một chút so với loại hạt tẩy uế nano nói trên và có khả năng lọc nước bị ô nhiễm bởi nhiều chất. Loại hạt này sẽ được phủ ngoài bằng một loạt các chất phản ứng khác nhau.
Xing Xie - ứng viên tiến sĩ kỹ thuật môi trường và đời sống tại Stanford cho biết: "Chúng tôi hy vọng một ngày nào đó giải pháp tất cả trong một sẽ có thể giải quyết nước bị ô nhiễm từ nhiều nguồn. Một công nghệ thanh lọc như vậy có thể rất hữu ích trong công tác phục hồi nước sạch tại các quốc gia phát triển và những khu vực khô hạn nơi số lượng và chất lượng nước cực kỳ quan trọng."
