Thông thường, để loại bỏ các chất ô nhiễm có nồng độ loãng ra khỏi nước, cần phải sử dụng các phương pháp xử lý tiêu tốn nhiều năng lượng và hóa chất. Nhưng, giờ đây, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã đưa ra một phương pháp mới để loại bỏ một cách có chọn lọc các hợp chất không mong muốn có nồng độ thậm chí rất thấp.
Phương pháp này dựa vào quy trình điện hóa để xử lý có chọn lọc các chất ô nhiễm hữu cơ như thuốc trừ sâu và các sản phẩm chất thải hóa học và dược phẩm, ngay cả khi chúng xuất hiện với nồng độ nhỏ chưa đến mức nguy hiểm. Phương pháp mới cũng khắc phục được những hạn chế chủ yếu của các phương pháp tách điện hóa thông thường như làm thay đổi nồng độ axit và giảm hiệu suất do sự cạnh tranh của các phản ứng bề mặt.
Các hệ thống xử lý chất ô nhiễm nồng độ loãng hiện nay sử dụng màng lọc đắt đỏ nên đã hạn chế hiệu quả xử lý chất ô nhiễm nồng độ thấp. Hơn nữa, quá trình điện phân và khử ion điện dung thường cần điện áp cao, có xu hướng gây ra các phản ứng phụ. Một yếu tố cản trở nữa là do lượng muối dư thừa.
Trong hệ thống mới, nước chảy giữa các bề mặt được xử lý hóa học hoặc “chức năng hóa” đóng vai trò như các điện cực dương và âm. Bề mặt điện cực được phủ vật liệu Faradaic thông qua các phản ứng, sẽ tích điện dương hoặc âm. Bề mặt điện cực có thể được điều chỉnh để liên kết chặt chẽ với một loại phân tử chất ô nhiễm cụ thể như nhóm nghiên cứu chứng minh bằng cách sử dụng ibuprofen và nhiều loại thuốc trừ sâu khác. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng quá trình này có thể loại bỏ hiệu quả các phân tử chất ô nhiễm ngay cả ở mức vài phần triệu.
Các nghiên cứu trước đây thường tập trung vào các điện cực dẫn điện hoặc tấm kim loại đã được “chức năng hóa” chỉ trên một điện cực, nhưng chúng thường đạt điện áp cao sinh ra những hợp chất ô nhiễm. Bằng cách sử dụng điện cực chức năng hóa trên cả hai mặt tích điện dương và âm trong một cấu hình không đối xứng, nhóm nghiên cứu gần như đã loại bỏ hoàn toàn các phản ứng phụ này. Ngoài ra, các hệ thống không đối xứng cho phép loại bỏ có chọn lọc đồng thời cả ion âm và ion dương độc hại, như nhóm nghiên cứu đã chứng minh với thuốc diệt cỏ paraquat và quinchlorac.
Quá trình chọn lọc tương tự cũng được áp dụng để thu hồi các hợp chất giá trị cao trong nhà máy sản xuất hóa chất hoặc dược phẩm nơi chúng được thải loại. Xiao Su, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Hệ thống này có thể được áp dụng trong xử lý môi trường để loại bỏ hóa chất hữu cơ độc hại hoặc trong nhà máy hóa chất để thu hồi các sản phẩm giá trị gia tăng vì chúng đều dựa trên một nguyên tắc chung để loại bỏ số lượng rất nhỏ ion từ hệ thống đa ion phức tạp".
Hệ thống vốn có tính chọn lọc cao này trên thực tế có khả năng được thiết kế với nhiều giai đoạn để xử lý theo trình tự nhiều loại hợp chất tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể. Su cho rằng: "Hệ thống này cuối cùng sẽ có ích cho các hệ thống lọc nước tại vùng sâu vùng xa trong thế giới đang phát triển, nơi ô nhiễm thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm và các hóa chất khác thường là một hạn chế trong hoạt động cung cấp nước. Hệ thống có thể hoạt động bằng điện như từ các tấm pin mặt trời ở vùng nông thôn".
Không giống các hệ thống sử dụng màng đòi hỏi áp suất cao cũng như các hệ thống điện hóa khác hoạt động ở điện áp cao, hệ thống mới hoạt động ở điện áp và áp suất tương đối thấp. Trái ngược với các hệ thống trao đổi ion thông thường trong đó việc giải phóng các hợp chất xử lý và sự tái sinh của các chất hấp phụ sẽ cần thêm hóa chất, thì trong trường hợp của hệ thống mới, chỉ cần thao tác chuyển cực của các điện cực để đạt được kết quả tương tự.
Matthew Suss, Giáo sư cơ khí tại Viện Công nghệ Technion tại Israel cho rằng: Kỹ thuật này “rất quan trọng vì nó mở rộng khả năng của các hệ thống điện hóa từ về cơ bản không chọn lọc đến xử lý các chất ô nhiễm quan trọng với khả năng chọn lọc cao. Cũng như nhiều kỹ thuật lọc nước mới, hệ thống vẫn cần được kiểm tra độ bền trong các điều kiện thực tế trong khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, mẫu hệ thống đã đạt hơn 500 chu kỳ, cho kết quả đầy triển vọng”.
(Nguồn: vista.gov.vn)
Phương pháp này dựa vào quy trình điện hóa để xử lý có chọn lọc các chất ô nhiễm hữu cơ như thuốc trừ sâu và các sản phẩm chất thải hóa học và dược phẩm, ngay cả khi chúng xuất hiện với nồng độ nhỏ chưa đến mức nguy hiểm. Phương pháp mới cũng khắc phục được những hạn chế chủ yếu của các phương pháp tách điện hóa thông thường như làm thay đổi nồng độ axit và giảm hiệu suất do sự cạnh tranh của các phản ứng bề mặt.
Các hệ thống xử lý chất ô nhiễm nồng độ loãng hiện nay sử dụng màng lọc đắt đỏ nên đã hạn chế hiệu quả xử lý chất ô nhiễm nồng độ thấp. Hơn nữa, quá trình điện phân và khử ion điện dung thường cần điện áp cao, có xu hướng gây ra các phản ứng phụ. Một yếu tố cản trở nữa là do lượng muối dư thừa.
Trong hệ thống mới, nước chảy giữa các bề mặt được xử lý hóa học hoặc “chức năng hóa” đóng vai trò như các điện cực dương và âm. Bề mặt điện cực được phủ vật liệu Faradaic thông qua các phản ứng, sẽ tích điện dương hoặc âm. Bề mặt điện cực có thể được điều chỉnh để liên kết chặt chẽ với một loại phân tử chất ô nhiễm cụ thể như nhóm nghiên cứu chứng minh bằng cách sử dụng ibuprofen và nhiều loại thuốc trừ sâu khác. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng quá trình này có thể loại bỏ hiệu quả các phân tử chất ô nhiễm ngay cả ở mức vài phần triệu.
Các nghiên cứu trước đây thường tập trung vào các điện cực dẫn điện hoặc tấm kim loại đã được “chức năng hóa” chỉ trên một điện cực, nhưng chúng thường đạt điện áp cao sinh ra những hợp chất ô nhiễm. Bằng cách sử dụng điện cực chức năng hóa trên cả hai mặt tích điện dương và âm trong một cấu hình không đối xứng, nhóm nghiên cứu gần như đã loại bỏ hoàn toàn các phản ứng phụ này. Ngoài ra, các hệ thống không đối xứng cho phép loại bỏ có chọn lọc đồng thời cả ion âm và ion dương độc hại, như nhóm nghiên cứu đã chứng minh với thuốc diệt cỏ paraquat và quinchlorac.
Quá trình chọn lọc tương tự cũng được áp dụng để thu hồi các hợp chất giá trị cao trong nhà máy sản xuất hóa chất hoặc dược phẩm nơi chúng được thải loại. Xiao Su, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Hệ thống này có thể được áp dụng trong xử lý môi trường để loại bỏ hóa chất hữu cơ độc hại hoặc trong nhà máy hóa chất để thu hồi các sản phẩm giá trị gia tăng vì chúng đều dựa trên một nguyên tắc chung để loại bỏ số lượng rất nhỏ ion từ hệ thống đa ion phức tạp".
Hệ thống vốn có tính chọn lọc cao này trên thực tế có khả năng được thiết kế với nhiều giai đoạn để xử lý theo trình tự nhiều loại hợp chất tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể. Su cho rằng: "Hệ thống này cuối cùng sẽ có ích cho các hệ thống lọc nước tại vùng sâu vùng xa trong thế giới đang phát triển, nơi ô nhiễm thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm và các hóa chất khác thường là một hạn chế trong hoạt động cung cấp nước. Hệ thống có thể hoạt động bằng điện như từ các tấm pin mặt trời ở vùng nông thôn".
Không giống các hệ thống sử dụng màng đòi hỏi áp suất cao cũng như các hệ thống điện hóa khác hoạt động ở điện áp cao, hệ thống mới hoạt động ở điện áp và áp suất tương đối thấp. Trái ngược với các hệ thống trao đổi ion thông thường trong đó việc giải phóng các hợp chất xử lý và sự tái sinh của các chất hấp phụ sẽ cần thêm hóa chất, thì trong trường hợp của hệ thống mới, chỉ cần thao tác chuyển cực của các điện cực để đạt được kết quả tương tự.
Matthew Suss, Giáo sư cơ khí tại Viện Công nghệ Technion tại Israel cho rằng: Kỹ thuật này “rất quan trọng vì nó mở rộng khả năng của các hệ thống điện hóa từ về cơ bản không chọn lọc đến xử lý các chất ô nhiễm quan trọng với khả năng chọn lọc cao. Cũng như nhiều kỹ thuật lọc nước mới, hệ thống vẫn cần được kiểm tra độ bền trong các điều kiện thực tế trong khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, mẫu hệ thống đã đạt hơn 500 chu kỳ, cho kết quả đầy triển vọng”.
(Nguồn: vista.gov.vn)
Tin tức liên quan
Đăng nhập
