Tue10262021

Last update12:17:51 AM GMT

Các hồ lớn nhất thế giới tiết lộ xu hướng biến đổi khí hậu

Nghiên cứu này do NASA tài trợ để nghiên cứu về 11 hồ nước ngọt lớn nhất trên thế giới, từ việc kết hợp quan sát thực địa và vệ tinh để tìm hiểu hơn về cách các hồ nước lớn cố định carbon, cũng như cách thức tương tác giữa biến đổi khí hậu và các hồ.

Màng lọc chức năng cao được phát triển để sản xuất nước ngọt từ nước biển

Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Matsuyama Hideto tại Trung tâm Nghiên cứu Màng và Công nghệ Phim của Đại học Kobe đã phát triển thành công một loại màng khử muối mới, bằng cách cán vật liệu carbon hai chiều (1) lên bề mặt của màng polyme xốp (2) .

Màng khử mặn được sử dụng để sản xuất nước ngọt từ nước biển. Để giải quyết vấn đề thiếu hụt nguồn nước ngọt trên toàn thế giới, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển các màng khử muối không chỉ thấm nước nhanh hơn màng hiện đang sử dụng mà còn loại bỏ muối hiệu quả và thực hiện các hệ thống khử muối năng lượng thấp hơn, hiệu quả hơn.

Trong nghiên cứu này, các tấm nano graphene oxit (3) là một loại vật liệu nano hai chiều, được xếp chồng lên bề mặt của một màng xốp sau khi được xử lý khử hóa học (4) , tạo điều kiện cho lớp màng khử muối khoảng 50 nanomet (nm) được phát triển. Màng được phát triển có khả năng thực hiện quá trình khử muối hiệu quả cao vì nó có thể kiểm soát khoảng trống giữa các tấm nano và điện tích trên bề mặt của tấm nano. Hy vọng rằng nghiên cứu này sẽ đóng góp vào việc ứng dụng và thực hiện các màng khử mặn trong tương lai. Các kết quả nghiên cứu này đã được công bố trên Tạp chí Hóa học Vật liệu A vào ngày 18 tháng 11 năm 2020.

Cơ sở nghiên cứu

97,5% lượng nước trên Trái đất là nước biển và chỉ 2,5% là nước ngọt. Trong đó, chỉ 0,01% nguồn nước ngọt có thể được xử lý dễ dàng để con người sử dụng. Tuy nhiên, với tốc độ dân số tiếp tục tăng hàng năm, người ta dự đoán rằng trong vài năm tới, 2/3 dân số thế giới sẽ không được tiếp cận đủ với nước ngọt. Thiếu nước trên toàn thế giới là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất mà nhân loại phải đối mặt. Do đó, việc áp dụng các công nghệ để chuyển đổi nguồn nước biển dồi dào thành nước ngọt là điều rất quan trọng và cần thiết.

Phương pháp bay hơi đã được sử dụng để chuyển nước biển thành nước ngọt, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi một lượng lớn năng lượng để làm bay hơi nước biển và loại bỏ muối (khử muối). Mặt khác, các phương pháp tách màng chỉ sử dụng năng lượng thấp, nước ngọt được sản xuất bằng cách lọc nước ra khỏi nước biển và loại bỏ muối. Hiện tại, các phương pháp sản xuất nước ngọt từ nước biển sử dụng màng đã có nhiều nơi thực hiện, nhưng với các màng khử mặn được phát triển cho đến nay thì tốc độ thẩm thấu và khả năng khử mặn luôn tỷ lệ với nhau. Do đó, điều quan trọng là phải phát triển một màng khử muối mang tính cách mạng từ các vật liệu mới để giúp cho nước biển có thể khử muối với tốc độ hiệu quả cao hơn.

Phương pháp nghiên cứu

Nhóm nghiên cứu này đã phát triển một màng khử mặn chức năng cao bằng cách cán màng với vật liệu carbon hai chiều có độ dày xấp xỉ một nguyên tử carbon. Các vật liệu carbon 2D này là các tấm nano oxit graphene đã được khử về mặt hóa học để tạo hệ thống liên kết π-π(6) được tăng cường. Đồng thời áp dụng các lớp phủ nano với sự xen kẽ của các phân tử phẳng(5) dựa trên porphyrin (với các nhóm tích điện và hệ thống liên hợp π) lên bề mặt của màng xốp, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một lớp màng khử muối siêu mỏng dày khoảng 50nm. Lớp này thể hiện chức năng ngăn chặn ion cao vì kích thước của các kênh nano(8) (khoảng trống giữa mỗi tấm nano) chỉ khoảng 1nm. Hơn nữa, do sự xếp chồng π-π mạnh mẽ giữa các tấm nano trong màng nhiều lớp nano thì các khoảng trống này luôn thể hiện tính liên tục và ổn định, cho thấy khả năng nó có thể được sử dụng trong một thời gian dài. Ngoài ra, không bị mất chức năng khử muối ngay cả khi ở áp suất 20 bar.

Các nhà nghiên cứu tiết lộ rằng sự chuyển giao của các ion bên trong màng nhiều lớp nano được phát triển đã bị triệt tiêu hiệu quả bởi lực đẩy tĩnh điện(7) trên bề mặt tấm nano. Lực đẩy tĩnh điện này có hiệu quả cao khi độ rộng của các kênh nano được kiểm soát thích hợp. Đối với vật liệu tấm nano được sử dụng trong nghiên cứu này, chiều rộng của các kênh nano có thể được giới hạn bằng cách kiểm soát quá trình khử hóa học và tỷ lệ xen phủ của các phân tử phẳng dựa trên porphyrin.

NaCl là thành phần chính của các ion nước biển và dễ dàng thấm qua các màng lọc. Tuy nhiên, màng nhiều lớp nano được tạo ra trong điều kiện tối ưu có thể ngăn chặn được khoảng 95% NaCl.

Sự phát triển xa hơn

Màng nhiều lớp nano 2D được phát triển thông qua nghiên cứu này được tạo ra bằng cách điều chỉnh sự khử tấm graphene bị oxy hóa và tỷ lệ xen kẽ giữa các phân tử phẳng, do đó cho phép kiểm soát cả không gian lớp xen giữa các tấm nano và hiệu ứng đẩy tĩnh điện. Ngoài màng khử muối, kỹ thuật này cũng có thể được áp dụng để phát triển các màng tách chất điện ly khác nhau.

Công nghệ khử muối năng lượng thấp sử dụng màng tách là không thể thiếu để giảm tình trạng thiếu nước. Người ta hy vọng rằng công nghệ này sẽ góp phần giải quyết vấn đề cạn kiệt nguồn nước trên toàn thế giới. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ cố gắng cải thiện chức năng của màng cao hơn nữa để phát triển hiệu quả trên thực tế.

Chú giải

(1) Vật liệu carbon hai chiều: Một lớp đơn của các nguyên tử carbon liên kết cộng hóa trị theo hai chiều. Cụ thể, graphene là một lớp đơn nguyên tử cacbon với các liên kết cộng hóa trị bền vững được sắp xếp trong một mạng lưới tổ ong.

(2) Màng polyme xốp: một màng có các lỗ siêu mịn có kích thước từ vài nanomet đến 100 nanomet.

(3) Graphene oxide: Một vật liệu carbon được điều chế bằng cách oxy hóa graphene. Khi graphene được oxy hóa, nó được cấu tạo bằng các nhóm chức oxy hóa khác nhau bao gồm các nhóm epoxit, cacboxyl, cacbonyl và hydroxyl.

(4 )Xử lý khử hóa học: Một quá trình mà chất khử được sử dụng để khử một oxit. Trong nghiên cứu này, axit L- ascorbic và amoniac đã được sử dụng để khử oxit graphene.

(5) Phân tử phẳng: Một phân tử có cấu trúc hai chiều (phẳng).

(6) Hệ thống liên kết π - π (Pi): Thuật ngữ chung cho cấu trúc phân tử trong đó các điện tử π được tạo thành bởi liên kết đôi không bị giới hạn trong một phần của phân tử mà được phân bố rộng rãi. Điều này xảy ra khi một liên kết đôi được gắn vào một liên kết đơn.

(7) Lực đẩy tĩnh điện: Lực đẩy giữa một ion bao quanh một điện tử phù hợp và nhóm chức ion buộc ion và nhóm chức ion tách rời nhau.

(8) Kênh nano: Một kênh có các khoảng trống kích thước nanomet trong đó.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/01/210122102022.htm

Dự báo chất lượng nước ven biển

Theo nghiên cứu mới của Stanford, được đăng trên Tạp chí Khoa học & Công nghệ Môi trường, đã công bố một mô hình dự đoán chất lượng nước tại các bãi biển chỉ sau một hoặc hai ngày lấy mẫu nước thường xuyên, điều này rất cần thiết để giảm thiểu bệnh tật cho hàng triệu người đi biển hàng năm do nước bị ô nhiễm. Phương pháp này được thử nghiệm ở California, có thể được sử dụng để theo dõi các khu vực ven biển không được giám sát, là chìa khóa để bảo vệ cuộc sống và các nền kinh tế đại dương đang phát triển mạnh trên toàn thế giới.

“Công trình là sự kết hợp của kiến ​​thức về vi sinh học, các quá trình ven biển và khoa học dữ liệu để tạo ra một công cụ quản lý hiệu quả một trong những nguồn tài nguyên quý giá nhất của chúng ta và bảo vệ sức khỏe con người”, Alexandria Boehm, giáo sư khoa kỹ thuật dân dụng và môi trường, Đại học Stanford cho biết.

Nồng độ vi khuẩn chỉ thị trong phân (FIB) - biểu thị sự hiện diện của các chất trong phân, là một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng nước không an toàn tại các bãi biển, không đảm bảo sức khỏe và sự an toàn của con người. Trong khi tất cả nước biển đều chứa một số mầm bệnh, chẳng hạn như vi khuẩn hoặc vi rút, chúng thường được pha loãng đến nồng độ vô hại. Tuy nhiên, khi có những thay đổi về lượng mưa, nhiệt độ nước, gió, dòng chảy, chất thải tàu thuyền, tràn cống thoát nước mưa, gần nhà máy xử lý chất thải, động vật và chim nước có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước. Tiếp xúc với những chất gây ô nhiễm này có thể gây ra nhiều bệnh tật, bao gồm các bệnh về đường hô hấp và đường tiêu hóa, cùng với các bệnh nhiễm trùng da, mắt và tai cho người bơi trên biển.

Bang California có 840 dặm đường bờ biển, việc bảo vệ con người và vùng biển vùng duyên hải là rất cần thiết. Hàng năm thu hút tới hơn 150 triệu khách du lịch đến với biển, bao gồm các hoạt động như bơi, lướt sóng, lặn và vui chơi tại 450 bãi biển của bang, tạo ra doanh thu hơn 10 tỷ đô la. Theo Ban Kiểm soát Tài nguyên Nước Tiểu bang California, trên địa bàn có các cơ quan y tế trên 17 quận, các nhà máy xử lý nước thải thuộc sở hữu công, các nhóm môi trường và một số nhóm khoa học công dân đang thực hiện lấy mẫu nước biển trên toàn tiểu bang. Tuy nhiên, không phải tất cả các vùng nước ven biển đều được kiểm tra thường xuyên do các vấn đề về khả năng tiếp cận, hạn chế về nguồn ngân sách hoặc theo mùa, mặc dù có nhiều người đang sử dụng nguồn nước đó.

Một trở ngại khác đối với việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng nằm ở khoảng thời gian giữa việc lấy mẫu nước và kết quả, lên đến hai ngày, khiến các nhà quản lý bãi biển đưa ra quyết định phản ánh tình trạng chất lượng nước bị chậm trễ. Khi các vùng nước được giám sát có chứa hàm lượng vi khuẩn cao và gây nguy hiểm cho sức khỏe, các nhà quản lý bãi biển sẽ treo biển cảnh báo hoặc đóng cửa các bãi biển. Sự chậm trễ trong các phương pháp thử nghiệm hiện tại có thể vô tình khiến người bơi tiếp xúc với vùng nước không tốt cho sức khỏe.

Để khắc phục những hạn chế này, các nhà nghiên cứu đã kết hợp lấy mẫu nước và dữ liệu môi trường với các phương pháp học máy để dự báo chính xác chất lượng nước. Mặc dù các mô hình dự báo về chất lượng nước không phải là mới, nhưng chúng thường yêu cầu lịch sử dữ liệu kéo dài vài năm để được phát triển. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mẫu nước được thu thập trong khoảng thời gian 10 phút trong khoảng thời gian tương đối ngắn từ một đến hai ngày tại các bãi biển ở Santa Cruz, Monterey và Huntington Beach. Trong số ba địa điểm, 244 mẫu được đo nồng độ FIB và được đánh dấu là trên hoặc dưới mức chấp nhận được mà tiểu bang cho là an toàn. Sau đó, các nhà nghiên cứu thu thập dữ liệu khí tượng như nhiệt độ không khí, bức xạ mặt trời và tốc độ gió cùng với dữ liệu hải văn bao gồm mực nước thủy triều, độ cao của sóng và nhiệt độ nước (tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ FIB) trong cùng một khung thời gian.

Sử dụng dữ liệu chất lượng nước ghi lại với tần xuất cao và phương pháp học máy, họ đã tạo ra các mô hình máy tính để dự đoán chính xác nồng độ FIB ở cả ba bãi biển. Các nhà nghiên cứu nhận thấy việc lấy mẫu nước hàng giờ trong 24 giờ liên tục ghi lại toàn bộ chu kỳ thủy triều và mặt trời đã đủ chứng minh cho kết quả đáng tin cậy. Việc cung cấp dữ liệu khung về khí tượng và thủy triều từ các khoảng thời gian dài hơn dẫn đến các dự đoán chất lượng nước trong tương lai đáng tin cậy trong ít nhất cả một mùa. Searcy nói: “Những kết quả này thực sự mang lại nhiều thông tin quý giá cho những người muốn biết điều gì đang xảy ra với chất lượng nước tại bãi biển của họ. Với một số dữ liệu của một ngày lấy mẫu, những cộng đồng này có thể thu thập dữ liệu cần thiết để bắt đầu hệ thống mô hình chất lượng nước của riêng họ."

Một kết quả phân tích có thể truy cập công khai, cũng có thể được phát triển để dự đoán chính xác các chất gây ô nhiễm khác như tảo có hại, kim loại và chất dinh dưỡng được biết là tàn phá vùng biển địa phương. Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng cần phải phân tích nhiều hơn chất lượng nước để xác định chính xác khung thời gian cảnh báo và lưu ý rằng việc liên tục đánh giá và cải tiến các mô hình vẫn là phương pháp tốt nhất để dự đoán ngày càng chính xác hơn.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/01/210122085025.htm

Cửa sông đang nóng lên gấp đôi so với tốc độ của đại dương và bầu khí quyển

Các cửa sông trên bờ biển phía đông nam Australia đang nóng lên với tốc độ gấp đôi so với đại dương và bầu khí quyển, một nghiên cứu mới đã được tìm thấy.

Dữ liệu mực nước: Chìa khóa để giảm khí thải nhà kính do suy thoái đất than bùn

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên Hợp Quốc (FAO) công bố kế hoạch chi tiết về biện pháp giúp các quốc gia có thể giữ carbon trong các bể chứa carbon dễ vỡ trên đất liền để giảm lượng khí thải nhà kính.

Loại bỏ coronavirus mới từ chu trình nước

Các nhà khoa học biết rằng coronavirut, cụ thể là virut SARS-CoV-2 gây nên đại dịch COVID-19 trên toàn thế giới có thể vẫn tồn tại và lây nhiễm trong nhiều ngày hoặc thậm chí lâu hơn trong nước thải và nước uống.

Hai nhà nghiên cứu, Haizhou Liu, phó giáo sư kỹ thuật hóa học và môi trường tại Đại học California, Riverside; và Giáo sư Vincenzo Naddeo, Giám đốc Phòng Kỹ thuật Môi trường Vệ sinh tại Đại học Salerno, đã kêu gọi thử nghiệm thêm để xác định xem phương pháp xử lý nước có hiệu quả trong việc tiêu diệt SARS-CoV-2 và coronavirus nói chung hay không. "Đại dịch COVID-19 đang diễn ra khiến nhu cầu cấp thiết về việc đánh giá cẩn thận sự tồn tại và kiểm soát loại virus truyền nhiễm này trong môi trường", Liu nói. "Các kỹ sư môi trường như chúng tôi có điều kiện tốt để áp dụng chuyên môn giải quyết các nhu cầu này với sự hợp tác quốc tế để bảo vệ sức khỏe cộng đồng."

Trong đại dịch SARS năm 2003 tại Hồng Kông, rò rỉ nước thải đã gây ra một loạt các trường hợp lây nhiễm thông qua quá trình khí dung. Mặc dù không có trường hợp COVID-19 nào bị nhiễm do rò rỉ nước thải nhưng coronavirus mới có liên quan chặt chẽ với trường hợp gây ra SARS và có thể lây nhiễm qua con đường này.

Các coronavirus mới cũng có thể xâm chiếm các màng sinh học nối liền các hệ thống nước uống làm cho vòi hoa sen trở thành một nguồn lây truyền khí dung. Con đường lây truyền này được cho là một nguồn tiếp xúc chính với vi khuẩn gây bệnh Legionnaire (một bệnh nhiễm khuẩn do vi khuẩn có tên Legionella gây ra).

May mắn thay, hầu hết các thói quen xử lý nước được cho là tiêu diệt hoặc loại bỏ coronavirus hiệu quả trong cả nước uống và nước thải. Oxy hóa bằng axit hypochlorous hoặc axit peracetic và bất hoạt bởi chiếu xạ tia cực tím, cũng như clo, được cho là có thể tiêu diệt virus corona. Trong các nhà máy xử lý nước thải sử dụng các phản ứng sinh học màng tác động tổng hợp của các vi sinh vật có lợi và sự phân tách vật lý của chất rắn lơ lửng lọc ra các virus tập trung trong bùn thải.

Tuy nhiên, Liu và Naddeo thận trọng, hầu hết các phương pháp này chưa được nghiên cứu về hiệu quả cụ thể trên SARS-CoV-2 và các coronavirus khác, họ đã kêu gọi nghiên cứu bổ sung. Họ cũng đề nghị nâng cấp cơ sở hạ tầng xử lý nước và nước thải hiện có tại các điểm nóng bùng phát, từ những nơi như bệnh viện, phòng khám cộng đồng và nhà dưỡng lão… Ví dụ, các hệ thống sử dụng điểm cực tím tiết kiệm năng lượng, phát sáng, dựa trên diode, có thể khử trùng nước trước khi đưa vào hệ thống xử lý công cộng.

Các nhà nghiên cứu viết, các hệ thống tái sử dụng nước thành nước uống, làm sạch nước thải trở lại thành nước máy, cũng cần điều tra kỹ lưỡng để loại bỏ coronavirus và có thể là các tiêu chuẩn quy định mới để khử trùng.

Mức độ mà virus có thể xâm chiếm màng sinh học cũng chưa được biết đến. Màng sinh học là sự phát triển của vi khuẩn mỏng, nhầy nhụa dọc theo đường ống của nhiều hệ thống nước uống bị xuống cấp. Cần theo dõi tốt hơn các coronavirus trong màng sinh học có thể là cần thiết để ngăn chặn sự bùng phát.

Gia tăng sử dụng thuốc diệt khuẩn và chất khử trùng trong gia đình có thể sẽ gây ra sự gia tăng vi khuẩn kháng kháng sinh trong môi trường. Nước thải được xử lý thải vào đường thủy tự nhiên đòi hỏi phải theo dõi cẩn thận trong toàn bộ chu trình nước. Liu và Naddeo kêu gọi các nhà hóa học, kỹ sư môi trường, nhà vi trùng học và chuyên gia y tế công cộng phát triển các giải pháp đa ngành và thiết thực cho nước uống an toàn và môi trường nước lành mạnh.

Cuối cùng, các quốc gia đang phát triển và một số khu vực trong các quốc gia phát triển cao như các cộng đồng nông thôn và nghèo khó, thiếu cơ sở hạ tầng cơ bản để loại bỏ các chất gây ô nhiễm cũng không thể loại bỏ SARS-CoV-2. Những nơi này có thể là nơi bùng phát dịch COVID-19 thường xuyên, lây lan dễ dàng thông qua thương mại và du lịch toàn cầu. Liu và Naddeo đề nghị chính phủ các nước phát triển phải hỗ trợ và tài trợ cho hệ thống nước và vệ sinh bất cứ nơi nào họ cần.

Naddeo nói: "Bây giờ rõ ràng rằng toàn cầu hóa cũng mang đến những rủi ro sức khỏe mới. Trong trường hợp hệ thống nước và vệ sinh không đầy đủ, nguy cơ tìm thấy virus mới là rất cao". "Trong một kịch bản có trách nhiệm và lý tưởng là chính phủ của các nước phát triển phải hỗ trợ và tài trợ cho các hệ thống nước và vệ sinh ở các nước đang phát triển để bảo vệ công dân của chính quốc gia họ."

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200403132347.htm?fbclid=IwAR1VT0h4Q4Y-0viyRA9RDXyDHDESPD6r8achDDgrN3IK3LaE8pLII8HJxEw