Các nhà nghiên cứu phát hiện ra cách hiệu quả và bền vững để lọc muối và ion kim loại từ nước
Nước
(Cung cấp hình ảnh: © Chepko Danil / Fotolia)
Với hai tỷ người trên toàn thế giới không có nước uống sạch và an toàn, nghiên cứu chung của Đại học Monash, CSIRO và Đại học Texas tại Austin đã được công bố ngày hôm nay trong Science Advances có thể đưa ra một giải pháp mới đột phá.
Tất cả đều đi xuống qua các khuôn dạng hữu cơ kim loại (MOFs), một vật liệu thế hệ kế tiếp tuyệt vời có diện tích bề mặt lớn nhất của bất kỳ chất nào được biết đến. Bọt biển như tinh thể có thể được sử dụng để nắm bắt, lưu trữ và giải phóng các hợp chất hóa học. Trong trường hợp này, muối và ion trong nước biển.
Tiến sĩ Huuteng Zhang, Giáo sư Huanting Wang và Phó Giáo sư Zhe Liu và nhóm nghiên cứu của họ tại Khoa Kỹ thuật tại Đại học Monash ở Melbourne, Úc, đã hợp tác với Tiến sĩ Anita Hill của CSIRO và Giáo sư Benny Freeman thuộc Khoa Kỹ thuật Hóa chất McKetta tại trường Đại học của Texas tại Austin, gần đây đã phát hiện ra rằng màng MOF có thể bắt chước chức năng lọc, hoặc ‘chọn lọc ion’, của màng tế bào hữu cơ.
Với sự phát triển hơn nữa, các màng này có tiềm năng đáng kể để thực hiện các chức năng kép của việc loại bỏ muối từ nước biển và tách các ion kim loại một cách có hiệu quả cao và hiệu quả về mặt chi phí, đưa ra cách tiếp cận công nghệ cách mạng mới cho ngành công nghiệp nước và khai thác mỏ.
Hiện nay, màng lọc thẩm thấu ngược chiếm hơn một nửa công suất khử mặn của thế giới, và giai đoạn cuối của hầu hết các quy trình xử lý nước, tuy nhiên các màng này có thể cải thiện được từ 2 đến 3 trong tiêu thụ năng lượng. Chúng không hoạt động theo nguyên tắc mất nước của ion hoặc vận chuyển ion có chọn lọc trong các kênh sinh học, chủ đề của giải Nobel năm 2003 về Hóa học trao cho Roderick MacKinnon và Peter Agre, và do đó có những hạn chế đáng kể.
Trong ngành công nghiệp khai khoáng, các quá trình màng tế bào đang được phát triển để giảm ô nhiễm nguồn nước, cũng như để thu hồi các kim loại có giá trị. Ví dụ, pin lithium-ion hiện nay là nguồn điện phổ biến nhất cho các thiết bị điện tử di động, tuy nhiên với mức tiêu thụ hiện tại, nhu cầu ngày càng tăng sẽ yêu cầu sản xuất lithium từ các nguồn phi truyền thống như phục hồi từ nước muối và quá trình xử lý chất thải dòng. Nếu khả thi về mặt kinh tế và công nghệ, việc chiết xuất trực tiếp và thanh lọc lithium từ hệ thống chất lỏng phức tạp như thế sẽ có những tác động kinh tế sâu sắc.
Những đổi mới này hiện nay có thể nhờ nghiên cứu mới này. Giáo sư Huanting Wang của Đại học Monash nói: “Chúng ta có thể sử dụng những phát hiện của chúng tôi để giải quyết những thách thức của việc khử muối nước.
Thay vì dựa vào các quy trình tốn kém hiện nay, nghiên cứu này mở ra khả năng loại bỏ ion muối khỏi nước tiêu thụ năng lượng hiệu quả và môi trường bền vững “.
Chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu xem sự lựa chọn lithium ion của các màng này có thể được áp dụng thêm như thế nào Các ion lithium có trong nước biển rất phong phú, điều này có ý nghĩa đối với ngành công nghiệp khai khoáng hiện tại sử dụng các phương pháp hóa học không hiệu quả để trích xuất lithium từ đá và nước muối.
Tiến sĩ Anita Hill của CSIRO cho biết nghiên cứu này đã tạo ra sự hiểu biết khoa học về các MOF ngày càng tăng cho một thế hệ mới trong thế giới thực. Tiến sĩ Hill cho biết: “Triển vọng sử dụng các MOF để lọc nước bền chắc cực kỳ thú vị từ góc nhìn của công chúng, trong khi cung cấp một phương pháp tách ion lithium tốt hơn để đáp ứng nhu cầu toàn cầu có thể tạo ra những ngành công nghiệp mới cho Australia.
Đại học Texas tại Austin Giáo sư Benny Freeman cho biết, “Nước được sản xuất từ các mỏ than đá ở Texas rất giàu lithium, những nguyên liệu này có thể biến từ dòng rác thải thành cơ hội phục hồi tài nguyên. Đã có cơ hội làm việc với các đồng nghiệp nổi bật từ Monash và CSIRO thông qua Hội đồng Fulbright Úc-Mỹ cho Chủ tịch Học viện Khoa học, Công nghệ và Đổi mới của Fulbright Hoa Kỳ do Tổ chức Nghiên cứu Công nghiệp và Khoa học Khối thịnh vượng chung (CSIRO) tài trợ.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180209170720.htm
