Các nhà khoa học làm sạch nước ô nhiễm bằng 'con dao quân đội'

Ô nhiễm phốt phát ở sông, hồ và các tuyến đường thủy khác trên thế giới ngày nay đã đến mức nguy hiểm, gây ra hiện tượng tảo nở hoa khiến cá và các loài thực vật thủy sinh thiếu oxy. Trong khi đó, nông dân trên toàn thế giới đang phải đối mặt với tình trạng dự trữ phân lân ngày càng cạn kiệt.

Lấy cảm hứng từ nhiều vùng nước lân cận của Chicago, một nhóm nghiên cứu của Đại học Northwestern của Mỹ đã phát triển một cách để loại bỏ và tái sử dụng phốt phát nhiều lần từ các vùng nước ô nhiễm. Các nhà nghiên cứu ví sự phát triển này giống như "con dao của Quân đội Thụy Sĩ" để xử lý ô nhiễm khi chúng được điều chỉnh để hấp thụ chất ô nhiễm và sau đó giải phóng các chất ô nhiễm khác.

Nghiên cứu này vừa được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia ngày 31/5.

Nơi thừa, nơi thiếu

Mọi sinh vật sống trên hành tinh đều cần phốt pho vì nó có trong màng tế bào, phần khung của ADN và trong bộ xương của chúng ta. Trong khi các nguyên tố quan trọng khác như oxy và nitơ có thể được tìm thấy trong khí quyển, thì phốt pho không có chất tương tự. Một phần nhỏ phốt pho có thể sử dụng được đến từ vỏ Trái đất, phải mất hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu năm để biến mất, trong khi phốt pho làm phân bón cho nông nghiệp đang dần cạn kiệt.

Trong khi nguồn tài nguyên thiên nhiên không thể tái tạo này bị thiếu hụt, thì nhiều hồ nước trên thế giới đang thừa phốt pho tới mức chúng tích tụ tạo thành thảm thực vật thủy sinh và tảo dày đặc, làm cạn kiệt oxy từ nước và cuối cùng giết chết các sinh vật thủy sinh.

Theo truyền thống, các nhà sinh thái học và kỹ sư đã phát triển các chiến thuật để giải quyết các mối quan tâm ngày càng tăng về môi trường và sức khỏe cộng đồng xung quanh phốt phát bằng cách loại bỏ phốt phát khỏi nguồn nước. Chỉ gần đây người ta mới chuyển trọng tâm từ loại bỏ sang thu hồi phốt phát.

Vinayak Dravid, tác giả của nghiên cứu cho biết: " Chỉ với miếng bọt biển đặc biệt của chúng tôi, chúng tôi có thể vừa lọc được phốt pho trong nước, vừa thu hồi lại nó"

Chiếc bọt biển đặc biệt chính là một cái màng nhẹ loại bỏ và lấy lại phốt phát (PEARL) của nhóm nghiên cứu. Đó là một chất nền xốp, linh hoạt (chẳng hạn như miếng bọt biển phủ, vải hoặc sợi) có tác dụng cô lập và lọc tới 99% các ion phốt phát từ nước ô nhiễm. Được phủ bằng các cấu trúc nano liên kết với phốt phát, màng PEARL có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát độ pH để hấp thụ hoặc giải phóng các chất dinh dưỡng để cho phép thu hồi phốt phát và tái sử dụng màng trong nhiều chu kỳ.

Các phương pháp loại bỏ phốt phát hiện nay dựa trên các phương pháp phức tạp, kéo dài, gồm nhiều bước. Hầu hết chúng cũng không thu hồi được phốt phát trong quá trình loại bỏ và cuối cùng tạo ra một lượng lớn chất thải vật lý. Màng PEARL cung cấp một quy trình một bước đơn giản để loại bỏ phốt phát cũng như thu hồi nó một cách hiệu quả. Nó cũng có thể tái sử dụng và không tạo ra chất thải vật lý.

Bằng cách sửa đổi lớp phủ vật liệu nano trong màng, nhóm dự định tiếp theo sẽ sử dụng khung giống như "plug-and-play" của họ để lọc bỏ kim loại nặng. Nhiều chất ô nhiễm có thể được giải quyết cùng một lúc bằng cách áp dụng nhiều vật liệu với các đặc tính phù hợp.