Vật liệu mới xử lý nước ô nhiễm

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Rochester đã tạo ra một tấm nhôm mới thu năng lượng mặt trời hiệu quả hơn để làm bay hơi và lọc nước ô nhiễm.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã phát triển công nghệ xử lý bằng laser biến màu của nhôm thông thường thành màu đen, khiến nhôm có khả năng hấp thu năng lượng và siêu thấm hút. Sau đó, họ đã sử dụng tấm nhôm đã qua xử lý để lọc nước bằng năng lượng mặt trời.

Công nghệ có đặc trưng là sử dụng một chùm xung laser femtosecond (siêu ngắn) để khắc trên bề mặt của tấm nhôm bình thường. Khi tấm nhôm được nhúng trong nước tại một góc đối diện với mặt trời, nó sẽ đẩy màng nước mỏng lên trên bề mặt kim loại. Đồng thời, bề mặt có màu đen giữ lại gần 100% năng lượng mà nó hấp thụ từ mặt trời để đun nước nóng nhanh. Cuối cùng, các cấu trúc bề mặt siêu thấm làm thay đổi liên kết phân tử của nước, làm tăng hiệu quả của quá trình bốc hơi.

Các thí nghiệm tại lab cho thấy phương pháp này làm giảm sự xuất hiện của tất cả các chất gây ô nhiễm phổ biến như chất tẩy rửa, thuốc nhuộm, nước tiểu, kim loại nặng và glycerin đến mức an toàn để uống. Công nghệ mới cũng hữu ích tại các nước phát triển, giúp giảm tình trạng thiếu nước tại các vùng hạn hán và phục vụ cho các dự án khử mặn.

Sử dụng ánh nắng mặt trời để đun nước từ lâu được xem là cách để loại bỏ mầm bệnh vi khuẩn và giảm tử vong vì nhiễm trùng do tiêu chảy, nhưng nước sôi không loại bỏ được kim loại nặng và các chất ô nhiễm khác. Tuy nhiên, lọc nước bằng năng lượng mặt trời có thể làm giảm đáng kể các chất ô nhiễm này vì gần như tất cả các tạp chất bị bỏ lại khi nước bay hơi chuyển sang dạng khí, sau đó, ngưng tụ và được thu gom.

Phương pháp phổ biến nhất làm bay hơi nước bằng ánh nắng mặt trời là gia nhiệt thể tích, trong đó khối lượng lớn nước được đun nóng nhưng chỉ lớp trên cùng có thể bay hơi. Rõ ràng, phương pháp này không hiệu quả bởi chỉ một phần nhỏ năng lượng nóng được sử dụng.

Phương pháp hiệu quả hơn được gọi là làm nóng lớp mỏng, đặt các vật liệu nổi, nhiều lớp, thấm hút trên mặt nước, do đó chỉ có nước gần bề mặt cần được làm nóng. Nhưng tất cả các vật liệu có sẵn đều phải nổi theo chiều ngang trên mặt nước và không thể quay trực tiếp về phía mặt trời. Hơn nữa, vật liệu siêu thấm sẵn có nhanh chóng bị tắc do chất ô nhiễm bị bỏ lại sau quá trình bay hơi, nên đòi hỏi phải thay thế vật liệu thường xuyên.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra tấm nhôm để khắc phục những hạn chế này bằng cách kéo một lớp nước mỏng ra khỏi bể chứa và trực tiếp đổ lên trên bề mặt hấp thụ năng lượng mặt trời để làm nóng và làm bay hơi.

"Hơn nữa, vì chúng tôi sử dụng bề mặt có rãnh mở, nên rất dễ làm sạch chỉ bằng cách phun lên đó", GS. Chunlei Guo, đồng tác giả nghiên cứu nói. "Ưu điểm lớn nhất là góc của các tấm nhôm có thể được điều chỉnh liên tục để quay trực tiếp về phía mặt trời và sau đó, di chuyển trước khi tối đa hóa khả năng hấp thu năng lượng".

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2020-07-solar-material.html, 13/7/2020