Khoảng một trong số mười người trên thế giới thiếu nước uống cơ bản và đến năm 2025, một nửa dân số thế giới sẽ sống ở những vùng bị áp lực nước, đó là lý do tại sao việc tiếp cận với nước sạch là một trong thách thức lớn của Viện hàn lâm kỹ thuật quốc gia.

Mới đây, các kỹ sư tại Đại học Washington (St. Louis) đã thiết kế thành công một màng lọc công nghệ mới để lọc sạch nước, đồng thời ngăn ngừa sự tích tụ vi khuẩn và các vi sinh vật gây ô nhiễm khác làm giảm dòng chảy của nước.

Nhóm nghiên cứu do Srikanth Singamaneni, giáo sư về kỹ thuật cơ khí & khoa học vật liệu, và Young-Shin Jun, giáo sư về năng lượng, môi trường & công nghệ hóa học đứng đầu với kỹ thuật chuyên môn, họ đã pha trộn các vật liệu trong đó có sử dụng graphene oxide và vi khuẩn nanocellulose để tạo ra một màng siêu lọc hiệu quả cao, bền vững và thân thiện với môi trường.

Nếu kỹ thuật của họ có thể cho phép tạo ra các màng lọc có kích thước lớn, nó có thể mang lại lợi ích cho nhiều quốc gia đang phát triển, những nơi nước sạch khan hiếm. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Environmental Science & Technology mới đây.

Số lượng các vi sinh vật gây ô nhiễm chiếm gần một nửa trên bề mặt các màng lọc và rất khó khăn để loại bỏ hoàn toàn. Để cùng giải quyết thách thức này, Singamaneni và Jun đã hợp tác cùng nghiên cứu trong gần 05 năm. Trước đấy, họ đã phát triển thành công màng chắn khác sử dụng nano vàng chi phí cao, do đó họ mong muốn có thể thiết kế được một loại màng lọc sử dụng vật liệu ít tốn kém hơn.

Màng lọc mới này được tạo ra bằng cách cho vi khuẩn Gluconacetobacter hansenii “ăn” một loại chất đường để chúng hình thành các sợi nano cellulose khi ở trong nước. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã kết hợp các miếng nhỏ graphene oxide (GO) với vi khuẩn nanocellulose hansenii này trong khi nó đang phát triển. Về cơ bản là “gắn” các GO trong màng lọc để làm cho nó ổn định và bền.

Sau khi kết hợp GO, màng lọc này được xử lý tiếp bằng dung dịch bazơ để có thể tiêu diệt vi khuẩn Gluconacetobacter. Trong quá trình xử lý này, các nhóm oxy của GO bị loại bỏ, khiến GO bị khử. Khi nhóm nghiên cứu chiếu ánh sáng mặt trời lên màng lọc này, các mảnh GO đã bị khử ngay lập tức tạo ra nhiệt cao làm nóng nước và nhiệt này đủ để tiêu diệt vi khuẩn nanocellulose xung quanh.

Singamaneni, Jun và nhóm nghiên cứu đã thử cho màng lọc này tiếp xúc với vi khuẩn E.coli. Sau khi chiếu bằng ánh sáng chỉ trong 3 phút lên màng lọc, màng lọc nhanh chóng được làm nóng lên trên 70 độ C, nhiệu độ cần thiết để làm suy giảm thành tế bào của vi khuẩn E.coli, và cuối cùng vi khuẩn E.coli đã bị chết.

Họ cũng thực hiện thí nghiệm tương tự bằng màng được làm từ nanocellulose của vi khuẩn nhưng không khử GO, kết quả là vi khuẩn E.coli vẫn sống.

Singamaneni và Jun cũng đề xuất một hệ thống mô-đun xoắn ốc, tương tự như một chiếc khăn cuộn. Có thể trang bị đèn LED hoặc một loại máy phát điện nano khai thác năng lượng cơ học từ dòng chất lỏng để tạo ra ánh sáng và nhiệt, giúp giảm chi phí.

P.T.T (NASATI), theo https://www.nanowerk.com/nanotech-news2/newsid=51928.php, 19/01/2019