Dụng cụ cầm tay lọc muối khỏi nước biển

Theo Liên hiệp quốc, mỗi năm có hai triệu người – chủ yếu là trẻ em – chết vì những chứng bệnh liên quan đến nước, thí dụ như tiêu chảy và bệnh tả. Đặc biệt dễ bị xâm hại là những người sống trong vùng vừa trải qua một thảm họa, thí dụ các nạn nhân của trận động đất gần đây ở Haiti, họ phải vật lộn để có nước sạch sau sự phá hủy nghiêm trọng đối với các nguồn nước. Tuy nhiên, một kĩ thuật lọc ra nước uống từ nước biển, chỉ sử dụng những lượng nhỏ năng lượng có thể mang đến công nghệ linh động có thể giúp giải quyết được tình huống thảm khốc này.

alt

Ảnh: Sung Jae Kim, MIT

Kĩ thuật trên, do các nhà nghiên cứu ở Mĩ và Hàn Quốc phát triển, làm chủ việc lọc muối ra khỏi nước, sử dụng một hệ thống điện tử đơn giản trên một con chip nhỏ xíu. Quá trình bắt đầu bằng cách cho nước đi qua một rãnh nhro xíu trên một chip polymer – với bề rộng chỉ 500 µm – cho đến khi nó chạm tới một chỗ tiếp xúc, sau đó tách thành hai ống khác nhau. Bằng cách thiết lập một điện thế dọc theo một trong những ống này, các ion muối bị kéo về phía rãnh này ở dạng nước mặn, trong khi nước đã tách muối chảy xuống rãnh thứ hai dưới tác dụng của trọng lực.

Để chứng minh kĩ thuật trên, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một con chip biến đổi thành công nước biển, với hàm lượng muối 30.000 mg/l, thành nước tinh khiết với độ muối chưa tới 600 mg/l, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế dành cho nước tinh khiết.

Hiệu quả cao

Kĩ thuật trên, được đặt tên là sự phân cực nồng độ ion (ICP) so ra khá ưu việt so với những phương pháp lọc muối đã biết xét về phương diện tiêu thụ năng lượng, nó đòi hỏi chưa tới 3,5 Wh/l. Sự thẩm thấu nghịch, chẳng hạn, hoạt động bằng cách buộc nước biển đi qua một màng thấm ở áp suất cao để bắt lấy muối, đòi hỏi 10-15 Wh/l. Và phương pháp thẩm tách bằng điện, hoạt động bằng cách cho các ion muối từ một dung dịch sang dung dịch kia bằng phương tiện màng trao đổi ion, đòi hỏi 5 Wh/l.

Ngoài khả năng lọc muối, ICP còn có thể lọc những phân tử lớn hơn có tiềm năng gây hại, thí dụ như các tế bào, virus và vi khuẩn. Sự thẩm thấu nghịch và phương pháp thẩm tách bằng điện cũng có thể lọc bỏ những hạt này nhưng, trong cả hai trường hợp, các màng lọc bị những hạt này làm cho tắc nghẽn.

Thử thách tiếp theo đối với các nhà nghiên cứu triển khai dụng cụ của họ thành một công nghệ có giá trị. Vì một đơn vị chỉ tạo ra được 10 μl trong một phút, nên các nhà nghiên cứu ước tính họ sẽ cần đến 10.000 đơn vị kết hợp để tạo ra một lượng nước đủ dùng, trong khi vẫn giữ cho dụng cụ thật nhỏ gọn – họ ước tính nó sẽ chừng 30 cm x 20 cm.

Tăng công suất

Sung Jae Kim, một trong các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts, phát biểu với physicsworld.com rằng việc xây dựng một dụng cụ lớn hơn sẽ tương đối dễ dàng, và họ sẽ chế tạo 100 đơn vị dụng cụ trong vòng hai năm. “Chúng tôi có học được nhiều kinh nghiệm từ các công ti – chúng tôi chào đón các thảo luận, song trước tiên chúng tôi cần phải kiểm tra thêm”, ông nói. Một khía cạnh quan trọng là phải đảm bảo mọi hydrocarbon nguy hiểm và kim loại nặng cũng được lọc khỏi nước biển, nhiệm vụ đó chưa thực hiện được trong dụng cụ hiện có.

Mark Shannon, một nhà nghiên cứu tinh lọc nước tại trường đại học Illinois ở Urbana-Champaign nhìn thấy tiềm năng to lớn ở dụng cụ mới trên. “Những người đầu tiên hưởng lợi sẽ là những du khách ở thế giới đang phát triển, những phòng khám y khoa cỡ nhỏ, phòng cấp cứu và trại tị nạn trong thời buổi tai ương, thí dụ như ở Haiti”.

Tuy nhiên, Shannon đồng ý rằng việc phát triển thêm là cần thiết để đảm bảo tính tinh khiết của nước đã lọc muối. “Có lẽ bạn vẫn cần đến một hàng rào như một màng lọc nano để đảm bảo gần như không có mầm bệnh nào đi qua, đó là yêu cầu thiết yếu nhằm ngăn chặn những virus và vi khuẩn đường ruột có khả năng truyền nhiễm cao như virus bệnh tả có thể gây bệnh và chết chóc nghiêm trọng nếu chúng qua lọt”.

Nghiên cứu này công bố trên tờ Nature Nanotechnology.

Theo physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Những bài học thiên văn ngắn (Phần 2)
18/06/2018
Rõ ràng Trái Đất không chuyển độngMô hình địa tâm Là một trong những nhà triết học có sức ảnh hưởng nhất ở phương
Gia đình Stephen Hawking sẽ phát giọng nói của ông về phía một lỗ đen
17/06/2018
Người thân của Stephen Hawking dự định phát bản ghi giọng nói của ông về phía một lỗ đen, trong khi tro cốt của ông được
7 điều có thể bạn chưa biết về tia gamma
12/06/2018
Tia gamma là loại bức xạ giàu năng lượng nhất, nó có đủ năng lượng để đi xuyên rào chắn bằng kim loại hoặc bê tông.
Thí nghiệm Fermilab khẳng định bằng chứng cho neutrino vô sinh
05/06/2018
Các nhà vật lí làm việc với Thí nghiệm Mini Booster Neutrino (MiniBooNE) tại Fermilab ở Mĩ vừa công bố những kết quả mới mà
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 12)
29/05/2018
Cách hiểu Copenhagen Phần lớn nền tảng lí thuyết cho vật lí lượng tử trong thập niên 1920 được thiết lập dưới sự lãnh
Lần đầu tiên đo được áp suất nội của proton
21/05/2018
Sử dụng máy gia tốc electron tại Phòng thí nghiệm Jefferson ở Virginia, Mĩ, các nhà vật lí đã lập thành công bản đồ phân bố
Ai là người thực hiện thí nghiệm hai khe đầu tiên với electron độc thân?
18/05/2018
Trong vật lí học, thí nghiệm nào là đẹp nhất? Đây là câu hỏi mà Robert Crease đã nêu ra với độc giả tạp chí Physics World
Những bài học thiên văn ngắn (Phần 1)
09/05/2018
TỪ THẦN THOẠI ĐẾN KHOA HỌC: 600 tCN - 1550 sCN Các truyền thống mà nền thiên văn học hiện đại được xây dựng trên

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com