Bọt biển nano trên graphene giúp lọc nước thải công nghiệp hiệu quả

Các kỹ sư tại Đại học Vienna đã phát triển loại vật liệu composite mới tạo ra bộ lọc hiệu quả để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ khỏi nước. Hệ thống sử dụng "bọt biển nano" siêu xốp được nhúng trên một tấm graphene.

Chìa khóa của các bộ lọc mới là một lớp vật liệu được gọi là khung hữu cơ cộng hóa trị (COF). Những cấu trúc này cực kỳ xốp, tạo cho chúng diện tích bề mặt lớn chứa trong không gian nhỏ, có nghĩa là chúng có hiệu quả trong việc bám lấy một lượng lớn phân tử. Các vật liệu liên quan được gọi là khung hữu cơ kim loại (MOFs) đang được nghiên cứu để sử dụng trong việc thu giữ cacbon, khử muối hoặc kéo nước uống từ không khí loãng và COF có thể có một bộ chức năng tương tự.

Các nhà nghiên cứu phát triển bọt biển nano làm bằng khung hữu cơ cộng hóa trị (COF) trên graphene có thể lọc hiệu quả các chất ô nhiễm công nghiệp ra khỏi nước.

Đối với nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng COF để loại bỏ thuốc nhuộm hữu cơ khỏi nước. Những hóa chất này là chất ô nhiễm phổ biến của nước thải công nghiệp, có thể độc hại và gây ung thư.

Nhóm nghiên cứu đã điều chỉnh COF để làm cho nó giữ lại một cách có chọn lọc các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ. Điều đó liên quan đến việc làm cho các lỗ có hình dạng và kích thước phù hợp từ 0,8 đến 1,6 nanomet và tạo cho bề mặt điện tích âm để thu hút các phân tử thuốc nhuộm tích điện dương.

Nhưng có một rào cản khác cần phải vượt qua khi vật liệu được sử dụng ở dạng bột, các lỗ rỗng ở cạnh bên ngoài sẽ lấp đầy phân tử trước tiên, khiến các lỗ rỗng ở trung tâm trống rỗng và về cơ bản là vô dụng. Vì vậy, nhóm đã phát triển một cách để phát tán COF bằng cách trồng nó trên một tấm graphene.

Kết quả cuối cùng là tạo ra một lớp COF dày hai nanomet trên một lớp graphene đơn nguyên tử, làm tăng khả năng tối đa của vật liệu để giữ các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ. Bản thân graphene có các lỗ rỗng khá lớn, cho phép nước chảy qua nhanh chóng trong khi COF hoạt động.

Các nhà nghiên cứu cho biết: “Các lỗ xốp lớn của mạng graphene kết hợp với lớp COF siêu mỏng và số lượng lớn vị trí hấp phụ của nó cho phép xử lý nước thải đặc biệt nhanh chóng và hiệu quả”. Theo nhóm nghiên cứu, kỹ thuật này khá rẻ. Không cần sử dụng nhiều graphene và COF có thể được làm sạch và tái sử dụng.

Cập nhật: 08/08/2022 VietQ