Màng lọc rẻ tiền ngăn được bụi kích thước nano

Để xử lý các loại bụi độc kích cỡ nano - vấn đề đang ngày càng trầm trọng ở các đô thị, nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Standford (Mỹ) đã tạo ra loại màng lọc nano làm từ nguyên liệu sản xuất găng tay phẫu thuật, có khả năng lọc không khí ô nhiễm vô cùng hiệu quả.

Động lực từ thực trạng ô nhiễm tại quê hương

Là chuyên gia nghiên cứu về kỹ thuật và khoa học vật liệu, giáo sư người Trung Quốc Yi Cui - Đại học Standford, Mỹ và các đồng nghiệp tại phòng thí nghiệm lại chỉ chú tâm nghiên cứu vật liệu nano trong công nghệ sản xuất pin. Họ chưa chú ý tới việc nghiên cứu vật liệu giải bài toán ô nhiễm môi trường cho đến khi Giáo sư Yi Cui về Trung Quốc thường xuyên hơn để công tác.

“Vài năm gần đây, tôi hay về Trung Quốc và nhận thấy tình trạng ô nhiễm không khí tồi tệ ở đây. Trong không khí có rất nhiều hạt bụi, chất gây ô nhiễm. Tôi trở về Mỹ với suy nghĩ là phải tìm cách loại bỏ những hạt bụi nguy hại này. Tìm giải pháp cho vấn đề là cách mà các kỹ sư mong muốn được làm” - ông nhớ lại cơ duyên rẽ hướng nghiên cứu của mình.

Theo số liệu mới nhất được công bố vào tháng 11/2016 của các nhà khoa học thuộc Đại học Môi trường Nam Kinh, Trung Quốc, trong số 3 triệu người tử vong vào năm 2013 tại 74 thành phố của Trung Quốc, 31,8% có liên quan tới không khí, đặc biệt là tại các thành phố lớn ở Hà Bắc và các tỉnh vành đai Bắc Kinh.

Chính quyền Bắc Kinh đã thực hiện rất nhiều giải pháp nhằm giảm bớt tình trạng ô nhiễm đã lên tới mức báo động đỏ. Người dân cũng tự tìm những cách hạn chế tác hại của không khí ô nhiễm lên cơ thể. Tuy nhiên, các giải pháp đó thường không phù hợp với đa số người dân nghèo bởi quá đắt đỏ.

Đồng tác giả Chong Liu và màng lọc làm từ nguyên liệu chế tạo găng tay phẫu thuật. (Ảnh: Phys).

Ngăn bụi mà vẫn thoáng khí

Vì làm về mảng nano nên Yi Cui và các đồng nghiệp không bắt đầu từ những vật liệu được dùng xưa nay trong màng lọc không khí. Thay vào đó, họ để tâm tìm các loại polymer có khả năng hút những thành phần chính của khói bụi, đặc biệt là bụi có kích thước nano - loại vô cùng nguy hiểm đối với hệ hô hấp và sức khỏe. Một mục tiêu nữa là tìm được loại màng lọc hiệu quả nhưng thật rẻ tiền, bởi các màng lọc hiện nay nếu lọc bỏ được bụi nguy hại thì rất tốn năng lượng và tiền.

“Tình cờ, chúng tôi phát hiện ra chất polyacrylonitrile (PAN) - một nguyên liệu vẫn được dùng sản xuất găng tay phẫu thuật - có những tính chất mà chúng tôi tìm kiếm” - Po-Chun Hsu - đồng tác giả của nghiên cứu, sinh viên thực tập tại phòng thí nghiệm của Yi Cui - cho biết.

Sau đó, họ sử dụng công nghệ quay điện hóa (một kỹ thuật kéo sợi polymer dung dịch hoặc polymer nóng chảy bằng cách sử dụng lực tĩnh điện) để chuyển PAN dạng dung dịch thành một mớ sợi cứng giống như mạng nhện, kích thước bằng 1/1.000 sợi tóc người. Tuy vậy, khi được tích hợp vào những lớp màng khác, màng lọc này có khả năng lọc hạt bụi nhỏ ra khỏi không khí vô cùng hiệu quả. Nó có thể để 70% ánh sáng thấy được xuyên qua, giữ được tới 99% số hạt bụi thổi qua nhưng không cản trở đối lưu không khí.

“Màng lọc này có thể “tích trữ” số bụi nặng gấp 10 lần trọng lượng của nó trước khi cần thay mới. Thời gian sử dụng có hiệu quả phụ thuộc vào việc ứng dụng màng. Tuy nhiên, theo thử nghiệm của chúng tôi, màng này có thể thu thập bụi hiệu quả trong 1 tuần” - Chong Liu - tác giả chính của nghiên cứu, một sinh viên thực tập tại phòng thí nghiệm Cui - cho hay.

Để kiểm chứng tính hiệu quả của màng lọc, Cui và các đồng nghiệp đã tiến hành một thí nghiệm: Để 2 lọ thủy tinh thông nhau, dùng màng lọc đặt ở giữa. Họ đưa khói vào một bên lọ và nhận thấy nó không bay sang phía bên kia được. Các thử nghiệm tại Bắc Kinh, Trung Quốc cũng cho hiệu quả lọc bụi đạt 99%.

Theo Yi Cui, màng này có thể ứng dụng ngay lập tức trong hai lĩnh vực là các hệ thống thụ động đơn giản (như khẩu trang cá nhân, màn cửa sổ) và hệ thống lọc khí tại bệnh viện.

“Sự trong suốt và khoảng cách giữa các màng lọc cho phép ánh sáng, không khí xuyên qua. Điều này rất có ích khi dùng màng làm cửa sổ. Với màng lọc này, người dân Bắc Kinh có thể mở cửa sổ và hưởng thụ bầu không khí trong lành sau nhiều năm” - Cui nói.

Trong tương lai, màng lọc này có thể được đặt ở gần ống xả để lọc khí thải từ ôtô, nhà máy điện hoặc ở các khu công nghiệp.