Thảm nano chạy bằng năng lượng mặt trời làm sạch nước ô nhiễm

Nước uống thuộc nguồn nhiên liệu vô tận, con người có quyền sở hữu nó, nhưng nước uống sạch lại đứng ngoài tầm với của hàng tỷ người trên thế giới.

Theo số liệu của Tổ chức Y tế Thế giới năm 2022, 2,2 tỷ người trên toàn cầu không có nước uống an toàn. Một số nghiên cứu cho rằng con số thực tế có thể gấp đôi.

Con số đó được chứng minh qua thực tế, khi các chất ô nhiễm công nghiệp, hóa chất và vi nhựa hàng ngày hàng giờ tìm cách xâm nhập vào nguồn nước, kể cả các nước phát triển cũng không ngăn cản được sự xâm nhập này.

Đã từng có nhiều nghiên cứu khoa học nhằm giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước, tuy nhiên chưa có khắc phục triệt để.

Phân tử nước soi bằng công nghệ 3D

Nhóm nghiên cứu Hoa Kỳ phát minh thảm nano xử lý nước ô nhiễm

Trước khi nhóm nghiên cứu đưa ra phát minh, việc khắc phục những hạn chế của nguồn nước được xử lý bằng hệ thống TiO₂ truyền thống. TiO₂ có tiềm năng to lớn trong hấp thụ nhiên liệu năng lượng mặt trời, nhưng nó thường chỉ hoạt động bằng cách hấp thụ tia cực tím (UV) - một phần nhỏ của ánh sáng mặt trời. Hạn chế này dẫn đến hiệu suất thấp và thiết lập lọc phức tạp.

Nhóm nghiên cứu của Hoa Kỳ đã tìm ra cách giải quyết. Họ thêm đồng vào vật liệu và kết quả thật tuyệt vời. Những cấu trúc mới này, được gọi là nanomat, hấp thụ nhiều ánh sáng hơn và khai thác năng lượng đó để phân hủy các chất ô nhiễm trong cả không khí và nước.

"Không dễ dàng để tạo ra thứ gì đó giống như một tấm chăn mà bạn có thể trải trên mặt nước và tạo ra năng lượng. Nhưng chúng tôi là những người duy nhất tạo ra những cấu trúc này và là những người duy nhất chứng minh rằng chúng hoạt động”, Pelagia-Iren Gouma, tác giả chính của nghiên cứu và là giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật tại Đại học bang Ohio, cho biết.

Một quá trình dọn dẹp siêu tốc, khi TiO₂ hấp thụ ánh sáng, nó sẽ tạo ra các electron có tác dụng oxy hóa nước và phá hủy các chất ô nhiễm.

Việc bổ sung đồng sẽ thúc đẩy quá trình này, khiến nó hiệu quả hơn đáng kể. Gouma và nhóm của bà đã nghiên cứu những nanomat này để hiểu được các đặc tính độc đáo của chúng.

Điều họ khám phá ra khiến họ ngạc nhiên: những tấm thảm này hoạt động tốt hơn các tấm pin mặt trời truyền thống trong việc tạo ra điện dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên.

“Những nanomat này có thể được sử dụng như một máy phát điện hoặc như một công cụ xử lý nước. Theo cả hai cách, bạn đều có một chất xúc tác có hiệu suất cao nhất được báo cáo cho đến nay”, Gouma giải thích.

Tiềm năng thực tế của thảm nano

Nhẹ, có thể tái sử dụng và dễ tháo rời, những đặc tính này khiến những tấm thảm sợi có thể nổi trên mọi vùng nước. Chúng cho thấy tiềm năng đáng kinh ngạc trong việc làm sạch ô nhiễm công nghiệp ở các nước đang phát triển.

Từ đó, sông và hồ bị ô nhiễm có thể trở thành nguồn nước uống an toàn. Vì nanomat không tạo ra bất kỳ sản phẩm phụ độc hại nào nên chúng cũng nổi bật là giải pháp thân thiện với môi trường. "Đây là vật liệu an toàn, không gây hại cho bất kỳ thứ gì và sạch nhất có thể", Gouma cho biết.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu có kế hoạch tối ưu hóa vật liệu hơn nữa.

Nguyên Ngọc (Theo Interesting Engineering)