Phương pháp tiết kiệm năng lượng để loại bỏ chì khỏi nước uống

Các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology - MIT), Hoa Kỳ đã phát triển một cách tiếp cận mới để loại bỏ chì hoặc các chất gây ô nhiễm kim loại nặng khác khỏi nước bằng một quy trình tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với bất kỳ hệ thống nào hiện tại. Chúng có thể được sử dụng để xử lý các nguồn cung cấp nước bị nhiễm chì ở cấp độ gia đình hoặc để xử lý nước bị ô nhiễm từ các quy trình hóa học hoặc công nghiệp.

Các phát hiện được công bố ngày hôm nay trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Môi trường - Nước, trong bài báo của các sinh viên tốt nghiệp MIT Huanhuan Tian, ​​Mohammad Alkhadra, và Kameron Conforti, và giáo sư kỹ thuật hóa học Martin Bazant.

Thách thức lớn nhất trong việc cố gắng loại bỏ chì là chúng thường có ở nồng độ rất nhỏ, lẫn nhiều từ các nguyên tố hoặc hợp chất khác. Ví dụ, natri thường có trong nước uống với nồng độ hàng chục phần triệu, trong khi chì có thể rất độc với chỉ vài phần tỷ. Hầu hết các quy trình hiện có, chẳng hạn như thẩm thấu ngược hoặc chưng cất, loại bỏ tất cả mọi thứ cùng một lúc, Alkhadra giải thích. Điều này không chỉ tốn nhiều năng lượng hơn mức cần thiết để loại bỏ có chọn lọc mà còn phản tác dụng vì một lượng nhỏ các nguyên tố như natri và magiê thực sự cần thiết cho các chất cần có trong nước.

Phương pháp mới sử dụng một quy trình được gọi là thẩm tách điện xung kích, trong đó điện trường được sử dụng để tạo ra sóng xung kích bên trong một vật liệu xốp mang điện chứa nước bị ô nhiễm. Sóng xung kích truyền từ bên này sang bên kia khi điện áp tăng, để lại một vùng mà các ion kim loại bị cạn kiệt, và phân tách dòng cấp thành dòng nước muối và dòng nước ngọt. Quá trình này giúp giảm 95% lượng chì từ dòng nước ngọt đi ra.

Về nguyên tắc, phương pháp này sẽ không tốn nhiều năng lượng để loại bỏ natri. "Bởi vì chì có ở nồng độ thấp như vậy, "không có nhiều dòng điện tham gia vào việc loại bỏ các ion đó, vì vậy đây có thể là một cách rất hiệu quả về tiết kiệm chi phí."

Quá trình này vẫn có những hạn chế của nó, vì nó chỉ được chứng minh ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ và ở tốc độ dòng chảy khá chậm. Việc mở rộng quy trình để làm cho nó trở nên thực tế để sử dụng trong gia đình sẽ cần phải nghiên cứu thêm và việc sử dụng quy mô lớn hơn trong công nghiệp sẽ mất nhiều thời gian hơn. 

Quy trình này cũng có thể được điều chỉnh cho một số mục đích sử dụng công nghiệp như nước làm sạch được sản xuất trong các hoạt động khai thác hoặc khoan, để nước đã qua điều chế có thể được xử lý hoặc tái sử dụng một cách an toàn. Và trong một số trường hợp, đây cũng có thể là giải pháp để thu hồi các kim loại gây ô nhiễm nước. Ví dụ, một số khoáng chất như vậy có thể được sử dụng để chế biến chất bán dẫn hoặc dược phẩm hoặc các sản phẩm công nghệ cao khác.

“Chúng tôi cho rằng đây là một kết quả thú vị,” Bazant cho biết, “Nó cho thấy rằng chúng ta thực sự có thể giải quyết ứng dụng quan trọng này” cho việc làm sạch chì khỏi nước uống. Ông cho biết, ví dụ, hiện nay có những nơi thực hiện khử mặn nước biển bằng phương pháp thẩm thấu ngược, nhưng họ phải chạy quy trình tốn kém này hai lần liên tiếp, đầu tiên là để loại bỏ muối, sau đó lại để loại bỏ mức thấp các chất ô nhiễm độc hại như chì. Trong khi đó, quy trình mới này có thể được sử dụng thay cho quy trình thẩm thấu ngược vòng thứ hai, với mức tiêu hao năng lượng thấp hơn nhiều.