Lọc chất độc trong nước với vật liệu từ phân tử đường giá rẻ

Các nhà khoa học vừa tìm ra một loại vật liệu giá rẻ nhưng có thể loại bỏ hiệu quả các chất cực độc có trong nước.

Vật liệu mới được tạo ra bằng cách biến đổi một phân tử đường trong tự nhiên thành polymer, đã cho thấy khả năng lọc độc tố tốt hơn những công nghệ hiện tại.

Những chất ô nhiễm từ các khu công nghiệp luôn gây ra những vấn đề nghiêm trọng cho cộng đồng xung quanh. Tại Mỹ, vào năm 2016, những vùng như Hoosick Falls (New York) hay Bennington (Vermont) đã phải ban bố tình trạng khẩn cấp vì nguồn nước uống bị nhiễm chất độc hóa học.

Vậy đâu là thủ phạm chính? Theo các nhà khoa học đó chính là axit Perfluorooctanoic – thường được viết tắt là PFOA. Trong quá khứ, PFOA đã được sử dụng để sản xuất chất chống dính quen thuộc ngày nay là TEFLON, sản xuất chất chống thấm cho thảm, túi bọc thực phẩm và thậm chí cả chỉ nha khoa.

Nhưng để tạo ra những sản phẩm làm sạch và chất chống dính này, chúng ta phải trả một cái giá khá đắt.

PFOA là một chất cực độc với sinh vật. Một khi đã thải ra môi trường, chất độc này sẽ không bao giờ phân hủy được. Điều này đồng nghĩa với việc để cải thiện nguồn nước, việc duy nhất chúng ta có thể làm là loại bỏ PFOA khỏi các dòng nước bị ô nhiễm.

Mô phỏng quá trình PFOA bị loại bỏ. (Nguồn: American Chemical Society).

Các nhà khoa học đã tạo nên một vật liệu polymer từ phân tử đường đơn giản là beta-cyclodextrin. Vật liệu này giúp loại bỏ hiệu quả PFOA khỏi nguồn nước gấp 10 lần so với những vật liệu lọc thông thường như carbon hoạt tính (hiện đang được sử dụng để sản xuất đồ lót khử mùi).

“Vật liệu mới của chúng tôi sẽ tách các chất độc ra khỏi nguồn nước. Các phân tử polymer có khả năng liên kết mạnh với PFOA và tách chất độc này ra khỏi nguồn nước ngay cả khi PFOA chỉ ở nồng độ thấp”. Nhà nghiên cứu William Dichtel thuộc đại học Northwestern University, Illinois, cho biết.

Beta-cyclodextrin là một phân tử đường sinh học tái tạo tự nhiên có nguồn gốc từ bột bắp. Phân tử cyclodextrin được biến đổi thành một polymer bằng cách kết nối với một phân tử khác - được gọi là liên kết chéo. Biết được tỷ lệ hoàn hảo tạo nên các liên kết chéo của phân tử beta-cyclodextrin chính là chìa khóa để tối đa hoá hiệu quả lọc độc.

Phân tử cyclodextrins được tạo thành từ các phân tử đường liên kết với nhau thành một chuỗi. Chuỗi beta-cyclodextrin tự nhiên này sẽ tạo ra một cấu trúc có kích thước hoàn hảo để liên kết và giữ các phân tử PFOA.

Đối với các chất gây ô nhiễm khác, các nhà khoa học có thể thực hiện một phương pháp tương tự, chỉ cần thay đổi cyclodextrin bằng một phân tử cyclodextrin khác có các lỗ hổng lớn hơn hoặc nhỏ hơn.

Vật liệu lọc nước mới được tạo ra bằng cách biến đổi một phân tử đường trong tự nhiên thành polymer.

Nhà nghiên cứu Dichtel cho biết: "Phát hiện của chúng tôi còn chỉ ra rằng, để lọc được những chất gây ô nhiễm khác, chúng ta chỉ cần điều chỉnh các polymer cho phù hợp còn bản chất lọc độc thì vẫn giống nhau".

Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học đã làm giảm mức nhiễm PFOA từ 1mg/lít xuống chỉ còn 10 nanograms / lít - thấp hơn nhiều so với mức khuyến cáo của Cơ quan Bảo vệ Môi trường.

Các polyme hoạt động tốt nhất có thể loại bỏ tới 95% PFOA trong vòng 13,5 giờ.

Hơn thế nữa, các polymer này có thể được sử dụng nhiều lần bằng cách đơn giản là rửa qua methanol ở nhiệt độ phòng. Đặc biệt, vật liệu này cũng hiệu quả với axít humic, một thành phần của chất hữu cơ tự nhiên thường có trong các dòng sông và ngăn cản hoạt động của carbon hoạt tính.

Các nhà khoa học hy vọng sẽ thương mại hóa vật liệu này trong tương lai gần và thành lập một nhà máy sản xuất, phân phối ra thị trường.

Kết quả nghiên cứu được đăng trong tạp chí American Chemical Society.