Loại bỏ chất độc hại
TS Vũ Thế Ninh và cộng sự, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vừa được cấp bằng độc quyền sáng chế cho “Phương pháp chế tạo vật liệu nano từ tính spinel Fe1-xMnxFe2O4 làm vật liệu hấp phụ asen, chì từ nguồn nước sinh hoạt bị ô nhiễm và vật liệu nano từ tính spinel FE-0, 9MN0, 1FE2O4 thu được bằng phương pháp này”.
Sáng chế đề cập đến vật liệu nano từ tính spinel thu được từ phương pháp chế tạo nêu trên ứng dụng loại bỏ asen, chì trong nguồn nước sinh hoạt bị ô nhiễm.
TS Vũ Thế Ninh cho biết, trong lĩnh vực môi trường, hạt nano từ có ảnh hưởng quan trọng nhất là xử lý môi trường nước, thông qua việc loại bỏ các chất ô nhiễm từ môi trường nước ngầm và môi trường biển, hoặc bằng cách nâng cao chất lượng nguồn nước cho sinh hoạt.
Các hạt nano từ cùng với dạng biến tính với kích thước nano có diện tích bề mặt lớn giúp tăng cường hiệu suất và tốc độ quá trình xử lý, đồng thời khi ở kích thước nano chúng có tính chất siêu thuận từ.
Điều này cho phép các hạt nano từ không chỉ hoạt động như chất hấp phụ hiệu quả đối với các chất ô nhiễm, mà còn cho phép thu hồi vật liệu sau hấp phụ bằng lực từ trường để tiếp tục tái sinh và tái sử dụng.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp chế tạo hạt nano từ spinel Fe1-xMnxFe2O4 (0≤ x ≤1) bằng cách đồng kết tủa trong pha vi nhũ tương với tác nhân dietylen glycol dietyl ete (DGDE) được đề xuất, bằng cách thức tiến hành đơn giản thu nhận được sản phẩm hạt nano từ spinel Fe1-xMnxFe2O4 có kích thước nhỏ hơn phương pháp và cách tiến hành khác.
Đồng thời, với thành phần hóa học là Fe, Mn là các nguyên tố sẵn có, thân thiện môi trường, tương thích sinh học cao phù hợp với mục đích làm chất hấp phụ xử lý ô nhiễm nước sinh hoạt, bằng sự thay thế có thể tạo ra vật liệu mới có dung lượng hấp phụ asen, chì cao hơn so với chất gốc.
Mục đích của sáng chế là tìm ra phương pháp để chế tạo hạt nano từ tính spinel Fe1-xMnxFe2O4 bằng phương pháp đồng kết tủa. Quá trình đồng kết tủa ở điều kiện tối ưu được thực hiện trong pha vi nhũ tương. Pha vi nhũ tương được hình thành giữa các tiền chất là muối clorua kim loại tương ứng với dung môi hữu cơ.
Nhiều tiềm năng ứng dụng
Nhóm nghiên cứu cho biết, với phương pháp này, vật liệu thu được có kích thước nhỏ hơn, diện tích bề mặt cao hơn so với những phương pháp khác, đồng thời sự hình thành mạng lưới tinh thể thay thế giúp tăng cường khả năng hấp phụ asen, chì khi so sánh với hợp chất gốc.
Với độ bão hòa từ lớn, vật liệu có các thành phần sắt, mangan thân thiện môi trường, sẵn có đã mang lại khả năng ứng dụng trực tiếp hạt nano trong xử lý môi trường nước bị ô nhiễm và thu hồi vật liệu sau xử lý bằng lực từ trường.
“Do đó, vật liệu theo sáng chế có thể loại bỏ hoàn toàn asen, chì trong nước sinh hoạt bị ô nhiễm và sau đó vật liệu hấp phụ này có thể được tách ra khỏi dung dịch bằng lực từ trường”, TS Vũ Thế Ninh nói.
Nói về hiệu quả đạt được bởi sáng chế, TS Vũ Thế Ninh cho biết, có thể nhận thấy rằng sáng chế cung cấp phương pháp vi nhũ tương hiện đại đang được nghiên cứu hiện nay để sản suất nano từ tính spinel Fe1-xMnxFe2O4 với tác nhân tạo vi nhũ tương mới.
Với tác nhân này, quá trình tạo vi nhũ tương nhanh, dễ dàng nên không cần sử dụng chất hoạt động bề mặt, không cần bảo quản trong môi trường khí trơ, thu hồi lại dung môi sử dụng cho những lần chế tạo sau.
Sản phẩm của phương pháp chế tạo vật liệu có kích thước đồng đều ≤10nm, tức là kích thước trung bình hạt nano từ thu được nhỏ hơn các phương pháp và công trình nghiên cứu khác, sẽ mang lại nhiều tiềm năng ứng dụng to lớn không chỉ trong lĩnh vực xử lý môi trường.
Mặt khác, sáng chế cung cấp phương pháp chế tạo nano từ tính spinel Fe1-xMnxFe2O4 có sử dụng các trang thiết bị và cách thức tiến hành đơn giản, tiêu tốn ít năng lượng nên có dễ dàng đầu tư dây chuyền sản xuất.
Nguồn nguyên liệu phong phú, giá thành rẻ, đôi khi có thể lấy miễn phí từ bùn thải từ các nhà máy nước (giàu hydroxit của Fe, Mn), dung môi tái sử dụng. Vật liệu có dung lượng hấp phụ asen, chì cao hơn các vật liệu đang triển khai hiện nay. Đặc biệt, với độ bão hòa từ lớn, vật liệu nano từ tính có thể được thu hồi bằng lực từ trường sau khi sử dụng.
Từ đó, cung cấp thêm giải pháp triển vọng trong việc xử lý hiện trạng ô nhiễm môi trường nước bởi các tác nhân asen, chì như hiện nay đều ≤10nm, tức là kích thước trung bình hạt nano từ thu được nhỏ hơn các phương pháp và công trình nghiên cứu khác, sẽ mang lại nhiều tiềm năng ứng dụng to lớn không chỉ trong lĩnh vực xử lý môi trường.
