Màng lọc sử dụng phương pháp mới khử muối khỏi nước

Nhóm nghiên cứu do Đại học Khoa học & Công nghệ King Abdullah (KAUST) của Saudi Arabia dẫn đầu đã chỉ ra cách các màng siêu mỏng bằng polymer được sắp xếp có thể loại bỏ muối khỏi nước muối và nước biển hiệu quả, cung cấp một giải pháp thay thế tiềm năng cho các hệ thống khử muối hiện tại, bài đăng ngày 14/11 trên trang khoa học SciTechDaily cho hay.

Yu Han, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Màng khử muối phải vừa cho thấy dòng chảy cao và khả năng loại bỏ muối cao”. 

Các vật liệu nano cacbon, chẳng hạn như ống nano cacbon và graphene, được dự kiến sẽ đáp ứng các yêu cầu này do tính chất hóa học bề mặt độc đáo của chúng và xu hướng xếp chồng lên nhau thành các kênh có đường kính nhỏ hơn một nanomet. 

Tuy nhiên, những thách thức khi sắp xếp các kênh hiện gây trở ngại trong áp dụng trên quy mô lớn.

Tác giả nghiên cứu Jie Shen, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong nhóm của Han, cho biết: “Một cách để giải quyết những hạn chế này là thông qua các màng carbon xốp hai chiều với các kênh vận chuyển phân tử có kích thước nanomet phân bố đồng đều”. 

Tuy nhiên, các màng này thường được tổng hợp trong dung dịch, thúc đẩy sự phát triển ngẫu nhiên của cấu trúc ba chiều rối loạn với các vi lỗ nhỏ có cấu trúc kém.

Bằng cách sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học, các nhà nghiên cứu tại KAUST đã liên kết với Đại học Hồng Kông để phát triển một kỹ thuật giúp kiểm soát sự phát triển của khung polymer liên hợp hai chiều thành màng carbon siêu mỏng.

Các nhà nghiên cứu đã lắng đọng monome triethynylbenzene trên các chất nền đồng đơn tinh thể phẳng nguyên tử với sự có mặt của một bazơ hữu cơ hoạt động như một chất xúc tác.

Triethynylbenzene mang ba nhóm phản ứng đóng vai trò là điểm neo cho các monome bổ sung. 

Các nhóm này hợp thành những góc 120 độ, tạo ra các mảng có tổ chức gồm các cấu trúc tuần hoàn được xác định rõ ràng, xếp chồng lên nhau thành các kênh kỵ nước hình thoi có kích thước dưới nanomet.

Màng này cho thấy hiệu suất khử muối tuyệt vời ở các cấu hình thẩm thấu thuận và ngược và  khả năng loại bỏ mạnh mẽ các ion hóa trị hai, cũng như các phân tử trung tính và tích điện nhỏ.

Nhóm nghiên cứu hiện đang cải thiện đặc tính chống bẩn, độ bền cơ học và tính ổn định hóa học lâu dài của màng cho các ứng dụng thực tế trong tương lai. 

Họ cũng đang tinh chỉnh các thuộc tính điện tích bề mặt và kích thước kênh của nó.