Ứng dụng hạt nano từ tính với chất lỏng ion lọc nước an toàn

Trong một bài viết đăng trên tạp chí Angewandte Chemie, các nhà khoa học giới thiệu một phương pháp lọc nước mới, sử dụng các hạt nano từ tính, phủ lớp “chất lỏng ion”, có thể loại bỏ đồng thời các chất nhiễm bẩn hữu cơ, vô cơ và vi khuẩn và vi hạt. Những hạt nano này sau đó dễ dàng được loại trừ khỏi nước bằng nam châm.

Một nhóm các nhà nghiên cứu, dẫn đầu là Carsten Streb, Robert Güttel và Scott Mitchell, thuộc Đại học Ulm, Viện Helmholtz ở Ulm (Đức) và CISC-Universidad de Zaragoza (Tây Ban Nha) phát triển một phương pháp tiếp cận khác đối với các hạt nano bằng lõi oxit sắt từ tính, vỏ silicon dioxide xốp.

Trên bề mặt các hạt nano được phủ một lớp chất lỏng ion. Chất lỏng ion là một muối, chuyển sang trạng thái nóng chảy ở nhiệt độ phòng và thành chất lỏng không cần sử dụng dung môi.

Chất lỏng ion được các nhà nghiên cứu sử dụng dựa trên các polyoxometallates (POMs), đó là các ion polyatomic, thường là anion (ion âm) bao gồm ba hoặc nhiều oxygen kim loại chuyển tiếp liên kết với nhau bằng các nguyên tử oxy chia sẻ để tạo thành khung lưới 3 chiều khép kín. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu sử dụng kim loại là vonfram vì các anion polyoxotungstate có thể liên kết với kim loại nặng, thường có trong nước nhiễm bẩn.

Cấu trúc của hạt nano oxit sắt từ tính vỏ silicon dioxide và chất lỏng ngoại vi. Ảnh Advanced Science News

Để trung hòa điện trong nước, các nhà nghiên cứu sử dụng các cation lớn (ion dương) tetraalkylammonium với đặc tính kháng khuẩn. Những chất lỏng ion thu được tạo thành lớp mỏng ổn định trên bề mặt silicon dioxide xốp của các hạt nano. Sau khi hấp thụ đầy các chất gây ô nhiễm, các hạt nano có thể được thu hồi từ nước bằng nam châm.

Trong các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm, những hạt nano từ tính hấp thụ những ion kim loại như chì, niken, đồng, crôm và coban, phân tử thuốc nhuộm có tên Patent Blue V như một ví dụ của tạp chất hữu cơ.

Sử dụng các hạt nano lõi oxit sắt từ tính và silicon dioxide xốp với lớp phủ chất lỏng cũng ngăn chặn sự phát triển của các vi khuẩn khác nhau hiệu quả. Hơn thế nữa, các hạt nano tự dính vào bề mặt các quả cầu polystyrene có đường kính từ 1 đến 10 µm, mô hình các hạt microplastic, sau đó có thể loại bỏ nhanh chóng bằng một nam châm.

Nghiên cứu điều chỉnh những thành phần của hạt nano của các nhà khoa học cho phép tối ưu hóa hơn nữa những tính chất, khiến các hạt nano từ tính trở thành bước khởi đầu đầy hứa hẹn, đáp ứng yêu cầu không chỉ đối với hệ thống lọc nước trung tâm và những hệ thông lọc nước phi tập trung. Lợi thế này cho phép dễ dàng lọc nước khối lượng lớn nước, ngay cả khi không có điều kiện xây dựng một cơ sở hạ tầng lớn làm sạch nước bẩn.