Giải pháp khử màu cho cho nước bằng vật liệu mới
Một nhóm nghiên cứu do Đại học Washington đi đầu đã tạo ra một hướng mới thân thiện với môi trường hơn để loại bỏ màu sắc từ thuốc nhuộm trong nước chỉ trong vài giây.
Kỹ thuật này được mô tả trong một bài báo được xuất bản trực tuyến vào tháng 6 trên tạp chí Applied Catalysis B: Environmental.
"Một lượng nhỏ thuốc nhuộm có thể gây ô nhiễm một lượng nước lớn, vì vậy chúng tôi cần tìm ra cách để loại bỏ màu sắc một cách nhanh chóng và hiệu quả", tác giả bài báo Anthony Dichiara nói , một trợ lý của giáo sư về khoa học và kỹ thuật sinh học tại Trường Khoa học Môi trường và Khoa học Lâm nghiệp UW. "Chúng tôi khá ấn tượng với những gì chúng tôi có thể đạt được."
Anthony Dichiara, trái, và Jin Gu chuẩn bị một thí nghiệm để loại bỏ màu sắc từ nước bằng cách sử dụng một vật liệu xốp bền, có thể tái sử dụng. Mark Stone / Đại học Washington.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp loại bỏ màu sắc khỏi nước bằng cách sử dụng vật liệu giống như bọt biển mà chúng tạo ra từ bột gỗ và các mẩu kim loại nhỏ. Cellulose, cấu trúc chính trong thành tế bào thực vật và vật liệu tự nhiên phong phú nhất trên Trái đất, là thành phần cấu thành chính vật liệu, được trang trí bằng những miếng paladi nhỏ. Kim loại này đóng vai trò như chất xúc tác giúp loại bỏ màu một cách nhanh chóng.
Vật liệu giống như miếng bọt biển của UW, bên trái, được làm từ bột gỗ và các mẩu kim loại nhỏ có thể loại bỏ màu sắc tfw thuốc nhuộm trong nước chỉ trong vài giây .Mark Stone / University of Washington.
Thay vì loại bỏ thuốc nhuộm khỏi nước, nhóm nghiên cứu đã tìm cách thay đổi màu sắc của thuốc nhuộm thành thứ gì đó nằm ngoài những gì chúng ta có thể thấy trong quang phổ nhìn thấy được. Ví dụ, một phản ứng hóa học có thể phá vỡ màu đỏ và làm cho nó xuất hiện trong suốt hoặc không màu. Trong trường hợp các sản phẩm chất thải màu nhuộm tạo màu nước trong hồ và ngăn ngừa sự quang hợp, việc thay đổi thuốc nhuộm từ màu đỏ sang trong suốt sẽ cho phép thực vật thủy sinh phát triển bình thường trở lại.
Việc giảm hóa chất của thuốc nhuộm bằng cách sử dụng các phân tử được gọi là "tác nhân khử" có thể làm thay đổi cấu trúc của thuốc nhuộm và thay đổi màu sắc của nó từ màu đỏ hoặc màu xanh hay trong suốt. Tuy nhiên, phản ứng không hiệu quả và có thể mất vài tuần để xảy ra. Vật liệu của UW chứa chất xúc tác hoạt động với tác nhân khử khử để tăng tốc quá trình này lên đến gần như tức thời.
Các nhà nghiên cứu kết hợp các phân tử cellulose với kim loại palladi, làm nóng thành dung dịch và trộn nó bởi máy nghiền trộn. Sau đó, họ làm sạch và đóng băng khô vật liệu để nó trở thành một chất xốp, có thể tái sử dụng. Sản phẩm cuối cùng kết quả là hơn 99% không khí - lỗ chân lông lớn của nó cho phép nước chảy vào và ra, trong khi các hạt xúc tác kim loại trong vật liệu làm việc để loại bỏ bất kỳ màu nào có mặt.
Cũng giống như một miếng bọt biển thực sự, vật liệu có thể được vắt nước và tái sử dụng nhiều lần mà không làm mất khả năng loại bỏ màu khỏi nước. Các nhà nghiên cứu nói rằng rất khó để tạo ra một vật liệu nhẹ như vậy sau nhiều vòng ép và lọc, đặc biệt khi vật liệu phải duy trì cấu trúc giống như phô mai Thụy Sĩ và kết hợp được với các hạt khử màu.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm vật liệu của họ trong phòng thí nghiệm sử dụng thuốc nhuộm màu xanh và đỏ thông thường trong ngành công nghiệp dệt. Họ đổ nước màu - đã trộn lẫn với phân tử khử màu - qua miếng vật liệu. Khi chất lỏng đi qua vật liệu, kết quả là nước trở nên trong suốt. Trong một thử nghiệm khác, họ cuộn vật liệu xốp cho vào một lọ chứa nước nhuộm màu xanh, và sau khoảng 10 giây thì màu sắc biến mất.
Các nhà nghiên cứu giữ một mảnh nhỏ của vật liệu trong nước chứa chất nhuộm màu xanh. Sau khoảng 10 giây, nước trong cốc trở nên rõ ràng. Mark Stone / University of Washington.
Bên ngoài các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu nói rằng vật liệu có thể được thả vào một hồ bị ô nhiễm với thuốc nhuộm, cùng với phân tử khử màu. Tương tự như xoay một túi trà xung quanh một cốc, bọt biển có thể được trượt xung quanh hồ cho đến khi tất cả các màu sắc biến mất.
Dichiara nói: “Chỉ một chút thuốc nhuộm có thể thay đổi màu sắc của một cái hồ thật đáng kinh ngạc. "Phương pháp này có thể hoạt động tốt khi bạn có nồng độ thuốc nhuộm thấp trong nước mà bạn cần phải xử lý vấn đề thật nhanh."
Tác giả đầu tiên là Jin Gu, một học giả giảng dạy tại UW và phó giáo sư tại Đại học Nông nghiệp Nam Trung Quốc, và các đồng tác giả khác là Chuanshuang Hu và Weiwei Zhang của Nam Trung Quốc Đại học Nông nghiệp.
Kinh phí cho công việc này là từ Sở Khoa học và Công nghệ Quảng Đông, Viện Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia, và Cục Lâm nghiệp Quảng Đông.