Đột phá chưa từng có: Tạo ra vật liệu mới có thể khử hóa chất độc hại ra khỏi nước chỉ trong vài giây

Ô nhiễm PFAS đang trở thành một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng nhất trong thập kỷ qua. Nhóm hóa chất này xuất hiện phổ biến trong các sản phẩm quen thuộc như chảo chống dính, quần áo chống thấm nước và bọt chữa cháy công nghiệp.

Theo thời gian, PFAS ngấm vào sông hồ, nước ngầm và cuối cùng đi vào nguồn nước sinh hoạt. Nhiều nghiên cứu đã phát hiện PFAS trong đất, động vật hoang dã và thậm chí trong máu người.

Do PFAS hầu như không bị phân hủy tự nhiên, thế giới đang phải đối mặt với nguy cơ bị phơi nhiễm lâu dài, trong khi các giải pháp xử lý nước uống hiện nay còn hạn chế. Phần lớn hệ thống xử lý vẫn dựa vào than hoạt tính hoặc than sinh học – những vật liệu hấp phụ chậm, dung lượng thấp và thường tạo ra chất thải thứ cấp cần xử lý riêng.

Một nhóm nghiên cứu vừa phát triển vật liệu mới có khả năng loại bỏ PFAS – nhóm “hóa chất vĩnh cửu” – khỏi nước chỉ trong vài giây. Ảnh: IE 

Trước nhu cầu ngày càng tăng về các công nghệ xử lý nhanh, hiệu quả và có thể mở rộng quy mô, các nhà khoa học đang đẩy nhanh nghiên cứu giải pháp mới. Trong bối cảnh đó, một nhóm nghiên cứu vừa phát triển thành công vật liệu có khả năng loại bỏ PFAS khỏi nước chỉ trong vài giây.

Vật liệu này là hydroxide kép nhiều lớp xen kẽ nitrat, được thiết kế để nhắm trực tiếp vào axit perfluorooctanoic (PFOA) – một trong những hợp chất PFAS phổ biến nhất trong các nguồn nước ô nhiễm. Thử nghiệm cho thấy vật liệu đạt khả năng hấp thụ lên tới 1.702 miligam trên mỗi gram, thuộc nhóm hiệu quả cao nhất từng được công bố.

PFAS – thường được gọi là “hóa chất vĩnh cửu” – tồn tại dai dẳng nhờ các liên kết carbon–fluor cực kỳ bền vững, khiến chúng khó bị phá vỡ và xử lý khi đã xâm nhập hệ thống nước. 

Ô nhiễm PFAS lan rộng và khó kiểm soát do các hóa chất này được sử dụng phổ biến trong sản xuất và hàng tiêu dùng. Khi thải ra môi trường, chúng nhanh chóng di chuyển qua đất và nước, làm dấy lên lo ngại về sức khỏe như rối loạn miễn dịch, nguy cơ ung thư và ảnh hưởng đến sự phát triển.

Trong bối cảnh nhiều quốc gia siết chặt kiểm soát và mở rộng xét nghiệm PFAS, nhu cầu về công cụ xử lý hiệu quả ngày càng cấp thiết. Nhóm nghiên cứu cho biết mục tiêu của họ là tạo ra một vật liệu vừa phản ứng nhanh, vừa có khả năng xử lý lượng lớn chất ô nhiễm và vẫn bền vững để tái sử dụng nhiều lần.

“Chúng tôi muốn phát triển một vật liệu có thể ‘bắt giữ’ PFAS ngay khi tiếp xúc, đồng thời vẫn ổn định và tái sử dụng được”, tác giả chính của nghiên cứu cho hay, đồng thời tiết lộ rằng cấu trúc dạng lớp hoạt động hiệu quả hơn kỳ vọng và duy trì được tính toàn vẹn qua các chu kỳ tái tạo lặp đi lặp lại.

Nghiên cứu mới cho thấy vật liệu dạng lớp có thể hấp thụ PFAS với hiệu suất rất cao, hứa hẹn ứng dụng trong các hệ thống lọc nước quy mô lớn. Ảnh: IE 

Cơ chế hoạt động

Nhóm nghiên cứu tổng hợp vật liệu hydroxide kép lớp CuAl dạng tinh thể bằng phương pháp thủy phân urê tối ưu hóa. Bằng cách kiểm soát chính xác độ pH và tỷ lệ kim loại, họ tạo ra cấu trúc chứa các ion nitrat liên kết yếu.

Trong điều kiện nước trung tính, các ion này nhanh chóng trao đổi với phân tử PFOA, cho phép loại bỏ PFAS gần như tức thì mà không cần xử lý hóa học trước. 

Thử nghiệm với mẫu nước tự nhiên cũng cho kết quả ổn định, không chỉ giới hạn trong điều kiện phòng thí nghiệm. Vật liệu vẫn giữ được cấu trúc và hiệu suất sau nhiều chu kỳ tái sinh – điểm mà nhiều công nghệ hiện nay chưa đáp ứng được.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu lưu ý quá trình tái sinh vẫn cần cải tiến, đặc biệt trong việc xử lý cặn fluor còn sót lại. Dù vậy, nghiên cứu được đánh giá là bước tiến quan trọng hướng tới việc xử lý PFAS trên quy mô lớn.

Nếu tiếp tục được hoàn thiện, vật liệu mới này có thể mang lại cho cộng đồng trên toàn cầu một phương án xử lý ô nhiễm PFAS nhanh hơn, sạch hơn và bền vững hơn.

Theo IE