Các nhà nghiên cứu tại Đại học RMIT đã phát triển một vật liệu từ tính có thể tái sử dụng, giúp loại bỏ hơn 95% vi nhựa và nano nhựa khỏi nước thải trong khoảng một giờ. Vật liệu này cũng thu giữ nhiều chất gây ô nhiễm khác, bao gồm các chất per- và polyfluoroalkyl, kim loại nặng và dược phẩm. Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật Hóa học, là sự tiếp nối công trình mà nhóm nghiên cứu đã báo cáo lần đầu vào năm 2022.
Mức độ nghiêm trọng của vấn đề vi nhựa đã được ghi nhận rõ ràng. Các hạt nhựa hiện nay xuất hiện trong nước uống, chuỗi thức ăn và máu người trên toàn cầu. Vi nhựa nano, có kích thước dưới một micromet, đặc biệt khó xử lý trên quy mô lớn. Hiện chưa có phương pháp loại bỏ quy mô lớn nào được thiết lập cho các hạt có kích thước trong phạm vi đó.
Vật liệu này có tác dụng gì?
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, chất hấp phụ đã loại bỏ được các hạt nhỏ đến 30 nanomet. Đó là phạm vi kích thước mà các hệ thống lọc thông thường hầu như không thể xử lý được. Khoảng 80% chất gây ô nhiễm được loại bỏ trong vòng 15 phút đầu tiên xử lý. Tốc độ này rất quan trọng vì hầu hết các nhà máy xử lý nước thải đô thị hoạt động theo chu kỳ thời gian rất chặt chẽ.
Vật liệu này hoạt động hiệu quả trên nhiều loại nhựa thông dụng, bao gồm polyethylene, polypropylene và polyester. Nó vẫn giữ được hiệu quả trong cả nước ngọt và nước mặn. Ngoài nhựa, các nhà nghiên cứu còn ghi nhận tỷ lệ loại bỏ cao đối với thủy ngân, crom, đồng, thuốc nhuộm tổng hợp và ibuprofen.
Giáo sư Nicky Eshtiaghi của RMIT mô tả việc thu giữ các hạt nhựa nano là một bước tiến quan trọng. Bà nói: “Hiện vẫn chưa có giải pháp quy mô lớn nào được thiết lập để loại bỏ chúng”. Tác giả chính, Tiến sĩ Muhammad Haris, cho biết vật liệu này được thiết kế đặc biệt để loại bỏ các hạt vi nhựa và nhựa nano một cách nhanh chóng.
Kiểm tra công nghiệp và phục hồi từ tính
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm công nghệ này trong nước thải giặt ủi công nghiệp, một nguồn gây ô nhiễm sợi tổng hợp đáng kể. Vật liệu này đã loại bỏ hơn 88% sợi siêu nhỏ polyester và thuốc nhuộm, bất chấp sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt và chất hữu cơ trong nước. Đó là một kết quả có ý nghĩa. Nước thải giặt ủi có thành phần hóa học phức tạp, và nhiều phương pháp xử lý bị suy giảm hiệu quả trong điều kiện đó.
Một hệ thống nguyên mẫu, được phát triển cùng với One Eye Industries ở Canada, đã chứng minh rằng chất hấp phụ có thể được tách khỏi nước bằng từ tính và thu hồi nhanh chóng sau mỗi lần sử dụng. Thu hồi bằng từ tính giải quyết một rào cản chính đối với việc triển khai thương mại. Nếu một vật liệu không thể được thu hồi và tái sử dụng một cách hiệu quả, chi phí vận hành sẽ trở nên quá cao khi mở rộng quy mô.
Quy trình sản xuất cũng đã được cải thiện đáng kể. Nhóm nghiên cứu hiện sản xuất vật liệu này ở nhiệt độ phòng bằng cách sử dụng ít nguyên liệu đầu vào đắt tiền hơn. Các nhà nghiên cứu cho biết chi phí sản xuất thấp hơn khoảng 75% so với các phiên bản trước đó. Vật liệu này có thể được tái sử dụng nhiều lần.
Các Lộ trình Thương mại và Bối cảnh Quy định
Viện Nghiên cứu Công nghệ Hoàng gia Victoria (RMIT) đã bắt đầu các cuộc thảo luận thương mại ban đầu với Fire and Test Australasia, một công ty thuộc sở hữu của người bản địa có trụ sở tại Geelong, Victoria. Quan hệ đối tác này tập trung vào xử lý nước mưa và nước thải, bao gồm cả các ứng dụng quy mô cộng đồng. Các nhà nghiên cứu cũng đang hợp tác với Star Water Group, công ty có khách hàng bao gồm các nhà điều hành tại thị trường Hoa Kỳ.
Việc tập trung vào thị trường Mỹ mang một logic cụ thể. Các cơ quan quản lý của Mỹ đã thắt chặt các tiêu chuẩn về cả vi nhựa và PFAS trong những năm gần đây. Nhu cầu về các phương án xử lý tiên tiến đang tăng lên trong số các nhà điều hành đô thị và công nghiệp đang chịu áp lực phải tuân thủ các giới hạn mới. Sự kết hợp giữa hiệu suất thu giữ cao và khả năng thu hồi bằng từ tính chi phí thấp mang lại cho phương pháp này một cơ sở thương mại khả thi trong môi trường đó.
Công nghệ này cũng có tiềm năng trong các hệ thống phi tập trung. Nhiều khu vực thiếu cơ sở hạ tầng xử lý quy mô lớn. Một loại vật liệu hoạt động nhanh, thu hồi sạch và có thể được sản xuất với chi phí thấp hơn có thể phục vụ các cộng đồng nhỏ hơn và các vùng xa xôi nơi các nhà máy thông thường không khả thi.
Tình hình hiện tại
Các kết quả đã công bố cho đến nay đến từ thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và trên nguyên mẫu. Quá trình chuyển đổi từ hiệu suất trong phòng thí nghiệm sang triển khai quy mô lớn trong đô thị hoặc công nghiệp liên quan đến một loạt các thách thức về kỹ thuật và quy định khác nhau. Các nhà nghiên cứu đã thừa nhận rằng các đối tác thương mại hiện đang đánh giá những vấn đề đó.
Ô nhiễm nhựa và ô nhiễm hóa chất dai dẳng ngày càng chồng chéo nhau, trở thành mối quan ngại của các cơ quan quản lý và nhà đầu tư. Các công ty cấp nước, nhà sản xuất dệt may và người sử dụng nước công nghiệp đang phải đối mặt với áp lực ngày càng tăng để chứng minh các chiến lược xử lý đáng tin cậy. Một vật liệu có thể xử lý đồng thời vi nhựa, nano nhựa, kim loại nặng và PFAS, và thực hiện điều đó trong khung thời gian mà người vận hành thực sự có thể sử dụng, sẽ có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nếu hiệu quả thực tế phù hợp với dữ liệu trong phòng thí nghiệm.
