Trong hàng nghìn năm qua, người dân ở vùng Trung Đông và Nam Mỹ đã phải lấy nước từ không khí để phục vụ nhu cầu sinh hoạt của người dân. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu hiện tại Trường Đại học Akron, Hoa Kỳ đang phát triển một thiết bị thu hoạch nguồn nước ngọt chạy bằng pin, có trọng lượng nhẹ và đặc biệt là có khả năng thu hoạch đến 10 gallon nước từ không khí mỗi giờ, ngay cả ở những khu vực khô hạn, đất đai cằn cỗi. Họ cho biết công nghệ mới dựa trên sợi nano có thể giúp giải quyết tình trạng thiếu nước trong cuộc sống hiện đại do ảnh hưởng của hiện tượng biến đổi khí hậu, ô nhiễm công nghiệp, hạn hán và suy thoái chất lượng nước ngầm. Nhóm nghiên cứu trình bày kết quả tại Hội nghị Quốc gia lần thứ 256 và Triển lãm của Hiệp hội Hóa học Mỹ (ACS).
Shing-Chung (Josh) Wong cho biết: Tôi đã đến thăm đất nước Trung Quốc - một trong những nơi đang gặp tình trạng khan hiếm nước ngọt trầm trọng nhất trên thế giới. Mặc dù đã có nhiều dự án đầu tư vào hệ thống xử lý nước thải, nhưng tôi nghĩ rằng nỗ lực đó chưa đủ. Wong cho rằng thay vì chỉ phụ thuộc vào nguồn nước thải đã qua xử lý và kiểm soát, thì việc cần thiết là phát triển một phương pháp thu hoạch nước mới để tận dụng được các hạt phân tử nước dồi dào sẵn có trong khí quyển.
Thu hoạch nước từ không khí có một lịch sử lâu dài. Từ hàng ngàn năm trước, người Inca của vùng Andean đã thu hoạch các hạt sương buổi sớm và đựng trong các bể chứa. Gần đây hơn, một số nhóm nghiên cứu đã phát triển thiết bị hứng các hạt sương mù ở vùng núi Andean và châu Phi.
Để hạn chế phát sinh và nâng cao hiệu quả của nguồn nước, Wong và các sinh viên của mình đã tiến hành thử nghiệm với sợi polyme được sản xuất bằng kỹ thuật quay điện hóa. Vật liệu này được sử dụng phổ biến trong hơn một thập kỷ. Kỹ thuật quay điện hóa (electrospinning) sử dụng điện áp cao để tạo ra các sợi polyme có độ dày chỉ từ hàng chục nanomet đến 1 micromet - kích thước lý tưởng để có thể làm ngưng tụ và chiết xuất các giọt nước từ không khí. Những sợi polyme có cấu trúc nano cung cấp tỉ lệ diện tích bề mặt so với thể tích lớn hơn nhiều so với các cấu trúc và màng thông thường được sử dụng trong các thiết bị chưng cất nước.
Sau khi thử nghiệm các biện pháp kết hợp các polyme ưa nước và kị nước khác nhau, nhóm nghiên cứu kết luận rằng hoàn toàn có thể chế tạo một hệ thống thu hoạch nước bằng công nghệ nano. Bên cạnh đó, nhóm của Wong xác định rằng màng polyme có thể thu hoạch 744 mg/cm2/h, cao hơn 91% so với các màng không có các sợi nano có thiết kế tương tự.
Không giống như các công nghệ khác hiện đang được áp dụng, thiết bị thu hoạch nước của Wong có thể hoạt động trong môi trường sa mạc khô cằn nhờ diện tích bề mặt so với thể tích của màng cao. Ngoài ra, nhu cầu năng lượng tối thiểu cũng được đáp ứng. Chúng tôi có thể tự tin khẳng định, rằng với những tiến bộ đạt được thời gian gần đây trong phát triển công nghệ pin lithium-ion, chúng tôi cuối cùng có thể chế tạo được một thiết bị thu hoạch nước có kích thước nhỏ hơn, chỉ tương dương với một chiếc ba lô, ông nói.
Hơn nữa, thiết kế dựa trên sợi nano của nhóm nghiên cứu có khả năng đồng thời lấy và lọc nước cùng lúc. Mạng lưới sợi polyme quay điện hóa có thể hoạt động như một bề mặt chống bẩn, làm bong tróc các vi khuẩn bám, cư trú trên bề mặt của thiết bị. Vì vậy, chất lượng của nguồn nước thu được chắc chắn sẽ rất "sạch, không bị ô nhiễm" và có thể ngay lập tức sử dụng sau khi thu hoạch.
Tiếp theo, Wong hy vọng sẽ có thêm kinh phí để xây dựng một nguyên mẫu của máy thu hoạch nguồn nước ngọt. Ông dự đoán chi phí để sản xuất nguyên mẫu thiết bị của ông không hề tốn kém.
Nguồn: NASATI