Vật liệu quang nhiệt làm từ quả phật thủ lọc nước biển thành nước ngọt
TS. Phạm Tiến Thành tại Trường Đại học Việt Nhật (ĐHQGHN) cùng các cộng sự vừa công bố trên tạp chí Desalination kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu quang nhiệt làm từ quả phật thủ cho phép lọc nước biển thành nước ngọt.
Sản phẩm của TS. Phạm Tiến Thành là vật liệu lọc sinh khối, loại vật liệu ít ảnh hưởng đến môi trường nhất, vừa rẻ lại hiệu quả. Lý do chọn quả phật thủ được TS. Phạm Tiến Thành giải thích: "Yêu cầu đặt ra cho vật liệu quang nhiệt là phải có khả năng dẫn nước tốt, vì nước phải đưa lên bề mặt thì mới bay hơi. Thứ hai là vật liệu phải có độ truyền nhiệt thấp, để nhiệt tập trung trên bề mặt thì hiệu quả mới cao. Quả phật thủ hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu này: có cấu trúc lỗ xốp, các ống mao dẫn có hình lục giác như tổ ong độc đáo, chứa đầy không khí nên có khả năng cách nhiệt thấp”.
Trong số các phương pháp chế tạo vật liệu quang nhiệt trên nền vật liệu sinh khối như phủ lớp nano kim loại, carbon hóa sinh khối ở nhiệt độ cao trong môi trường khí trơ, phủ dung dịch ống nano carbon trên bề mặt vật liệu hoặc tạo lớp phủ polyphenolic - ion kim loại bằng cách tạo phức ion kim loại (tiêu biểu như Cu2+, Fe3+ với các nhóm hydroxyl (-OH) của phenol/polyphenol), nhóm nghiên cứu đã lựa chọn phương pháp tạo phức ion kim loại bằng polyphenol bởi tính đơn giản và hiệu quả.
Quả phật thủ được cắt lát, xử lý bằng cồn, sau đó ngâm vào dung dịch nước chè và tổng hợp với dung dịch Fe3+ để tạo thành vật liệu quang nhiệt. Theo tác giả của nghiên cứu: "Phản ứng giữa Fe3+ và các polyphenol sẽ tạo phức ion kim loại bám trên bề mặt, giữa các hạt này vẫn có khoảng cách, khi ánh sáng đi vào thì các hạt đấy sẽ phản xạ lẫn nhau, ánh sáng sẽ bị ‘nhốt’ lại phía trong. Đây chính là một trong những yếu tố quan trọng nhất để tăng khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời”.
Kết quả là nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công vật chế tạo có độ hấp thụ mặt trời rất cao, lên tới 95% trong dải bước sóng từ 300-2500 nm (dải bước sóng mặt trời thông thường). Kết quả thử nghiệm đã gợi mở những ứng dụng hứa hẹn của vật liệu quang nhiệt từ quả phật thủ: "Trong điều kiện mô phỏng ở phòng thí nghiệm, vật liệu có tốc độ bay hơi nước là 1.92 kg m2/giờ trên một đơn vị ánh sáng mặt trời (tương đương 1 kW m2), ngang bằng, thậm chí cao hơn các vật liệu quang nhiệt bằng sinh khối đã có”, TS. Phạm Tiến Thành cho biết. Nếu ứng dụng trong hệ thống sản xuất hơi nước bằng năng lượng mặt trời thực tế, mỗi ngày hệ thống có thể sản xuất từ 2,4-3,7kg/m2 nước sạch, đáp ứng đủ nhu cầu nước sinh hoạt hàng ngày trên quy mô nhỏ. Điểm đặc biệt của vật liệu này là ít bị bám muối trên bề mặt trong quá trình bay hơi. Đây là một trong những yếu tố quan trọng để duy trì hiệu suất của vật liệu trong quá trình sử dụng.
Với quy trình chế tạo đơn giản và nguyên liệu sẵn có, con đường ứng dụng vật liệu quang nhiệt từ trái phật thủ trong thực tế có lẽ không còn xa. Tuy nhiên, để đi đến thương mại hóa thì công nghệ phải rất ổn định trên quy mô lớn. Các nhà nghiên cứu muốn thử nghiệm trên diện tích vật liệu lớn hơn trong các điều kiện, vùng miền khác nhau để kiểm tra hiệu suất. Bởi thực tế điều kiện nắng, độ, ẩm,... mỗi nơi lại khác nhau.
Bắc Lãm (T/h)
