Máy lọc nước đơn giản dùng trong không gian được chế tạo đặc biệt từ lõi lọc nước Nanoceram

  • 15/06/2019
  • 101

Máy lọc nước đơn giản dùng trong không gian được chế tạo đặc biệt từ lõi lọc nước Nanoceram.

Lõi lọc nước nanoceram lọc chất độc hại [Lọc nano].

Công nghệ nguyên gốc của NASA [Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ].

"Dự án nghiên cứu được NASA tài trợ đã cung cấp thông tin, cách thức và các kỹ thuật giúp chúng tôi phát triển công nghệ hiện tại."

 

Lõi lọc nước nanoceram lọc chất độc hại [Lọc nano]

 

Công nghệ nguyên gốc của NASA [Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ]

Nước sạch, một nguồn tài nguyên vô giá đang ngày càng khan hiếm trên Trái Đất, nhưng "vô giá" là một từ trừu tượng - nước sạch có giá của nó và muốn sở hữu, bạn phải trả một giá đắt. NASA vẫn phải chi 83.000 USD cho 3,57 lít nước sạch để đưa ra ngoài không gian. Mặc dù, gần đây bằng cách cải tiến công nghệ, NASA giúp các phi hành gia có nước uống bằng cách tái chế mồ hôi và nước tiểu của chính họ. Với sự phát triển của khoa học, trong tương lai việc trích xuất nước từ lớp băng trên sao Hỏa có thể khả thi, sự đắt đỏ sẽ không còn nữa. Điều này có nghĩa là phương pháp tái chế và lọc nước là mối quan tâm hàng đầu của Chương trình Thám hiểm Không gian Vũ trụ.

Hợp tác

Trung tâm Không gian Johnson của NASA đã ký hợp đồng SBIR (Nghiên cứu Phát triển Giải pháp Kinh doanh) giai đoạn 1 năm 2000 và hợp đồng SBIR giai đoạn 2 với Tập đoàn Argonide, một công ty chuyên về vật liệu nano, trụ sở tại Sanford, Florida. Argonide đã phát triển vật liệu lọc độc đáo có tiềm năng tạo nên cuộc cách mạng về phương pháp lọc và tái chế nước sạch trong không gian. Làm việc miệt mài để chế tạo một máy lọc nước usa đơn giản dùng trong không gian, Argonide đã dùng giai đoạn 1 để xây dựng công nghệ độc quyền của mình, những phin lọc và đĩa lọc. Trong giai đoạn 2, công ty nghiên cứu và thử nghiệm vật liệu sợi nano có thể lọc cả virus và hấp thụ DNA, RNA. Argonide cũng cung cấp lõi lọc cao cấp NanoCeram cho những máy lọc nước usa. Lõi lọc NanoCeram đã đạt giải công nghệ "R&D 100" năm 2002 của tạp chí R&D và được vinh danh tại Hội trường Danh vọng Công nghệ Vũ trụ của Space Foundation vào năm 2005.

"Dự án nghiên cứu được NASA tài trợ đã cung cấp thông tin, cách thức và các kỹ thuật giúp chúng tôi phát triển công nghệ hiện tại."

Lõi lọc nước nanoceram lọc các chất độc hại

Ảnh 1: Các sợi nanoalumina của lõi lọc nước NanoCeram lọc chất độc hai, đang thu giữ các hạt silica có kích thước tương tự virus.

vật liệu lõi lọc nước nanoceram

Ảnh 2: Khả năng lọc của lõi lọc nước NanoCeram còn được tăng cường bởi than hạt tính dạng bột. Vật liệu lọc có thể giữ lại hầu hết các dạng bột ô nhiễm dạng nano nào lẫn trong nước. 

Các sợi nano của Argonide được tạo thành từ khoáng vật boehmite. Những sợi NanoCeram này có độ dày 2 nanomet và dài 200-300 nanomet (một tờ giấy bình thường có độ dày 100.000 nanomet) - chúng chỉ có thể được nhìn thấy dưới kính hiển vi. Kết quả chúng ta có một kiểu bàn chải lông mi được lấp đầy những sợi nanoalumina có tác dụng lọc chất bẩn khi nước chảy qua chúng. Nhiều tạp chất mang điện tích âm nhẹ, do đó các sợi nanoalumina có thể hấp thụ chúng. Một lớp lọc duy nhất (mặc dù có một kích thước lỗ lọc khoảng 2 micromet) có khả năng loại bỏ tới 99,99% các loại hạt 0,025 micromet nhờ những tính chất đặc biệt nêu trên (Ba lớp lọc có thể loại bỏ đến 99,9999% chất ô nhiễm). Một trong nhiều tạp chất mà vật liệu lọc này có thể loại bỏ là vi khuẩn, virus, bào xác, mảnh vụn hữu cơ, ký sinh trùng, hạt kim loại hòa tan như hạt sắt và chì. Kích thước của lỗ lọc gần bằng kích thước của các hạt ô nhiễm khiến chúng đạt đến công suất lọc tối ưu : lưu lượng lọc cao song song với khả năng giữ lại bụi bẩn cao, cùng lúc đó giảm áp suất.

"Dự án nghiên cứu được NASA tài trợ đã cung cấp thông tin, cách thức và các kỹ thuật giúp chúng tôi phát triển công nghệ hiện tại."

Sản xuất sản phẩm

Bắt đầu từ năm 2004, khi vật liệu lọc nanoalumina của Argonide lần đầu tiên được trưng bày ở Spinoff, việc sản xuất bắt đầu mở rộng. Năm 2006, công ty cấp phép độc quyền sản xuất vật liệu lọc này cho tập đoàn Ahlstrom, nhà sản xuất giấy và vải không dệt hàng đầu có trụ sở tại Phần Lan và nhiều nhà máy, văn phòng tại Hoa Kỳ. Ahlstrom bắt đầu sản xuất hàng loạt và quảng bá toàn cầu công nghệ này với cái tên Disruptor.

Khả năng sản xuất quy mô lớn của Ahlstrom đã giúp Argonide có được số lượng vật liệu sợi nano để sản xuất lõi lọc NanoCeram. Cuối cùng, lõi lọc có đường kính 4,5 inch và chiều dài 40 inch ra đời, điều mà theo Tepper cho phép Argonide thâm nhập vào thị trường bán lẽ, thị trường công nghiệp và khu vực thành phố.

Vào giữ năm 2007, những lõi lọc NanoCeram mới sản xuất lọt vào mắt xanh của nhà sản xuất ô tô Toyota. Hãng ô tô này đang cân nhắc việc cắt giảm lượng nước tiêu thụ cho hoạt động sản xuất từ 900 gallon đến 300 gallon (1 gallon tương đương 3,57 lít nước). Để tái sử dụng nước thải, Toyota sử dụng màng thẩm thấu ngược (RO), thứ dễ bị hỏng do chất bẩn, ngay cả khi áp dụng tiền xử lý. Toyota áp dụng quy trình tiền xử lý với nhiều màng lọc RO; trong quy mô một nhà máy, những màng lọc đắt tiền này cần được thay thế sau mỗi 2 đến 3 tháng. Từ khi sử dụng lõi lọc NanoCeram vào quy trình tiền xử lý trong nhà máy, những màng lọc RO không cần làm sạch hay thay thế nữa.  Toyota cũng sử dụng lõi lọc NanoCeram để làm sạch 16 dặm đường ống dẫn nước của một nhà máy. Những lõi lọc đã giải quyết vấn đề hao mòn vật liệu lâu dài bằng cách loại bỏ nguyên nhân gốc rễ: oxit sắt và vi khuẩn ăn mòn.

lõi lọc nước nanoceram của argonide

Ảnh 3: Các lõi lọc nước NanoCeram từ dự án SBIR của Argonide đã sẵn sàng mang lại lợi ích đáng kể cho quy trình lọc nước công nghiệp và nguồn nước trong thành phố.

Vật liệu lọc của Argonide vẫn tiếp tục được phát triển. Hiện tại, Ahlstrom đang sản xuất loại vật liệu nanolumina với thành phần mới: than hoạt tính dạng bột (PAC), sự cải tiến này giúp tang cường khả năng lọc hơn nữa. Vật liệu lọc Disruptor PAC mà Argonide dùng để chế tạo lõi lọc NanoCeram PAC đã được chứng nhận về khả năng làm sạch nước bởi NSF International, một tổ chức phi lợi nhuận, phi chính phủ lập ra để kiểm định sản phẩm cho cộng đồng, vì an toàn và sức khỏe. Tepper nhấn mạnh rằng vật liệu nanoalumina có thể giữ lại bất kỳ loại hạt nano nào, nghĩa là nó có thể điều chỉnh để loại bỏ các chất gây ô nhiễm cụ thể từ nước.

Tính hiệu quả và linh hoạt của vật liệu nano này mở ra tiềm năng ứng dụng lớn trong việc chế tạo các loại máy đa dạng. Tepper hy vọng rằng, vào năm 2011, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) sẽ yêu cầu các thành phố kiểm định virus trong nguồn nước của họ. (Hiện tại, họ chỉ kiểm định vi khuẩn trong nguồn nước, mặc dù Tepper nói virus có thể gây nên khoảng 50% các bệnh về đường tiêu hóa do nước). EPA đã bày tỏ sự hài lòng với lõi lọc NanoCeram như một ví dụ về khả năng ngăn chặn virus. Hơn nữa, “ngành công nghiệp khử muối đang có những bước nhảy vọt”, Tepper nói, ông chỉ ra rằng màng lọc RO đang được dùng để tách nước ngọt từ đại dương, thứ mà Toyota đang sử dụng, sẽ được hưởng lợi từ quy trình tiền xử lý NanoCeram giúp loại bỏ những vật liệu sinh học gây nên hiện tượng ăn mòn màng lọc. Và, ông nhấn mạnh rằng tất cả nước ở thành thị sẽ được xử lý RO, đây là một cơ hội khác cho Argonide và NASA để thực hiện sứ mệnh cung cấp nước sạch của mình.

NanoCeram® là nhãn hiệu đã đăng ký của Tập đoàn Argonide.
Disruptor ™ là thương hiệu của Tập đoàn Ahlstrom.

Bình luận