Nguồn nước ngọt trên thế giới đang thiếu hụt. Theo Liên hợp quốc, tình trạng khan hiếm nước ảnh hưởng đến ước tính 1,9 tỷ người và 2,1 tỷ người sống với các dịch vụ nước uống không được quản lý an toàn. Điểm quan trọng của sự khan hiếm nước đã khiến các nhà khoa học tìm kiếm những cách thức mới và hiệu quả để tận dụng tối đa các nguồn phi truyền thống, bao gồm nước biển, nước lợ và nước thải.
Màng polyme, hoạt động như một bộ lọc để khử muối và loại bỏ có chọn lọc các chất gây ô nhiễm từ các nguồn nước khác nhau, hỗ trợ xử lý nước, nhưng tính chọn lọc của chúng vẫn là một thách thức đáng kể khi lọc các đặc tính hóa học - một nguy cơ tiềm ẩn đối với môi trường và sức khỏe con người.
Các kỹ sư hóa học và phân tử sinh học tại Đại học Notre Dame và Đại học Purdue đã nghiên cứu màng polyme khối tự lắp ráp, cho phép kích thước lỗ chân lông có thể tùy chỉnh và đồng nhất, làm nền tảng cho hệ thống xử lý nước. Nghiên cứu, được công bố trên Tạp chí Đối tác Tự nhiên - Nước sạch, xác định nền tảng này có tiềm năng cải tiến công nghệ xử lý nước.
"Hầu hết các màng lọc hiện đại để xử lý nước được thiết kế để cho nước đi qua đồng thời lọc các chất gây ô nhiễm", William Phillip, phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học và Phân tử Sinh học tại Notre Dame, cho biết. "Cách tiếp cận này hạn chế khả năng loại bỏ hoặc phục hồi các loài hòa tan dựa trên đặc điểm nhận dạng hóa học của chúng. Điều thú vị về màng polyme khối tự lắp ráp là bạn có thể thiết kế cấu trúc nano và thành lỗ rỗng của màng thông qua thiết kế các phân tử polyme khối Khả năng này có tiềm năng mở ra nhiều cơ chế phân tách mới có thể phân lập các loài dựa trên nhận dạng hóa học, do đó có thể giúp cho phép tái sử dụng nước thải phi tập trung."
Phillip và nhóm nghiên cứu tập trung vào màng polyme khối vì cấu trúc nano được xác định rõ ràng và chức năng của chúng. Họ có thể thiết kế phân tử các đặc tính hóa học của polyme để tạo ra các vùng rộng lớn của màng hiệu suất cao, giảm kích thước lỗ và thiết kế các chất hóa học thành lỗ đa chức năng để tách chất tan cụ thể. Về cơ bản, các màng có thể được tùy chỉnh tùy thuộc vào nguồn nước và phương pháp xử lý cần thiết.
Màng có tính chọn lọc cao hơn và đàn hồi hơn đối với một số tiếp xúc nhất định như clo hoặc axit boric và ít bị thu thập các đặc tính không mong muốn - hoặc bám bẩn - so với các tùy chọn hiện đại nhất có thể cải thiện việc xử lý ở một số các cách. Chúng có thể giảm số lần lọc cần thiết cho việc tưới tiêu, kiểm soát nồng độ clo trong hệ thống để giúp hạn chế các tác động của quá trình lọc sinh học và giảm nhu cầu hóa chất để làm sạch màng - giảm chi phí vận hành và tác động đến môi trường.
Các ứng dụng toàn cầu rất có ý nghĩa khi xem xét những quần thể không có nước uống phù hợp và nguồn tài nguyên hạn chế.
Việc chuyển đổi công nghệ từ môi trường phòng thí nghiệm sang thực tiễn đặt ra những thách thức riêng mà nó sẽ cần được giải quyết trong những năm tới. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hy vọng quá trình chuyển đổi có thể được thực hiện vì một số kỹ thuật được sử dụng để tạo ra polyme khối tự lắp ráp phù hợp với thực tiễn chế tạo màng hiện tại.
