Phương pháp lọc nước mới giúp hạn chế nhiễm flour

Florua (dạng ion của fluor) trong nguồn nước có thể làm giảm tỷ lệ mắc bệnh sâu răng, tuy nhiên một số nguồn cung cấp nước ngầm có hàm lượng florua tự nhiên cao đến mức có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Tiếp xúc lâu dài với lượng florua dư thừa có thể gây ra tình trạng nhiễm fluor, làm suy yếu răng, vôi hóa gân và dây chằng, thậm chí dẫn đến biến dạng xương. Tổ chức Y tế Thế giới ước tính nồng độ florua quá mức trong nước uống đã gây ra hàng chục triệu ca nhiễm fluor ở răng và xương trên toàn thế giới.

Việc loại bỏ florua bằng màng lọc polymer có thể bảo vệ cộng đồng khỏi bị nhiễm fluor, mà không cần dùng đến phương pháp đắt tiền hơn như lọc áp suất cao hoặc loại bỏ hoàn toàn tất cả các thành phần trong nước và sau đó thêm lại các chất khoáng vào nước uống.

“Màng lọc ion là công nghệ tiềm năng để giảm lượng florua dư thừa trong nguồn nước uống. Đồng thời phương pháp sản xuất màng lọc rất dễ mở rộng quy mô, chi phí thấp và bền vững với môi trường, do đó có thể cải thiện nguồn cung cấp nước nông nghiệp, làm sạch chất thải hóa học và cải thiện quy trình sản xuất hóa chất," Ayse Asatekin, giáo sư về kỹ thuật sinh hóa tại Trường Kỹ thuật Đại học Tufts, tác giả của nghiên cứu được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, cho biết.

Khi thiết kế màng lọc polymer, nhóm Asatekin lấy cảm hứng từ màng tế bào. Màng tế bào có tính chọn lọc đáng kể trong việc cho phép các ion đi vào và ra khỏi tế bào, và thậm chí có thể điều chỉnh nồng độ các ion và phân tử bên trong và bên ngoài tế bào với độ chính xác rất cao, nhờ các kênh ion sinh học. Các kênh ion sinh học là "đường đi" cho các ion di chuyển vì chúng được bao phủ bởi các nhóm chất hóa học có điện tích khác nhau và ái lực với nước khác nhau.

Để tạo ra màng lọc, nhóm Asatekin phủ polymer zwitterionic - một loại polymer trong đó các nhóm phân tử chứa các điện tích âm và dương liên kết chặt chẽ - lên một màng xốp với các lỗ hẹp hơn một nanomet. Giống như các kênh ion sinh học, kích thước rất nhỏ của các lỗ buộc các ion trong nước tương tác với lớp phủ, cho phép một số ion đi qua nhanh hơn nhiều so với các ion khác. Thành phần của lớp phủ polymer được thiết kế để lọc ra florua và clorua. Các nhà nghiên cứu cho biết có thể thay đổi thành phần của polymer zwitterionic để lọc các ion khác nhau.

Hầu hết các màng lọc hiện nay phân tách các phân tử bằng sự khác biệt đáng kể về kích thước hạt hoặc điện tích, nhưng các phương pháp này khó lọc giữa các ion nguyên tử đơn lẻ với nhau vì kích thước của chúng rất nhỏ và điện tích gần giống nhau. Ngược lại, màng của nhóm Asatekin có khả năng phân tách các ion chênh lệch rất nhỏ về đường kính nguyên tử với điện tích gần giống nhau.

Zwitterco, công ty có trụ sở tại Cambridge, đã tài trợ cho nghiên cứu này, và sẽ tiếp tục nghiên cứu việc sản xuất hàng loạt màng tách ion để thử nghiệm ứng dụng của chúng trong các môi trường công nghiệp.