TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU NANO VÀ MÀNG LỌC NANO

Khoa học công nghệ hiện đang trên đà phát triển mạnh mẽ. Trong đó, nổi bật đó là công nghệ nano. Sự ra đời và phát triển của ngành công nghệ này đã tạo ra một bước ngoặt lớn trong quá trình phát triển của loài người. Vậy Nano là gì? vật liêu nano và màng lọc nano như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu ngay qua  bài viết dưới đây nhé!

Nano là gì? Công nghệ nano là gì?

Vật liệu nano là một loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, ống, hay các tấm mỏng,.. Có kích thước rất nhỏ khoảng từ 1 – 100 nanomet. Theo đó, công nghệ nano là công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước ở quy mô nanomet (khoảng 1-100 nanomet).

Công nghệ Nano được phát hiện và phát triển từ những năm đầu thế kỉ 21. Với hàng loại các thiết bị phân tích được sáng tạo nên. Nổi bật là kính hiển vi đầu dò quét có khả năng quan sát đến kích thước hàng nguyên tử hay phân tử. Tuy nhiên, trên thực tế các hạt nano đã tồn tại từ hàng triệu năm trong thế giới tự nhiên. Từ thế kỉ 10, các hạt nano đã được con người sử dụng, chế tạo ra các vật liệu nano. Nhưng lại không hề biết về nó. Cụ thể như con người đã chế tạo ra thủy tinh, gốm sứ với đa dạng kích thước, màu sắc khác nhau,…

Vật liệu nano là gì?

Vật liệu nano là một loại vật liệu có cấu trúc dạng hạt. Gồm các phân tử vô cũng nhỏ từ một đến vài trăm nanomet. Vật liệu nano trong các thiết bị lọc nước được trộn với các phân tử bạc (Ag) kích thước từ 20-30 nanomet.

Chế tạo vật liệu nano

Có rất nhiều các phương pháp chế tạo vật liệu nano. Trong đó có 4 phương pháp phổ biến nhất:

• Phương pháp hóa ướt: Bao gồm các phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, và đồng kết tủa. Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo một tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất, độ pH,… mà các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch. Sau quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu có kích thước nano.
• Phương pháp cơ khí nano: Bao gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học. Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ hơn. Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền bi hành tinh hay máy nghiền quay.
• Phương pháp bay hơi nhiệt: Gồm các phương pháp quang khắc, lắng đọng trong chân không, vật lí, hóa học. Các phương pháp này áp dụng hiệu quả trong chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt. người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu nano từ tấm chắn.
• Phương pháp pha khí: Gồm các phương pháp nhiệt phân, nổ điện, đốt laser, bốc hơi ở nhiệt độ cao, plasma. Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha khí.

Màng lọc nano là gì?

Màng lọc nano (Nanofiltration – NF) Màng lọc nano có kích thước lỗ rỗng khoảng 0,001μm, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 100 – 600 psi; là màng trung gian giữa 2 hình thức lọc màng là RO và UF. Nó có thể lọc được các phân tử muối hoá trị thấp và các chất khoáng ; được ứng dụng trọng lọc cặn các protein, gelatin, công nghệ chế biến nước hoa quả, phân ly chất rắn hoà tan trong dung dịch và sản xuất nước sạch phục vụ sinh hoạt. Màng lọc nano có khe lọc kích thước 1 nanomet được phát triển bởi các công ty Mỹ, Nga,…

Công dụng và cơ chế hoạt động của vật liệu nano và màng lọc nano?

Chúng đều hoạt động theo nguyên tắc lọc lý hóa. Vừa ứng dụng tính chất hóa học vừa ứng dụng tính chất vật lý để đạt hiệu quả lọc tốt nhất.

Tính chất vật lý ngăn chặn vi khuẩn, virus, huyền phù, ion gây ô nhiễm nguồn nước đi qua những lỗ nhỏ của lõi lọc (màng lọc hoặc, lõi lọc). Tính chất hóa học quyết định khả năng làm chết vi khuẩn của máy nano.

Về cơ bản, chỉ cần sử dụng 1 lõi lọc nano, nước đã đạt tiêu chuẩn. Tuy nhiên, lõi nano có giá thành cũng không hẳn rẻ, các dòng máy lọc nước nano, sẽ có thêm các vài lõi phía trước để giúp kéo dài thời gian sử dụng lõi lọc nano.

Cả 2 loại máy lọc nước theo 2 công nghệ này đều có ưu điểm không có nước thải. Giữ được hoàn toàn nước, không tốn điện như các dòng dây chuyền lọc nước RO, giữ lại được ion có lợi trong nước.

Cơ chế hoạt động của lõi lọc vật liệu nano phân tử bạc

Cơ chế hoạt động của công nghệ lọc nano là tạo ra các lỗ kích thước nano ngăn cho vi khuẩn, virus đi qua

Đầu tiên phải khẳng định đây là công nghệ không mới, đã được sử dụng nhiều trên toàn thế giới. Các sản phẩm lõi lọc vật liệu nano bạc được sản xuất phổ biến ở Nga.

Để vi khuẩn được diệt thật sự, chúng phải được tiếp xúc với ion Ag+ hơn 6 phút. Các lõi lọc Nano do Nga chế tạo: được cải tiến để Nano bạc có thể giết chết được vi khuẩn, kìm hãm vi khuẩn phát triển. Nguyên lý của lõi lọc là: người ta tạo ra các lõi lọc có khe lọc rộng từ 0.01micron tới 0.1micron, có thể ngăn được con vi khuẩn không đi xuyên qua lõi lọc.

Khi con vi khuẩn đi vào lõi lọc, nó bị mắc kẹt tại các khe lọc. Khi nằm tại các khe lọc, bạc Nano có đủ thời gian để giết chết con vi khuẩn. Tuy xác vi khuẩn nằm lại trong lõi lọc, nhưng tránh được nguy cơ vi khuẩn phát triển và phá vỡ tấm lọc. Các lõi lọc của Nga sản xuất có thế mạnh là diệt vi khuẩn.

Cơ chế đối với máy sử dụng màng lọc nano:

Màng lọc nano là một công nghệ cao cấp hơn so với vật liệu nano thông. Chúng có khả năng lọc được nước lợ. Tỷ lệ loại bỏ vi khuẩn, virus là 100%.

Công nghệ nano khác?

Ngoài 2 công nghệ trên, trên thị trường còn xuất hiện dòng máy lọc nước nano Diatomite. Khác với hai loại trên loại này còn không được sản xuất từ con người. Diatomite được hình thành từ một loại tảo biển đã bị hóa thạch hàng triệu năm dưới biển sâu.

Khi còn sống, các loài tảo này có kích thước siêu nhỏ, các cơ quan thu gom thức ăn trên cơ thể chúng là rất nhiều các lỗ nhỏ li li, kích thước khoảng 100 nanomet, khi nước đi qua cơ thể chúng thì các chất huyền phù làm thức ăn cho chúng được giữ lại tại các lỗ này. Sau khi các tảo này bị hóa thạch, chúng tạo thành các mỏ diatomite dưới đại dương. Chúng có đặc tính là tỉ lệ các lỗ xốp rỗng trên diện tích rất lớn, giúp chúng có khả năng lọc nước (nhỏ hơn kích thước vi khuẩn) với tốc độ dòng chảy cao.

Đặc tính ưu việt, nhưng khâu khai thác làm Diatomite thêm đắt hơn. Có thể khẳng định đây lọc nano tốt nhất. Tuy nhiên do giá thành đắt, hiện chúng tôi chưa thấy có dòng máy sử dụng Diatomite xuất hiện trên thị trường Việt Nam.

Công nghệ nào lọc nước tốt hơn?

Công nghệ máy lọc nước tốt nhất là Diatomite, tiếp đó là màng lọc nano, sau là vật liệu nano. Cả 3 loại công nghệ này đều được đạt nước tiêu chuẩn ăn uống. Nhưng đối với vật liệu nano, không xử lý được nước lợ, cũng như nếu hàm lượng nước nước cứng cao. Do đó khi mua máy sử dụng vật liệu lọc, cần phải làm các xét nghiệm test nước đầu vào trước.