Sản xuất bộ hấp thụ quang năng trong máy lọc nước từ rác trái cây

Các nhà khoa học Singapore đã chứng minh rằng có thể dùng vỏ trái cây để tạo ra vật liệu trong bộ lọc nước. Phát minh này có khả năng triển khai ở vùng sâu vùng xa và khu vực diễn ra thiên tai hay nơi thiếu điện.

Sản xuất vỏ dừa, vỏ chuối, vỏ cam thành MXene, vật liệu chuyển quang năng thành nhiệt năng.

Mỗi năm, ở Singapore có khoảng 20.000 tấn rác trái cây được thải ra. Nguồn gốc của loại rác này chủ yếu tới từ ngành sản xuất nước ép.

PGS.TS Edison Ang- người đứng đầu nhóm nghiên cứu Nanotech tại Viện giáo dục quốc gia thuộc Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore - đã nhìn ra đây là một nguồn lợi lớn vì có thể biến rác thải thành các sản phẩm có giá trị, cụ thể là MXene.

MXene là loại vật liệu có thể chuyển quang năng thành nhiệt năng với tính dẫn điện vượt trội, đồng thời bền hơn thép hàng trăm lần và cực kỳ nhẹ.

Tuy nhiên, MXene được tổng hợp từ nhiều nguyên liệu thô phải khai mỏ mới có, do đó quá trình tạo ra nó phức tạp và đắt đỏ.

Song TS Edison có thể khắc phục các trở ngại này nhờ tìm ra phương pháp carbon hóa rác trái cây thường gặp như sọ dừa, vỏ cam, vỏ chuối thành MXene.

Ông dùng MXene từ rác trái cây để làm ra bộ hấp thụ quang năng, được lắp trong bộ lọc nước bằng quang năng - tức dùng ánh mặt trời để lọc nước bẩn và nước biển.

Vật liệu MXene có thể tái sử dụng vì nó không tiếp xúc trực tiếp với nước biển, mà chỉ cần đặt một lớp MXene mỏng lên trên bộ hấp thụ nước, gồm các tờ giấy giống như giấy ăn.

Hiệu suất chuyển đổi quang năng thành nhiệt năng của vật liệu MXene từ rác hoa quả lên tới 90%, cao hơn gần 30% so với bộ hấp thụ quang năng thương mại. Nhờ thế, khối lượng nước được lọc cũng cao hơn khoảng 50% so với các bộ lọc nước bằng quang năng hiện nay.

Một điểm cộng nữa là chi phí sản xuất MXene rẻ hơn rất nhiều vì nguồn nguyên liệu để tổng hợp nó thu được miễn phí từ rác trái cây.

Nghiên cứu đã được đăng trên tạp chí Chemistry A European Journal.

Thách thức lớn nhất đối với việc sản xuất đại trà MXene từ vỏ trái cây là rác thải hữu cơ thường lẫn với các tạp chất không phải hữu cơ. Điều này hạn chế công nghệ hiện tại sản xuất ra vật liệu tinh khiết. Nghiên cứu trong tương lai đòi hỏi phải lọc các loại vật liệu rác, chẳng hạn như dùng trí tuệ nhân tạo kết hợp với máy học để cải thiện quá trình quản lý rác thải.

Không chỉ phát huy công dụng trong bộ lọc nước, Mxene còn có một vai trò tiềm năng khác. Nhờ tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, cùng cấu trúc 2D có ích trong việc trữ điện tích trong pin, nó sẽ sớm được áp dụng trong sản xuất pin Li-ion thương mại, loại pin xuất hiện trong mọi thứ, từ điện thoại thông minh tới các phương tiện chạy bằng điện.

Trước đó, nhóm của TS Edison đã sản xuất ra graphite từ rác thải nhựa cho mục đích tương tự. Graphite là một nguyên liệu trọng yếu trong quá trình sản xuất pin Li-ion. Công trình này đã được đăng trên tạp chí Materials Chemistry AJournal.

Khoahocphattrien