Giải pháp mới với nút bần xử lý bằng laser: Bước tiến trong làm sạch đại dương
18/10/2024
76 Lượt xem
Sự cố tràn dầu trên biển luôn là một trong những thảm họa môi trường lớn nhất, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái đại dương. Các biện pháp khắc phục truyền thống như sử dụng chất phân tán hóa học thường gây tốn kém, phức tạp và có thể làm tăng độc tính. Trong bối cảnh đó, một giải pháp thông minh và bền vững hơn đã xuất hiện nhờ nghiên cứu của các nhà khoa học từ Trung Quốc và Israel. Họ đã thành công trong việc xử lý nút bần bằng laser, biến nó thành công cụ hữu hiệu để hút dầu tràn và làm sạch đại dương.
Vấn nạn tràn dầu và những thách thức trong xử lý
Tràn dầu là hiện tượng dầu thô hoặc các sản phẩm dầu khí bị rò rỉ, phát tán ra môi trường nước do sự cố trong quá trình khai thác, vận chuyển hoặc lưu trữ. Sự cố này gây hại nghiêm trọng cho các sinh vật sống dưới nước, phá hủy môi trường sống của nhiều loài động, thực vật, gây mất cân bằng sinh thái và ảnh hưởng xấu đến các ngành kinh tế liên quan như ngư nghiệp, du lịch biển.
Việc loại bỏ dầu tràn trên biển hiện nay vẫn gặp nhiều khó khăn và đòi hỏi nhiều công nghệ hiện đại. Các biện pháp truyền thống như dùng chất phân tán hóa học để phá vỡ lớp dầu và phân tán chúng vào nước thường không đạt hiệu quả cao và thậm chí làm tăng nguy cơ ô nhiễm thứ cấp. Trong nhiều trường hợp, quá trình phân tán dầu không chỉ khiến dầu lan rộng mà còn gây độc hại cho sinh vật biển, ảnh hưởng đến hệ sinh thái trong một thời gian dài.
Nút bần: Từ nguyên liệu truyền thống đến giải pháp công nghệ tiên tiến
Nút bần, có nguồn gốc từ vỏ cây sồi bần, vốn được biết đến là một vật liệu tự nhiên có khả năng hút dầu. Tuy nhiên, quá trình này diễn ra chậm và không hiệu quả đối với các sự cố tràn dầu quy mô lớn. Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Trung Nam, Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung (Trung Quốc) và Đại học Ben-Gurion (Israel) đã khai thác khả năng này của nút bần, đồng thời sử dụng phương pháp xử lý bằng tia laser để tăng cường tính chất hấp thụ dầu của nó.
Theo ông Yuchun He, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, nút bần từ cây sồi bần có đặc tính tự nhiên thân thiện với môi trường, nhưng việc hấp thụ dầu diễn ra quá chậm để ứng dụng hiệu quả trong việc làm sạch dầu tràn. Tuy nhiên, thông qua xử lý bằng laser, họ đã thay đổi tính chất bề mặt của nút bần, làm cho nó trở nên kỵ nước và ưa dầu hơn, từ đó cải thiện khả năng hút dầu tràn.
Cơ chế hoạt động của nút bần xử lý bằng laser
Công nghệ laser đã giúp nhóm nghiên cứu tạo ra những vết xước nhỏ trên bề mặt nút bần, biến nó thành vật liệu kỵ nước (không thấm nước) nhưng lại ưa dầu (thấm dầu). Điều này có nghĩa là nút bần sẽ đẩy nước ra nhưng hấp thụ dầu, tạo nên một công cụ lý tưởng để làm sạch dầu tràn. Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, bề mặt của nút bần trở nên tối màu và có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời rất tốt, làm tăng nhanh nhiệt độ của nút bần.
Các đặc tính quang nhiệt này cho phép nút bần xử lý dầu một cách hiệu quả, đặc biệt khi làm nóng dầu, giảm độ nhớt của nó và giúp dầu dễ dàng được thu gom hơn. Dưới ánh nắng, nút bần có thể nóng lên trong vòng 10-15 giây, giúp gia tăng tốc độ hấp thụ dầu một cách đáng kể. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm khả năng này khi so sánh giữa nút bần nguyên bản và nút bần đã qua xử lý laser. Kết quả cho thấy, trong bóng tối, cả hai loại nút bần đều mất khoảng 45 phút để thấm hai giọt dầu, nhưng dưới ánh sáng mặt trời, nút bần đã xử lý bằng laser chỉ mất hai phút để hấp thụ dầu, nhanh hơn rất nhiều so với nút bần chưa xử lý (mất khoảng 10 phút).
Quy trình xử lý bằng laser: Bước đột phá trong công nghệ làm sạch
Quá trình xử lý bằng laser không chỉ giúp nút bần thay đổi đặc tính bề mặt mà còn làm tăng diện tích tiếp xúc của nó với dầu tràn, nhờ các rãnh nhỏ được tạo ra trên bề mặt vật liệu. Những thay đổi ở cấp độ nano này giúp nút bần không chỉ hút dầu nhanh hơn mà còn có độ bền cao, có thể sử dụng qua nhiều chu kỳ làm nóng và làm mát mà không bị hỏng hóc.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành kiểm tra cẩn thận sự thay đổi cấu trúc của nút bần sau quá trình xử lý, đặc biệt là tỷ lệ giữa oxy và carbon trong vật liệu, cũng như sự thay đổi về góc tiếp xúc giữa nước và dầu với bề mặt nút bần. Qua những thí nghiệm này, họ có thể xác định được độ bền và khả năng hoạt động của nút bần qua nhiều chu kỳ sử dụng.
Ứng dụng thực tiễn và tiềm năng phát triển
Nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở việc tạo ra nút bần xử lý bằng laser để hút dầu tràn mà còn mở ra tiềm năng phát triển các vật liệu khác với tính năng tương tự. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định sẽ phát triển vật liệu điện nhiệt dựa trên bọt polyurethane, một loại vật liệu xốp có khả năng hấp thụ dầu cao, kết hợp với các kỹ thuật quang nhiệt và điện nhiệt để tạo ra hệ thống thu hồi dầu có thể hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết.
Việc sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường như nút bần, kết hợp với công nghệ tiên tiến như laser không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn làm tăng hiệu quả xử lý các sự cố tràn dầu. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh các sự cố về dầu tràn vẫn còn diễn ra thường xuyên và gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng đối với môi trường biển.
Giải pháp sử dụng nút bần xử lý bằng laser của các nhà khoa học Trung Quốc và Israel là một bước tiến quan trọng trong nỗ lực bảo vệ môi trường biển trước thảm họa tràn dầu. Không chỉ là một vật liệu thân thiện với môi trường, nút bần xử lý bằng laser còn cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng hút dầu nhanh chóng, hiệu quả và dễ dàng tái sử dụng.
Với những tính năng vượt trội của mình, nút bần xử lý bằng laser hứa hẹn sẽ trở thành một công cụ đắc lực trong việc xử lý sự cố tràn dầu, góp phần làm sạch đại dương và bảo vệ hệ sinh thái biển. Trong tương lai, nếu công nghệ này được hoàn thiện và triển khai trên quy mô lớn, chúng ta có thể hy vọng vào một giải pháp bền vững và hiệu quả hơn cho vấn đề tràn dầu, giúp giảm thiểu những tác động tiêu cực đến môi trường sống của hành tinh.