Tìm ra chất hấp thụ độc hại từ không khí

Nhóm nhà nghiên cứu tin rằng vật liệu xốp giống như bọt biển - được đặt tên là BUT-55 - có thể cách mạng hóa việc thanh lọc không khí độc hại và đóng góp đáng kể vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu trên toàn cầu. Giáo sư Michael Zaworotko - Chủ tịch Quỹ Khoa học và Kỹ thuật Tinh thể của Ireland và nhà nghiên cứu tại Viện Bernal Đại học Limerick - và đồng nghiệp đã phát triển vật liệu mới này. Phát hiện đã được báo cáo trên tạp chí uy tín Nature Materials năm 2022.

Những hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) - bao gồm benzen - là một loại chất ô nhiễm độc hại gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng về môi trường và sức khỏe con người. Phát triển công nghệ để loại bỏ benzen khỏi không khí ở nồng độ vết và thực hiện sứ mệnh đó với một dấu vết năng lượng thấp là cả hai thách thức chưa thể vượt qua cho đến nay.

Giáo sư Zaworotko giải thích: “Một họ vật liệu xốp - như bọt biển - được phát triển để thu giữ hơi benzen từ không khí ô nhiễm và tạo ra luồng không khí sạch trong một thời gian dài. Những vật liệu này có thể được tái sinh dễ dàng dưới nhiệt độ nhẹ, khiến chúng trở thành ứng viên cho việc lọc không khí và xử lý môi trường. Vật liệu của chúng tôi có thể làm tốt hơn nhiều về độ nhạy và thời gian làm việc so với vật liệu truyền thống”.

Giáo sư Zaworotko và Tiến sĩ Xiang-Jing Kong từ Khoa Khoa học Hóa học tại UL, cùng với nhóm đồng nghiệp từ một số trường đại học hàng đầu ở Trung Quốc, đã phát triển vật liệu xốp mới có ái lực mạnh với benzen đến mức nó bắt giữ hóa chất độc hại ngay cả khi có mặt ở chỉ 1 phần trong 100.000.

Theo nhóm nhà nghiên cứu, vật liệu này giống với pho mát Thụy Sĩ vì nó có nhiều lỗ và chính những lỗ này có “nhiệm vụ” thu hút các phân tử độc hại benzen. Về mặt năng lượng, vì quá trình thu nhận dựa trên liên kết vật lý chứ không phải hóa học, nên dấu ấn năng lượng của quá trình thu nhận và giải phóng thấp hơn nhiều so với các thế hệ vật liệu trước đây.

Giáo sư Zaworotko báo cáo: “Nhiệm vụ phá vỡ hỗn hợp khí rất khó thực hiện hiệu quả. Điều này đặc biệt đúng đối với các thành phần phụ bao gồm không khí, bao gồm carbon dioxide và nước. Những đặc tính của loại vật liệu mới của chúng tôi cho thấy rằng hoạt động phân hủy benzen không còn là điều khó khăn nữa”.

Một số công trình trước đó từ phòng thí nghiệm của Giáo sư Zaworotko đã tạo ra những vật liệu hàng đầu để thu giữ carbon và thu hoạch nước. Vật liệu thu hoạch nước có các đặc tính thuận lợi như vậy để giữ và giải phóng nước từ khí quyển vốn đã được sử dụng trong các hệ thống hút ẩm.

Tiến sĩ Xiang-Jing Kong giải thích: “Dựa trên thiết kế thông minh, vật liệu của chúng tôi giải quyết tốt nhiều thách thức về cả kỹ thuật và xã hội, chẳng hạn như loại bỏ dấu vết benzen khỏi không khí. Điều này là khó đối với các vật liệu thông thường, và do đó làm nổi bật sự quyến rũ của vật liệu xốp”.

Nhìn chung, những kết quả này cho thấy một thế hệ vật liệu xốp độc đáo mới thuộc loại được phát minh tại UL hứa hẹn cho phép một cách tiếp cận chung để thu giữ những hóa chất độc hại từ không khí.

Tiến sĩ Xiang-Jing Kong giải thích: “Các đồng phân thơm rất khó tách ra trong hỗn hợp của chúng bằng những phương pháp truyền thống, vốn luôn tiêu tốn nhiều năng lượng. Nghiên cứu này giúp mở ra khả năng thiết kế vật liệu xốp để phân tách hiệu quả các hóa chất này với năng lượng đầu vào thấp cũng như loại bỏ nhiều chất ô nhiễm dạng vết khác khỏi không khí”.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu Châu Âu (ERC) và Quỹ Khoa học Ireland (SFI).