Sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguyên liệu lọc nước: Sáng kiến hữu ích

– Sử dụng lõi ngô biến tính, đĩa gốm tẩm bạc nano cùng các nguyên liệu truyền thống để lọc kim loại nặng và các vi khuẩn là cách làm cho hiệu quả cao, chi phí thấp để tạo ra nước sạch phục vụ sản xuất, sinh hoạt. Đây là sáng kiến hữu ích và có tính ứng dụng cao của cô và trò Trường THPT Văn Lãng, huyện Văn Lãng.

Hiện nay, đã có nhiều phương pháp được nghiên cứu và ứng dụng trong xử lý nước như: bể lắng kết hợp với giàn mưa, bộ lọc nước nano, hệ thống lọc thẩm thấu ngược, khử trùng bằng nhiệt, khử trùng bằng hóa chất, chưng cất, khử độc tố bằng vi khuẩn, làm mềm nước… Tuy mang lại hiệu quả tích cực nhưng các quy trình trên không loại bỏ được hoàn toàn kim loại nặng và vi sinh vật trong nước. Cùng đó, chi phí đầu tư máy lọc nước tương đối cao, lại phải thường xuyên thay thiết bị, tiêu tốn điện năng nên vùng có điều kiện kinh tế khó khăn khó tiếp cận.

Nhóm nghiên cứu tiến hành biến tính lõi ngô

Với ý tưởng kết hợp giữa phương pháp truyền thống và công nghệ hiện đại trong xử lý nước bị ô nhiễm, nhóm nghiên cứu gồm: cô Lý Thị Lan, giáo viên môn Hóa học; các em Nguyễn Đình Phong, Nông Thị Kiều Trang, học sinh lớp 12A1, Trường THPT Văn Lãng, huyện Văn Lãng (năm học 2020 – 2021) đã có ý tưởng “Nghiên cứu chế tạo hệ lọc nước khử kim loại nặng, diệt vi khuẩn trên cơ sở lõi ngô biến tính và đĩa gốm tẩm nano bạc”.

Cô Lý Thị Lan, giáo viên hướng dẫn nhóm nghiên cứu cho biết: Lõi ngô thường bị bà con vứt bỏ hoặc dùng làm chất đốt sau khi lấy hết phần hạt, trong khi vật liệu này có khả năng tách các kim loại nặng. Lõi ngô được biến tính, hiệu quả lọc và hấp thụ kim loại nặng sẽ tốt hơn, lại không bị nấm mốc nên thời gian sử dụng của hệ lọc sẽ được lâu hơn so với lõi ngô thường. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng phân tử nano bạc có tác dụng khử mùi, diệt khuẩn. Khi tráng nano bạc lên đĩa gốm, các hạt nano bạc sẽ lưu lại lâu bền giúp nâng cao tác dụng. Do đó, chúng tôi đã sử dụng 2 vật liệu này để nghiên cứu khả năng khử kim loại nặng và diệt vi khuẩn trong nước.

Triển khai đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành biến tính lõi ngô bằng cách ngâm lõi ngô trong môi trường kiềm. Sau một thời gian, xenlulozo trong lõi ngô sẽ biến tính và có thể hấp thụ kim loại nặng nhờ phản ứng hóa học. Song song với biến tính lõi ngô, nhóm nghiên cứu đã tiến hành nhiều thí nghiệm và đưa ra giải pháp là sử dụng đĩa gốm có nhiều lỗ nhỏ li ti tẩm nano bạc nhằm làm tăng diện tích tiếp xúc, nâng cao tác dụng khử mùi, diệt khuẩn và kéo dài thời gian sử dụng. Để tạo ra những đĩa gốm có nhiều lỗ nhỏ, nhóm đã trộn đất sét với bã cà phê theo tỷ lệ nhất định rồi đưa vào nung ở nhiệt độ cao. Qua quá trình nung bã cà phê cháy một phần tạo ra các lỗ trống li ti. Tiến hành ngâm tẩm trong dung dịch nano bạc, các phân tử bạc nano sẽ len lỏi vào lỗ trống và được giữ lại trên đĩa gốm.

Em Nguyễn Đình Phong, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: Khi đã có 2 vật liệu quan trọng nhất là lõi ngô biến tính và đĩa gốm tẩm nano bạc chúng em đã kết hợp với các vật liệu thường được sử dụng để lọc nước như: cát, sỏi, than hoạt tính để chế tạo thiết bị lọc nước. Sắp xếp các vật liệu vào bình lọc theo thứ tự: đĩa gốm, lõi ngô biến tính, than hoạt tính, sỏi, cát. Khi cho nước cần lọc vào bình, lớp cát sẽ giữ lại những tạp chất thô, cặn bẩn, chất lơ lửng; lớp sỏi có tác dụng lọc và ngăn chặn các thành phần lơ lửng có kích thước nhỏ không kết tủa tự nhiên được trong nước, hấp thụ Asen; lớp than có tác dụng khử mùi, hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan và một phần kim loại nặng như sắt, chì, Asen; qua lớp lõi ngô biến tính các kim loại nặng sẽ được xử lý hoàn toàn. Vi khuẩn có hại sẽ bị ức chế toàn bộ bởi các phân tử bạc nano khi đến đĩa lọc gốm.

Sau khi hoàn thiện hệ lọc, nhóm nghiên cứu đã đưa hệ lọc đến Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội kiểm định. Các mẫu nước chứa kim loại nặng, nhiễm khuẩn được đưa vào hệ lọc để đánh giá hiệu quả. Kết quả kiểm chứng cho thấy hệ lọc nước khử kim loại nặng, diệt vi khuẩn trên cơ sở lõi ngô biến tính và đĩa gốm tẩm nano bạc có thể loại bỏ chì, Asen, đồng cũng như 5 chủng vi khuẩn: E.coli, S.aureus, K.pneumonia, P.aeruginosa, Candida albicans. Thực tế kiểm chứng lọc nhanh 2 mẫu nước tại xã Tân Mỹ, huyện Văn Lãng cho hiệu suất lọc sắt trên 93%, lọc đồng trên 80%. Các mẫu nước sau lọc đều đảm bảo tiêu chuẩn nước ăn uống theo QCVN01:2009/BYT. Các chỉ tiêu cảm quan cũng cho thấy mùi, vị lạ trong nước được loại bỏ, độ trong của nước được cải thiện đáng kể.

Ông Nguyễn Minh Huấn, Phó trưởng Phòng Quản lý công nghệ và Đổi mới sáng tạo, Sở Khoa học và Công nghệ cho biết: Chi phí để sản xuất hệ lọc nước khử kim loại nặng, diệt vi khuẩn trên cơ sở lõi ngô biến tính và đĩa gốm tẩm nano bạc chỉ khoảng 300.000 đồng/sản phẩm, thấp hơn rất nhiều so với đầu tư máy lọc nước. Cùng đó lại không tốn điện năng, sau 3 đến 6 tháng mới phải vệ sinh hệ lọc. Vì vậy, hệ lọc rất phù hợp để xử lý nước bị ô nhiễm, phục vụ nhu cầu sử dụng nước sạch của người dân nhất là tại khu vực kinh tế khó khăn.

Tại Hội thi Sáng tạo kỹ thuật toàn quốc năm 2021, sản phẩm hệ lọc nước khử kim loại nặng, diệt vi khuẩn trên cơ sở lõi ngô biến tính và đĩa gốm tẩm nano bạc của nhóm nghiên cứu Trường THPT Văn Lãng đã đạt giải khuyến khích. Tin rằng thời gian tới, nhóm sẽ tiếp tục nghiên cứu sản xuất đại trà phục vụ nhu cầu sử dụng nước sạch của người dân trong và ngoài tỉnh.