Dùng hạt nano sắt làm sạch chất thải

Theo các nhà nghiên cứu, phương pháp này, ngược lại với các phương pháp của các tổ chức như Dự án Superfund trị giá hàng nghìn tỷ đô la của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ, làm sạch các địa điểm ô nhiễm đất và nước ngầm bằng cách xử lý chúng với các chất trung hòa độc tính đặc hiệu.

Wei-xian Zhang, Nhà nghiên cứu chính của dự án, Phó Giáo sư kỹ thuật xây dựng và môi trường ở trường Đại học Lehigh, cho biết, từ trước đến nay chỉ có các cơ quan của Liên bang mới quan tâm. Nhưng hiện nay, các nhà khoa học đang hợp tác với các hãng dược phẩm lớn, các hãng chế tạo vật liệu bán dẫn và nhiều hãng khác quan tâm đến quy trình làm sạch địa điểm ô nhiễm. Khả năng làm sạch của sắt là yếu tố quyết định của quy trình, nhờ đặc tính có thể làm rỉ hoặc oxy hóa không chỉ lớp gỉ oxit sắt màu đỏ gạch quen thuộc, mà cả các oxyt sắt kim loại khi có các chất ô nhiễm như tricloroethen, cacbon tetraclorua, đioxin, hoặc PCB (điphenyl polyclo); các phân tử hữu cơ này tham gia vào phản ứng và bị phân hủy thành các hợp chất cacbon đơn giản, ít độc hại hơn nhiều.

Như vậy, quá trình rỉ có thể làm mất độc tính của kim loại nặng độc hại như chì, niken, thủy ngân, thậm chí cả phế thải hạt nhân như urani, bằng cách chuyển hóa chúng thành dạng chất không tan, được chôn tại chỗ, mà không di chuyển theo nước ngầm. Bằng cách phun hạt nanô sắt có kích thước 1-100 nanô mét vào các kênh nước ngầm, khả năng xử lý làm sạch của các hạt này cũng có thể di chuyển theo hành trình như các chất gây ô nhiễm, tránh được công đoạn đào bới chất ô nhiễm ẩn giấu ở dưới.

Theo Zhang, các hãng quan tâm đến môi trường đã thực hiện quy trình tiền xử lý phế thải công nghiệp với dạng vật liệu bột sắt thô để làm sạch phế thải trước khi thải vào môi trường. Sắt cũng có nhiều trong môi trường đá, đất, nước và không có tác động độc hại. Tuy nhiên, các hạt nanô sắt có thể tồn tại lơ lửng trong bùn thải, có thể bơm thẳng vào trung tâm địa điểm ô nhiễm.

Zhang cho biết, việc giảm kích thước vật liệu bột sắt xuống quy mô nanô tạo cho hạt khả năng phản ứng cao gấp 10-1000 lần (ở cấp độ từ 1-3), so với các hạt thông thường, cơ bản là nhờ các hạt nanô kích thước cỡ phân tử này có mặt nhiều hơn nhiều ở diện tích bề mặt để "làm rỉ".

Không giống như các biện pháp xử lý sinh học tại chỗ, dùng vi khuẩn biến đổi gen để chuyển hóa các chất độc hại, sắt không bị ảnh hưởng bởi các yêu cầu sinh học về chất dinh dưỡng, nhiệt độ phù hợp và độ axit thấp. Cũng nhờ kích thước nhỏ hơn 10-1000 lần so với hầu hết các loại vi khuẩn, các tinh thể sắt nhỏ xíu này có thể di chuyển dễ dàng giữa các hạt đất, không bị kẹt lại.

Các thử nghiệm hạt nanô sắt trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa cho thấy, có thể làm giảm ô nhiễm xuống đến mức chấp nhận được trong vòng ít ngày sau khi phun và có thể làm sạch hoàn toàn khu vực rò rỉ chất ô nhiễm trong vòng vài tuần, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm của Liên bang (Mỹ).

Xử lý khử ô nhiễm cho một khu vực rộng khoảng 100 m ²bằng phương pháp phun một lần hạt nanô sắt sẽ cần 12 kg, chi phí 50 USD/kg. Sau khi khu vực được làm sạch, các hạt nanô sắt chưa được sử dụng còn dư sẽ tiếp tục di chuyển theo đường nước ngầm cho đến khi được hòa tan hoàn toàn, không phát hiện thấy nữa, so với mức sắt tồn tại trong tự nhiên còn cao hơn nhiều.

Nguồn: Tech Monitor, 12/2003