Phát triển hệ thống CEP nhằm loại bỏ kim loại nặng khỏi nước

Các kỹ sư tại Đại học Brown, Hoa Kỳ, đã phát triển hệ thống CEP nhằm loại bỏ kim loại nặng khỏi những nguồn nước bị ô nhiễm, hướng tới khả năng xử lý hiệu quả hơn. Nghiên cứu tập trung vào ba kim loại gồm catmi, đồng và Niken, vốn xuất hiện trong các mẫu nước cần được làm sạch theo những tiêu chuẩn đã quy định. Mục tiêu cuối cùng là giảm nồng độ các chất ô nhiễm, đồng thời biến những mẫu nước ban đầu thành nước sạch phù hợp với yêu cầu sử dụng. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí The Chemical Engineering Journal, mở ra thêm một hướng tiếp cận đáng chú ý trong xử lý môi trường. CEP thực hiện hai chức năng chính, gồm tập trung các ion dương kim loại và biến chúng thành kim loại rắn để có thể tách khỏi nước. Hệ thống hoạt động bằng cách làm gia tăng nồng độ kim loại nặng trong dung dịch, giúp quá trình thu gom và loại bỏ diễn ra tập trung hơn. Ở giai đoạn đầu, nước nhiễm kim loại nặng được đưa vào một bể chứa, nơi dung dịch sẽ trải qua các bước điều chỉnh hóa học. Axit sunfuric hoặc natri hidroxit được thêm vào để thay đổi độ pH, qua đó hỗ trợ phân tách các phân tử nước khỏi những kết tủa kim loại. Các kết tủa chứa kim loại nặng nằm ở đáy bể, trong khi phần nước đã được xử lý có thể được rút ra khỏi hệ thống. Sau đó, một mẫu nước nhiễm bẩn khác được đưa vào bể, tiếp tục tham gia chu trình xử lý được thiết kế theo từng giai đoạn. Quá trình này lặp lại nhiều lần, nhằm làm cho nồng độ các ion dương kim loại trong dung dịch tăng dần đến mức cao nhất. Khi nồng độ đạt đỉnh, dung dịch được chuyển sang thiết bị phun điện hạt, thường được gọi là SPE trong mô tả của nghiên cứu. Tại thiết bị SPE, quy trình luyện kim điện, còn gọi là điện triết, biến các ion dương kim loại thành những kim loại ổn định ở thể rắn. Nhờ chuyển kim loại từ dạng ion hòa tan sang dạng rắn, hệ thống có thể tách chúng khỏi nước thay vì chỉ phân tán hoặc làm loãng chất ô nhiễm. Lượng nước sạch sau xử lý tiếp tục được đưa trở lại các hồ chứa, nơi những ion dương kim loại còn sót lại có thể kết tủa thêm lần nữa. Các ion này sau đó lại được biến đổi thành thể rắn, tạo điều kiện để loại bỏ chúng khỏi dòng nước trong những vòng xử lý tiếp theo. Chu trình không dừng ở một lần xử lý, bởi hệ thống tiếp tục vận hành lặp lại để nâng dần chất lượng nước sau mỗi vòng. Cách tổ chức theo chu kỳ giúp CEP vừa tập trung kim loại nặng, vừa hỗ trợ quá trình thu hồi chúng dưới dạng vật chất rắn. Nghiên cứu không chỉ nhắm tới việc làm sạch nước, mà còn cho thấy kim loại được tách ra có thể trở thành nguồn vật liệu được thu hồi. Đây là điểm khác biệt đáng chú ý, bởi quá trình xử lý đồng thời giải quyết ô nhiễm và tạo điều kiện thu gom các kim loại đã tách khỏi dung dịch. Theo các nhà nghiên cứu, kết quả này có thể được ứng dụng rộng rãi trong những mục đích thương mại khác nhau. Hệ thống cũng được kỳ vọng hỗ trợ các lĩnh vực làm sạch môi trường nước bị ô nhiễm, nơi việc loại bỏ kim loại nặng luôn đặt ra yêu cầu phức tạp. Khả năng thu hồi kim loại giúp CEP mang thêm giá trị thực tiễn, bên cạnh nhiệm vụ chính là giảm nồng độ chất ô nhiễm trong nước. Tuy nhiên, nước chỉ được xem là đạt tiêu chuẩn uống sạch sau khi chu trình xử lý được lặp lại đủ nhiều lần theo yêu cầu. Với cơ chế tập trung ion, điện triết và loại bỏ kim loại rắn, CEP cung cấp một hướng phát triển đáng chú ý cho công nghệ xử lý nước hiện đại.