Buzz
Các nhà khoa học Trung Quốc đã sáng chế ra công nghệ thu hồi boron từ nước biển, một nguyên tố thiết yếu trong sản xuất nhiên liệu cho vũ khí siêu thanh.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Nông Lâm Tây Bắc (Trung Quốc) đã phát triển công nghệ cho phép chiết xuất boron trực tiếp từ nước biển, theo thông tin từ SCMP.
Boron, một nguyên tố nhẹ, được ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu rắn cho động cơ scramjet, là một thành phần không thể thiếu trong nhiều loại vũ khí siêu thanh hiện đại của Trung Quốc. Ngoài ra, boron cũng là nguyên liệu chính trong nam châm neodymium-sắt-boron, vật liệu quan trọng trong công nghiệp và quốc phòng.
Với tình hình căng thẳng thương mại liên quan đến các khoáng sản chiến lược, việc duy trì nguồn cung ổn định cho boron, cùng với neodymium và sắt, càng trở nên cấp thiết đối với chuỗi cung ứng toàn cầu.
Mặc dù Trung Quốc là quốc gia có nhu cầu boron lớn nhất thế giới, nhưng lại không phải là quốc gia sản xuất chủ lực. Hiện nay, Thổ Nhĩ Kỳ và Mỹ chiếm phần lớn thị trường cung cấp khoáng sản boron toàn cầu.
Nước biển chứa một lượng boron rất nhỏ mà công nghệ khử mặn thẩm thấu ngược hiện nay không thể loại bỏ, thậm chí có thể làm tăng nồng độ của nó. Việc sử dụng nước lọc lâu dài vẫn còn tồn tại boron, điều này có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe.
Trong nghiên cứu đăng trên tạp chí Science Bulletin vào ngày 7/11, nhóm nghiên cứu đã giới thiệu công nghệ bay hơi giao diện bằng năng lượng mặt trời (SDIE), được xem là giải pháp bền vững cho việc sản xuất nước ngọt.
Nhóm nghiên cứu cho biết việc kết hợp các chất hấp phụ chọn lọc vào hệ thống SDIE đã mở ra khả năng tách nước ngọt và thu hồi các nguyên tố quý giá như lithium, uranium và cesium. Dựa trên nền tảng đó, họ đã phát triển hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời để vừa tạo ra nước ngọt, vừa tách boron khỏi nước biển.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một loại gel mới mang tên MMS, với nền là natri alginat, kết hợp với hai hợp chất công nghệ cao là MXene và MgO. MXene là vật liệu nano hai chiều giống graphene, nổi bật với khả năng chuyển đổi quang nhiệt hiệu quả, giúp tăng tốc độ bay hơi. MgO hoạt động như chất hấp phụ, thu giữ boron qua cơ chế chọn lọc.
Gel MMS được tạo thành các tấm mỏng dày 2 mm. Lớp trên nổi trên bề mặt nước, hấp thụ ánh sáng và trao đổi không khí, trong khi lớp dưới chìm trong nước biển để thực hiện quá trình hấp thu.
Dưới ánh nắng mặt trời, nước bay hơi từ bề mặt gel tạo ra sự chênh lệch nồng độ, kéo nước biển lên qua lớp gel. Gel tiếp xúc với nước biển liên tục hút nước và boron, trong khi các hạt MgO bên trong giữ lại boron.
Theo nhóm nghiên cứu, nước ngọt được tạo ra từ quá trình bay hơi trong gel composite MXene-MgO, và boron được tích lũy bên trong gel. Trong thử nghiệm phòng thí nghiệm, hệ thống đạt tốc độ bay hơi tối đa là 2,14 kg nước/m2 gel mỗi giờ và thu giữ được 225,52 mg boron.
Hiệu quả của MMS đến từ cấu trúc xốp phân tầng đặc biệt và sự kết hợp giữa MXene và MgO. MXene hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi năng lượng thành nhiệt, trong khi MgO là chất hấp phụ boron hiệu quả. Sự thay đổi về nhiệt độ, nồng độ và dòng chảy bên trong gel cũng giúp tăng tốc độ thu giữ boron.
Để kiểm tra khả năng ứng dụng thực tế, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm ngoài trời tại Hong Kong. Sau ba giờ hoạt động, hơi nước ngưng tụ xuất hiện ở phần trên của thiết bị. Mặc dù bức xạ mặt trời vào tháng 3 khá yếu, gel vẫn tạo ra 5,20 kg nước/m2 và thu giữ được 122,45 mg boron/m2. Không phát hiện ion boron trong nguồn nước ngưng tụ.
Theo nhóm nghiên cứu, gel MMS có khả năng tái sử dụng nhiều lần. Sau bảy chu kỳ, khả năng hấp phụ boron vẫn duy trì trên 86%, trong khi tốc độ bay hơi gần như không thay đổi.
“Kết quả nghiên cứu cho thấy MMS có tiềm năng lớn trong việc vừa sản xuất nước ngọt, vừa chiết xuất boron từ nước biển hoặc nước lợ,” ông Fan Zhimin, chủ nhiệm dự án nghiên cứu, cho biết, đồng thời nhấn mạnh nhóm muốn tiếp tục đánh giá chi phí và khả năng mở rộng công nghệ cho các ứng dụng quy mô lớn.
