Hiện nay, Singapore sử dụng khoảng 430 triệu gallon nước (1.625 triệu lít) mỗi ngày. Con số dự đoán sẽ tăng gấp đôi trong 4 thập kỷ tới khi dân số tăng trưởng. Mức tiêu thụ này đang gây áp lực lên chính quyền Singapore. Trước mối lo ngại ngày càng tăng về tình trạng khan hiếm nước toàn cầu; việc tìm ra công nghệ tiên tiến để chuẩn bị cho tương lai thiếu nước sạch là nhiệm vụ cấp thiết đối với đảo quốc Sư tử. Và các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu Nước và Môi trường Nanyang thuộc Đại học Công nghệ Nanyang (Singapore) vừa công bố sáng chế mới. Đó là lọc sạch nước bằng bọt biển sợi carbon fiber aerogel.
Câu chuyện về vật liệu “gel không lỏng” Aerogel
Aerogel bắt nguồn từ một câu chuyện được kể lại vào cuối những năm 1920. Samuel Kistler (1900-1975), giáo sư hóa học người Mỹ đã đánh cược với đồng nghiệp của mình Charles Learned về sự tồn tại của một loại “gel không lỏng”. Tất nhiên, không một ai tin điều ông nói là đúng. Vì đặc tính lỏng vốn là đặc tính cố hữu của gel được biết đến trong một thời gian dài trước đó.
Bằng sự kiên trì và quyết tâm, sau nhiều thử nghiệm và gặp không ít thất bại; cuối cùng Kistler đã tìm ra một loại gel ở trạng thái khí, không phải trạng thái lỏng. Một loại gel mới chưa từng được biết đến. Thậm chí chưa một ai tưởng tưởng ra nó. Ông đã trở thành người đầu tiên thay thế được trạng thái lỏng của gel thành trạng thái khí; và đặt tên cho nó là “Aerogel”. Năm 1931, ông đã công bố phát hiện của mình trong bài viết “Coherent Expanded Aerogels and Jellies”, đăng trên tạp chí khoa học Nature.
Aerogel còn được ông gọi là Alcogel, do được chế tạo từ gel silica (SiO2) và alco. Nói một cách đơn giản, chỉ cần cho rượu bay hơi khỏi gel silica là chúng ta sẽ tạo ra cấu trúc Aerogel. Giống như chúng ta thổi không khí qua một miếng bọt biển thấm nước. Miếng bọt biển sẽ bị khô đi.
Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
Kỹ thuật điều chế aerogel của Kistler mặc dù hiệu quả nhưng lại khá nguy hiểm, tốn kém thời gian và tiền bạc. Sau 30 năm được đưa vào sản xuất bởi công ty Monsanto, đến cuối thập niên 70; quá trình sản xuất đã phải dừng lại do thiếu nhà đầu tư. Tuy nhiên, chỉ không lâu sau đó; các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp sản xuất ít độc hại hơn bằng cách sử dụng hợp chất alkoxide thay vì gel silica; alco được thay thế bằng CO2.
Với tiến bộ này, Aerogel như được hồi sinh trở lại. Nó tiếp tục vai trò của mình trong các lĩnh vực đời sống. Hiện tại, Aerogel được tìm thấy trong các lĩnh vực sản xuất đồ bơi; quần áo dành cho lính cứu hỏa; cửa kính; tên lửa; sơn; mỹ phẩm; vũ khí hạt nhân…
Tính ưu việt của Aerogel
Với cấu trúc “khí lẫn rắn” như vậy, Aerogel là loại vật liệu nhẹ nhất thế giới mà con người từng biết đến. Nó nhẹ đến mức có thể đặt được trên một bong hoa. Với thể tích 1 inch khối (khoảng 16,3 ml) có thể dát mỏng và phủ lên toàn bộ một sân bóng đá.
Aerogel loại silica giữ 15 mục trong sách kỷ lục Guinness cho các thuộc tính vật chất. Điển hình là nhẹ nhất, rắn nhất, cách điện tốt nhất; và mật độ vật chất thấp nhất. 90% thể tích của Aerogel là không khí, nặng hơn không khí 3 lần và nhẹ hơn thủy tinh 1.000 lần.
Mặc dù rất nhẹ nhưng một vật làm bằng Aerogel có khả năng “cõng” một vật khác có trọng lượng gấp 500 đến 4.000 lần trọng lượng của nó.
Nó cũng có khả năng cho không khí xuyên qua, chống cháy và có thể thấm cả dầu lẫn nước. Chưa hết, Aerogel vừa có thể làm dây dẫn điện vừa có thể trở thành một chất cách điện tốt nhất từ trước tới nay khi được pha trộn với một số vật liệu khác.
Với những khả năng phi thường đó, Aerogel xứng đáng với cái tên “vật liệu tốt nhất hành tinh”. Aerogel có thể được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực; cho phép con người làm được những điều chưa từng làm được với các loại vật liệu trước đó. Đơn cử như việc lọc sạch chất thải, chất gây ô nhiễm và vi nhựa có trong nước.
Sợi carbon fiber aerogel hứa hẹn là giải pháp hiệu quả cho việc lọc sạch nước quy mô lớn
Viện Nghiên cứu Nước và Môi trường Nanyang là một trong những nơi đảm nhận nhiệm vụ tìm ra giải pháp về nước cho Singapore. Một sáng chế mới được công bố là bọt biển màu đen, nhỏ có tên gọi sợi carbon fiber aerogel. Các nhà khoa học khẳng định nó có thể lọc sạch nước ở quy mô lớn. Mỗi miếng bọt biển sợi carbon fiber aerogel này có khả năng hấp thụ lượng chất thải, ô nhiễm; chất dẻo nhựa với khối lượng bằng 190 lần bản thân nó.
Doanh nghiệp EcoWorth Technology (Singapore) đang phát triển sợi carbon fiber aerogel. Mục đích thương mại và kinh doanh tại thị trường Singapore trước khi đưa ra nước ngoài. EcoWorth Technology cho rằng sản phẩm lọc nước bẩn này sẽ đem lại nhiều giá trị.
Tiếp Thị Gia Đình
