Công nghệ đột phá than hoạt tính để giảm tử vong do ô nhiễm

MT&XH - Ô nhiễm là việc bổ sung các chất vào môi trường có hại cho cuộc sống hoặc môi trường. Ô nhiễm chủ yếu do hoạt động của con người gây ra. Ngoài ra, ô nhiễm còn do một số hoạt động của tự nhiên khác có tác động tới môi trường.

Ô nhiễm bắt đầu từ thời tiền sử, khi con người tạo ra những đám cháy đầu tiên. Theo một bài báo năm 1983 trên tạp chí Science, bồ hóng được tìm thấy trên trần của các hang động thời tiền sử cung cấp bằng chứng phong phú về mức độ ô nhiễm cao có liên quan đến sự thông thoáng của các đám cháy lớn. Việc rèn kim loại dường như là một bước ngoặt quan trọng trong việc tạo ra mức độ ô nhiễm không khí đáng kể bên ngoài nhà. Các mẫu sông băng ở Greenland cho thấy sự gia tăng ô nhiễm liên quan đến sản xuất kim loại của Hy Lạp, La Mã và Trung Quốc.

Ngày nay, ô nhiễm đã trở thành một vấn đề rất thực tế dẫn đến cái chết của con người sớm hơn, thậm chí nhiều hơn những cái chết do bệnh lao, AIDS và sốt rét cộng lại. Những người tử vong vì bệnh tim, đột quỵ và ung thư phổi và tất cả các bệnh khác… chỉ đơn giản là những biểu hiện của ô nhiễm.

Ô nhiễm không khí và ô nhiễm nước

Ô nhiễm không khí đứng đầu khi nói đến cái chết liên quan đến ô nhiễm. Ô nhiễm nước theo không khí. Hầu hết những cái chết này đang xảy ra ở các nền kinh tế đang phát triển như Ấn Độ và Trung Quốc. Tuy nhiên, các quốc gia phát triển cũng phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm. Ví dụ như, mỗi năm nước Mỹ đã đăng ký khoảng 38.000 ca tử vong liên quan đến ô nhiễm không khí.

Ô nhiễm nước là kết quả của nước thải do các ngành công nghiệp thải ra và khi các hóa chất độc hại trong đất xâm nhập vào nước trong mưa. Nó cũng có thể được gây ra bởi nước thải, bể tự hoại, bãi rác đại dương và biển, kho chứa ngầm, rò rỉ ống và các nguồn khác…

Dioxin (chất da cam)

Một trong những chất gây ô nhiễm có hại gây ô nhiễm nguồn nước là Dioxin. Một chất ô nhiễm công nghiệp, nó làm ô nhiễm đất và được phân loại là chất ô nhiễm hữu cơ dai dẳng (POP). Khi nó thấm vào các vùng nước, nó xâm nhập vào chuỗi thức ăn thông qua các loài cá. Cá là chuỗi thức ăn được con người thường xuyên bổ sung thực phẩm giúp trao đổi chất. Sau đó, con người đi đánh bắt cá tại các ao hồ, sông, suối, biển…

Hơn 90% con người tiếp xúc với chất độc da cam xảy ra thông qua việc cung cấp thực phẩm, chủ yếu là cá, thịt và các sản phẩm từ sữa. Tiếp xúc ngắn hạn gây ra thay đổi chức năng gan, chloracne và làm mờ vết thâm của da. Nếu con người tiếp xúc lâu dài với chất độc da cam sẽ có các biến chứng nghiêm trọng hơn như: Xuất hiện một số loại ung thư và hệ thống miễn dịch cũng bị suy giảm, hệ thần kinh, nội tiết và hệ thống sinh sản cũng bị ảnh hưởng xấu; Phát triển thai nhi dễ bị tổn thương nhất với chất độc da cam khi chúng phát triển nhanh hệ thống cơ quan.

Phương pháp có sẵn

Để giảm tiếp xúc với hợp chất có hại này, việc cô lập chất độc da cam là rất quan trọng. Nó cần phải được loại bỏ khỏi đất bị ô nhiễm. Phương pháp hiện tại có sẵn để làm điều này là nạo vét. Đây là một phương pháp tốn kém và tốn thời gian trong một vài năm để làm sạch các lòng sông của chất độc da cam. Dioxin sau đó phải được xử lý cẩn thận trong các bãi chôn lấp.

Than hoạt tính

 “Than hoạt tính đã được chứng minh là một hợp chất rất hữu ích để cô lập chất độc da cam”, thông tin này được tiết lộ trong một nghiên cứu được thực hiện tại Đại học bang Michigan do Giáo sư Stephen Boyd dẫn đầu. Nghiên cứu tập trung vào hệ sinh thái nước ngọt và đất là nạn nhân của các chất ô nhiễm công nghiệp.

Than hoạt tính được hình thành khi các vật liệu có hàm lượng carbon cao như than bùn, gỗ, than được đưa qua các quá trình đặc biệt dưới nhiệt độ cao mà không đốt cháy chúng. Sản phẩm này là một chất dễ thấm liên kết với độc tố, Dioxin là một trong số đó. Khi Than hoạt tính được tiếp xúc với đất bị ô nhiễm, Carbon sẽ thu hút chất độc da cam và giữ lại trên bề mặt của nó.

Để thực hiện nghiên cứu này, Giáo sư Stephen Boyd và nhóm của ông đã được Chương trình nghiên cứu Superfund của Viện Khoa học Môi trường và Sức khoẻ quốc gia tài trợ trong suốt 5 năm.

Tính khả thi

Phương pháp này để giảm ô nhiễm dioxin tương đối ít tốn kém so với các phương pháp truyền thống. Nạo vét đã được sử dụng để loại bỏ dioxin ra khỏi môi trường, chi phí cho mỗi ha là khoảng 15 triệu USD (khoảng hơn 300 tỷ đồng). Với công nghệ mới này, để làm sạch cùng một khu vực, chi phí giảm xuống chỉ còn 75.000 USD.

Kiểm tra thêm là cần thiết để thực hiện công nghệ này trên quy mô lớn nhưng đây không phải là một phát hiện rất cách mạng.

Một số thông số cơ bản về than hoạt tính

Kích thước, thể tích lỗ xốp và diện tích bề mặt riêng

Kích thước của lỗ xốp được tính bằng khoảng cách giữa hai cạnh của rãnh hoặc đường kính của ống xốp. Theo tiêu chuẩn của IUPAC thì kích thước lỗ xốp được chia ra làm ba loại: micro pore có kích thước bé hơn 2 nm, meso pore có kích thước từ 2-50 nm và macro pore có kích thước từ 50 nm trở lên.

Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính được đo bằng m²/g và là một thông số hết sức quan trọng đối với than, cho biết khả năng hấp phụ của than hoạt tính. 95% diện tích bề mặt riêng của than là diện tích của những lỗ xốp micro. Những lỗ xốp meso có diện tích bề mặt chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than. Những lỗ xốp kích thước lớn không có nhiều ý nghĩa trong hoạt tính của than vì diện tích bề mặt riêng của chúng không đáng kể.

Kích thước, thể tích lỗ xốp và diện tích bề mặt riêng

Kích thước của lỗ xốp được tính bằng khoảng cách giữa hai cạnh của rãnh hoặc đường kính của ống xốp. Theo tiêu chuẩn của IUPAC thì kích thước lỗ xốp được chia ra làm ba loại: micro pore có kích thước bé hơn 2 nm, meso pore có kích thước từ 2-50 nm và macro pore có kích thước từ 50 nm trở lên.

Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính được đo bằng m²/g và là một thông số hết sức quan trọng đối với than, cho biết khả năng hấp phụ của than hoạt tính. 95% diện tích bề mặt riêng của than là diện tích của những lỗ xốp micro. Những lỗ xốp meso có diện tích bề mặt chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than. Những lỗ xốp kích thước lớn không có nhiều ý nghĩa trong hoạt tính của than vì diện tích bề mặt riêng của chúng không đáng kể.

Chỉ số iot

Đây là một chỉ số cơ bản của than hoạt tính đặc trưng cho diện tích bề mặt của lỗ xốp cũng như khả năng hấp phụ của than. Chỉ số iot được tính bằng khối lượng iot có thể được hấp phụ bởi một đơn vị khối lượng của than.(mg/g). Nguyên lý của phương pháp đo dựa trên sự hấp phụ lớp đơn phân tử iot trên bề mặt của than. Chỉ số iot càng lớn thì mức độ hoạt hóa càng cao. Giá trị của chỉ số iot rơi vào khoảng 500–1200 mg/g. Từ giá trị của chỉ số iot có thể tính ra được diện tích bề mặt riêng của than

Độ cứng

Là khả năng chống chịu mài mòn của than hoạt tính. Đây là một thông số quan trọng bởi vì trong quá trình sử dụng, than hoạt tính còn phải chịu những tác động vật lý như: bị đặt dưới dòng chảy lỏng hoặc khí, dưới tác động của áp suất, do đó than cần phải đảm bảo được những yếu tố về độ cứng nhằm giữ được nguyên vẹn cấu trúc trong quá trình sử dụng và phục hồi. Độ cứng của than phụ thuộc rất nhiều vào nguyên liệu đầu vào cũng như mức độ quá trình hoạt hóa.

Phân bố kích thước hạt

Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến khả năng tiếp cận của chất được hấp phụ tới bền mặt của than. Kích thước càng nhỏ thì khả năng tiếp cập càng dễ và quá trình hấp phụ diễn ra càng nhanh. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi hấp phụ trong hệ khí có áp suất thấp. Tính toán kỹ được phân bố kích thước hạt giúp chúng ta có thể chọn lựa được những thông số áp suất tối ưu để giảm thiểu tối đa mức tiêu thụ năng lượng).

BT(Theo Greendiary)