Các nhà khoa học tại Đại học Rice (Texas, Hoa Kỳ) mới đây đã có một bước tiến mang tính cách mạng khi công phố phát triển thành công một công nghệ mới không chỉ giúp phá hủy các “hóa chất vĩnh cửu” (PFAS) cực kỳ bền vững trong môi trường, mà còn biến chất thải nguy hại này thành những vật liệu có giá trị kinh tế cao.

Kỹ thuật làm nóng flash joule hay FJH

PFAS, tên viết tắt của per- và polyfluoroalkyl substances, được mệnh danh là “hóa chất vĩnh cửu” do khả năng tồn tại dai dẳng và khó phân hủy trong tự nhiên. Chúng xuất hiện trong hàng ngàn sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng hiện đại, từ chảo chống dính, vật liệu chống nước đến bao bì thực phẩm. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy PFAS liên quan đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, từ rối loạn nội tiết cho đến ung thư.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice, dẫn đầu bởi nhà hóa học James Tour, đã phát triển phương pháp gọi là gia nhiệt Joule tức thời (Flash Joule Heating – FJH), có khả năng làm nóng vật liệu lên hơn 3.000°C chỉ trong tích tắc. Chính nhờ mức nhiệt cực cao này, các phân tử PFAS bị phá vỡ, chuyển hóa thành các muối florua vô cơ, một dạng ít độc hại hơn đáng kể.

Các nhà nghiên cứu đã có thể loại bỏ PFAS ra khỏi nước một cách an toàn.

Trước đây, than hoạt tính dạng hạt (GAC) được sử dụng như một cách để loại bỏ PFAS khỏi nước, nhưng sau đó bản thân nó lại trở thành vật liệu nguy hại. Quy trình FJH này đã không chỉ giúp vật liệu này thân thiện hơn với môi trường mà còn “nâng cấp” chúng thành graphene, một dạng carbon siêu bền, dẫn điện tốt và có giá trị kinh tế cao.

“Phương pháp của chúng tôi không chỉ phá hủy các hóa chất nguy hiểm mà còn biến chất thải thành tài nguyên”, Giáo sư Tour khẳng định. “Giải pháp này không chỉ thân thiện với môi trường mà còn hiệu quả về mặt chi phí, giúp bù đắp chi phí xử lý ô nhiễm”.

Hiệu quả vượt trội với tiềm năng ứng dụng khả thi

Trong thử nghiệm, công nghệ FJH đã loại bỏ được tới 99,98% axit perfluorooctanoic, một trong những hợp chất PFAS phổ biến nhất, khỏi vật liệu hấp phụ GAC. Sử dụng các mô phỏng máy tính và thí nghiệm thực tế, các nhà nghiên cứu xác nhận rằng sự hiện diện của các muối như natri và canxi đóng vai trò thúc đẩy quá trình phân hủy phân tử PFAS.

Theo nữ tiến sĩ Phelecia Scotland, đồng tác giả nghiên cứu, đây được xem là “một bước ngoặt” trong cách chúng ta đối mặt với ô nhiễm PFAS.

“Không chỉ loại bỏ được hóa chất nguy hại, phương pháp này còn cung cấp một giải pháp có thể mở rộng quy mô, vừa nhanh chóng, vừa tiết kiệm năng lượng và chi phí cho một vấn đề môi trường cấp bách”, bà cho biết.

Tiến sĩ Phelecia Scotland

Hiện có hơn 9.000 loại PFAS đang được sử dụng trên toàn cầu vì những tính chất vượt trội như chống nhiệt, nước và dầu. Tuy nhiên, việc loại bỏ chúng khỏi môi trường ngày càng trở thành thách thức cấp bách khi các ảnh hưởng sức khỏe ngày một rõ ràng.

Trong bối cảnh đó, thay vì kỳ vọng loại bỏ hoàn toàn PFAS khỏi sản xuất, điều gần như bất khả thi trong ngắn hạn, công nghệ FJH mang đến một lộ trình thực tế hơn là xử lý an toàn và hiệu quả các chất thải PFAS đã phát tán.

“Khi những lo ngại về ô nhiễm PFAS tiếp tục gia tăng, đột phá này mở ra hy vọng mới trong việc bảo vệ chất lượng nước và sức khỏe cộng đồng toàn cầu”, nhà nghiên cứu Scotland nhấn mạnh.