Tổ hợp Nano kim loại hóa trị 0 (nZVI)

Ngày đăng: 15/10/2013 - Lượt xem: 3508 (lần)
Tổ hợp nano kim loại hóa trị 0 tên tiếng Anh là nano Zero-Valent Iron (nZVI) đã được các nhà khoa học gọi tên là "Thần dược vạn năng" đang được Công ty TNHH Công nghệ Na Nô phát triển như là một biện pháp xử lý nhanh, hiệu quả, để làm sạch các chất độc hại với môi trường sinh thái.

Hình 1: Ảnh ba chiều hạt nano sắt hóa trị 0 (ZVI). Nano sắt có khả năng lành tính đối với môi trường và cuối cùng, chủ yếu là chuyển đổi thành Fe3O4 và Fe2O3, có phong phú trên trái đất

Môi trường bị ô nhiễm không chỉ do các kim loại nặng, mà còn do nhiều chất hữu cơ độc hại khác nữa. Nhiều biện pháp xử lý môi trường đã được áp dụng nhưng hiệu quả vẫn chưa được như mong muốn. Một loại “thần dược vạn năng” sản phẩm của công nghệ nano là các hạt kim loại sắt (Fe) hóa trị 0 có kích thước nanomet đang được phát triển như là một biện pháp xử lý nhanh, hiệu quả, để làm sạch các chất độc hại với môi trường sinh thái. Theo các nhà nghiên cứu, sự kết hợp tài tình giữa công nghệ cao và ngành công nghiệp nặng sẽ giải quyết vấn đề chất thải độc hại ở quy mô lớn bằng các giếng phun hạt nano sắt hóa trị 0 (nZVI) có khả năng phản ứng mạnh. Chất thải ở dạng bùn đặc sẽ được làm mất độc tính, đồng thời được “cố định” tại địa điểm ô nhiễm. Phương pháp này, ngược lại với các phương pháp của các tổ chức khác trên thế giới, điển hình như Dự án Superfund  đã tiêu tốn hàng nghìn tỷ đô la của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ, làm sạch các địa điểm ô nhiễm đất và nước ngầm bằng cách xử lý chúng với các chất trung hòa đặc hiệu. Nhưng hiện nay, các nhà khoa học đang hợp tác với nhiều tổ chức quan tâm đến quy trình làm sạch địa điểm ô nhiễm. Khả năng làm sạch của sắt là yếu tố quyết định trong quy trình, nhờ đặc tính có thể oxy hóa không chỉ lớp gỉ oxit sắt màu đỏ gạch quen thuộc, mà cả các ôxít sắt kim loại khi có các chất ô nhiễm như tricloroethen, cacbon tetraclorua, đioxin, hoặc PCB (diphenyl polyclo)... các phân tử hữu cơ này tham gia vào phản ứng và bị phân hủy thành các hợp chất cacbon đơn giản. Các tổ chức quan tâm đến môi trường đã thực hiện quy trình tiền xử lý phế thải công nghiệp với dạng vật liệu bột sắt thô để làm sạch phế thải trước khi thải vào môi trường. Sắt cũng có nhiều trong môi trường tự nhiên (đá, đất, nước..) và không có tác động độc hại. Tuy nhiên, các hạt nano Fe0 có thể tồn tại lơ lửng trong bùn thải, có thể bơm thẳng vào trung tâm địa điểm bị ô nhiễm. Việc giảm kích thước vật liệu bột sắt xuống kích thước nanomet, đã tạo cho hạt khả năng phản ứng cao gấp 10-1000 lần (ở cấp độ từ 1-3), so với các hạt có kích thước thông thường.

Không giống như các biện pháp xử lý sinh học tại chỗ, khi dùng vật liệu nZVI sẽ không bị ảnh hưởng bởi các yêu cầu sinh học như chất dinh dưỡng, nhiệt độ phù hợp và độ axit thấp. Cũng nhờ kích thước nhỏ hơn 10-1000 lần so với hầu hết các loại vi khuẩn, các tinh thể sắt nhỏ xíu này có thể di chuyển dễ dàng giữa các hạt đất, không bị kẹt lại.

Các thử nghiệm hạt nano sắt trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa cho thấy, có thể làm giảm mức độ ô nhiễm xuống đến mức chấp nhận được trong thời gian ngắn sau khi phun và có thể làm sạch hoàn toàn khu vực rò rỉ chất ô nhiễm trong vòng vài tuần, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm của Hoa Kỳ hay Châu Âu.

Có thể xử lý khử ô nhiễm cho một khu vực rộng bằng phương pháp phun một lần hạt nano sắt. Sau khi khu vực được làm sạch, các hạt nano sắt chưa được sử dụng còn dư sẽ tiếp tục di chuyển theo đường nước ngầm cho đến khi được hòa tan hoàn toàn, không phát hiện thấy nữa, so với mức sắt tồn tại trong tự nhiên còn cao hơn nhiều.

Theo một số tài liệu tham khảo, hiện nay tại Hoa Kỳ, để xử lý ô nhiễm ở mạch nước ngầm người ta bơm trực tiếp vật liệu nZVI xuống mạch nước. Còn khu vực đất phía trên nếu bị ô nhiễm các chất độc hại sẽ xử lý bằng cách khoan các lỗ khoan, sau đó bơm bằng áp lực cao phân tán vật liệu nZVI trên toàn bộ khu vực đó.

Hiện nay tình trạng ô nhiễm trong môi trường nước và đất đang là mối nguy cơ báo động trên toàn cầu. Các chất ô nhiễm được sinh ra bằng nhiều nguồn. Chẳng hạn bón quá nhiều phân đạm làm tăng đáng kể hàm lượng NO-3 trong nông sản. Ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật sẽ tồn dư lâu dài trong đất và nước rất độc với mọi sinh vật và con người. Chất thải công nghiệp, ví dụ: SO2, NO2, kim loại nặng như chì, arsenic, crom, cadimi… Sử dụng vật liệu nano Fe0 (nano Zero-valent iron) đang trở thành một sự lựa chọn ngày càng phổ biến cho việc xử lý chất độc hại và khắc phục các khu vực bị ô nhiễm. Đây là chất khử mạnh, nó có hoạt tính rất tốt trong những phản ứng giải trừ các hợp chất chứa Clo, Nitơ, hợp chất chứa nhân thơm như benzen, phenol, các hợp chất mang màu… trong đất và nước, đặc biệt là nước ngầm. Tại Hoa Kỳ đã có hơn 20 dự án thử nghiệm sử dụng nano Fe0 được thực hiện từ năm 2001.

Ngày càng có nhiều dự án thử nghiệm với mức độ lớn hơn đang được xúc tiến ở Châu Âu và châu Á . Do có sự đổi mới gần đây trong công nghệ tổng hợp nano Fe0 đã dẫn đến giảm chi phí đáng kể và tăng khả năng sử dụng của vật liệu này cho các ứng dụng ở quy mô lớn hơn. Người ta đã sơ bộ tổng kết danh sách những hợp chất vô cơ và hữu cơ có thể bị khử khi dùng hạt nano Fe0 (Xem Bảng 1). Những hợp chất này nếu tồn tại trong đất và nước sẽ làm ô nhiễm nước sinh hoạt, lương thực, thực phẩm, sẽ là tác nhân gây ra những bệnh ung thư hiểm nghèo.

Ở Việt Nam, vấn đề sử dụng nano Fe0 (Zero-valent iron) còn rất mới mẻ, nếu được quan tâm nghiên cứu sẽ giải quyết được nhiều bế tắc trong xử lý môi trường mà các phương pháp đang sử dụng không thể xử lý được. Gần đầy, Công ty TNHH Công nghệ Na Nô chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm xử lý nước thải cho các nhà máy sản xuất bột mì, cao su và thủy sản tại 03 tỉnh Tây Ninh và Bình Phước và BR-VT, kết quả đạt được vượt xa sự kỳ vọng của các chủ đầu tư. Chúng tôi hoàn toàn tự tin sẽ triển khai các dự án trên và nhân rộng mô hình trong thời gian sớm nhất góp phần giải quyết triệt để vấn nạn ô nhiềm môi trường đang ngày càng trầm trọng hiện nay.