Từ nhựa thành nước sạch: Các nhà khoa học biến rác thải thành siêu chất xúc tác

Từ nhựa thành nước sạch: Các nhà khoa học biến rác thải thành siêu chất xúc tác
Viện Công nghệ Nagoya
13 tháng 11 năm 2025

Chất xúc tác composite đa chức năng cho xử lý nước hiệu quả cao

Một loại hạt composite mới được tạo ra từ rác thải nhựa đang cho thấy tiềm năng vượt trội trong việc sản xuất nước sạch. Các hạt chứa hydro molypden bronze–molypden dioxide/carbon này thể hiện khả năng bay hơi bằng quang – nhiệt rất cao, hoạt tính quang xúc tác trên phổ rộng để loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, và khả năng hấp phụ mạnh đối với kim loại nặng—even trong điều kiện không có ánh sáng. Nhờ chi phí thấp và đa chức năng, chúng có triển vọng lớn cho các công nghệ xử lý nước quy mô lớn.

Biến rác thải thành chất xúc tác

Từ lâu, các nhà khoa học đã tận dụng năng lượng mặt trời để làm sạch nước ô nhiễm. Quang xúc tác giúp phân hủy các chất độc hại, trong khi hiệu ứng quang – nhiệt có thể nhanh chóng làm nóng và bay hơi nước bẩn, cho ra nước sạch sau khi ngưng tụ. Tuy nhiên, nhiều vật liệu hiện tại đắt đỏ hoặc khó sản xuất, hạn chế khả năng thương mại hóa.

Nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Nagoya (NITech), Nhật Bản, đã phát triển một hướng đi mới sử dụng chính rác thải nhựa làm nguyên liệu đầu vào. Dưới sự dẫn dắt của Phó Giáo sư Takashi Shirai, nhóm (gồm Dr. Kunihiko Kato, Dr. Yunzi Xin và Yuping Xu) đã tạo ra các hạt composite đa chức năng có thể lọc nước và khử muối chỉ bằng năng lượng mặt trời.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ACS Applied Materials & Interfaces.

Quy trình cơ hóa học với máy nghiền bi hành tinh

Nhóm đã sử dụng máy nghiền bi hành tinh nhằm thực hiện quá trình cơ hóa học tiết kiệm năng lượng. Hỗn hợp ban đầu gồm molypden trioxide (MoO3) và polypropylene—một loại nhựa phổ biến trong bao bì và đồ gia dụng.

Qua quá trình nghiền tối ưu, hỗn hợp được chuyển hóa thành hạt composite chứa:

• Hydro molypden bronze (HxMoO3–y)

• Molypden dioxide (MoO2)

• Carbon hoạt tính

Các thành phần này phối hợp để hấp thụ ánh sáng từ vùng tử ngoại–ánh sáng nhìn thấy–hồng ngoại gần, kích hoạt nhiều phản ứng làm sạch nước.

“Quy trình cơ hóa học mà chúng tôi đề xuất vượt trội về hiệu quả năng lượng và chi phí so với các phương pháp hiện nay,” Dr. Shirai cho biết.

Nhiều chức năng trong một vật liệu

Qua thí nghiệm, các hạt composite chứng minh được rằng chúng có thể:

• Hấp thụ ánh sáng phổ rộng để phân hủy quang xúc tác các chất ô nhiễm hữu cơ

• Hoạt động như chất xúc tác axit Brønsted, loại bỏ chất ô nhiễm ngay cả khi không có ánh sáng

• Sinh ra hiệu ứng plasmonic, tạo nhiệt quang cao dưới ánh mặt trời

• Hấp phụ ion kim loại nặng nhờ nhóm carbon chứa oxy

Nhờ đó, một loại vật liệu duy nhất có thể đồng thời phân hủy chất độc, khử muối và loại bỏ kim loại nặng khỏi nước.

Hướng tới các giải pháp nước sạch quy mô lớn

Nhóm nghiên cứu dự định tiếp tục tối ưu quy trình nghiền bi để tạo ra các chất xúc tác đa chức năng mới từ nhiều loại nhựa và oxide khác nhau.

“Công nghệ này có thể áp dụng cho nhiều vật liệu oxide và nhựa,” Dr. Shirai cho biết. “Chúng tôi kỳ vọng có thể nâng cao chức năng của các vật liệu hiện có và tái chế rác thải nhựa nhằm giúp đảm bảo nguồn nước uống sạch.”

Tài liệu tham khảo: “Multifunctional HxMoO3–y–MoO2/Carbon Composite Particles for Water Remediation”, Kunihiko Kato, Yunzi Xin, Yuping Xu và Takashi Shirai, ACS Applied Materials & Interfaces, 1/10/2024.
DOI: 10.1021/acsami.4c09169