Điểm cốt lõi của bộ lọc nằm ở một lớp vật liệu được gọi là khung hữu cơ cộng hóa trị (COF). Các cấu trúc này cực kỳ xốp, tạo ra diện tích bề mặt lớn trong một không gian nhỏ, có nghĩa là chúng bám dính tốt khối lượng lớn phân tử. Các vật liệu liên quan được gọi là khung kim loại-hữu cơ (MOF) đang được nghiên cứu dùng để thu giữ cacbon, khử muối hoặc khai thác nước uống từ không khí loãng và COF có thể có một bộ chức năng tương tự.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học tập trung sử dụng COF để loại bỏ thuốc nhuộm hữu cơ khỏi nước. Đây là các chất ô nhiễm phổ biến trong nước thải công nghiệp và có thể độc hại và gây ung thư, chưa kể là khó loại bỏ.

Nhóm nghiên cứu đã điều chỉnh COF để nó giữ lại một cách có chọn lọc các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ. Để làm được điều đó, các nhà khoa học đã điều chỉnh các lỗ có hình dạng và kích thước phù hợp dao động từ 0,8 đến 1,6 nanomet và tạo ra bề mặt mang điện tích âm để thu hút các phân tử thuốc nhuộm tích điện dương.

Tuy nhiên, có một ràn cản cần khắc phục. Khi vật liệu được sử dụng ở dạng bột, các lỗ rỗng ở rìa bên ngoài trước tiên sẽ được lấp đầy bằng các phân tử, khiến những lỗ ở giữa vẫn còn rỗng và về cơ bản là không có ích. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã tìm cách phát triển COF bằng cách gắn COF trên một tấm graphene. Kết quả cuối cùng là tạo ra một lớp COF dày hai nanomet trên một lớp graphene đơn nguyên tử, làm tăng tối đa công suất của vật liệu trong việc giữ lại các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ. Bản thân graphene có các lỗ rỗng khá lớn, cho phép nước chảy qua nhanh chóng trong khi COF hoạt động.

Các nhà nghiên cứu cho biết: “Các lỗ xốp lớn của mạng lưới graphene kết hợp với lớp COF siêu mỏng và số lượng lớn các vị trí hấp phụ cho phép xử lý nước thải đặc biệt nhanh chóng và hiệu quả”.

Theo các tác giả nghiên cứu, kỹ thuật này cũng khá rẻ và không cần sử dụng nhiều graphene. Ngoài ra, có thể làm sạch và tái sử dụng COF. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie.

NASATI, theo https://newatlas.com/materials/nano-sponge-graphene-water-filter/