BVR&MT – Các nhà khoa học phát hiện ra một bí mật: chất xúc tác kim loại lỏng có triển vọng to lớn trong việc thu carbon và làm sạch các chất ô nhiễm, trong khi nó sử dụng rất ít năng lượng, thậm chí có thể được tạo ra trong nhà bếp gia đình.
Kết quả nghiên cứu của Đại học New South Wales (UNSW) Sydney vừa công bố cho biết: Không cần đến phòng thí nghiệm, chất xúc tác kim loại lỏng có thể giải quyết các vấn đề môi trường bằng cách thu giữ carbon dioxide, khử trùng nước và làm sạch các chất ô nhiễm và có thể dễ dàng tạo ra trong nhà bếp.
Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature Communications, theo đó các kỹ sư hóa học của UNSW đã làm sáng tỏ thế giới bí ẩn của kim loại lỏng với vai trò là chất xúc tác để tăng tốc các quá trình hóa học sử dụng lượng năng lượng thấp.
Giáo sư Kourosh Kalantar-Zadeh ở Đại học Công nghệ Hóa học của UNSW nói rằng: “Bất kỳ ai có bình lắc và bếp nấu ở trong căn bếp của họ đều tạo ra chất xúc tác có thể được sử dụng để chuyển đổi CO2, làm sạch nước và các chất ô nhiễm khác. Họ có thể làm điều này bằng cách sử dụng một sự kết hợp các kim loại lỏng như gallium, indium, bismuth và thiếc trong các hợp kim có thể nóng chảy dưới 300 ºC trên bếp hoặc trong lò nướng.”
Giáo sư Kalantar-Zadeh và đồng nghiệp là Tiến sĩ Jianbo Tang đã chỉ ra bằng cách nung nóng một hợp kim bismuth và thiếc, điểm nóng chảy của hợp kim đó thấp hơn nhiều so với việc bạn nung nóng từng kim loại. Những chất hoạt động như thế được cho là eutectic.
“Hợp kim eutectic là hỗn hợp các kim loại tạo ra điểm nóng chảy thấp nhất tại một tổ hợp cụ thể”, Tiến sĩ Tang nói. “Ví dụ, nếu chúng ta kết hợp bismuth ở 57% và thiếc ở 43% thì chúng tan chảy ở 139 ºC. Nhưng bản thân chúng, cả bismuth và thiếc, đều có điểm nóng chảy trên 200 ºC.”
Giáo sư Kalantar-Zadeh cho biết, tỷ lệ pha trộn cụ thể của các chất eutectic tạo ra sự hỗn loạn tự nhiên tối đa ở cấp độ nano, từ đó đưa điểm nóng chảy xuống. Quá trình cũng có thể làm việc theo cách khác. Các chất kim loại eutectic đã ở dạng lỏng, có thể hóa rắn ở một nhiệt độ thấp hơn điểm hóa rắn bình thường của mỗi kim loại.
Giáo sư Kalantar-Zadeh cho biết thêm, chính sự hỗn loạn tối đa này giúp chúng ta củng cố các kim loại lỏng một cách tự nhiên để tạo ra rất nhiều khiếm khuyết trong vật liệu mà hoạt động “xúc tác” được tăng cường đáng kể.
Kim loại lỏng và môi trường
Hợp kim kim loại lỏng có thể được sử dụng để loại bỏ hoặc trung hòa các khí thải ô nhiễm trong môi trường cũng như thu giữ carbon trong khí thải CO2. Thiếc, gali và bismuth khi ở dạng lỏng có thể được sử dụng làm điện cực để chuyển đổi carbon dioxide thành các sản phẩm phụ hữu ích. Một ứng dụng môi trường khác là sau khi nung nóng kim loại lỏng để tạo ra oxit, các chất này cũng có thể được sử dụng để hấp thụ năng lượng từ ánh sáng, cho phép chúng phá vỡ các chất gây ô nhiễm trong nước.
Điều làm cho kim loại lỏng trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong việc giải quyết các vấn đề môi trường trong khi chúng có thể được sản xuất với giá rẻ, tốn ít năng lượng và môi trường công nghệ thấp.
Giáo sư Kalantar-Zadeh nói: “Nhiều người trên thế giới có thể kiếm được kim loại như thiếc và bismuth. Cách này dễ dàng, rẻ tiền và ít đòi hỏi công nghệ tiên tiến để có thể xử lý và chuyển đổi chúng thành các vật liệu hữu ích như chất xúc tác. Ngoài ra, làm việc với kim loại lỏng cũng rất thú vị”.
Trong khi kim loại lỏng nổi tiếng nhất – thủy ngân – cực kỳ nguy hiểm, thì một kim loại lỏng như gallium hoàn toàn không độc hại và tan chảy ở gần hoặc tại nhiệt độ phòng, nơi ta có thể sử dụng để chuyển đổi vật liệu này sang vật liệu khác với năng lượng sử dụng rất thấp. Kim loại lỏng này là bí quyết có thể giải quyết rất nhiều vấn đề mà loài người chúng ta đang vật lộn, vị giáo sư này nói.
Được biết Giáo sư Kalantar-Zadeh vừa nhận học bổng Laureate của Hội đồng nghiên cứu Úc (ARC), học bổng này sẽ tài trợ cho nghiên cứu sâu hơn về kim loại lỏng trong bốn năm nữa.
