Sáng kiến này được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Stanford đăng trên tạp chí ACS ES&T Engineering đã mở đường cho việc khai thác nước thải để thu hồi các vật liệu có thể tái sử dụng trong sản xuất phân bón và pin, thậm chí có thể cung cấp năng lượng cho điện thoại thông minh và máy bay.

Các tác giả đã tiết lộ cách tối ưu hóa các quy trình điện để chuyển hóa chất ô nhiễm lưu huỳnh, từ đó xử lý nước thải với giá cả phải chăng, tạo ra nước có thể uống được. Đồng thời, “lưu huỳnh là một nguyên tố quan trọng trong chu trình, là chìa khóa gợi mở những cải tiến trong việc chuyển đổi hiệu quả các chất ô nhiễm lưu huỳnh thành các sản phẩm như phân bón và thành phần pin” - Will Tarpeh, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào quá trình oxy hóa lưu huỳnh điện hóa, đòi hỏi năng lượng đầu vào thấp và cho phép kiểm soát chặt chẽ các sản phẩm lưu huỳnh ở bước cuối cùng. Bằng cách sử dụng phương pháp mới của kính hiển vi điện hóa quét - một kỹ thuật giúp chụp ảnh siêu nhỏ bề mặt điện cực trong khi các bình phản ứng đang hoạt động, nhóm nghiên cứu đã định lượng tốc độ của từng bước oxy hóa lưu huỳnh điện hóa, cũng như nhận dạng các sản phẩm tạo thành.

Bằng cách sử dụng phương pháp mới của kính hiển vi điện hóa quét - một kỹ thuật giúp chụp ảnh siêu nhỏ bề mặt điện cực trong khi các bình phản ứng đang hoạt động - nhóm nghiên cứu đã định lượng tốc độ của từng bước oxy hóa lưu huỳnh điện hóa, cũng như nhận dạng các sản phẩm tạo thành. Họ đã xác định được các rào cản hóa học chính đối với việc thu hồi lưu huỳnh, bao gồm tắc nghẽn điện cực và những chất trung gian khó chuyển đổi nhất. Bên cạnh đó, họ cũng phát hiện ra rằng các thông số vận hành khác nhau, chẳng hạn như điện áp bình phản ứng, có thể tạo điều kiện thu hồi lưu huỳnh năng lượng thấp từ nước thải.

Phát hiện này đã làm sáng tỏ sự cân bằng giữa hiệu quả năng lượng trong việc loại bỏ sunfua, sản xuất sunfat và thời gian phù hợp. Từ đó, các nhà nghiên cứu đã vạch ra những tiêu chuẩn, điều kiện cần thiết để thiết kế các quá trình oxy hóa sunfua điện hóa, đó là: cân bằng năng lượng đầu vào, loại bỏ chất ô nhiễm và phục hồi tài nguyên. Trong tương lai, có thể kết hợp công nghệ thu hồi lưu huỳnh với các kỹ thuật khác, chẳng hạn như thu hồi nitơ từ nước thải để sản xuất phân bón amoni sunfat.

Hiện Trung tâm Phục hồi Tài nguyên Codiga, một nhà máy xử lý quy mô thí điểm trong khuôn viên trường ĐH Stanford, đang trở thành nơi thí điểm nghiên cứu này, đóng một vai trò quan trọng trong việc đẩy nhanh quá trình thiết kế và triển khai các phương pháp này trong tương lai. “Hy vọng rằng nghiên cứu này sẽ giúp đẩy nhanh việc áp dụng công nghệ giảm thiểu ô nhiễm, thu hồi các nguồn tài nguyên quý giá và tái tạo ra nước uống được”. - Tác giả chia sẻ.