Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dệt may, mỹ phẩm, chế biến thực phẩm, sản xuất giấy và nhựa. Trên toàn cầu, con người sử dụng khoảng 700.000 tấn thuốc nhuộm mỗi năm để nhuộm màu quần áo, sản xuất phấn mắt, nhuộm đồ chơi và kẹo máy bán hàng tự động.
 |
Trong quá trình sản xuất, khoảng 1/10 số thuốc nhuộm được xả vào dòng thải. Hầu hết các loại thuốc nhuộm này đều “thoát khỏi” các quy trình xử lý nước thải thông thường và vẫn tồn tại trong môi trường, thường được đổ xuống sông, hồ và ao nuôi gây ô nhiễm môi trường nước nơi động, thực vật sinh sống. Chỉ cần thêm một chút màu sắc cũng có thể ngăn chặn ánh nắng mặt trời và cản trở quá trình quang hợp của thực vật, làm gián đoạn toàn bộ hệ sinh thái thủy sinh. Nhóm nghiên cứu do trường Đại học Washington dẫn đầu, đã đưa ra một phương pháp thân thiện với môi trường để khử màu cho thuốc nhuộm trong nước chỉ trong vài giây.
Anthony Dichiara, phó giáo sư khoa học và kỹ thuật sinh học và là đồng tác giả nghiên cứu cho biết: "Một lượng nhỏ thuốc nhuộm cũng có thể gây ô nhiễm khối lượng nước lớn, vì vậy, chúng tôi cần tìm cách khử màu một cách nhanh chóng và hiệu quả. Chúng tôi khá ấn tượng với những gì có thể đạt được".
Nhóm nghiên cứu đã đưa ra phương pháp khử màu trong nước bằng cách sử dụng vật liệu giống xốp được chế tạo từ bột gỗ và các mẩu kim loại nhỏ. Xenlulô, cấu trúc chính trong thành tế bào thực vật và là vật liệu tự nhiên phong phú nhất Trái đất, tạo ra xương sống của vật liệu được trang trí bằng những miếng paladi nhỏ. Kim loại này đóng vai trò như chất xúc tác giúp khử màu nhanh.
Thay vì loại bỏ thuốc nhuộm khỏi nước, nhóm nghiên cứu đã tìm cách đổi màu của thuốc nhuộm thành dạng khác những gì chúng ta có thể nhìn thấy trong quang phổ nhìn thấy. Ví dụ, một phản ứng hóa học có thể khử màu đỏ và chuyển thành trong suốt hoặc không màu. Trong trường hợp các sản phẩm chất thải là thuốc nhuộm, nhuộm màu nước theo cách nhân tạo trong hồ và ngăn ngừa quá trình quang hợp, việc đổi màu thuốc nhuộm từ màu đỏ thành trong suốt, sẽ cho phép cây phát triển bình thường trở lại.
Khử thuốc nhuộm theo phương pháp hóa học bằng cách sử dụng các phân tử được gọi là "chất khử" có thể làm thay đổi cấu trúc thuốc nhuộm và thay đổi màu sắc từ đỏ hoặc xanh sang trong suốt. Tuy nhiên, phản ứng không hiệu quả và có thể mất vài tuần để phản ứng diễn ra. Vật liệu mới chứa chất xúc tác hoạt động với chất khử để tăng tốc quá trình này gần như tức thời.
Trong báo cáo nghiên cứu, các nhà khoa học đã mô tả quy trình đơn giản và bền vững để tạo ra vật liệu tẩy màu. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các phân tử xenlulô với kim loại palladium, làm nóng dung dịch và trộn nó trong máy khuấy. Sau đó, họ đã lọc và làm đông khô vật liệu để nó trở thành một chất xốp có thể tái sử dụng. Xốp tạo thành chứa hơn 99% không khí với các lỗ rộng cho phép nước chảy vào và ra, trong khi các hạt xúc tác kim loại trong vật liệu hoạt động để khử bất cứ màu sắc nào.
Cũng giống như một miếng xốp thực sự, vật liệu có thể được vắt nước và tái sử dụng nhiều lần mà không làm mất khả năng loại bỏ màu khỏi nước. Các nhà nghiên cứu cho rằng rất khó để tạo ra một vật liệu nhẹ hoàn hảo như vậy sau nhiều lần ép và lọc, đặc biệt là khi miếng xốp phải duy trì cấu trúc giống miếng phô mai Thụy Sĩ có sự hợp nhất của các hạt khử màu.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm miếng xốp trong phòng thí nghiệm sử dụng thuốc nhuộm xanh và đỏ thường thấy trong ngành công nghiệp dệt. Các nhà khoa học đổ lên trên miếng xốp nước màu, đã trộn lẫn với phân tử khử màu hiện có. Khi chất lỏng đi qua vật liệu, kết quả là nước trở nên trong suốt. Trong một thử nghiệm khác, nhóm nghiên cứu đã phun vật liệu xốp trong một lọ chứa nước nhuộm xanh và sau khoảng 10 giây thì màu sắc biến mất.
Ngoài các thử nghiệm tại lab, các nhà nghiên cứu cho biết nhiều vật liệu giống miếng xốp có thể được thả xuống hồ ô nhiễm thuốc nhuộm cùng với phân tử khử màu. Tương tự như khuấy tròn một túi trà lọc trong cốc, xốp có thể được kéo xung quanh hồ cho đến khi tất cả các màu sắc biến mất.