Hàn Quốc phát triển công nghệ xử lý nước thải siêu độc từ sản xuất bán dẫn bằng xúc tác quang

Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc vừa phát triển một công nghệ quang xúc tác hiệu suất cao có khả năng xử lý thân thiện với môi trường loại nước thải có độc tính cao phát sinh trong quá trình sản xuất chất bán dẫn.

Đại học Năng lượng và Công nghệ Hàn Quốc (KENTECH) ngày 19/8 cho biết nhóm nghiên cứu của Giáo sư Seo Dong-han đã phối hợp với nhóm của Giáo sư Kim Young-jin thuộc Đại học Korea phát triển thành công công nghệ mới để xử lý nước thải độc hại phát sinh trong quy trình sản xuất chất bán dẫn.

Tetramethylammonium hydroxide (TMAH), một hóa chất được sử dụng phổ biến trong công đoạn hiện ảnh của quy trình sản xuất chất bán dẫn và màn hình, là chất có độc tính rất cao và có thể gây độc thần kinh đối với hệ sinh thái thủy sinh cũng như con người.

Các phương pháp xử lý nước thải bằng hóa học hoặc sinh học hiện nay còn gặp nhiều hạn chế khi áp dụng trên thực tế. Một số phương pháp tiêu tốn lượng năng lượng lớn, trong khi một số khác phát sinh lượng bùn thải thứ cấp có nồng độ cao, làm gia tăng chi phí xử lý và tác động đến môi trường.

Để giải quyết những hạn chế này, nhóm nghiên cứu tập trung vào loại đất có độ tinh khiết thấp, chủ yếu là đất diatomite, vốn thường bị loại bỏ hoặc có giá trị sử dụng thấp trong quá trình sản xuất wafer bán dẫn.

Lần đầu tiên trên thế giới, nhóm nghiên cứu đã áp dụng quy trình plasma trong nước ở áp suất khí quyển và nhiệt độ dưới 60 độ C. Nhờ đó, các nhà khoa học đã tổng hợp và cố định đồng đều một lớp nano titanium dioxide (TiO2-x) có chứa các khuyết tật oxy bên trong những lỗ vi mô của đất có độ tinh khiết thấp.

Từ vật liệu này, nhóm đã phát triển một loại xúc tác quang nano composite mới có tên “DE 700”. Vật liệu cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng vượt trội trên dải phổ rộng của ánh sáng mặt trời, bao gồm cả vùng ánh sáng khả kiến.

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi cho chất xúc tác vào nước thải TMAH có nồng độ 20 ppm và chiếu bằng đèn năng lượng mặt trời thương mại, 100% chất ô nhiễm đã bị phân hủy sau 12 giờ. Trong số đó, khoảng 62% được chuyển hóa thành ion amoni không độc.

Đáng chú ý, chất xúc tác mới có thể được tổng hợp trực tiếp trong môi trường nước trong thời gian ngắn mà không cần gia nhiệt ở nhiệt độ cao hoặc bổ sung các hóa chất độc hại. Điều này giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng và hạn chế lượng phát thải carbon so với các phương pháp xử lý truyền thống.

Nhóm nghiên cứu đánh giá đây là một công nghệ thân thiện với môi trường theo đúng nghĩa, bởi vừa tận dụng được nguồn nguyên liệu phế thải có giá trị thấp, vừa giảm tác động môi trường trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp.
Nhóm nghiên cứu cho biết việc tái chế loại đất có độ tinh khiết thấp vốn bị loại bỏ trong quá trình sản xuất wafer bán dẫn thành vật liệu môi trường có giá trị cao, kết hợp với quy trình plasma hiệu quả, đã mở ra một giải pháp vừa hiệu quả vừa bền vững đối với bài toán xử lý nước thải công nghiệp phức tạp.

Công nghệ mới được kỳ vọng có thể mở rộng ứng dụng trong xử lý các loại nước thải chứa hóa chất độc hại phát sinh từ ngành bán dẫn và các ngành công nghiệp công nghệ cao, đồng thời góp phần giảm chi phí năng lượng và tác động môi trường trong quá trình xử lý.