I. Giới thiệu về TiO2 và hoạt tính kháng khuẩn
TiO2, hay Titanium Dioxide, là một vật liệu quang xúc tác nổi bật với nhiều ứng dụng trong kỹ thuật hóa học, đặc biệt trong lĩnh vực kháng khuẩn. TiO2 không chỉ có tính chất ổn định về quang học và hóa học mà còn thân thiện với môi trường, giúp giảm thiểu ô nhiễm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoạt tính kháng khuẩn của TiO2 có thể được kích hoạt dưới ánh sáng mặt trời, mở ra tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước ô nhiễm. Theo các nghiên cứu, TiO2 có thể tiêu diệt vi khuẩn E. coli hiệu quả, với khả năng tiêu diệt hoàn toàn chỉ sau 2,5 giờ chiếu sáng. Điều này chứng tỏ TiO2 là một giải pháp khả thi cho các vấn đề ô nhiễm vi sinh trong môi trường nước.
1.1. Tính chất của TiO2
TiO2 có nhiều dạng cấu trúc, trong đó anatase và rutile là phổ biến nhất. Tính chất vật lý của TiO2 như độ tan, nhiệt độ nóng chảy, và khả năng phản ứng hóa học đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả kháng khuẩn. TiO2 không tan trong nước và có nhiệt độ nóng chảy cao, giúp duy trì tính ổn định trong nhiều điều kiện môi trường. Hơn nữa, TiO2 cũng cho thấy khả năng tạo ra các ROS (Reactive Oxygen Species) dưới ánh sáng, điều này là yếu tố chính trong cơ chế kháng khuẩn của nó.
II. Phương pháp tổng hợp và chế tạo vật liệu TiO2 Monolith
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp sol-gel để tổng hợp TiO2 với các tiền chất như TNB và các chất trợ phân tán. Quá trình này cho phép kiểm soát kích thước và cấu trúc của TiO2, từ đó cải thiện hoạt tính kháng khuẩn. Việc phủ TiO2 lên chất mang monolith được thực hiện thông qua kỹ thuật dip-coating, giúp tối ưu hóa khả năng thu hồi và tái sử dụng vật liệu. Các điều kiện như tỉ lệ mol TNB: H2O và nhiệt độ nung cũng được khảo sát kỹ lưỡng để tìm ra điều kiện tối ưu cho hoạt tính kháng khuẩn cao nhất.
2.1. Quy trình tổng hợp
Quy trình tổng hợp TiO2 bắt đầu bằng việc hòa tan TNB trong dung môi, sau đó thêm các chất phụ gia như PEG và AcAc để điều chỉnh tốc độ thủy phân. Nghiên cứu cho thấy tỉ lệ mol TNB:H2O:EtOH là 1:4:20 và nung ở nhiệt độ 500 °C cho ra sản phẩm TiO2 có hoạt tính kháng khuẩn tốt nhất. Các phương pháp phân tích như XRD và SEM được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu, giúp đảm bảo rằng vật liệu đạt tiêu chuẩn yêu cầu cho ứng dụng thực tế.
III. Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của TiO2 Monolith
Hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu TiO2/Monolith được đánh giá thông qua thử nghiệm với vi khuẩn E. coli. Kết quả cho thấy rằng TiO2 có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hoàn toàn chỉ sau 1 giờ chiếu sáng khi được biến tính bằng Ag. Việc pha tạp Ag vào cấu trúc TiO2 không chỉ giúp thu hẹp bandgap mà còn gia tăng đáng kể tính năng kháng khuẩn của vật liệu. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu kháng khuẩn hiệu quả hơn trong xử lý nước.
3.1. Kết quả thử nghiệm
Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng vật liệu Ag-TiO2/SiO2/Monolith có thể tiêu diệt hoàn toàn E. coli chỉ sau 1 giờ dưới ánh sáng mặt trời mô phỏng. Điều này chứng tỏ rằng việc kết hợp giữa TiO2 và chất mang monolith không chỉ cải thiện khả năng thu hồi mà còn nâng cao hiệu quả kháng khuẩn. Những nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm vi sinh trong môi trường nước.
