I. Khử trùng nước bằng vật liệu Ag TiO2 SiO2
Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng vật liệu Ag-TiO2-SiO2 để khử trùng nước, đặc biệt là nước giếng. Vật liệu này kết hợp với ánh sáng mặt trời tạo ra hiệu ứng quang xúc tác, giúp tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả. TiO2 là chất xúc tác quang phổ biến, nhưng chỉ hoạt động trong vùng UV. Việc biến tính TiO2 bằng bạc (Ag) mở rộng phạm vi hấp thụ ánh sáng sang vùng nhìn thấy, tăng hiệu quả khử trùng.
1.1. Cơ chế khử trùng
Cơ chế khử trùng dựa trên sự hình thành các gốc tự do hydroxyl (OH*) từ quá trình quang xúc tác. Các gốc này có khả năng oxy hóa mạnh, phá hủy cấu trúc tế bào vi khuẩn. Ag-TiO2-SiO2 tạo ra nhiều gốc tự do hơn so với TiO2 nguyên chất, nhờ vào sự kết hợp của bạc và silica, giúp tăng diện tích bề mặt và khả năng hấp thụ ánh sáng.
1.2. Hiệu quả diệt khuẩn
Thí nghiệm cho thấy Ag-TiO2-SiO2 tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn E.coli ở nồng độ 10^5 CFU/ml trong vòng 60 phút dưới ánh sáng mặt trời. Hiệu quả này cao hơn so với Ag-P25 và TiO2 nguyên chất. Vật liệu này cũng cho thấy khả năng khử trùng nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng, phù hợp với ứng dụng thực tế.
II. Mô hình khử trùng nước giếng
Nghiên cứu đề xuất hai mô hình khử trùng sử dụng Ag-TiO2-SiO2: mô hình từng mẻ và mô hình dòng chảy liên tục. Mô hình từng mẻ tập trung vào việc tối ưu hóa các yếu tố như tỷ lệ Ag/P25, hàm lượng vật liệu, và nguồn chiếu sáng. Mô hình dòng chảy liên tục sử dụng lớp phim mỏng Ag-TiO2-SiO2 phủ trên hạt kính, kết hợp với máng parabol để tăng hiệu quả khử trùng.
2.1. Mô hình từng mẻ
Mô hình từng mẻ được thử nghiệm với nguồn nước giả lập chứa E.coli. Kết quả cho thấy, tỷ lệ Ag/P25 và hàm lượng vật liệu ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả diệt khuẩn. Vật liệu Ag-TiO2-SiO2 cho hiệu suất cao nhất khi tỷ lệ Ag/P25 là 1% và hàm lượng vật liệu là 0.2 g/l.
2.2. Mô hình dòng chảy liên tục
Mô hình dòng chảy liên tục sử dụng máng parabol trụ và máng parabol ghép đôi. Máng parabol ghép đôi cho hiệu quả diệt khuẩn cao hơn, với thời gian lưu nước chỉ 5 phút và cường độ bức xạ UV trên 15 W/m². Mô hình này phù hợp để xử lý nước giếng có nồng độ vi khuẩn cao.
III. Ứng dụng công nghệ khử trùng
Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng công nghệ khử trùng bằng Ag-TiO2-SiO2 và ánh sáng mặt trời trong việc xử lý nước giếng tại các vùng nông thôn. Công nghệ này không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm năng lượng, phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật của các địa phương.
3.1. Tính khả thi
Công nghệ này có tính khả thi cao do sử dụng nguồn năng lượng mặt trời sẵn có và vật liệu Ag-TiO2-SiO2 dễ chế tạo. Chi phí đầu tư ban đầu thấp, phù hợp với các hộ gia đình và cộng đồng nhỏ.
3.2. Lợi ích môi trường
Việc sử dụng ánh sáng mặt trời và vật liệu thân thiện với môi trường giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Công nghệ này cũng góp phần cải thiện chất lượng nước sinh hoạt, đặc biệt là ở các vùng nông thôn.
