MỞ ĐẦU Dưới tác động của ánh sáng, chất quang xúc tác Oxide Titan (TiO 2) có khả năng oxy hóa rất mạnh. Chúng có thể phân hủy nhiều chất hữu cơ độc hại trong không khí, tiêu diệt khuẩn, nấm mốc v.v…, do đó TiO2 quang xúc tác có tiềm năng ứng dụng rất to lớn, nhất là cho mục đích làm sạch và bảo vệ môi trường. TiO2 làm việc theo nguyên tắc quang xúc tác: biến năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa cho mục đích xúc tác, chính vì vậy chúng không hề bị biến đổi trong quá trình làm việc (khả năng tái tạo – Renewable) và theo lý thuyết thì chúng có thể hoạt động bất tận. Tuy nhiên việc sử dụng tính chất quang xúc tác của TiO2 có những hạn chế nhất định.
Đó là khả năng hấp phụ các chất bẩn lên bề mặt TiO2 rất thấp, nên nó chỉ có thể làm việc với chế độ tiếp xúc trực tiếp với chất cần phân hủy và dưới tác động của ánh sáng thích hợp. Vật liệu TiO2 kích thước nano có khả năng quang xúc tác, khử các chất độc hại rất tốt nhưng khả năng hấp phụ kém. Trong khi đó, hydroxyl apatit (HA) lại có tính năng hấp phụ rất tốt. Việc kết hợp HA với TiO2 (HA/TiO2) sẽ tăng khả năng oxi hóa - khử - hấp phụ các chất độc hại trong môi trường và cho hiệu quả kinh tế cao.
Tuy nhiên để tăng cường tính năng xử lý các hóa chất độc hại và diệt khuẩn đồng thời giảm giá thành, người ta thường pha tạp (doping) vật liệu TiO2 với các kim loại như Cu, Co, Fe hoặc á kim như S, N,. Để thuận tiện cho quá trình thực hiện, luận văn đã sử dụng Nitơ để pha tạp. Vật liệu sau khi được tổng hợp sẽ chuyển thành dạng dung dịch. Dung dịch nano HA/N -TiO2 khi thêm các thành phần phụ gia đảm bảo tính kết dính và có khả năng diệt nấm, mốc, diệt khuẩn, vô trùng môi trường không khí trong bệnh viện, phòng hậu phẫu và văn phòng làm việc rất khả thi.
Đây là công nghệ thân thiện với môi trường, chi phí thấp nhưng hiệu quả cao. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí” được thực hiện. Đề tài có ý nghĩa thực tiễn, góp phần giảm thiểu ô nhiễm không khí. Sản phẩm của đề có ý nghĩa khoa học cao nhằm diệt khuẩn, vi nấm giúp nâng cao chất lượng môi trường không khí.
Nội dung chính của luận văn gồm những phần sau đây: + Tổng hợp vật liệu HA dạng bột. 7 + Phủ trên nanoTiO2 pha tạp nitơ. + Từ dạng bột kết hợp với một số chất phụ gia tạo vật liệu thành dung dịch + Thử nghiệm diệt một số loại khuẩn gram dương, gram âm và men mốc trên bề mặt tường văn phòng. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.
MỘT SỐ TÁC NHÂN Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1. Hiện trạng ô nhiễm môi trường không khí - Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nhiều ngành kinh tế - xã hội, các phương tiện giao thông vận tải, máy móc xây dựng và sản xuất ngày càng hoạt động cao. Chính các hoạt động này làm thay đổi lớn thành phần chất lượng không khí, làm cho không khí có sự tỏa mùi, làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và sinh vật. Môi trường không khí môi trường xung quanh và không khí trong nhà trở nên bị ô nhiễm trầm trọng.
Ô nhiễm không khí môi trường xung quanh Tác nhân gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu gồm: Các hợp chất oxit như CO, CO2, SO2, NOx; các hợp chất khí hydrohalogenua HF, HCl, HBr, các chất hữu cơ dễ bay hơi như CxHy, các chất lơ lửng như sương mù, bụi, các khí quang hóa như aldehyt, O3, PAN; các vi sinh vật như vi khuẩn, vi rút, vi nấm, mốc và các bào tử (sau đây gọi chung là vi khuẩn). Ngoài ra còn có các tác nhân khác như tiếng ồn, nhiệt, phóng xạ. Ô nhiễm không khí trong nhà Trong khu công nghiệp: Hàng trăm hợp chất VOCs được tìm thấy trong nhà do lượng khí thải công nghiệp đóng góp vào trong nhà. Phần lớn trong số các hợp chất này là hydrocacbon thơm, alken, rượu, aldehyd, xeton, este, glycol, glycolether, cycloalkan và terpen; các amin như nicotine, pyridin, 2-pi-Coline, 3-ethenylpyridin và myosmin cũng phổ biến, đặc biệt là ở khói thuốc lá.
Ngoài ra còn có các axit carboxylic có trọng lượng phân tử thấp, siloxan, alken, cycloalken và freon. Trong khu dân cư, công sở và trường học: Nguyên nhân ô nhiễm chủ yếu là do không khí trong phòng kém lưu thông, môi trường không khí tái sử dụng nhiều lần bị thiếu ôxi tạo điều kiện thuận lợi để các loại vi khuẩn yếm khí phát triển. Ngoài ra còn có các khí độc như CO, ozon, formaldehyd, benzen, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi sinh ra từ keo sơn tường, máy photocopy, máy vi tính, gỗ chế biến với thuốc sát trùng, thảm nhà v. Đặc biệt, các loại vi khuẩn, nấm mốc và mùi hôi sinh ra do sự phân hủy rác sinh hoạt.
Tại các thành phố lớn, mật độ người rất cao, khối lượng rác 9 sinh hoạt rất lớn và luôn luôn phân hủy trên đường vận chuyển, gây ra ô nhiễm không khí. Trong bệnh viện: Các nước phát triển có 5-10% bệnh nhân nhập viện mắc ít nhất một loại nhiễm khuẩn bệnh viện. Tỷ lệ này tăng gấp 2-20 lần ở những nước đang phát triển. Các loại nhiễm trùng thường gặp là nhiễm khuẩn đường hô hấp (42%), nhiễm khuẩn vết mổ (18%) và nhiễm khuẩn đường niệu (16%).
Ở những bệnh nhân phải phẫu thuật, nguy cơ nhiễm khuẩn cao gấp 2,4 lần so với người được điều trị nội khoa. Ở Việt Nam, theo số liệu thống kê của Bộ Y tế, trong những năm gần đây, các bệnh về đường hô hấp như viêm phổi, viêm họng và amidan cấp, viêm phế quản có tỷ lệ mắc cao nhất trên toàn quốc và một trong các nguyên nhân là ô nhiễm không khí đã gây nên tác hại nghiêm trọng đối với sức khỏe con người. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ước tính gần 1 tỷ người đang hít thở không khí trong nhà với mức ô nhiễm gấp 100 lần cho phép. Tại các nước đang phát triển ở châu Á, khoảng 2/3 trường hợp tử vong và giảm tuổi thọ vì hít thở không khí ô nhiễm 1.
Một số yếu tố môi trường liên quan đến vi khuẩn Tùy từng điều kiện khí hậu, địa lý. mà sự phân bố của các vi sinh vật này là khác nhau. Trời nồm, độ ẩm cao là môi trường sinh sống thuận lợi của nấm mốc và vi trùng. Không khí không phải là môi trường sống của vi sinh vật.
Tuy nhiên trong không khí có rất nhiều vi sinh vật tồn tại. Nguồn gốc của những vi sinh vật này là từ đất, từ nước, từ con người, động vật, thực vật, theo gió, theo bụi phát tán đi khắp nơi trong không khí. Các vi khuẩn gây bệnh đường hô hấp thường tồn tại lâu trong không khí. Phụ thuộc vào khí hậu trong năm: thường vào mùa đông, lượng vi sinh vật hầu như ít nhất so với các mùa khác trong năm.
Ngược lại lượng vi sinh vật nhiều nhất vào mùa hè. Theo kết quả nghiên cứu của Omelansku, lượng vi sinh vật trong các mùa thay đổi được trình bày trong bảng 1. Lượng vi sinh vật trong 1m3 không khí theo mùa Mùa trong năm Vi khuẩn Nấm mốc Mùa đông 4305 1345 Mùa xuân 8080 2275 Mùa hè 9845 2500 Mùa thu 5665 2185 Phụ thuộc vùng địa lý: - Gần khu quốc lộ có nhiều xe qua lại bao giờ cũng nhiều vi sinh vật trong không khí hơn vùng nơi khác. - Không khí vùng núi và vùng biển bao giờ cũng ít vi sinh vật hơn vùng khác.
Đặc biệt trong không khí ngoài biển lượng vi sinh vật rất ít. - Không khí càng cao so với mặt đất, lượng vi sinh vật càng ít. Phụ thuộc hoạt động sống của con người. - Con người và động vật là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khí.
Do các hoạt động của con người và động vật mà lượng vi sinh vật tăng hay giảm. Kết quả nghiên cứu trong một nhà máy bánh mì, lượng vi sinh vật, nấm mốc được đưa ra trong bảng 1. - Các khu vực sản xuất khác nhau, lượng vi sinh vật trong không khí cũng khác nhau. Ở khu vực chăn nuôi, nơi môi trường không khi bị ô nhiễm thì mật độ vi sinh vật lớn và ngược lại những vùng có không khí trong lành sạch sẽ thì mật độ vi sinh vật sẽ ít.
Lượng vi sinh vật/1m3 không khí trong phân xưởng Nấm mốc Vi khuẩn Phân xưởng (tb/m3kk) (tb/m3kk) Bột 4250 2450 Nhào bột 700 360 Lên men 65 810 Nuôi nấm men 410 720 Tạo hình 830 1160 Nướng bánh 750 950 Bảo quản 2370 1410 1. Một số loại vi khuẩn và tác hại đến môi trường không khí - Trong môi trường không khí bệnh viện, một số vi sinh vật thường gặp như các vi khuẩn gram dương, gram âm, trực khuẩn,. - Vi khuẩn gram dương chiếm khoảng 20% trong các nhiễm khuẩn bệnh viện. Các vi khuẩn gram dương (tụ cầu) phát triển trong môi trường ưa khí và kị khí gồm các chủng tụ cầu vàng (Staphyloco ccus Aureus), kháng sinh Methicelin và một số kháng sinh khác đóng vai trò quan trọng.
Tụ cầu là tác nhân gây nhiễm khuẩn bệnh viện nhiều nhất ở các khoa nhi và khoa ngoại. Với biểu hiện lâm sàng là viêm da, viêm niêm mạc, nhiễm khuẩn huyết, nhiễm khuẩn tiết niệu, hô hấp, tiêu hóa và dễ hình thành các ổ áp xe ở cơ, ở não, phổi. Bệnh lây truyền trực tiếp qua đường mũi họng, gián tiếp qua bàn tay, dụng cụ, nước, không khí, thực phẩm. - Vi khuẩn gram âm: như vi khuẩn đường ruột Salmonella hay gây dịch bệnh nhiễm khuẩn, nhiễm độc thức ăn, bệnh thương hàn.
Vi khuẩn Escherichia coli gây bội nhiễm đường tiết niệu và các vết mổ. Hình ảnh của vi khuẩn Hình 1. Hình ảnh phóng đại Staphylococcus aureus của vi khuẩn Escherichia coli Hình 1. Hình ảnh vi khuẩn Klebshiella Klebshiella: Là trực khuẩn gram âm, ưa khí và kị khí, không tạo nha bào.
Tồn tại trong nước, đất, rau. có thể tồn tại trong các dung dịch khử khuẩn bảo quản không tốt như các loại mỡ bôi, xà phòng, bình làm ẩm oxy. này lây trực tiếp qua dịch tiết mũi họng và gián tiếp qua bàn tay, dụng cụ và các dung dịch nhiễm mầm bệnh. Các vi khuẩn khác: Cầu khuẩn đường ruột kháng Vancomycine, Acinetobacter, Legionella, Enterobacter Serratia cũng là các vi khuẩn hay gây nhiễm khuẩn trong bệnh viện.