Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí

Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn và vi nấm trong môi trường không khí.

i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Thị Huệ - TS Lê Ngọc Anh, định hướng nghiên cứu, động viên khích lệ tạo điều kiện tốt giúp đỡ tơi q trình thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Viện Công nghệ môi trường cho kiến thức q báu q trình học tập Tơi xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian làm nghiên cứu sinh Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán Phòng Phân tích chất lượng mơi trường, Viện Cơng nghệ mơi trường - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam chia sẻ kinh nghiệm quý báu ln gắn bó, giúp đỡ tơi suốt thời gian làm thực nghiệm hồn thành luận án Tơi xin chân thành cám ơn Nhiệm vụ khoa học Công nghệ Quốc gia Nghị định thư Việt - Nga, Mã số: NĐT.92.RU/20 Dự án Phát triển sản phẩm thương mại cấp Viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam, Mã số UDSPTM.03/22-23 hỗ trợ tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè giúp đỡ trình thực nghiệm thảo luận để thực luận văn Cuối cùng, xin bày tỏ lịng biết ơn đặc biệt tới tồn thể gia đìnhcủa tin tưởng, động viên suốt trình học tập nghiên cứu Tác giả HV : Nguyễn Văn Tú ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 MỘT SỐ TÁC NHÂN Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm môi trường không khí 1.1.1.1 Ơ nhiễm khơng khí mơi trường xung quanh 1.1.1.2 Ơ nhiễm khơng khí nhà 1.1.2 Một số yếu tố môi trường liên quan đến vi khuẩn 10 1.1.3 Một số loại vi khuẩn tác hại đến môi trường khơng khí 12 1.1.4 Nấm mốc tác hại đến mơi trường khơng khí 15 1.1.5 Phương pháp xử lý ô nhiễm khơng khí nhiễm khuẩn 16 1.1.5.1 Lọc khí than hoạt tính 16 1.1.5.2 Phương pháp nhiệt hóa 17 1.2 MỘT SỐ THIẾT BỊ DIỆT KHUẨN HIỆN HÀNH 18 1.2.1 Thiết bị ion hóa (Ionizer purifier) 18 1.2.1.1 Thiết bị ion hóa lỏng 18 1.2.1.2 Thiết bị ion hóa khí 18 1.2.2 Thiết bị ozon hóa 19 1.2.3 Vật liệu nano TiO2 20 1.2.3.1 Cơ chế xử lý chất ô nhiễm xúc tác quang TiO 22 1.2.3.2 Phương pháp chế tạo vật liệu quang xúc tác TiO2 23 1.2.4 Vật liệu TiO2 Hydroxyl apatit 28 1.2.4.1 Tính chất dung dịch phức gốc hydroxyl apatit 31 1.2.4.2 Các tính chất dung dịch phức gốc ảnh hưởng đến trình hình thành hydroxyl apatit phương pháp (PBS) 31 1.2.4.3 Nồng độ ion: 32 1.2.4.4 Độ pH: 32 1.2.4.5 Nhiệt độ: 32 1.2.4.6 Tỷ lệ Ca/P 32 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 33 2.1.1 Hóa chất 33 2.1.2 Dụng cụ 33 2.1.3 Thiết bị 34 2.2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU 34 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 34 2.2.2 Phạm vi, thiết bị nghiên cứu, tổng hợp vật liệu HA/N-TiO2 34 2.2.2 Đánh giá tính chất lý, quang xúc tác dung dịch HA/N-TiO2 38 CHƯƠNG 3.1 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 VẬT LIỆU NANOCOMPOSIT HA/N-TIO2 40 3.1.1 Hydroxyl apatit 40 3.1.2 Tổng hợp vật liệu nanocomposit HA/N-TiO2 42 3.1.3 Đặc trưng vật liệu HA/N-TiO 45 3.1.4 Vai trò HA vật liệu HA/N-TiO2 47 3.2 NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG DIỆT VI KHUẨN VÀ VI NẤM CỦA DUNG DỊCH HA/N-TIO2 TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 49 3.2.1 Đánh giá khả khử khuẩn vật liệu HA/N-TiO 49 3.2.2 Đánh giá khả diệt mem mốc vật liệu HA/N-TiO2 chế tạo 52 3.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN, MEM MỐC CỦA DUNG DỊCH HA/N-TIO2 Ở QUY MÔ THỰC TẾ 52 3.3.1 Lấy mẫu định lượng vi sinh vật khơng khí 52 3.3.2 Đánh giá mật độ vi sinh vật, vi khuẩn trước sử dụng dung dịch HA/N-TiO2 54 3.3.2.1 Đánh giá mật độ vi sinh vật, nấm, vi khuẩn trước sử dụng dung dịch nano HA/N-TiO2 55 3.3.2.2 Đánh giá mật độ vi sinh vật, nấm, vi khuẩn sử dụng dung dịch nano HA/N-TiO2 56 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình ảnh vi khuẩn Staphylococcus aureus 13 Hình 1.2 Hình ảnh phóng đại vi khuẩn Escherichia coli 13 Hình 1.3 Hình ảnh vi khuẩn .13 Hình 1.4 Một số vi khuẩn gram dương (a) B Cereus, (b) S Areus .14 Hình 1.5 Một số vi khuẩn gram âm (a) B Cepacia, (b) E Coli .14 Hình 1.6 Hình ảnh nấm mốc .15 Hình 1.7 Đặc điểm hình thái than hoạt tính qua ảnh hiển vi điện tử quét 17 Hình 1.8 Sơ đồ minh họa thiết bị khử trùng nhiệt độn 18 Hình 1.9 Cơ chế làm khơng khí q trình ion hóa (a) ion hóa lỏng, (b) ion hóa khí .19 Hình 1.10 Cơ chế làm khơng khí q trình ozon hóa 20 Hình 1.11 Cấu trúc tinh thể TiO2 rutil (A), anatas (B), brookit (C) 21 Hình 1.12 Bát diện phối trí TiO2 21 Hình 1.13 Các trình diễn chất bán dẫn chiếu sáng 22 Hình 1.14 Cơ chế hình thành ống nano TiO2 26 Hình 1.15 Bề mặt nhựa acrylic bị phá hủy (a) Khơng có TiO2, (b) có TiO2 28 Hình 1.16 Q trình hình thành hydroxyl apatite TiO 31 Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp bột N-TiO2 .36 Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp vật liệu nanocomposit HA/N-TiO 37 Hình 2.3 Sơ đồ tạo dung dịch huyền phù HA/N-TiO2 38 Hình 2.4: Phổ XRD HA/N-TiO2 thêm chất phụ gia 39 Hình 2.5: Mẫu gạch phủ HA/N-TiO2 ( nửa trên) sau trình rửa trơi 40 Hình 3.1 Cấu trúc tinh thể HA .42 Hình 3.2 Ảnh SEM bột TiO2 thương mại 43 Hình 3.3 Giản đồ XRD bột TiO2 thương mại 43 Hình 3.4 Giản đồ phân tích nhiệt bột TiO2 sau thủy nhiệt 44 Hình 3.5 Giản đồ XRD mẫu N-TiO sau nung 45 Hình 3.6 Giản đồ XRD mẫu N-TiO2 dạng 45 Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu HA/N- TiO2 từ 1-24 .46 Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu HA/N-TiO2 48 Hình 3.9: Hình thái khuẩn lạc chủng vi khuẩn mơi trường HKTS 51 Hình 3.10: Pha hỗn hợp dung dịch vi sinh vật phủ vật liệu 51 Hình 3.11 Phủ vi sinh vật lên bề mặt vật liệu lấy mẫu kiểm tra theo mốc thời gian box cấy vô trùng 52 Hình 3.12 Khu vực tường tiến hành thử nghiệm dung dịch HA/N-TiO2 thử thực tế mẫu Sơn diệt khuẩn hãng 54 iiii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Lượng vi sinh vật 1m3 khơng khí theo mùa 11 Bảng 1.2 Lượng vi sinh vật/1m3 khơng khí phân xưởng 12 Bảng 1.3 Thế ơxy hóa số tác nhân ơxy hóa 23 Bảng 1.4 Tỷ lệ Ca/P tương ứng với dạng thức hydroxyl apatit 32 Bảng 2.1 Thành phần ion dung dịch gốc chế tạo HA/N-TiO2 36 Bảng 3.1 Một số hợp chất canxi phosphat 41 Bảng 3.2 Các thí nghiệm khảo sát vai trị HA vật liệu HA/N-TiO2 49 Bảng 3.3 Độ bền xúc tác quang vật liệu HA/N-TiO2 50 Bảng 3.4: Kết đo kiểm trạng môi trường bề mặt tường trước sử dụng sơn thử nghiệm sơn thương mại………………………………………………………… 55 Bảng 3.2: Kết đo kiểm trạng môi trường bề mặt tường sau ngày phun sơn 57 MỞ ĐẦU Dưới tác động ánh sáng, chất quang xúc tác Oxide Titan (TiO 2) có khả oxy hóa mạnh Chúng phân hủy nhiều chất hữu độc hại khơng khí, tiêu diệt khuẩn, nấm mốc v.v…, TiO2 quang xúc tác có tiềm ứng dụng to lớn, cho mục đích làm bảo vệ môi trường TiO2 làm việc theo nguyên tắc quang xúc tác: biến lượng ánh sáng thành lượng hóa cho mục đích xúc tác, chúng khơng bị biến đổi q trình làm việc (khả tái tạo – Renewable) theo lý thuyết chúng hoạt động bất tận Tuy nhiên việc sử dụng tính chất quang xúc tác TiO2 có hạn chế định Đó khả hấp phụ chất bẩn lên bề mặt TiO2 thấp, nên làm việc với chế độ tiếp xúc trực tiếp với chất cần phân hủy tác động ánh sáng thích hợp Vật liệu TiO2 kích thước nano có khả quang xúc tác, khử chất độc hại tốt khả hấp phụ Trong đó, hydroxyl apatit (HA) lại có tính hấp phụ tốt Việc kết hợp HA với TiO2 (HA/TiO2) tăng khả oxi hóa - khử - hấp phụ chất độc hại môi trường cho hiệu kinh tế cao Tuy nhiên để tăng cường tính xử lý hóa chất độc hại diệt khuẩn đồng thời giảm giá thành, người ta thường pha tạp (doping) vật liệu TiO2 với kim loại Cu, Co, Fe kim S, N, Để thuận tiện cho trình thực hiện, luận văn sử dụng Nitơ để pha tạp Vật liệu sau tổng hợp chuyển thành dạng dung dịch Dung dịch nano HA/N -TiO2 thêm thành phần phụ gia đảm bảo tính kết dính có khả diệt nấm, mốc, diệt khuẩn, vơ trùng mơi trường khơng khí bệnh viện, phòng hậu phẫu văn phòng làm việc khả thi Đây công nghệ thân thiện với mơi trường, chi phí thấp hiệu cao Chính vậy, đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng Hydroxyl Apatit -TiO2 pha tạp nitơ (HA/N-TiO2) diệt khuẩn vi nấm mơi trường khơng khí” thực Đề tài có ý nghĩa thực tiễn, góp phần giảm thiểu nhiễm khơng khí Sản phẩm đề có ý nghĩa khoa học cao nhằm diệt khuẩn, vi nấm giúp nâng cao chất lượng mơi trường khơng khí Nội dung luận văn gồm phần sau đây: + Tổng hợp vật liệu HA dạng bột + Phủ nanoTiO2 pha tạp nitơ + Từ dạng bột kết hợp với số chất phụ gia tạo vật liệu thành dung dịch + Thử nghiệm diệt số loại khuẩn gram dương, gram âm men mốc bề mặt tường văn phòng CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 MỘT SỐ TÁC NHÂN Ô NHIỄM TRONG KHƠNG KHÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1.1.1 Hiện trạng nhiễm mơi trường khơng khí - Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ nhiều ngành kinh tế - xã hội, phương tiện giao thông vận tải, máy móc xây dựng sản xuất ngày hoạt động cao Chính hoạt động làm thay đổi lớn thành phần chất lượng khơng khí, làm cho khơng khí có tỏa mùi, làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho người sinh vật Mơi trường khơng khí mơi trường xung quanh khơng khí nhà trở nên bị nhiễm trầm trọng 1.1.1.1 Ơ nhiễm khơng khí môi trường xung quanh Tác nhân gây ô nhiễm môi trường khơng khí chủ yếu gồm: Các hợp chất oxit CO, CO2, SO2, NOx; hợp chất khí hydrohalogenua HF, HCl, HBr, chất hữu dễ bay CxHy, chất lơ lửng sương mù, bụi, khí quang hóa aldehyt, O3, PAN; vi sinh vật vi khuẩn, vi rút, vi nấm, mốc bào tử (sau gọi chung vi khuẩn) Ngồi cịn có tác nhân khác tiếng ồn, nhiệt, phóng xạ 1.1.1.2 Ơ nhiễm khơng khí nhà Trong khu công nghiệp: Hàng trăm hợp chất VOCs tìm thấy nhà lượng khí thải cơng nghiệp đóng góp vào nhà Phần lớn số hợp chất hydrocacbon thơm, alken, rượu, aldehyd, xeton, este, glycol, glycolether, cycloalkan terpen; amin nicotine, pyridin, 2-pi-Coline, 3-ethenylpyridin myosmin phổ biến, đặc biệt khói thuốc Ngồi cịn có axit carboxylic có trọng lượng phân tử thấp, siloxan, alken, cycloalken freon.v.v Trong khu dân cư, công sở trường học: Nguyên nhân ô nhiễm chủ yếu khơng khí phịng lưu thơng, mơi trường khơng khí tái sử dụng nhiều lần bị thiếu ôxi tạo điều kiện thuận lợi để loại vi khuẩn yếm khí phát triển Ngồi cịn có khí độc CO, ozon, formaldehyd, benzen, hợp chất hữu dễ bay sinh từ keo sơn tường, máy photocopy, máy vi tính, gỗ chế biến với thuốc sát trùng, thảm nhà v.v Đặc biệt, loại vi khuẩn, nấm mốc mùi hôi sinh phân hủy rác sinh hoạt Tại thành phố lớn, mật độ người cao, khối lượng rác sinh hoạt lớn luôn phân hủy đường vận chuyển, gây nhiễm khơng khí Trong bệnh viện: Các nước phát triển có 5-10% bệnh nhân nhập viện mắc loại nhiễm khuẩn bệnh viện Tỷ lệ tăng gấp 2-20 lần nước phát triển Các loại nhiễm trùng thường gặp nhiễm khuẩn đường hô hấp (42%), nhiễm khuẩn vết mổ (18%) nhiễm khuẩn đường niệu (16%) Ở bệnh nhân phải phẫu thuật, nguy nhiễm khuẩn cao gấp 2,4 lần so với người điều trị nội khoa Ở Việt Nam, theo số liệu thống kê Bộ Y tế, năm gần đây, bệnh đường hô hấp viêm phổi, viêm họng amidan cấp, viêm phế quản có tỷ lệ mắc cao toàn quốc nguyên nhân ô nhiễm không khí gây nên tác hại nghiêm trọng sức khỏe người Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ước tính gần tỷ người hít thở khơng khí nhà với mức ô nhiễm gấp 100 lần cho phép Tại nước phát triển châu Á, khoảng 2/3 trường hợp tử vong giảm tuổi thọ hít thở khơng khí nhiễm 1.1.2 Một số yếu tố mơi trường liên quan đến vi khuẩn Tùy điều kiện khí hậu, địa lý mà phân bố vi sinh vật khác Trời nồm, độ ẩm cao môi trường sinh sống thuận lợi nấm mốc vi trùng Khơng khí khơng phải môi trường sống vi sinh vật Tuy nhiên khơng khí có nhiều vi sinh vật tồn Nguồn gốc vi sinh vật từ đất, từ nước, từ người, động vật, thực vật, theo gió, theo bụi phát tán khắp nơi khơng khí Các vi khuẩn gây bệnh đường hơ hấp thường tồn lâu khơng khí Phụ thuộc vào khí hậu năm: thường vào mùa đơng, lượng vi sinh vật so với mùa khác năm Ngược lại lượng vi sinh vật nhiều vào mùa hè Theo kết nghiên cứu Omelansku, lượng vi sinh vật mùa thay đổi trình bày bảng 1.1 10 TiO2 mà luận án tổng hợp Tiến hành thí nghiệm Điều kiện thí nghiệm: Hàm lượng HA/N-TiO2 10/1000 (g/ml), thể tích huyền phủ sử dụng 10mL/tấm gạch, C° ≈ 400μg/m3 , đèn huỳnh quang 20W, t = giờ, nhiệt độ độ ẩm điều kiện phịng Kết thí nghiệm khảo sát vai trò HA vật liệu HA/N-TiO2 trình bày bảng 3.2 Bảng 3.2 Các thí nghiệm khảo sát vai trị HA vật liệu HA/N-TiO2 3.1.5 Độ bền hoạt tính xúc tác quang vật liệu HA/N-TiO2 Độ bền quang xúc tác vật liệu khảo sát đánh giá định kỳ sau lần thí nghiệm Các điều kiện thí nghiệm tối ưu vừa khảo sát đây: HA/N-TiO23h, PVC 25/1000g/ml, ρ=3,125g/m2 , C° ≈ 400μg/m3 , ánh sáng huỳnh quang 20w/m2 , t = Kết khảo sát độ bền hoạt tính xúc tác vật liệu HA/NTiO2 trình bày bảng 3.2 Kết cho thấy hiệu hấp phụ vật liệu giảm theo số lần thời gian sử dụng, đồng thời hiệu xúc tác quang hóa giảm Sau 20 lần sử dụng, hiệu giảm từ 93,5% xuống 78,6% Sau năm sử dụng, hiệu giảm xuống 70,5% Sự suy giảm hiệu quang xúc tác vật liệu HA/N-TiO2 q trình vận chuyển sản phẩm phản ứng khỏi bề mặt vật liệu khơng hồn tồn tác động môi trường xung quanh 48 Bảng 3.3 Độ bền xúc tác quang vật liệu HA/N-TiO2 3.2 NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG DIỆT VI KHUẨN VÀ VI NẤM CỦA DUNG DỊCH HA/N-TIO2 TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 3.2.1 Đánh giá khả khử khuẩn vật liệu HA/N-TiO2 Hỗn hợp chủng vi khuẩn sử dụng trình thử nghiệm chủng vi khuẩn Gram dương B cereus, S areus chủng vi khuẩn Gram âm B cepacia, E coli Dựa vào đặc điểm hình thái khuẩn lạc mơi trường thạch, dễ dàng phân biệt chủng S areus thuộc chủng khuẩn lạc trịn, kích thước trung bình có màu vàng đặc trưng; chủng B cereus khuẩn lạc khô, bề mặt nhăn nheo, kích thước to có màu trắng đục; chủng E coli khuẩn lạc trịn nhỏ, có màu trắng sáng chủng B cepacia khuẩn lạc có bề mặt bóng ướt, kích thước trung bình có màu trắng (hình 3.9) Q trình ni cấy chủng vi khuẩn máy lắc hỗn hợp chủng vi khuẩn từ dịch pha môi trường HKTS mô tả hình 3.9 49 (a) (b) (c) (d) Hình 3.9: Hình thái khuẩn lạc chủng vi khuẩn mơi trường HKTS a) Bacillus cereus, b) Staphylococus areus, c) Escherichia coli, d) Burkhoderia cepacia Các chủng vi khuẩn sau hoạt hóa ni cấy máy lắc qua đêm, dịch ni cấy lấy mẫu, pha lỗng, làm tiêu nhuộm màu quan sát kính hiển vi, sử dụng phương pháp định lượng trực tiếp buồng đếm hồng cầu để xác định mật độ tế bào có ml dịch nuôi cấy Kết thu dịch ni cấy chủng có mật độ: S areus  108 CFU/ml, B cepacia  107 CFU/ml, E coli  107 CFU/ml B cereus  106 CFU/ml Pha loãng trộn dịch nuôi cấy chủng vi khuẩn để tạo hỗn hợp dung dịch vi khuẩn có mật độ tế bào khoảng 105 CFU/ml Hỗn hợp dịch nuôi cấy sử dụng để cấy lên bề mặt gạch thí nghiệm (a) (b) Hình 3.10: Pha hỗn hợp dung dịch vi sinh vật phủ vật liệu a) Q trình ni cấy chủng vi khuẩn máy lắc b) Hỗn hợp chủng vi khuẩn từ dich pha mơi trường HKTS 50 Hoạt tính diệt khuẩn gạch phủ vật liệu nano theo thời gian chiếu sáng đánh giá phương pháp cấy vi sinh vật lên bề mặt gạch rửa mẫu kiểm tra (hình 3.10) Xác định mật độ vi sinh vật hỗn hợp dung dịch cấy lên vật liệu theo phương pháp đếm khuẩn lạc cho thấy, dung dịch ban đầu có mật độ A  9,45105 CFU/ml Tổng số vi sinh vật trải lên viên gạch ban đầu A x 0,3  2,8105 tế bào Theo kết khảo sát, vật liệu gạch có phủ dung dịch HA/N-TiO2 cho hiệu diệt khuẩn rõ rệt Số lượng vi sinh vật giảm từ 100% xuống 53,6% sau 1h chiếu sáng, 27,3% sau 3h 4% sau 6h chiếu sáng Hỗn hợp vi khuẩn hoàn toàn bị tiêu diệt sau 9h chiếu sáng.Tỷ lệ sống sót vi sinh vật mẫu gạch không chiếu sáng giảm theo thời gian, giảm 20% sau với gạch đối chứng 30% sau với gạch phủ sơn nano Như q trình sản xuất gạch có số hóa chất hay tác nhân khác ức chế sinh trưởng vi sinh vật (a) (b) Hình 3.11 Phủ vi sinh vật lên bề mặt vật liệu lấy mẫu kiểm tra theo mốc thời gian box cấy vô trùng a) Box cấy Clean Bench thao tác thí nghiệm b) Hai mẫu gạch thí nghiệm điều kiện chiếu sáng không chiếu sáng đặt box Kết khuẩn lạc chủng vi khuẩn mọc đĩa thạch rửa mẫu điều kiện chiếu sáng bóng tối có đặc điểm chung khuẩn lạc mọc môi trường chủ yếu chủng vi khuẩn gram dương S areus B cereus 51 Ở điều kiện tối, chủng B cereus xuất với tỷ lệ hơn, mẫu xử lý chiếu sáng mọc chủ yếu chủng cầu khuẩn gram dương S areus Với cường độ chiếu sáng liên tục - giờ, khoảng cách chiếu sáng 50 cm, lượng vi khuẩn bị diệt gạch phủ vật liệu nano đạt 96% -100% Có thể nhận định ban đầu vật liệu nano cho hiệu diệt khuẩn chủng vi khuẩn gram âm tốt chủng vi khuẩn gram dương 3.2.2 Đánh giá khả diệt mem mốc vật liệu HA/N-TiO2 chế tạo - Để đánh giá khả diệt mem mốc, luận văn tiến hành thử nghiệm với mẫu M1, M2 M3 hai điều kiện có ánh sáng (M1S,M2S,M3S) tối (M1T,M2T,M3T) viên gạch kích thước 10 cm x10 cm có tẩm phủ dung dịch HA/N-TiO2 - Kết cho thấy, sau chiếu sáng ánh sáng huỳnh quang, mẫu M1-S, M2-S M3-S có tỉ lệ mem mốc bị chết 11,6%, 25% 22% tương ứng, tỉ lệ mem mốc bị chết mẫu M2-T M3-T 5% 4% Sau – chiếu sáng, không phát khuẩn lạc đĩa thạch SA cấy từ mẫu M2-S M3-S Như mem mốc bị chết hoàn toàn thấy rằng, hoạt tính khử trùng dung dịch HA/N-TiO2 tác động tới mem mốc mạnh so với vi khuẩn thông thường Với kết thử nghiệm trình bày trên, chứng minh HA/N-TiO2 có hoạt tính xúc tác quang hóa có khả khử loại VSV bám tường 3.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN, MEM MỐC CỦA DUNG DỊCH HA/N-TIO2 Ở QUY MÔ THỰC TẾ 3.3.1 Lấy mẫu định lượng vi sinh vật khơng khí Chọn vị trí lấy mẫu khơng khí phịng kín gồm đầu phịng, phịng cuối phịng Tại vị trí, đặt đĩa thạch petri chứa loại môi trường HKTS SDA tương ứng với đối tượng vi khuẩn nấm, đặt đĩa môi trường cho vị trí lấy mẫu để tính trung bình Thời gian lấy mẫu phút 30 phút Các mẫu lấy tiến hành ủ mẫu, đếm số khuẩn lạc xác định mật độ vi sinh khu vực 52 Tại bề mặt tường, tiến hành lấy mẫu que cấy tẩm ướt vô trùng, lấy từ đến vị trí bề mặt, diện tích điểm lấy mẫu 2cm x 2cm Ngay sau lấy, mẫu hòa vào 10 ml dung dịch SPW, lấy 50 µl dung dịch đưa vào đĩa petri chứa môi trường HKTS SDA nồng độ pha loãng 100 10-1 Sau đến ngày ủ nhiệt độ phòng, mẫu lấy để đếm số khuẩn lạc tính kết Hiện trạng ban đầu bề mặt bên tường văn phịng cơng ty TNHH thương mại giải pháp kỹ thuật I-Green địa : BT16 lô KDT Nam Thắng ngõ 67 Phùng Khoang, Trung Văn , Nam Từ Liêm, Hà Nội, bị nấm mốc bám xung quanh, mật độ vi khuẩn gần tương đương Vì đề tài chia mảng tường làm khu vực để lấy mẫu (hình 3.14), bao gồm: Hình 3.12 Khu vực tường tiến hành thử nghiệm dung dịch HA/N-TiO2 thử thực tế mẫu dung dịch diệt khuẩn hãng Sơn nano 4.0 Khu vực 1(KV1): vị trí đầu để nguyên trạng ban đầu tường Khu vực (KV2): sử dụng dung dịch đề tài Khu vực 3(KV3): sử dụng dung dịch diệt khuẩn hãng Trừ khu vực đối chứng để lại, khu vực khác sau lấy mẫu ban 53 đầu, xử lý phủ loại dung dịch khác nhau, chiều dày lớp phủ mỏng cỡ vài micromet Sau tuần, tiến hành đo kiểm lại mật độ vi sinh vật khơng khí bề mặt tường 3.3.2 Đánh giá mật độ vi sinh vật, vi khuẩn trước sử dụng dung dịch HA/N-TiO2 Bảng 3.1 kết đánh giá trạng ban đầu khu vực thử nghiệm văn phịng cơng ty TNHH thương mại giải pháp kỹ thuật I-Green địa : BT16 lô KDT Nam Thắng ngõ 67 Phùng Khoang, Trung Văn , Nam Từ Liêm, Hà Nội, Kết cho thấy, vi khuẩn chủ đạo tường chủ yếu vi khuẩn gram dương, men mốc nấm mốc xuất Bảng 3.4: Kết đo kiểm trạng môi trường bề mặt tường trước sử dụng sơn thử nghiệm sơn thương mại Phương STT Chỉ tiêu pháp Kết Đơn vị T1 T2 T3 CFU/cm2 2,30x106 2,66x106 2,40x106 CFU/cm2 6,50x105 5,80x105 6,25x105 CFU/cm2 5,85x105 1,10x105 1,18x105 phân tích Vi khuẩn Gram (-) Vi khuẩn Gram (+) Bào tử men mốc tổng số TCVN 8129:2009 TCVN 8129:2009 TCVN 8129:2009 Vị trí lấy mẫu: Cơng ty TNHH Thương mại giải pháp kỹ thuật I-Green – Địa VP BT 16 Lô KDT Nam Thắng, Ngõ 67 Phùng Khoang, Trung Văn, Nam Từ Liêm, TP Hà Nội T1: Mẫu tường không phun sơn T2: Mẫu tường trước sử dụng sơn nano HA/N TiO2 đề tài 54 T3: Mẫu tường trước sử dụng sản phẩm thương mại 3.3.2.1 Đánh giá mật độ vi sinh vật, nấm, vi khuẩn trước sử dụng dung dịch nano HA/N-TiO2 a Đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (-) Kết đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (-) vị trí mẫu trắng ( KV T1), sơn đề tài (KV T2) mẫu sơn đối chứng (KV T3) tương đối sau: Mật độ vi khuẩn vị trí mẫu trắng là: 2,30x106 CFU/m2; vị trí dùng sơn nano HA/N TiO2 đề tài 2,66x106 CFU/m2 vị trí dùng sơn đối chứng 2,40x106 CFU/m2 Mật độ vi khuẩn trung bình khơng khí phịng là: 2,45x 106 CFU/m2 Nhìn vào kết ta thấy mật độ vi khuẩn Gram(-) phịng giảm chút theo chiều hướng đầu hướng phía cuối phịng, điều lý giải khu vực mẫu sơn đối chứng (KV T3) phịng nơi có cửa lớn nên tác động ánh sáng mặt trời làm giảm số lượng vi sinh vật khu vực khu vực mẫu trắng (KV T1) có gần bóng đèn điện chiều sáng b Đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (+) Kết đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (+) vị trí mẫu trắng ( KV T1), sơn nano HA/N TiO2 đề tài (KV T2) mẫu sơn đối chứng (KV T3) tương đối sau: Mật độ vi khuẩn vị trí mẫu trắng là: 6,50x105CFU/m2; vị trí dùng sơn đề tài 5,80x105CFU/m2 vị trí dùng sơn đối chứng 6,25x105 CFU/m2 Mật độ vi khuẩn Gram (+) trung bình khơng khí phịng là: 6,18x105 CFU/m2 Kết cho thấy nồng độ vi khuẩn Gram (+) cao vào vị trí dự kiến dùng sơn đề tài lượng khuẩn Gram (+) thấp sơ với vị trí cịn lại c Đánh giá mật độ bào tử men mốc Kết đánh giá mật độ bào tử men nấm mốc vị trí mẫu trắng ( KV T1) cao so với mật độ độ bào tử men nấm mốc vị trí ), sơn nano HA/N TiO2 đề tài (KV T2) mẫu sơn đối chứng (KV T3) Cụ thể mật độ bào tử men nấm mốc vị trí mẫu trắng (KV T1) 5,85x105CFU/m2 vị trí dùng sơn đề tài 1,10x105CFU/m2 vị trí dùng sơn đối chứng 1,18x105 CFU/m2 Nồng độ 55 trung bình mật độ bào tử men nấm mốc 2,71 x105 CFU/m2 3.3.2.2 Đánh giá mật độ vi sinh vật, nấm, vi khuẩn sử dụng dung dịch nano HA/N-TiO2 - Bảng 3.2 kết đánh giá trạng bề mặt sau ngày sử dụng sơn phủ khu vực thử nghiệm văn phịng cơng ty TNHH thương mại giải pháp kỹ thuật I-Green địa : BT16 lô KDT Nam Thắng ngõ 67 Phùng Khoang, Trung Văn , Nam Từ Liêm, Hà Nội, Bảng 3.5: Kết đo kiểm trạng môi trường bề mặt tường sau ngày phun sơn STT Chỉ tiêu Vi khuẩn Gram (-) Vi khuẩn Phương pháp phân tích TCVN 8129:2009 TCVN Gram (+) 8129:2009 Bào tử men TCVN mốc tổng số 8129:2009 Đơn vị Kết T1 T2 T3 CFU/cm2 2,10x106 1,27x105 5,50x105 CFU/cm2 6,33x105 1,30x104 1,21x105 CFU/cm2 5,50x105 1,13x104 1,27x104 Vị trí lấy mẫu: Cơng ty TNHH Thương mại giải pháp kỹ thuật I-Green – Địa VP BT 16 Lô KDT Nam Thắng, Ngõ 67 Phùng Khoang, Trung Văn, Nam Từ Liêm, TP Hà Nội T1: Mẫu tường không phun sơn - Công ty TNHH thương mại giải pháp kỹ thuật I-Green T2: Mẫu tường sử dụng dung dịch đề tài sau phun ngày - Công ty TNHH thương mại giải pháp kỹ thuật I-Green T3: Mẫu tường sử dụng sản phẩm thương mại sau phun ngày - Công ty TNHH thương mại giải pháp kỹ thuật I-Green - Từ kết thử nghiệm thực tế cho thấy, lượng vi khuẩn Gram(-), lượng vi khuẩn Gram (+) bảo tử men mốc bề mặt phun sơn phủ đề tài 56 sơn đối chứng giảm đáng kể so với bề mặt tường trước phun bề mặt tường không phun a Đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (-) sau phun dung dịch ngày Vị trí mẫu trắng (KV T1) lượng vi khuẩn Gram (-) giảm từ 2,30x106 xuống 2,10x106 lượng vi khuẩn Gram(-) giảm gần khơng đáng kể Tại vị trí sử dụng sơn nano HA/N TiO2 (KV T2) đề tài lượng vi khuẩn Gram (-) giảm từ 2,66x106 xuống 1,27x105 lượng vi khuẩn giảm mạnh sau ngày dùng sơn Ở vị trí cịn lại khu vực sơn đối chứng (KV T3) lượng khuẩn Gram(-) có xu hướng giảm từ 2,40x106 xuống cịn 5,50x105 lượng vi khuẩn Gram(-) có giảm khơng giảm mạnh vị trí (KV T2) sử dụng sơn nano HA/N TiO2 đề tài lượng b Đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (+) sau phun dung dịch ngày Vị trí mẫu trắng (KV T1) lượng vi khuẩn Gram (+) giảm từ 6,50 x105 xuống 6,33x105 lượng vi khuẩn Gram(+) giảm gần không đáng kể Tại vị trí sử dụng sơn nano HA/N TiO2 (KV T2) đề tài lượng vi khuẩn Gram (+) giảm từ 5,80 x105 xuống 1,30x104 lượng vi khuẩn giảm mạnh sau ngày dùng sơn cho thấy sơn có hiệu tốt việc giảm nồng vi khuẩn Gram (+) Khu vực sơn đối chứng (KV T3) lượng khuẩn Gram(+) có xu hướng giảm từ 6,25x105 xuống 1,21x105 lượng vi khuẩn Gram(+) bị diệt gây giảm đáng kể chưa hiệu sơn nano HA/N TiO2 (KV T2) đề tài c Đánh giá mật độ bào tử men mốc sau phun dung dịch ngày Vị trí mẫu trắng (KV T1) lượng bào tử men mốc giảm từ 5,85 x105 xuống 5,50x105 lượng bào tử men mốc giảm không đáng kể Tại vị trí sử dụng sơn nano HA/N TiO2 (KV T2) đề tài lượng bào tử men mốc giảm từ 1,10 x105 xuống 1,33x104 lượng bào tử men mốc giảm mạnh KV làm thử nghiệm Khu vực sơn đối chứng (KV T3) lượng giảm từ 1,18x105 xuống 1,27x104 lượng bào tử men mốc giảm nhiều KV T2 dùng sơn nano TiO2 đề tài Với kết thử nghiệm trình bày đây, khẳng định 57 vật liệu HA/N-TiO2 thể hoạt tính xúc tác quang hóa điều kiện ánh sáng đèn huỳnh quang Đồng thời có khả thu hút vi khuẩn, vi nấm ức chế phát triển chúng điều kiện ánh sáng Đây yếu tố hướng tới áp dụng vật liệu nanocomposit HA/N-TiO2 sơn chống khuẩn sử dụng ánh sáng vùng nhìn thấy 58 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, luận văn rút số kết luận sau: Luận văn tổng quan trạng nhiễm khuẩn, vi nấm mơi trường khơng khí xung quanh nhà với loại khuẩn chủ yếu gram dương gram âm mem mốc Luận văn đưa số công nghệ để loại bỏ chúng, điển hình cơng nghệ quang xúc tác sử dụng vật liệu nano TiO2 pha tạp nitơ kết hợp hydroxyl apatit vật liệu có tính chất quang xúc tác -hấp phụ tốt Bằng phương pháp siêu âm – thủy nhiệt nghiền khô với ure, cấu trúc TiO2 thay đổi từ dạng hình cầu sang dạng hỗn hợp dạng cầu, làm tăng khả tiếp xúc vật liệu với môi trường Đã xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu HA/N-TiO2 có tính chất ổn định qua giai đoạn tổng hợp bột nano N-TiO2 tổng hợp bột nanocomposit HA/N-TiO2 Cấu trúc hình thái vật liệu sau trình tổng hợp đánh giá qua phương pháp XRD, SEM cho thấy, anatase TiO2 sau trình tổng hợp cho cấu trúc tinh thể rõ nét, đồng hydroxyl apatit có mặt cấu trúc tinh thể TiO2 Trong phịng thí nghiệm, luận văn thử nghiệm nuôi cấy thu kết vật liệu gạch có phủ dung dịch HA/N-TiO2 cho hiệu diệt khuẩn rõ rệt Số lượng vi sinh vật giảm từ 100% xuống 53,6% sau 1h chiếu sáng, 27,3% sau 3h 4% sau 6h chiếu sáng Luận văn thử nghiệm thành công quy mô thực tế phun dung dịch HA/N-TiO2 bề mặt tường công ty TNHH TM&GPKT I-GREEN, số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt có mặt dung dịch HA/N-TiO2 giảm đáng kể so với số lượng vi khuẩn, mem mốc bể mặt tường không phủ Từ kết thử nghiệm cho thấy triển vọng sử dụng dung dịch HA/N-TiO2 thực tế cao 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Huệ, Mã Thị Anh Thư, Quy trình sản xuất vật liệu nano titan dioxit pha tạp nito phủ hydroxyl hydroxyl apatit”, độc quyền GPHI số 2319, Quyết định số 4860w/QĐ - SHTT ngày 7/5/2020, Cục SHTT - Bộ KHCN Kay Teraoka, Toru Nonami, Yoshiyuki Yokogawa, Tetsuya Kameyama, Hydroxyl apatite Ceramics Implantation on Titanium Implants Surface, Archives of Bio Ceramics Research, 3, (2003) Kay Teraoka, Yoshiyuki Yokogawa, Tetsuya Kameyam, TiO2 deposition on hydroxyhydroxyl apatite single crystal under a hydrothermal condition, Phosphorus Research Bulletin, 13, (2002) Kay Teraoka, Toru Nonami, Hiroshi Taoda, Katsuyoshi Naganuma, Yoshiyuki Yokogawa, Yutaka Doi, Tetsuya Kameyama, Carbonate hydroxyl apatite-bearing pure titanium implant, Proc Mat Res Soc Symp., 599, 165-168, (2000) K Soysal, J Park, S H You, D W Shin, W T Bae, and A Ozturk, Preparation and photocatalytic activity of hydroxyl apatite precipitated TiO2, J Ceram Process Res., vol 12, No Nguyễn Thị Huệ, Mã Thị Anh Thư, Nghiên cứu chế tạo đánh giá hiệu diệt nấm sơn nano hydroxyl apatit/TiO2 bệnh viện, Hội nghị Cơng nghệ sinh học tồn quốc, 2013 Nguyễn Thị Huệ, Trần Thị Đức, Mã Thị Anh Thư, Đinh Thị Thúy Hằng, Chế tạo ứng dụng nano TiO2 để xử lý chất độc hại môi trường không khí Việt Nam, Hội nghị Khoa học kỷ niệm 35 năm Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam 19752010, tiểu ban Môi trường Năng lượng, 2010 Nguyen Thi Hue, Ma Thi Anh Thu, Study on fabrication of hydroxyl apatite/TiO2 suspension and assessment of its ability of disintegrating toxic substances in the air environment, The 3rd International Workshop on Nanotechnology and Application, November 10-12, Vung Tau, Vietnam, 2011 Castañeda Niño, J P., et al (2021) "Potential Uses of Musaceae Wastes: Case of Application in the Development of Bio-Based Composites." 13(11): 1844 60 Ahmad, T and M Danish (2018) "Prospects of banana waste utilization in wastewater treatment: A review." J Environ Manage, 206: 330-348 10 Adeniyi, A G., et al (2019) "Banana and plantain fiber-reinforced polymer composites %J Journal of Polymer Engineering." 39(7): 597-611 11 Mohit, H and V Arul Mozhi Selvan (2018) "A comprehensive review on surface modification, structure interface and bonding mechanism of plant cellulose fiber reinforced polymer based composites." Composite Interfaces, 25(5-7): 629-667 12 Mukhopadhyay, S., et al (2009) "Variability of Tensile Properties of Fibers from Pseudostem of Banana Plant." Textile Research Journal, 79(5): 387-393 13 de Souza, E L., et al (2017) "The Influence of Different Strategies for the Saccharification of the Banana Plant Pseudostem and the Detoxification of Concentrated Broth on Bioethanol Production." Applied Biochemistry and Biotechnology, 183(3): 943-965 14 Ferreira da Silva, I., et al (2020) "Impact of Hot Water and Alkaline Pretreatments in Cellulosic Ethanol Production from Banana Pseudostem." BioEnergy Research 15 Wahyu P Raharjo, R S., Anindito Purnowidodo, Agus Choiron (2019) "Characterization of Sodium-Bicarbonate-Treated Zalacca Fibers as Composite Reinforcements." Evergreen, 6(1): 29-38 16 Mueller, S., et al (2014) "Isolation of cellulose nanocrystals from pseudostems of banana plants." RSC Advances, 4(2): 907-915 17 Foster, E J., et al (2018) "Current characterization methods for cellulose nanomaterials." Chemical Society Reviews, 47(8): 2609-2679 18 Šafranko, S., et al (2021) "Calcium Oxalate and Gallic Acid: Structural Characterization and Process Optimization toward Obtaining High Contents of Calcium Oxalate Monohydrate and Dihydrate." 11(8): 954 19 Meng, F., et al (2019) "Extraction and characterization of cellulose nanofibers and nanocrystals from liquefied banana pseudo-stem residue." Composites Part B: Engineering, 160: 341-347 61 20 Mao, Y., et al (2017) "Characterization of Nanocellulose Using Small-Angle Neutron, X-ray, and Dynamic Light Scattering Techniques." The Journal of Physical Chemistry B, 121(6): 1340-1351 62