Nghiên cứu chế tạo bộ tiền lọc phủ nano bạc ứng dụng trong thiết bị làm sạch không khí bằng xúc tác quang

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 LỜI CAM ĐOAN 4 MỤC LỤC 5 DANH MỤC HÌNH ẢNH 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU 9 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 10 MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3 1.1 Hiện trạng ô nhiễm không khí trong nhà 3 1.2 Các thiết bị làm sạch không khí 8 1.3 Một số nghiên cứu chế tạo và ứng dụng nano trong nước và thế giới 13 1.3.1 Tính năng khử trùng của nano bạc 13 1.3.2 Một số phương pháp điều chế nano bạc và phủ nano bạc lên vật liệu 19 1.3.3 Một số ứng dụng của nano bạc trong nước và thế giới 22 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Đối tượng nghiên cứu 25 2.2 Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu 26 2.3 Phương pháp thực nghiệm 27 2.3.1 Điều chế dung dịch nano bạc và phủ nano bạc lên màng lọc tinh 27 2.3.2 Đánh giá khả năng kháng khuẩn của các màng lọc tẩm nano bạc 31 2.3.3 Đánh giá khả năng xử lý không khí của bộ tiền lọc 36 2.3.4 Đánh giá hiệu quả làm việc của thiết bị LSKK bằng XTQ sử dụng bộ tiền lọc phủ nano bạc 38 2.3.5. Đánh giá khả năng ức chế sự phát triển vi khuẩn và nấm trên màng lọc tinh phủ nano bạc ứng dụng trong thiết bị LSKK 41 2.4 Phương pháp thống kê, phân tích và xử lý số liệu 41 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1. Kết quả điều chế dung dịch nano bạc bằng phương pháp hóa học 42 dung dịch nước 42 3.2 Kết quả nghiên cứu chế tạo bộ tiền lọc phủ nano bạc 43 3.3 Kết quả đánh giá khả năng kháng khuẩn của màng lọc tinh phủ nano bạc 45 3.3.1. Màng lọc tẩm nano bạc tiếp xúc trực tiếp với dịch vi khuẩn 45 3.2.2 Kết quả đánh giá khả năng kháng khuẩn của màng lọc khi tiếp xúc với không khí 46 3.4 Đánh giá hiệu quả xử lý không khí của bộ tiền lọc 50 3.4.1. Khả năng giữ bụi của bộ tiền lọc phủ nano bạc 51 3.4.2. Đánh giá khử khuẩn không khí của bộ tiền lọc phủ nano bạc 52 3.5 Đánh giá hiệu quả làm việc của thiết bị LSKK bằng XTQ sử dụng bộ tiền lọc phủ nano bạc 53 3.5.1. Đánh giá hiệu quả làm việc của thiết bị trong box thí nghiệm 53 3.5.2. Đánh giá khả năng khử trùng của thiết bị LSKK sử dụng bộ tiền lọc phủ nano bạc khi tiến hành chạy trong bệnh viện 55 3.5.3. Đánh giá khả năng ức chế sự phát triển vi khuẩn và nấm trên màng lọc tinh phủ nano bạc ứng dụng trong thiết bị LSKK 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hinh 1.1 Ion bạc liên kết với bazơ trên nucleotide của ADN ……….……… ….17 Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo bộ tiền lọc 25 Hình 2.2: Quy trình điều chế nano bạc ………………………….…………… …27 Hình 2.3: Các hạt nano bạc bám trên sợi lọc …………………….……………… 29 Hình 2. 4. Thiết bị chạy thử nghiệm …………………………………………… 33 Hình 2.5: Thiết bị lấy mẫu không khí Flora – 100 ………………………………. 33 Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị LSKK sử dụng bộ tiền lọc phủ nano bạc của Viện CNMT …………………….……………………………… 36 Hình 2.7: Các vị trí lấy mẫu trong phòng hổi sức tích cực bệnh viện E ……… 37 Hình 3.1 : Sự hình thành và phát triển của các hạt nano bạc ……….………… 48 Hình 3.2: Phổ UV-VIS của mẫu nano bạc … …………………………… …… 49 Hình 3.3 Ảnh TEM của mẫu nano bạc ………….………………………… …….50 Hình 3.4 : Ảnh chụp màng lọc tinh trước và sau khi phủ nano bạc ……………… 51 Hình 3.5 : Ảnh chụp SEM của sợi lọc tinh trước và sau phủ nano bạc ………… 51 Hình 3.6: Ảnh chụp các màng lọc tiếp xúc với dịch khuẩn E.Coli 108 cfu/ml trên đĩa thạch 52 Hình 3.7: Kết quả thử nghiệm hiệu quả diệt khuẩn của màng lọc tinh (sau 24 giờ) ……………………………………………… 53 Hình 3. 8: Kết quả thử nghiệm hiệu quả diệt khuẩn của màng lọc tinh (sau 48 giờ) ………………………………………………………………………………… … 54 Hình 3. 9: Kết quả thí nghiệm vi sinh đánh giá khả năng ức chế vi khuẩn, nấm của màng lọc tinh phủ nano bạc (dung môi nước RO) ……………………………… 55 Hình 3. 10: Kết quả thí nghiệm vi sinh đánh giá khả năng ức chế vi khuẩn, nấm của màng lọc tinh phủ nano bạc (dung môi nước muối sinh lý) …………………… 56 Hình 3.11: Biểu đồ khả năng ức chế vi khuẩn và nấm của màng lọc tinh phủ nano bạc……………………………………………… ……….…………………… 60 Hình 3.12 : Biểu đồ tỷ lệ phần trăm hiệu quả xử lý bụi của bộ tiền lọc phủ nano bạc……………………………………………………………………… …… 63 Hình 3. 1. Ảnh thiết bị LSKK sử dụng bộ tiền lọc phủ nano bạc của Viện CNMT đặt trong phòng điều trị tích cực của bệnh viện E …………………………….55 Hình 3. 2. Sự phân bố mật độ VKHK trong buồng điều trị tích cực của bệnh viện E Trung ương sử dụng thiết bị LSKK của Viện CNMT……………………………. 56 Hình 3. 3. Sự phân bố mật độ nấm trong buồng điều trị tích cực của bệnh viện E Trung ương sử dụng thiết bị LSKK của Viện CNMT 57 Hình 3.16: Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng khử khuẩn của màng lọc tinh phủ nano bạc sau thời gian chạy thử nghiệm trong thiết bị Thanh Phong 250 tại phòng Hồi sức tích cực Bệnh viện E(dung môi nước RO) ………………………… ….59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1. Khả năng diệt khuẩn của các màng lọc không khí…………. …….… 44 Bảng 3. 2. Kết quả đếm số lạc khuẩn và hiệu suất xử lý trên các đĩa nuôi cấy 48 Bảng 3. 3. Lượng bụi đo được trước và sau khi qua bộ tiền lọc phủ nano bạc (tại các vận tốc hút gió khác nhau) 49 Bảng 3. 4. Hiệu quả giữ vi khuẩn và nấm của bộ tiền lọc phủ nano bạc ở các vận tốc dòng khí khác nhau 51 Bảng 3. 5. Hiệu quả xử lý bụi của thiết bị LSKK sử dụng màng tiền lọc nano bạc trong box TN 52 Bảng 3. 6. Hiệu quả khử khuẩn và nấm của thiết bị LSKK sử dụng màng lọc nano bạc trong box TN 53 Bảng 3. 7. Kết quả đếm số lạc khuẩn và hiệu suất xử lý trên các đĩa nuôi cấy ….59 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNMT Công nghệ môi trường ESP Electro static precipitation Bộ lắng tĩnh điện EPA Enviroment Protection Agency Cơ quan bảo vệ môi sinh Hoa Kỳ HEPA High-efficiency particulate air Bộ lọc không khí hiệu suất cao KH&CN Khoa học công nghệ LSKK Làm sạch không khí NKBV Nhiễm khuẩn bệnh viện PP Polypropilen Nhựa Polypropilen SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TEM Transmission Electron Microscopy\ Kính hiển vi điện tử truyền qua UV-VIS Ultraviolet-visible Quang phổ UV-VIS VOCs Volatile organic compounds Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VKHK Vi khuẩn hiếu khí XTQ Xúc tác quang WHO World health Organization Tổ chức Y tế Thế giới 1 MỞ ĐẦU Việc kiểm soát tình trạng ô nhiễm không khí trong các phòng kín như các phòng chuyên môn của bệnh viện, văn phòng, tòa nhà công cộng và nhà ở… do các tác nhân bụi, hóa chất, vi sinh vật ngày càng trở nên cấp thiết để đảm bảo chất lượng cuộc sống con người và nâng cao điều kiện làm việc. Tập trung nghiên cứu phát triển, hoàn thiện các công nghệ làm sạch không khí trong phòng kín là vấn đề đang được quan tâm trên toàn thế giới, trong đó có Việt Nam. Trong đó, sự ô nhiễm vi sinh vật trong các phòng chuyên môn của bệnh viện gây ra những tác động nghiêm trọng đến sức khỏe của bệnh nhân, các nhân viên y tế, đặc biệt đó là tình trạng nhiễm khuẩn bệnh viện dẫn đến tăng tỷ lệ tử vong, tăng thời gian nằm viện, tăng việc sử dụng kháng sinh dẫn đến tăng khả năng kháng kháng sinh của nhiều loại vi khuẩn, và tăng chi phí điều trị. Đa phần các thiết bị làm sạch không khí được khảo sát trên thị trường đều chỉ sử dụng các bộ lọc trong đó có bộ lọc hiệu suất cao HEPA để giữ lại bụi và vi khuẩn, nấm trên màng. Đây là địa điểm lý tưởng để vi khuẩn và nấm khu trú và phát triển, vi khuẩn và nấm từ các ổ khu trú vi sinh này có khả năng khuếch tán ngược lại không khí trở thành nguồn ô nhiễm thứ cấp vi sinh vật cho không khí trong phòng kín. Hiện nay, công nghệ làm sạch không khí tiên tiến nhất là công nghệ làm sạch không khí bằng xúc tác quang hóa (XTQH), trong các thiết bị được sản xuất và phân phối trên thị trường, sản phẩm Tiokraft của Nga là một trong các thiết bị có cấu tạo hoàn chỉnh nhất, gồm nhiều tầng lọc với các chức năng chuyên biệt nên tạo ra khả năng xử lý các tác nhân ô nhiễm trong không khí rất cao. Tuy nhiên, các màng lọc tinh, lọc thô trên thiết bị cũng có khả năng trở thành các ổ khu trú của vi sinh giống như các bộ lọc trên các thiết bị làm sạch không khí khác đang có trên thị trường. 2 Bạc đã được biết đến từ xa xưa là một nguyên tố với hoạt tính kháng khuẩn tự nhiên mạnh nhất. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ nano, hoạt tính kháng khuẩn của bạc đã được tăng lên rất nhiều lần, và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để sử dụng cho mục đích khử trùng. Để đóng góp vào hướng nghiên cứu này, luận văn đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu chế tạo bộ tiền lọc phủ nano bạc ứng dụng trong thiết bị làm sạch không khí bằng xúc tác quang”. Với mục đích và nội dung sau: - Mục đích nghiên cứu: Chế tạo bộ tiền lọc sử dụng bạc kích thước nano để tăng cường hiệu quả làm sạch không khí của thiết bị LSKK bằng XTQ. - Nội dung nghiên cứu: . i) Điều chế dung dịch nano bạc bằng phương pháp hóa học dung dịch nước; ii) Nghiên cứu phương pháp phủ nano bạc lên các màng lọc bụi để chế tạo bộ lọc tiền lọc phủ nano bạc. iii) Đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của màng lọc phủ nano bạc và hiệu quả khử trùng của thiết bị làm sạch không khí bằng công nghệ xúc tác quang sau khi lắp bộ tiền phủ nano bạc. 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng ô nhiễm không khí trong nhà Trước đây, khi nhắc đến ô nhiễm không khí, chúng ta chỉ nghĩ đến sự ô nhiễm khói bụi bên ngoài do các giao thông, khai khoáng, xây dựng, các quá trình thiên nhiên … Tuy nhiên, từ những năm 90 của thế kỷ XX, các nghiên cứu đã quan tâm đến sự ô nhiệm không khí trong các phòng kín. Không khí trong nhà có khả năng lưu thông kém giữa các khu vực trong nhà, hạn chế về mặt đối lưu và hạn chế sự trao đổi không khí giữa trong và ngoài nhà , thời gian lưu của không khí kéo dài, mật độ người tập trung cao, nhiều đồ đạc, có các hoạt động, sinh hoạt đặc thù nên dẫn đến sự tích lũy của các chất gây ô nhiễm với thời gian dài và mật độ cao. Chất lượng không khí ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của con người. Theo nghiên cứu của Cục bảo vệ môi trường Mỹ, ngày nay con người dùng khoảng 89- 90% thời gian sống trong nhà, những người càng lớn tuổi càng có xu hướng dành thời gian ở trong nhà nhiều hơn. Tuy nhiên, môi trường không khí trong nhà hiện nay đang ngày càng bị ô nhiễm bởi các yếu tố bụi, vi sinh, các chất hữu cơ độc hại. Nồng độ của một số chất gây ô nhiễm không khí trong nhà cao hơn gấp nhiều lần nồng độ của nó trong không khí bên ngoài. Thậm chí, nếu chất ô nhiễm trong nhà có nồng độ thấp hơn không khí bên ngoài nhưng với thời gian con người tiếp xúc thường xuyên thì các tác động của nó cũng gây những ảnh hưởng sâu sắc đến sức khỏe con người [33]. Các tác động của ô nhiễm không khí trong nhà lên sức khỏe con người diễn ra âm thầm, trong thời gian dài, và khó để đánh giá đầy đủ mức độ nguy hại, ảnh hưởng lớn đến sức khỏe, tính mạng của con người. Sự gia tăng của các yếu tố ô nhiễm không khí là nguyên nhân quan trọng gây tử vong ở trẻ em dưới 5 tuổi tác các quốc gia đang phát triển [13]. Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) năm 2012, khoảng 50% số bệnh lý của con người gây ra bởi sự ô nhiễm không khí trong nhà, ảnh hưởng của nó cao gấp 2-8 lần so với các bệnh lý có nguyên nhân do môi trường không khí bên ngoài ô nhiễm. Cũng theo báo cáo này, các nước kém phát triển và đang phát triển trong khu vực Đông Nam Á và Tây Thái [...]... NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nano bạc và bộ tiền lọc phủ nano bạc trong thiết bị LSKK bằng xúc tác quang Trong cấu tạo thiết bị LSKK bằng XTQ do viện Công nghệ Môi trường thiết kế gồm nhiều bộ phận với các chức năng khác nhau gồm: bộ tiền lọc, bộ lọc tĩnh điện, bộ lọc xúc tác quang và lọc than hoạt tính Bộ tiền lọc là bộ lọc đầu tiên trong thiết bị LSKK bằng. .. kháng khuẩn và khử khuẩn của màng lọc, khả năng kháng khuẩn và khử khuẩn của bộ lọc với màng lọc tinh phủ nano bạc và khảo sát hiệu quả làm việc của thiết bị LSKK bằng XTQ khi lắp bộ tiền lọc sử dụng màng lọc tinh phủ nano bạc Bộ tiền lọc sử dụng tâm lọc tinh phủ nano bạc gọi tắt là bộ tiền lọc phủ nano bạc sơ đố cấu tạo như hình 2.1 25 Hình 2.1 : Sơ đồ cấu tạo bộ tiền lọc 2.2 Phương pháp phân tích tổng... lọc thô, lọc tinh hoặc lọc HEPA, lọc tĩnh điện, lọc XTQ, lớp lọc than hoạt tính Bộ lọc sơ cấp hay bộ tiền lọc gồm lọc thô và lọc tinh, không khí đi qua bộ tiền lọc có thể loại bỏ được hầu hết các hạt bụi có kích thước >0,3 µm Nguyên lý hoạt động của lớp lọc thô và lọc tinh cũng tương tự như nguyên lý lọc cơ học trong thiết bị LSKK bằng nguyên lý lọc Bộ lọc thô được chế tạo từ vật liệu vải không dệt... khuẩn trong nhiều ngày [37] Tại Việt Nam, cũng có nhiều nghiên cứu ứng dụng nano bạc lên các vật liệu như phủ nano bạc lên vải Non- 23 woven sử dụng làm màng lót mũ bảo hiểm [7], hay chế tạo ống lọc xốp -nano bạc ứng dụng trong xử lý nước uống [11] - Trong lĩnh vực xúc tác: Nano bạc được sử dụng như một xúc tác trên các chất mang như zeolit để làm tăng khả năng oxi hóa của cac hợp chất hữu cơ - Trong. .. các bộ lọc thô, lọc tinh và lọc tĩnh điện để loại bỏ tối đa bụi, tiếp đến không khí đi qua ống XTQ, chất độc hại và vi khuẩn bị oxi hóa, sau đó không khí đi qua bộ lọc hạt mang điện và than hoạt tính để trung hòa hạt mang điện, khử mùi và giữ lại các siêu oxit [9] *) Nhược điểm cần khắc phục của thiết bị làm sạch không khí Do các thiết bị làm sạch không khí hầu hết sử dụng các màng lọc để lọc bụi, trong. .. dịch nghiên cứu với cường độ màu của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định, được sử dụng để xác định xác định sự có mặt của nguyên tử bạc hóa trị 0 Các mẫu được phân tích trên máy JASCO-V670 của khoa Hóa trường Đại học Sư phạm 2.3.1.2 Nghiên cứu chế tạo bộ tiền lọc phủ nano bạc a) Quy trình tẩm nano bạc lên bộ lọc Bộ tiền lọc của thiết bị LSKK bằng XTQ thực chất gồm 2 lớp lọc là lọc thô và lọc tinh... đất có tác dụng giữ lại các hạt mang điện và truyền điện tích xuống đất Sau khi qua bộ lọc tĩnh điện, không khí tiếp tục xử lý bằng bộ lọc than hoạt tính để giữ lại các siêu oxit và mùi [9] 12 Để đảm lưu lượng không khí đi qua thiết bị, và chênh áp của không khí khi đi qua các bộ lọc, và đặc biệt là lọc tinh, thiết bị sử dụng một quạt gió áp suất cao [9] Quy trình LSKK trong thiết bị: không khí đi... Nam chủ yếu là các thiết bị LSKK ứng dụng nguyên lý lọc sử dụng các bộ lọc thô và lọc HEPA để loại bỏ các bụi trong không khí, các thiết bị LSKK bằng XTQ trên thị trường đều phải nhập khẩu và có giá thành cao Về nghiên cứu chế tạo thiết bị LSKK bằng XTQ trong nước, Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn Lâm Khoa học Việt Nam đã ký biên bản thỏa thuận hợp tác với Viện Các vấn đề Vật lý trong Hóa học - Viện... ứng dụng bạc trong các lĩnh vực nhất là trong khử trùng) từ đó lựa chọn phương pháp phủ nano bạc lên màng lọc và đánh giá hiệu quả làm việc, hiệu quả kháng khuẩn của bộ tiền lọc sử dụng màng lọc phủ nano bạc để giải quyết nhiệm vụ của đề tài cũng như giúp cho việc phân tích kết quả nghiên cứu và các vấn đề liên quan khác nhau 26 2.3 Phương pháp thực nghiệm 2.3.1 Điều chế dung dịch nano bạc và phủ nano. .. bạc dưới tên thương mại Acticoat, công nghệ phủ thực hiện bằng ngưng tụ trong chân không, cố định nano bạc lên sợi vải Trong nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ (KH&CN) theo nghị định thư với Liên bang Nga Nghiên cứu chế tạo và phát triển ứng dụng một số vật liệu nano bạc để khử trùng trong y tế, đời sống và sản xuất", các nghiên cứu của Viện Công nghệ môi trường cũng đã nghiên cứu chế . hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu chế tạo bộ tiền lọc phủ nano bạc ứng dụng trong thiết bị làm sạch không khí bằng xúc tác quang . Với mục đích và nội dung sau: - Mục đích nghiên cứu: Chế. khí của bộ tiền lọc phủ nano bạc 52 3.5 Đánh giá hiệu quả làm việc của thiết bị LSKK bằng XTQ sử dụng bộ tiền lọc phủ nano bạc 53 3.5.1. Đánh giá hiệu quả làm việc của thiết bị trong box. quả làm việc của thiết bị LSKK bằng XTQ sử dụng bộ tiền lọc phủ nano bạc 38 2.3.5. Đánh giá khả năng ức chế sự phát triển vi khuẩn và nấm trên màng lọc tinh phủ nano bạc ứng dụng trong thiết