Nghiên cứu chế tạo tấm lọc phủ nano bạc ứng dụng trong các thiết bị làm sạch không khí

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 (LSKK) trong phòng kín là vấn đề đang được quan tâm trên toàn thế giới.

K t qu nghiên c u KHCN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TẤM LỌC PHỦ NANO BẠC ỨNG DỤNG TRONG CÁC THIẾT BỊ LÀM SẠCH KHƠNG KHÍ TS Lê Thanh S
n*, Quách Th Ng c Hà (*) Vi n Công ngh Môi tr
ng, Vi n Hàn Lâm Khoa h c Công ngh Vi t Nam I MỞ ĐẦU iệc kiểm sốt tình trạng nhiễm khơng khí phịng kín phịng chun mơn bệnh viện, văn phịng, tịa nhà cơng cộng nhà ở… tác nhân bụi, hóa chất, vi sinh vật ngày trở nên cấp thiết để đảm bảo chất lượng sống người nâng cao điều kiện làm việc Tập trung nghiên cứu, phát triển, hoàn thiện cơng nghệ làm khơng khí (LSKK) phịng kín vấn đề quan tâm toàn giới, có Việt Nam [3-5] V Đa phần thiết bị LSKK xuất thị trường sử dụng lọc học có lọc hiệu suất cao HEPA để giữ lại nấm vi khuẩn màng lọc mà không tiêu diệt chúng cách triệt để Gần đây, xuất số thiết bị LSKK công nghệ xúc tác quang (XTQ) tiên tiến có cấu tạo hồn chỉnh, 10 gồm nhiều tầng lọc với chức chuyên biệt nên tạo khả xử lý cách triệt để tác nhân ô nhiễm không khí [6, 7] Tuy nhiên, hạn chế thiết bị loại sau thời gian sử dụng, lọc tinh, lọc thô thiết bị có khả trở thành ổ khu trú vi sinh khuếch tán ngược trở lại môi trường khơng khí Bạc biết đến từ xa xưa nguyên tố với hoạt tính kháng khuẩn tự nhiên mạnh Hiện nay, với phát triển cơng nghệ nano, hoạt tính kháng khuẩn bạc tăng lên nhiều lần, ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực để sử dụng cho mục đích khử trùng [8, 9] Do đó, áp dụng phủ lớp nano bạc lọc tinh thiết bị LSKK XTQ để giải hạn chế Ảnh minh họa Nguồn Interrnet Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN II THỰC NGHIỆM - Các lọc lựa chọn để phủ nano bạc phải lọc có khả thấm hút tốt, khả bám dính nano bạc cao, bề mặt bơng xốp để khơng khí dễ dàng qua đồng thời hiệu giữ bụi, vi khuẩn phải tốt Bôn loại màng lọc thị trường lựa chọn để tiến hành thử nghiệm polyurethane (PU), polyethylen (PE), xenlulo sợi polypropylen (PP) - Dung dịch nano bạc dùng nghiên cứu có nồng độ 500ppm, kích thước hạt trung bình 20 - 25 nm Ngo Quoc Buu cộng tổng hợp Viện Cơng nghệ mơi trường [10] 2.1 Quy trình phủ nano bạc lên lọc Phương pháp phủ sử dụng phương pháp nhúng tẩm: Các màng cắt thành mảnh với kích thước 50×60 cm, chuẩn bị cốc thủy tinh 5l, đổ vào cốc 2l dung dịch nano bạc 500ppm, nhúng ngập lọc chuẩn bị ngâm thời gian 2h nhiệt độ phòng để màng thấm dung dịch Sau 2h, lấy mẫu để khô tự nhiên 24h Sau đó, màng bảo quản túi tối màu để tránh ánh sáng trước đưa vào sử dụng 2.2 Đánh giá khả diệt khuẩn màng phủ nano bạc tiếp xúc trực tiếp với dịch vi khuẩn Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn màng phủ nano bạc phương pháp đếm khuẩn lạc, quy trình tiến hành sau: - Ngâm màng lọc đối chứng (không phủ nano bạc) màng lọc tẩm dung dịch nano bạc có kích thước x cm 10 mL dịch vi khuẩn E.coli 106 CFU/mL 24 - Sau thời gian 24 giờ, hút 0,1 mL dịch vi khuẩn E.coli từ đĩa chứa loại vật liệu mang phân tích vi sinh Mẫu ủ thời gian 24 nhiệt độ 37°C Đếm số khuẩn lạc xuất đĩa tính mật độ tế bào vi sinh vật mẫu ban đầu 2.3 Đánh giá khả diệt khuẩn màng lọc có dịng khơng khí qua Kích thước màng lọc khảo sát 19 × 29 cm, gắn vào thiết bị chạy thử nghiệm hình hộp chữ nhật (19 × 29 × 60 cm) , rỗng hai đầu, đầu gắn màng lọc cần khảo sát, đầu gắn quạt hút cơng suất 40W (Hình 2) Thiết bị chạy thử nghiệm đặt box thí nghiệm (buồng kính) tích 10 m3 Phương pháp lấy mẫu sử dụng phương pháp lấy mẫu vi sinh, sử dụng đĩa thạch để hút khơng khí đập vào mặt thạch, tiến hành quan sát để phát đếm số khuẩn lạc - colony forming unit (cfu) có 1m3 khơng khí Chỉ số lựa chọn xác định tổng vi khuẩn hiếu khí nấm; thành phần vi sinh phổ biến khơng khí Hình nh TEM c a dung d ch nano b c Vi n CNMT ch t o [10] Môi trường phân lập PCA (Plate Count Agar) Đây môi trường đặc trưng để phân lập vi Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Soá 4,5&6-2014 11 K t qu nghiên c u KHCN điều kiện phịng làm việc, quy trình tiến hành sau: - Sau tiến hành chạy thử nghiệm màng lọc đối chứng (không chứa nano bạc) màng lọc chứa nano bạc, tháo màng lọc tiến hành cắt từ lọc mẫu với kích thước 3×3cm Hình B th nghi m kh trùng c a màng l c ph nano b c khuẩn hiếu khí nấm Mơi trường pha chế tiến hành khử trùng làm nguội đến 450C đổ vào đĩa peptri có đường kính 9cm Các đĩa bảo quản đưa đến vị trí cần lấy mẫu Tại vị trí tiến hành thu mẫu (bằng máy lấy mẫu khơng khí Flora-100); xác định mật độ vi khuẩn lấy giá trị trung bình Chế độ chạy máy 250l/phút Các mẫu sau bảo quản đưa phịng thí nghiệm, tiến hành ni cấy tủ ni cấy vi sinh với thời gian từ 24-48h, sau đọc kết Cách tính k t qu : Sau kết thúc cơng việc tính đếm bề mặt đĩa peptri, chuyển sang tính mật độ vi sinh để xác định số lượng vi khuẩn dịng khơng khí Nếu số chấm đĩa petri 35 mật độ vi sinh (P) tính theo cơng thức: P= N*(1/N-1+1/N-2+…+1/N-n-1) Trong đó: - N: số lượng lỗ lưới sắt; n: số lượng vi sinh (số khuẩn lạc) 12 Mật độ vi sinh mẫu (C) xác định = số lớn khuẩn lạc mẫu chia cho thể tích mẫu lựa chọn: C=P/V Trong đó: V- thể tích mẫu chọn (m3); P- số lượng lớn vi khuẩn mẫu (cfu/m3) 2.4 Đánh giá khả ức chế phát triển vi khuẩn màng lọc PP phủ nano bạc sau thời gian chạy thử nghiệm Đánh giá khả ức chế vi khuẩn phương pháp đếm khuẩn lạc, tiến hành màng lọc đối chứng màng lọc nano bạc chạy thử nghiệm thời gian tuần - Chuẩn bị ống nghiệm chứa 10ml nước cất, cho mẫu vào ống nghiệm, sử dụng máy lắc Votex (lắc 10 lần, lần 5s) để thu dịch chiết vi sinh mẫu - Hút 1ml dịch chiết ống nghiệm tiến hành nuôi cấy đĩa thạch PCA thời gian 24-48h, sau đọc kết III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thông số đặc trưng màng lọc khơng khí Các thơng số đặc trưng loại màng lọc liệt kê Bảng tiến hành chạy thử nghiệm với thiết bị có cơng suất quạt hút 40W Qua thử nghiệm cho thấy, màng lọc PP có độ dày lớn (6mm) lại có tốc độ gió qua màng tốt (1,11 m/s) Đây B ng Thông s đ c tr
ng c a lo i màng l c Thông số Màng PU Màng PE Màng PP Màng xenlulo Khối lượng màng (g/25cm2) 0,2209 0,1870 0,2884 0,5356 Độ dày màng (mm) 5,5 0,5 6,0 4,0 Tốc độ gió qua màng (m/s) 1,01 0,98 1,11 0,93 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN tiêu chí để lựa chọn màng phù hợp sử dụng thiết bị 3.2 Khả diệt khuẩn màng lọc sơ cấp phủ nano bạc 3.2.1 Kh di t khu n cho màng l c nano b c ti p xúc tr c ti p v i d ch vi khu n Khi quan sát kết màng lọc sau phủ nano bạc, thấy có thay đổi màu sắc màng trước sau phủ nano bạc Các màng chuyển sang màu vàng sậm Trên Hình ảnh chụp mẫu màng lọc trước sau phủ nano bạc Bảng trình bày hiệu suất kháng khuẩn E.coli loại màng trước sau phủ nano bạc Kết thu cho thấy hiệu suất xử lý màng không phủ nano bạc 0% Cả loại màng PU, PE,PP xenlulo sau phủ nano bạc dung dịch nano bạc 500ppm đạt hiệu kháng khuẩn 100% ngâm 10ml môi trường vi khuẩn E.coli 106 CFU/ml nhiệt độ phòng 24h 3.2.2 Kh x lý vi khu n khơng khí c a màng l c cho dịng khơng khí qua Thí nghiệm đánh giá khả “bắt giữ” vi khuẩn khơng khí hiệu suất xử lý khơng khí màng sau cho khơng khí qua màng dựa kết thu khả xử lý vi khuẩn không khí buồng kín 10 m3 loại màng xenlulo, PP, PE, PU không phủ phủ nano bạc Các kết khả xử lý vi khuẩn khơng khí theo thời gian loại màng trình bày bảng 3, 4, 5, Với tất loại màng, sau thời gian 120 phút, hiệu suất xử lý vi khuẩn đạt 90% Khả giữ vi khuẩn màng giải thích dựa khả bắt giữ bụi loại màng, hạt bụi môi trường sống vi khuẩn, nấm khơng khí, khơng khí qua màng, hạt bụi dễ dàng bị giữ lại sợi màng lọc theo nguyên lý lọc học, kéo theo vi khuẩn nấm bị giữ lại Theo Màng PP trước phủ nano bạc Màng PU trước phủ nano bạc Màng PE trước phủ nano bạc Màng xenlulo trước phủ nano bạc Màng PP sau phủ nano bạc Màng PU sau phủ nano bạc Màng PE sau phủ nano bạc Màng xenlulo sau phủ nano bạc Hình Hình nh t m màng tr
c sau ph nano b c Taïp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 13 K t qu nghiên c u KHCN B ng Kh di t khu n c a lo i màng x E Coli, cfu/ml H, % PU Ag/PU PE Ag/PE PP Ag/PP Xenlulo Ag/Xenlulo 106 106 106 106 0 100 100 100 100 B ng Kh x Thời gian (phút) lý vi khu n c a màng xenlulo Xenlulo Tổng khuẩn, cfu/m3 Hiệu suất, % 342 356 120 98,25 16 95,51 240 98,25 12 96,63 480 98,25 99,44 B ng Kh x Thời gian (phút) Ag/Xenlulo Hiệu suất, % Tổng khuẩn, cfu/m lý vi khu n c a màng PP PP Toång khuẩn, cfu/m3 Hiệu suất, % 400 142 0,00 120 98,00 10 92,96 240 99,00 97,18 98,59 480 B ng Kh x Thời gian (phút) Ag/PP Hiệu suất, % Tổng khuẩn, cfu/m 99,00 lý vi khu n c a màng PE PE Tổng khuẩn, cfu/m Ag/PE Hiệu suất, % Tổng khuẩn, cfu/m3 Hiệu suất, % 536 356 0,00 120 50 90,67 10 97,19 240 24 95,52 98,31 360 16 97,01 100,00 480 10 98,13 100,00 B ng Kh x Thời gian (phút) 14 lý khơng khí lý vi khu n c a màng PU PU Tổng khuẩn, cfu/m Ag/PU Hiệu suất, % Tổng khuẩn, cfu/m3 Hiệu suất, % 456 222 0,00 120 30 93,42 97,75 240 98,68 100,00 360 98,68 98,88 480 98,68 99,44 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 K t qu nghiên c u KHCN B ng 7: Hi u qu c ch vi sinh c a màng PP ph nano b c Chủng loại Mẫu Mẫu nano bạc/nước cất (Ag.N.O) Số lượng vi khuẩn hiếu khí Tỷ lệ diệt VK 13 Mẫu đối chứng/ nước cất (Đ/c.N.O) 58 có phủ nano bạc sau thời gian chạy thử nghiệm thiết bị Tuy nhiên, thời gian có hạn nên chưa khảo sát tuổi thọ sử dụng lọc để trì khả ức chế vi khuẩn màng lọc nhằm xác định thời hạn mà cần thay 3.2.3 Kh c ch vi khu n, n m c a màng l c PP sau ph nano b c sau th i gian tháng ch y th nghi m Từ kết thí nghiệm cho thấy, khả giữ vi khuẩn loại màng xenlulo, PP, PE, PU trước sau phủ nano bạc đạt 90% tiến hành thử nghiệm buồng kín với thể tích 10m3 thời gian 120 phút Với màng có phủ nano bạc, hiệu xử lý vi khuẩn đạt 100% cho tiếp xúc trực tiếp với dịch vi khuẩn E.coli 106CFU/mL thời gian 24h, đó, màng lọc khơng phủ nano bạc hiệu xử lý 0% Lựa chọn màng PP phủ nano bạc để tiến hành đánh giá khả ức chế vi khuẩn nấm cho thấy, hiệu ức chế phát triển vi khuẩn, nấm màng sau thời gian chạy thử nghiệm tháng đạt ~80% vi khuẩn 83% nấm Bảng đưa kết hiệu hiệu suất ức chế phát triển vi khuẩn nấm màng lọc PP có phủ nano bạc so với mẫu đối chứng không phủ nano bạc Từ kết thấy khả ức chế phát triển vi khuẩn đạt ~80% hiệu ức chế phát triển nấm đạt >80% Kết chứng tỏ khả hạn chế tích tụ ổ khu trú vi sinh vi khuẩn nấm lọc Tỷ lệ diệt nấm 79.31% thời gian, lớp bụi tích tụ kéo theo tích tụ vi khuẩn, nấm màng lọc, đồng thời làm giảm lưu lượng không khí qua màng Thí nghiệm khả ức chế vi khuẩn màng lọc đánh giá hiệu lọc có phủ nano bạc việc giảm thiểu nhiễm phịng kín Thí nghiệm đánh giá khả ức chế phát triển vi khuẩn bị bám lại màng lọc với bụi khoảng thời gian tháng thiết bị thử nghiệm hoạt động liên tục điều kiện phòng làm việc Số lượng Nấm IV KẾT LUẬN Từ kết trên, cho thấy thông số màng PP phù hợp để sử dụng làm màng lọc sơ cấp thiết 36 83.33% bị LSKK Màng PP phủ nano bạc cho thấy khả ức chế tốt phát triển vi khuẩn, nấm thời gian dài chạy thử nghiệm Ghi chú: Cơng trình ủng hộ dự án hợp tác Quốc tế Việt-Nga Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam (VAST.HTQT.NGA.08/13-14) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N Q Tuấn Khảo sát ô nhiễm vi sinh không khí phịng phẫu thuật, phịng hồi sức số bệnh viện Thành phố Hồ Chí Minh Y học TP Hồ Chí Minh Tập 14, Phụ số 2: 173-179 (2010) [2] Nguyễn Việt Dũng Nghiên cứu phát triển ứng dụng hệ thống xử lý ô nhiễm khơng khí TIOKRAFT sở vật liệu xúc tác quang TiO2 Báo cáo tổng kết nghiệm thu đề tài nghị định thư Việt Nam - LB Nga (2013) [3] Lê Thanh Sơn, Nguyễn Hoài Châu, Nghiêm Thị Mây Nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý ô nhiễm không khí sở xúc tác quang hóa Tạp chí hoạt động khoa học công nghệ Số 4,5&6,18 -23 (2013) Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2014 15 ... trước phủ nano bạc Màng xenlulo trước phủ nano bạc Màng PP sau phủ nano bạc Màng PU sau phủ nano bạc Màng PE sau phủ nano bạc Màng xenlulo sau phủ nano bạc Hình Hình nh t m màng tr
c sau ph nano. .. E.coli loại màng trước sau phủ nano bạc Kết thu cho thấy hiệu suất xử lý màng không phủ nano bạc 0% Cả loại màng PU, PE,PP xenlulo sau phủ nano bạc dung dịch nano bạc 500ppm đạt hiệu kháng khuẩn... nấm khơng khí, khơng khí qua màng, hạt bụi dễ dàng bị giữ lại sợi màng lọc theo nguyên lý lọc học, kéo theo vi khuẩn nấm bị giữ lại Theo Màng PP trước phủ nano bạc Màng PU trước phủ nano bạc Màng