Ứng dụng vật liệu nano bạc trong xử lý nước sinh hoạt và ăn uống

Bài viết này nhằm mục đích đưa ra các vật liệu chứa nano bạc có triển vọng triển khai thực tế để chế tạo ra các cột lọc có khả năng lọc và diệt hoàn toàn vi khuẩn mà không bị hạn chế thời gian tiếp xúc có thể làm thay đổi quy trình xử lý nước truyền thống, làm tăng chất lượng nước sạch cho người dân cũng như bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO BẠC TRONG XỬ LÝ NƢỚC SINH HOẠT VÀ ĂN UỐNG Lại Văn Khánh GVHD: PGS.TS Huỳnh Phú Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Đại học Cơng nghệ TP.HCM (HUTECH), Việt Nam TĨM TẮT Bài báo nhằm mục đích đưa vật liệu chứa nano bạc có triển vọng triển khai thực tế để chế tạo cột lọc có khả lọc diệt hồn tồn vi khuẩn mà khơng bị hạn chế thời gian tiếp xúc làm thay đổi quy trình xử lý nước truyền thống, làm tăng chất lượng nước cho người dân bảo vệ sức khỏe cộng đồng Nano Ag+ hay Nano bạc hạt bạc có kích cỡ phân tử mức vi mơ từ 3-5 nanomet, gần với kích thước phân tử bạc có hiệu ứng bề mặt vơ lớn Nano bạc có electron lớp ngồi dễ dàng chuyển hóa liên tục thành dạng Ag Ag+ Chúng nhạy cảm với nhóm sunfate chuỗi peptits vi khuẩn nên phá hủy enzyme Tác dụng AND khiến vi khuẩn tái tạo, nhanh chóng bị tiêu diệt Từ khóa: Nano bạc (Ag), than hoạt hính, sứ xốp, xử lý nước ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày công nghệ nano phát triển mạnh mẽ ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác như: y học, sinh học, công nghệ xúc tác, công nghệ thông tin, xúc tác, quang học, dệt may, mỹ phẩm…trong cơng nghệ nano bạc nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm Nano bạc có nhiều tính chất khác hẳn với bạc khối tính chất quang, từ, điện…nhưng đặc trưng nano bạc tính kháng khuẩn Nano bạc có khả giết chết 650 loại vi khuẩn khác vòng phút Tất vi khuẩn khơng có dấu hiệu kháng nano bạc thế, hạt nano bạc khơng bị tác dụng Ngồi ra, hạt nano bạc giúp tạo oxygen hoạt tính từ khơng khí từ nước từ phá hủy màng tế bào vi khuẩn Các hạt nano bạc đưa vào chất dẻo ứng dụng rộng rãi đời sống Nano bạc đưa vào polymer polyetylen (PE), polypropylen (PP), loại giấy, vải… có khả diệt ba loại vi khuẩn: tụ cầu khuẩn vàng, Bacillus pneumoniae E Coli [ ] Nano Bạc hay Nano Ag+ có kích cỡ phân tử mức vi mô, từ 3-5 nanomet, khai thác phát triển từ công nghệ tiên tiến hàng đầu Nano bạc tiêu diệt vi khuẩn an toàn hiệu cách phá vỡ cấu trúc tế bào chúng, ngăn chặn phát triển chúng Nhờ có khả tuyệt vời ấy, công nghệ Nano Ag+ ứng dụng hiệu công nghiệp lọc nước đời sống ngày PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (i) Phương pháp hóa lý, điều kiện chân khơng sử dụng tác nhân tẩm bạc axetat Bằng phương pháp này, kết vật liệu nano Ag/Than hoạt tính chế tạo với hàm lượng bạc đạt thấp 0,97% (ii) Phương pháp thực nghiệm mơ hình (iii) Phương pháp so sánh 868 2.1 Chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính Tẩm dung dịch bạc sau siêu âm lên than hoạt tính cách đưa lượng nhỏ dung dịch chứa nano bạc vào than hoạt tính cho thấm ướt vừa đủ, nghiền, trộn vật liệu cối o nghiền, kết hợp với gia nhiệt 80 C vật liệu khô Tiếp tục đưa dung dịch chứa nano bạc vào theo cách hết để thu vật liệu nano Ag/Than hoạt tính có hàm lượng Ag theo phần trăm khối lượng sau: 0,1 %; 0,3 %; 0,5 %; 0,7 % % Hàm lượng bạc cao lựa chọn % theo khối lượng vật liệu than hoạt tính để đảm bảo phân bố đồng không bị co cụm o hạt nano bạc hình thành vật liệu mang Vật liệu sau tẩm xử lý nhiệt 180 C trong điều kiện hạn chế oxy Sau sấy, vật liệu rửa lại nước cất nhiều lần sấy o khô 100 C để tạo thành sản phẩm cuối [ ] Hình Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nano Ag/Than hoạt tính 2.2 Chế tạo vật liệu nano Ag/Sứ xốp Mẫu sứ xốp hoạt hóa cách sử dụng dung dịch piranha (chứa axit H2SO4 (98%) H2O2 (30%) theo tỷ lệ thể tích 3H2SO4:1H2O2) Mẫu rửa lại nước cất sau ngâm dung dịch APTES có nồng độ phần trăm khảo sát 1, 2, 4% thời gian 30 phút o Mẫu lấy sấy 105 C thời gian 60 phút Ngâm mẫu sứ xốp dung dịch chứa nano bạc 100 ppm 24 Mẫu sau ngâm lấy ra, rửa nước tiến hành rung siêu âm o máy để loại bỏ bạc không liên kết sấy khô 105 C để thu mẫu Ag/Sứ xốp Hình 2: Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu nano Ag/Sứ xốp 869 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Khả diệt khuẩn vật liệu Bảng 1: Khả diệt khuẩn E.coli mẫu Ag/Than hoạt tính theo hàm lượng bạc Mẫu Dung dịch đầu vào Nồng độ E.coli(cfu/ml) 1,5.10 5,4x10 4.9x10 6,7x10 6,5x10 6,7x10 Hiệu suất diệt khuẩn (%) 64,17 96,72 95,52 95,67 95,52 TAg1 TAg2 TAg3 TAg4 TAg5 3 Bảng 2: Khả diệt khuẩn E.coli mẫu Ag/Sứ xốp theo hàm lượng bạc Mẫu Dung dịch đầu vào Nồng độ E.coli (cfu/ml) 1,5.10 3,0.10 Hiệu suất diệt (%) 86,36 SX100ppm SX250ppm 4 SX500ppm 4,1.10 4,2.10 81,36 80,9 Vật liệu nano Ag/Than hoạt tính chế tạo với hạt nano bạc kim loại cố định chất mang than hoạt tính qua tương tác với nhóm cacboxyl bề mặt Các hạt nano bạc có kích thước từ 1025 nm, khơng thay đổi so với hạt nano bạc dung dịch chứa nano bạc ban đầu Vật liệu nano Ag/Sứ xốp chế tạo hương pháp đưa nano bạc kim loại lên vật liệu mang qua tương tác với nhóm chức amin bề mặt sứ xốp Hàm lượng bạc đưa lên mẫu sứ xốp đạt 0,085% khối lượng Các vật liệu có khả diệt 80% khuẩn E.coli với nồng độ khuẩn ban đầu 10 cfu/ml, thời gian tiếp xúc 10 phút Đây vật liệu chứa nano bạc có triển vọng triển khai thực tế để chế tạo cột lọc có khả lọc diệt hồn tồn vi khuẩn mà không bị hạn chế thời gian tiếp xúc 3.2 Ứng dụng vật liệu nano bạc vào công nghệ xử lý nƣớc sinh hoạt 3 3.2.1 Sơ đồ mô hình cơng nghệ cho thiết bị lọc nước cơng suất 1,5-2,0 m /h 3,0-4,0 m /h 3 Mô tả: Thiết bị lọc nước công suất 1,5 – 2,0 m /h 3,0 – 4,0 m /h gồm phận sau: - Thiết bị trộn - phản ứng: dạng ống xoắn ruột gà; thời gian lưu từ 30 – 60 giây; - Thiết bị lắng: sử dụng thùng bảo vệ thiết bị làm thiết bị lắng; thời gian lắng 30 – 45 phút; 870 3.2.2 Nguyên lý hoạt động Nước bơm cấp nguồn cấp vào thiết bị lọc số (tự động rửa lọc) (chảy qua thiết bị phản ứng) sau nước chảy sang thiết bị lọc số số Nước khỏi thiết bị lọc số có đường: đường cấp sử dụng trực tiếp cho sinh hoạt đường cấp sang thiết bị lọc Nano: Nước qua thiết bị nano lọc [ ] 3.2.3 Ưu nhược điểm công nghệ Ƣu điểm: (*) Thiết bị lọc Nano lọc nước thành nước ăn uống trực tiếp giữ lại loại muối khoáng tự nhiên chất vi lượng nước; (**) Hiệu suất sử dụng nước cao: khơng có nước thải Nhƣợc điểm: (-) Chi phí đầu tư vận hành cao so với mức sống người dân vùng nông thôn (-) Chỉ áp dụng nơi dân cư có mức sống cao khu vui chơi giải trí KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài nghiên cứu :” Ứng dụng vật liệu nano bạc xử lý nước sinh hoạt ăn uống” tác giả hoàn thành với kết thu sau: - Đưa vật liệu chứa nano bạc có triển vọng triển khai thực tế để chế tạo cột lọc có khả lọc diệt hồn tồn vi khuẩn mà khơng bị hạn chế thời gian tiếp xúc - Với khuẩn E.coli đầu vào 10 cfu/ml, vật liệu nano Ag/Than hoạt tính chế tạo có khả diệt khuẩn hồn tồn sau 120 phút Qua nghiên cứu cho thấy phương pháp tẩm nano bạc lên vật liệu than hoạt tính phương pháp phù hợp, cho hàm lượng bạc cao, kích thước nhỏ tối ưu điều kiện chế tạo Với có mặt nhóm cacboxyl bề mặt, hy vọng lưu giữ hạt nano bạc bề mặt than, cải thiện khả diệt khuẩn vật liệu - Đánh giá khả diệt khuẩn E.coli vật liệu chế tạo - Đưa sơ đồ công nghệ triển vọng để ứng dụng vào thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Thị Hoài Nam, et al Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc/than hoạt tính đánh giá khả khử khuẩn vật liệu s.l : Tạp chí khoa học [2] M Singh Nanotechnology in medicine and antibacterial effect of silver nanoparticles s.l : Digest Journal of Nanomaterrials and Biostru [3] N.H.Phú Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản s.l : nhà xuất khoa học kỹ thuật [4] Nguyễn Đình Kiên Cơng nghệ lọc nước lưu động sử dụng vật liệu Nano phục vụ cấp nước sinh hoạt cho vùng ngập lũ s.l : Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam [5] Nguyễn Ngọc Dung Giáo trình xử lý nước cấp s.l : Nhà xuất xây dựng [6] Nguyễn Ngọc Hùng Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc tính sát khuẩn s.l : Đại học quốc gia Hà Nội [7] Tổng quan công nghệ nano số nước châu Á – Thái Bình Dương Hà Nội : s.n [8] Trần Quang Vinh, et al Synthesis of some nano silver coated materials and their antibacterial performances against E.coli s.l : Tạp chí Hóa học [9] Trần Thị Bích Hạnh Nghiên cứu tổng hợp đánh giá khả khử khuẩn vật liệu nano bạc than hoạt tính s.l : Đại học quốc gia Hà Nội 871 ... thời gian thực đề tài nghiên cứu :” Ứng dụng vật liệu nano bạc xử lý nước sinh hoạt ăn uống? ?? tác giả hoàn thành với kết thu sau: - Đưa vật liệu chứa nano bạc có triển vọng triển khai thực tế... xúc 3.2 Ứng dụng vật liệu nano bạc vào công nghệ xử lý nƣớc sinh hoạt 3 3.2.1 Sơ đồ mơ hình công nghệ cho thiết bị lọc nước công suất 1,5-2,0 m /h 3,0-4,0 m /h 3 Mô tả: Thiết bị lọc nước công... Hàm lượng bạc cao lựa chọn % theo khối lượng vật liệu than hoạt tính để đảm bảo phân bố đồng không bị co cụm o hạt nano bạc hình thành vật liệu mang Vật liệu sau tẩm xử lý nhiệt 180 C trong điều