3.1.4. Vai trò của HA trong vật liệu HA/N-TiO2
Như đã trình bày trong phần tổng quan, HA trong vật liệu HA/N-TiO2 có ba vai trị chính đó là: tạo khoảng khơng gian ngăn chặn TiO2 phá hủy sơn, tăng khả
năng hấp phụ và hỗ trợ phản ứng xúc tác quang. Qua phân tích đặc trưng của vật liệu HA/N-TiO2 mới chế tạo, ta thấy HA phủ trên bề mặt TiO2 làm tăng diện tích bề mặt riêng của vật liệu so với các vật liệu đã chế tạo trước đây, đồng thời HA cũng đã tạo một khoảng không gian ngăn TiO2 tiếp xúc trực tiếp với vật liệu khác. Trong phần này, thông qua phản ứng xử lý toluen nhằm làm sáng tỏ hơn khả năng của HA với vai trò hấp phụ và hỗ trợ phản ứng xúc tác quang trong vật liệu HA/N-
TiO2 mà luận án mới tổng hợp. Tiến hành các 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 = 8 giờ, nhiệt độ và độ ẩm ở điều kiện phịng. Kết quả thí nghiệm khảo sát vai trò của HA trong vật liệu HA/N- TiO2 được trình bày trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Các thí nghiệm khảo sát vai trị của HA trong vật liệu HA/N-TiO2
3.1.5. Độ bền hoạt tính xúc tác quang của vật liệu HA/N-TiO2
Độ bền quang xúc tác của vật liệu được khảo sát đánh giá định kỳ sau 5 lần thí nghiệm. Các điều kiện thí nghiệm tối ưu vừa khảo sát trên đây: HA/N-TiO2-
3h, PVC 25/1000g/ml, ρ=3,125g/m2 , C° ≈ 400μg/m3 , ánh sáng huỳnh quang 20w/m2 , t = 8 giờ. Kết quả khảo sát độ bền hoạt tính xúc tác của vật liệu HA/N- TiO2 được trình bày trong bảng 3.2. Kết quả cho thấy hiệu quả hấp phụ của vật liệu giảm theo số lần và thời gian sử dụng, đồng thời hiệu quả xúc tác quang hóa cũng giảm. Sau 20 lần sử dụng, hiệu quả giảm từ 93,5% xuống còn 78,6%. Sau 2 năm sử dụng, hiệu quả giảm xuống còn 70,5%. Sự suy giảm hiệu quả quang xúc tác của vật liệu HA/N-TiO2 có thể là do q trình vận chuyển các sản phẩm của phản ứng ra khỏi bề mặt vật liệu khơng được hồn tồn và do tác động của môi trường xung quanh.
Bảng 3.3 Độ bền xúc tác quang của vật liệu HA/N-TiO2
3.2. NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG DIỆT VI KHUẨN VÀ VINẤM CỦA DUNG DỊCH HA/N-TIO2 TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM NẤM CỦA DUNG DỊCH HA/N-TIO2 TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM
3.2.1. Đánh giá khả năng khử khuẩn của vật liệu HA/N-TiO2
Hỗn hợp các chủng vi khuẩn sử dụng trong quá trình thử nghiệm là 2 chủng vi khuẩn Gram dương B. cereus, S. areus và 2 chủng vi khuẩn Gram âm B. cepacia, E. coli. Dựa vào đặc điểm hình thái khuẩn lạc trên mơi trường thạch, có thể dễ dàng phân biệt các chủng như S. areus thuộc chủng khuẩn lạc trịn, kích thước trung bình và có màu vàng đặc trưng; chủng B. cereus khuẩn lạc khơ, bề mặt nhăn nheo, kích thước to và có màu trắng đục; chủng E. coli khuẩn lạc trịn nhỏ, có màu trắng sáng và chủng B. cepacia thì khuẩn lạc có bề mặt bóng ướt, kích thước trung bình và có màu trắng (hình 3.9). Q trình ni cấy các chủng vi khuẩn trên máy lắc và hỗn hợp các chủng vi khuẩn từ dịch pha trên môi trường HKTS được mô tả trong hình 3.9.
(a) (b) (c) (d) Hình 3.9: Hình thái khuẩn lạc các chủng vi khuẩn trên môi trường HKTS
a) Bacillus cereus, b) Staphylococus areus, c) Escherichia coli, d) Burkhoderia cepacia
Các chủng vi khuẩn sau khi hoạt hóa ni cấy trên máy lắc qua đêm, dịch ni cấy được lấy mẫu, pha lỗng, làm tiêu bản nhuộm màu và quan sát dưới kính hiển vi, sử dụng phương pháp định lượng trực tiếp bằng buồng đếm hồng cầu để xác định mật độ tế bào có trong 1 ml dịch nuôi cấy. Kết quả thu được dịch ni cấy các 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 lỗng và trộn đều dịch ni cấy các chủng vi khuẩn này để tạo hỗn hợp dung dịch vi khuẩn có mật độ tế bào khoảng 105 CFU/ml. Hỗn hợp dịch nuôi cấy này được 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 các chủng vi khuẩn trên máy lắc a) Q trình ni cấy các chủng vi khuẩn trên máy lắc b) Hỗn hợp các chủng vi khuẩn từ dich pha trên mơi trường HKTS
Hoạt tính diệt khuẩn của gạch phủ vật liệu nano theo thời gian chiếu sáng được đánh giá bằng phương pháp cấy vi sinh vật lên bề mặt gạch và rửa mẫu kiểm tra (hình 3.10). Xác định mật độ vi sinh vật trong hỗn hợp dung dịch cấy lên vật liệu theo phương pháp đếm khuẩn lạc cho thấy, dung dịch ban đầu có mật độ là A
9,45105 CFU/ml. Tổng số vi sinh vật trải lên mỗi viên gạch ban đầu là A x 0,3 2,8105 tế bào.
Theo kết quả đã khảo sát, vật liệu gạch có phủ dung dịch HA/N-TiO2 cho hiệu quả diệt khuẩn rõ rệt. Số lượng vi sinh vật đã giảm từ 100% xuống còn 53,6% sau 1h chiếu sáng, còn 27,3% sau 3h và là 4% sau 6h chiếu sáng. Hỗn hợp vi khuẩn hoàn toàn bị tiêu diệt sau 9h chiếu sáng.Tỷ lệ sống sót của vi sinh vật ở các mẫu gạch không chiếu sáng cũng giảm theo thời gian, giảm 20% sau 9 giờ với gạch đối chứng và 30% sau 9 giờ với gạch phủ sơn nano. Như vậy trong quá trình sản xuất gạch có thể có cả một số hóa chất hay tác nhân khác ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật
(a) (b)
Hình 3.11. Phủ vi sinh vật lên bề mặt vật liệu và lấy mẫu kiểm tra theo các mốc thời gian trong box cấy vô trùng.
a) Box cấy Clean Bench thao tác thí nghiệm
b) Hai mẫu gạch thí nghiệm trong điều kiện chiếu sáng và khơng chiếu sáng đặt trong box.
Kết quả khuẩn lạc các chủng vi khuẩn mọc trên đĩa thạch khi rửa 2 mẫu ở điều kiện chiếu sáng và trong bóng tối đều có đặc điểm chung là các khuẩn lạc
mọc trên môi trường chủ yếu là các chủng vi khuẩn gram dương S. areus và B. cereus.
Ở trong điều kiện tối, các chủng B. cereus cũng xuất hiện với tỷ lệ ít hơn, nhưng ở các mẫu xử lý chiếu sáng thì mọc chủ yếu là chủng cầu khuẩn gram dương S. areus. Với cường độ chiếu sáng liên tục trong 6 - 9 giờ, khoảng cách chiếu sáng 50 cm, lượng vi khuẩn bị diệt trên gạch phủ vật liệu nano đạt 96% -100%. Có thể nhận định ban đầu là vật liệu nano cho hiệu quả diệt khuẩn đối với các chủng vi khuẩn gram âm tốt hơn các chủng vi khuẩn gram dương.
3.2.2. Đánh giá khả năng diệt mem mốc của vật liệu HA/N-TiO2 đã chế tạo
- Để đánh giá khả năng diệt mem mốc, luận văn đã tiến hành thử nghiệm với 3 mẫu M1, M2 và M3 ở hai điều kiện có ánh sáng (M1S,M2S,M3S) và trong tối (M1T,M2T,M3T) đối với các viên gạch kích thước 10 cm x10 cm có tẩm phủ dung dịch HA/N-TiO2.
- Kết quả cho thấy, sau 1 giờ chiếu sáng bằng ánh sáng huỳnh quang, các mẫu M1-S, M2-S và M3-S có tỉ lệ mem mốc bị chết là 11,6%, 25% và 22% tương ứng, trong khi tỉ lệ mem mốc bị chết ở mẫu M2-T và M3-T lần lượt là 5% và 4%. Sau 3 – 9 giờ chiếu sáng, không phát hiện một khuẩn lạc nào trên các đĩa thạch SA cấy từ các mẫu M2-S và M3-S. Như vậy mem mốc đã bị chết hồn tồn và có thể thấy rằng, hoạt tính khử trùng của dung dịch HA/N-TiO2 tác động tới mem mốc mạnh hơn so với vi khuẩn thông thường. Với những kết quả thử nghiệm đã được trình bày như trên, chứng minh được HA/N-TiO2 có hoạt tính xúc tác quang hóa và có khả năng khử những loại VSV bám trên tường.
3.3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN, MEM MỐC CỦA DUNGDỊCH HA/N-TIO2 Ở QUY MÔ THỰC TẾ DỊCH HA/N-TIO2 Ở QUY MÔ THỰC TẾ
3.3.1. Lấy mẫu và định lượng vi sinh vật trong khơng khí
Chọn 3 vị trí lấy mẫu khơng khí trong phịng kín gồm đầu phịng, giữa phịng và cuối phịng. Tại mỗi vị trí, đặt đĩa thạch petri chứa 2 loại mơi trường HKTS và SDA tương ứng với các đối tượng vi khuẩn và nấm, đặt 3 đĩa mơi trường cho mỗi vị trí lấy mẫu để tính trung bình. Thời gian lấy mẫu 5 phút và 30 phút. Các mẫu được lấy tiến hành ủ mẫu, đếm số khuẩn lạc và xác định mật độ vi sinh trong khu vực.
Tại bề mặt tường, tiến hành lấy mẫu bằng que cấy tẩm bông ướt vô trùng, lấy từ 3 đến 5 vị trí trên bề mặt, diện tích điểm lấy mẫu là 2cm x 2cm. Ngay sau khi lấy, mẫu được hòa vào 10 ml dung dịch SPW, lấy 50 µl dung dịch này đưa vào các đĩa petri chứa môi trường HKTS và SDA ở các nồng độ pha loãng là 100 và 10-1.
Sau 2 đến 5 ngày ủ ở nhiệt độ phòng, mẫu được lấy để đếm số khuẩn lạc và tính kết quả.
Hiện trạng ban đầu bề mặt 1 bên tường của văn phịng của cơng ty TNHH thương mại và giải pháp kỹ thuật I-Green địa chỉ : BT16 lô 1 KDT Nam Thắng ngõ 67 Phùng Khoang, Trung Văn , Nam Từ Liêm, Hà Nội, đã bị nấm mốc bám xung quanh, mật độ vi khuẩn gần tương đương. Vì vậy đề tài đã chia mảng tường làm 3 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 và mẫu dung dịch diệt khuẩn của hãng Sơn nano 4.0
Khu vực 1(KV1): ở vị trí đầu để nguyên hiện trạng ban đầu của tường Khu vực 2 (KV2): sử dụng dung dịch của đề tài
Khu vực 3(KV3): sử dụng dung dịch diệt khuẩn của hãng
đầu, được xử lý và phủ bằng các loại dung dịch khác nhau, chiều dày lớp phủ rất mỏng cỡ vài micromet. Sau 1 tuần, tiến hành đo kiểm lại mật độ vi sinh vật trong khơng khí và trên bề mặt tường.
3.3.2. Đánh giá mật độ vi sinh vật, vi khuẩn trước khi sử dụng dung dịch
HA/N-TiO2
Bảng 3.1 là kết quả đánh giá hiện trạng ban đầu giữa các khu vực thử nghiệm tại văn phịng của cơng ty TNHH thương mại và giải pháp kỹ thuật I-Green địa chỉ : BT16 lô 1 KDT Nam Thắng ngõ 67 Phùng Khoang, Trung Văn , Nam Từ Liêm, Hà Nội, Kết quả cho thấy, vi khuẩn chủ đạo trên tường chủ yếu là vi khuẩn gram dương, men mốc và nấm mốc cũng xuất hiện.
Bảng 3.4: Kết quả đo kiểm hiện trạng môi trường trên bề mặt tường trước khi sử dụng sơn thử nghiệm và sơn thương mại
STT Chỉ tiêu Phương pháp phân tích Đơn vị Kết quả T1 T2 T3 1 Vi khuẩn Gram (-) TCVN 8129:2009 CFU/cm 2 2,30x106 2,66x106 2,40x106 2 Vi khuẩn Gram (+) TCVN 8129:2009 CFU/cm 2 6,50x105 5,80x105 6,25x105 3 Bào tử men mốc tổng số TCVN 8129:2009 CFU/cm 2 5,85x105 1,10x105 1,18x105
Vị trí lấy mẫu: Cơng ty TNHH Thương mại và giải pháp kỹ thuật I-Green –
Địa chỉ VP BT 16 Lô 1 KDT Nam Thắng, Ngõ 67 Phùng Khoang, Trung Văn, Nam Từ Liêm, TP Hà Nội
T1: Mẫu tường không phun sơn
T3: Mẫu tường trước khi sử dụng sản phẩm thương mại
3.3.2.1. Đánh giá mật độ vi sinh vật, nấm, vi khuẩn trước khi sử dụng dungdịch nano HA/N-TiO2 dịch nano HA/N-TiO2
a. Đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (-)
Kết quả đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (-) ở vị trí mẫu trắng ( KV T1), sơn của đề tài (KV T2) và mẫu sơn đối chứng (KV T3) tương đối đều sau: Mật độ vi khuẩn tại vị trí mẫu trắng là: 2,30x106 CFU/m2; tại vị trí dùng sơn nano HA/N TiO2 của đề tài là 2,66x106 CFU/m2 và tại vị trí dùng sơn đối chứng là 2,40x106
CFU/m2. Mật độ vi khuẩn trung bình trong khơng khí tại phịng là: 2,45x 106
CFU/m2. Nhìn vào kết quả ta có thể thấy mật độ vi khuẩn Gram(-) trong phịng giảm một chút ít theo chiều hướng đầu và hướng về phía cuối phịng, điều này có thể lý giải bởi tại khu vực mẫu sơn đối chứng (KV T3) của phịng là nơi có cửa lớn nên tác động bởi ánh sáng mặt trời sẽ làm giảm số lượng vi sinh vật tại khu vực này và tại khu vực mẫu trắng (KV T1) có gần bóng đèn điện chiều sáng.
b. Đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (+)
Kết quả đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (+) ở vị trí mẫu trắng ( KV T1), sơn nano HA/N TiO2 của đề tài (KV T2) và mẫu sơn đối chứng (KV T3) tương đối đều sau: Mật độ vi khuẩn tại vị trí mẫu trắng là: 6,50x105CFU/m2; tại vị trí dùng sơn của đề tài là 5,80x105CFU/m2 và tại vị trí dùng sơn đối chứng là 6,25x105 CFU/m2. Mật độ vi khuẩn Gram (+) trung bình trong khơng khí tại phịng là: 6,18x105 CFU/m2. Kết quả cho thấy nồng độ vi khuẩn Gram (+) khá cao vào ở vị trí dự kiến dùng sơn của đề tài thì lượng khuẩn Gram (+) thấp hơn sơ với 2 vị trí cịn lại.
c. Đánh giá mật độ bào tử men mốc
Kết quả đánh giá mật độ bào tử men nấm mốc ở vị trí mẫu trắng ( KV T1) cao hơn so với mật độ độ bào tử men nấm mốc ở vị trí ), sơn nano HA/N TiO2 của đề
tài (KV T2) và mẫu sơn đối chứng (KV T3). Cụ thể mật độ bào tử men nấm mốc ở vị trí mẫu trắng (KV T1) là 5,85x105CFU/m2 và tại vị trí dùng sơn của đề tài là 1,10x105CFU/m2 và tại vị trí dùng sơn đối chứng là 1,18x105 CFU/m2. Nồng độ
trung bình của mật độ bào tử men nấm mốc là 2,71 x105 CFU/m2
3.3.2.2. Đánh giá mật độ vi sinh vật, nấm, vi khuẩn khi sử dụng dung dịchnano HA/N-TiO2 nano HA/N-TiO2
- Bảng 3.2 là kết quả đánh giá hiện trạng của bề mặt sau 1 ngày sử dụng sơn phủ giữa các khu vực thử nghiệm tại văn phịng của cơng ty TNHH thương mại và giải pháp kỹ thuật I-Green địa chỉ : BT16 lô 1 KDT Nam Thắng ngõ 67 Phùng Khoang, Trung Văn , Nam Từ Liêm, Hà Nội,
Bảng 3.5: Kết quả đo kiểm hiện trạng môi trường trên bề mặt tường sau 1 ngày phun sơn
STT Chỉ tiêu Phương pháp phân tích Đơn vị Kết quả T1 T2 T3 1 Vi khuẩn Gram (-) TCVN 8129:2009 CFU/cm 2 2,10x106 1,27x105 5,50x105 2 Vi khuẩn Gram (+) TCVN 8129:2009 CFU/cm 2 6,33x105 1,30x104 1,21x105 3 Bào tử men mốc tổng số TCVN 8129:2009 CFU/cm 2 5,50x105 1,13x104 1,27x104
Vị trí lấy mẫu: Công ty TNHH Thương mại và giải pháp kỹ thuật I-Green –
Địa chỉ VP BT 16 Lô 1 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 và giải pháp kỹ thuật I-Green
T2: Mẫu tường sử dụng dung dịch của đề tài sau phun 7 ngày - Công ty TNHH thương mại và giải pháp kỹ thuật I-Green
T3: Mẫu tường sử dụng sản phẩm thương mại sau phun 7 ngày - Công ty TNHH thương mại và giải pháp kỹ thuật I-Green
- Từ các kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy, lượng vi khuẩn Gram(-), lượng vi khuẩn Gram (+) và bảo tử men mốc trên bề mặt được phun sơn phủ của đề tài
và sơn đối chứng đã giảm đáng kể so với bề mặt tường trước khi phun và bề mặt tường không được phun.
a. Đánh giá mật độ vi khuẩn Gram (-) sau khi phun dung dịch 7 ngày
Vị trí mẫu trắng (KV T1) lượng vi khuẩn Gram (-) giảm từ 2,30x106 xuống 2,10x106 lượng vi khuẩn Gram(-) giảm gần như khơng đáng kể. Tại vị trí sử dụng sơn nano HA/N TiO2 (KV T2) của đề tài lượng vi khuẩn Gram (-) giảm từ