Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo bộ tiền lọc phủ nano bạc ứng dụng trong thiết bị làm sạch không khí bằng xúc tác quang

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là điều chế dung dịch nano bạc bằng phương pháp hóa học dung dịch nước; Nghiên cứu phương pháp phủ nano bạc lên các màng lọc bụi để chế tạo bộ lọc tiền lọc phủ nano bạc. 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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo bộ tiền lọc phủ nano bạc ứng dụng trong thiết bị làm sạch không khí bằng xúc tác quang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- QUÁCH THỊ NGỌC HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ TIỀN LỌC PHỦ NANO BẠC ỨNG DỤNG TRONG THIẾT BỊ LÀM SẠCH KHÔNG KHÍ BẰNG XÚC TÁC QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội – Năm 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- QUÁCH THỊ NGỌC HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ TIỀN LỌC PHỦ NANO BẠC ỨNG DỤNG TRONG THIẾT BỊ LÀM SẠCH KHÔNG KHÍ BẰNG XÚC TÁC QUANG Chuyên ngành: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Người hướng dẫn 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Hà Người hướng dẫn 2:TS. Lê Thanh Sơn Hà Nội – Năm 2014
LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình, chu đáo của nhiều tập thể, cá nhân trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu. Qua đây, tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc của mình tới: PGS.TS Nguyễn Thị Hà – Trưởng Bộ môn Công nghệ môi trường – Trường ĐH Khoa học tự nhiên – ĐH Quốc Gia Hà Nội TS. Lê Thanh Sơn – Cán bộ Phòng Điện hóa – Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam Ban giám hiệu, phòng Sau đại học, các phòng ban chức năng – Trường ĐH Khoa học tự nhiên – ĐH Quốc Gia Hà Nội Các thầy cô của khoa Môi trường - Trường ĐH Khoa học tự nhiên – ĐH Quốc Gia Hà Nội PGS. TS. Nguyễn Hoài Châu – Viện trưởng Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam và các cán bộ công tác tại Phòng Điện hóa. Ban giám hiệu, các phòng ban chức năng, Bộ môn Y sinh Trường ĐH Sư phạm Thể dục Thể thao Hà Nội. Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với tất cả những sự giúp đỡ quý báu trên. TÁC GIẢ
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Quách Thị Ngọc Hà
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
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. 1
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. 2
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 3
Bình Dương là các nước đang phải chịu những tác động nặng nề nhất của ô nhiễm không khí trong nhà, theo thống kê có khoảng 3.3 triệu người chết liên quan đến các vấn đề ô nhiễm không khí trong nhà, trong số đó, 34% tử vong do đột quỵ, 26% do bệnh thiếu máu cục bộ, 22% do bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính, 12% do các bệnh lý hô hấp cấp tính ở trẻ em và 6% do ung thư phổi [39]. * Các thành phần gây ô nhiễm không khí: Bụi trong nhà có nguồn gốc từ bụi trong không khí bên ngoài, hoặc bắt nguồn từ khói thuốc, các quá trình sinh hoạt, làm việc, nấu nướng của con người, hay phát tán ra từ các đồ dùng gia đình và các vật liệu dùng trong xây dựng. Thành phần bụi trong nhà gồm chủ yếu là các hạt bụi lơ lửng, có kích thước nhỏ PM10, loại bụi này có thời gian tồn tại lâu trong không khí. Bụi được phân thành nhiều loại gồm có bụi vô cơ, bụi hữu cơ, bụi kim loại, bụi sợi, bụi có chứa thành phần vi sinh vật…, mỗi loại bụi kể trên lại có những tác động khác nhau đến sức khỏe con người [2]. Khảo sát chất lượng không khí tại 30 cao ốc, văn phòng trên địa bàn Hà Nội cho kết quả về lượng bụi tổng dao động từ 0,086 – 1,175 mg/m3 không khí và trung bình là 0.333 mg/m3 không khí, trong khi đó bụi hô hấp dao động từ 0.067 mg/m3 - 0.506 mg/m3 không khí, giá trị trung bình khoảng 0.208 mg/m3 không khí. Từ kết quả trên có thể thấy tỷ lệ bụi mịn hay bụi hô hấp chiếm khoảng 62% (tính theo các giá trị trung bình). Bụi ảnh hưởng toàn diện đến sức khỏe con người nhưng tác động nhiều nhất là đến hệ hô hấp của cơ thể con người đặc biệt là trẻ em, sự ảnh hưởng của bụi lên sức khỏe phụ thuộc nhiều vào kích thước và tính chất của nó. Các hạt bụi trong nhà thường có kích thước nhỏ ảnh hưởng lớn hơn đối với sức khỏe con người, do khả năng thâm nhập sâu vào hệ thống hô hấp và lắng đọng trong phổi, phế quản. Bụi gây ra các bệnh về đường hô hấp như ho, viêm mũi, viêm xoang, viêm họng, viêm phế quản, viêm phổi, gây bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính, nếu trong thành phần bụi chứa các phóng xạ thì làm tăng khả năng mắc ung thư phổi. Ngoài các tác động ở hệ hô hấp, bụi còn gây ra nhiều bệnh viêm nhiễm và dị ứng trên da và mắt, như dị ứng gây ngứa mắt, viêm biểu mô giác mạc, viêm kết mạc… Thời gian tiếp xúc bụi 4
liên tục, kéo dài có thể gây ra các bệnh về viêm đường hô hấp dưới, viêm đường tiêu hóa, nặng hơn nữa có thể gây ra viêm màng não, viêm tắc tĩnh mạch xoang trong và dẫn tới tử vong [18,26]. Khói thuốc là một nguồn ô nhiễm đặc thù, theo nghiên cứu, trong khói thuốc có trên 4000 hợp chất ở dạng khí và hạt, trong đó khoảng 40 hợp chất đã được chứng mình có khả năng gây ung thư. Các hợp chất VOCs ( Volatile Organic Compounds) là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, cấu tạo từ ít nguyên tử C trong phân tử gồm các hợp chất hydrocacbon nhẹ, hydrocacbon thơm, halogen hydrocacbon, hydrocacbon oxit nito, ancol, xeton, các hợp chất điển hình như formandehyd, benzen, clo hữu cơ, các freon, xeton, cồn, khí từ xăng dầu…. Không khí trong nhà có khoảng trên 100 hợp chất hữu cơ bay hơi khác nhau gồm các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân tạo. Các hợp chất VOCs có nguồn gốc tự nhiên thường phát tán ra từ các loại hoa quả, có thành phần chính là isoprene. Thành phần VOCs có nguồn gốc nhân tạo bắt nguồn từ các vật dụng trong nhà có sử dụng các dung môi hữu cơ trong quá trình sản xuất như dung môi hữu cơ như dung môi pha sơn, dung môi trong các chất tẩy rửa, thuốc diệt côn trùng, mỹ phẩm, nước hoa, nước xả vải, quần áo sau khi giặt khô,… Các hợp chất VOCs có nguồn gốc nhân tạo là thành phần chủ yếu gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người [15]. Do nhu cầu sử dụng các sản phẩm có khả năng sinh VOCs ngày càng tăng, thiết kế kiến trúc có xu hướng ngày càng khép kín để tiết kiệm nhiên liệu khiến lượng VOCs trong không khí trong nhà có nồng độ ngày càng cao hơn, lượng VOCs trong nhà cao hơn không khí bên ngoài khoảng 10 lần, thậm chí cao gấp 1000 lần tại thời điểm sau khi sơn tường [19]. Các chất VOCs có thể gây các ra những tác động ngắn hạn và dài hạn đối với sức khỏe con người, nhiều chất có khả năng gây ung thư như benzen, formandehyd, toluen… Các hợp chất này gây hại cho gan, thận, não và hệ thần kinh, có khả năng ảnh hưởng tới bộ máy di truyền và sức khỏe của thai nhi. Các khí VOCs còn là nguyên nhân sinh ra ozon trong không khí, ozon ở mặt đất là các chất có hại cho con người: 5
VOC + ánh sáng + NOx + O2 => NO + CO2 + H2 + O3 Thành phần chất gây ô nhiễm có nguồn gốc sinh học bao gồm nấm mốc, vi khuẩn, phấn hoa, lông vật nuôi… Vi khuẩn và nấm mốc phân bố rộng khắp trong không khí, và bám trên các hạt bụi lơ lửng. Với điều kiện khí hậu nóng ẩm ở nước ta, là điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn và nấm mốc phát triển mạnh. Trong đó, có những vi sinh vật có lợi, tham gia vào chu trình chuyển hóa vật chất, và có nhóm vi sinh vật gây hại, lây bệnh cho động thực vật, đặc biệt là lây bệnh cho con người. Ô nhiễm vi sinh vật ở môi trường không khí trong nhà đang ở mức đáng báo động. Một nghiên cứu đánh giá thực trạng chất lượng không khí trong nhà tại các tòa nhà và cao ốc ở Hà Nội cho thấy chỉ tiêu về vi sinh vật trong các không gian này cao gấp nhiều lần khuyến nghị [2]. Vi sinh vật là nguyên nhân gây các bệnh da liễu, bệnh về mắt, các bệnh lây truyền về đường hô hấp (lao, viêm phế quản…) và bệnh đường ruột (tả, lỵ, thương hàn…). Một số nhóm vi sinh vật có khả năng tạo bào tử có thể tồn tại rất lâu trong không khí làm tăng khả năng gây bệnh đối với con người, ví dụ thời gian tồn tại trong không khí của các vi khuẩn lao ở dạng bào tử là từ 3 đến 4 tháng. Khi nhắc đến hiện trạng nhiễm không khí trong nhà bên cạnh việc quan tâm đến sự ô nhiễm không khí trong các nhà ở, văn phòng, thì sự ô nhiễm ở các phòng chuyên môn cũng là vấn đề cần được chú trọng, đặc biệt là sự ô nhiễm vi sinh tại các khu vực như nhà hàng, khu mua sắm, bệnh viện … nơi con người tập trung đông, và nhiều nguồn lây nhiễm, tiềm ẩn nhiều tác động nguy hại với sức khỏe con người. Điển hình nhất là sự ô nhiễm vi sinh tại các phòng trong bệnh viện, nguồn gốc của các loại vi sinh vật đến từ bệnh nhân, người nhà bệnh nhân, các bác sỹ, nhân viên y tế, các dụng cụ y tế., quá trình nuôi cấy vi sinh vật để tiến hành các xét nghiệm. Thành phần và mật độ các loại VSV trong các phòng bệnh viện cũng phụ thuộc vào chuyên khoa và chức năng của phòng bệnh, số lượng bệnh nhân và người nhà bệnh nhân. Qua khảo sát về vi sinh vật trong phòng bệnh ở một số bệnh viện vấn đề cần chú ý là có xuất hiện của các vi sinh vật gây nhiễm khuẩn bệnh viện và có khả năng đa kháng thuốc kháng sinh, điển hình là cầu khuẩn Staphylococcus 6
aureus. Đây là loại tụ cầu Gram (+) không sinh nha bào, có khả năng kháng Methicelin, gây các bệnh như viêm da, viêm niêm mạc, nhiễm khuẩn huyết, viêm não, viêm phổi. Thành phần của các VSV trong các phòng bệnh viện chủ yếu các vi khuẩn trong không khí phòng là tụ cầu trên da – Straphylococcus epidermidis và một số vi khuẩn khác như Coagulase, Steptoscoccus, E. Coli, Tụ cầu vàng, Trực khuẩn mủ xanh, Bacilus sp, Klebsiella, trong đó, một số phòng tại các bệnh viện còn có xuất hiện các vi sinh vật gây nhiễm khuẩn bệnh viện và có khả năng đa kháng thuốc kháng sinh, điển hình là cầu khuẩn Staphylococcus aureus. Khảo sát tại 13 bệnh viện được khảo sát trong thành Hồ Chí Minh trong năm 2009 cho kết quả số lượng vi sinh vật trong các phòng mổ và phòng hồi sức cấp cứu của là từ 64,2 đến 1247,8 cfu/m3 và phần lớn tập trung trong khoảng 200 – 500 cfu/m3, trong số 33 phòng mổ và phòng hồi sức được khảo sát có 1 phòng mổ và 1 phòng hồi sức cấp cứu có sự hiện diện của vi khuẩn Staphylocoscus aureus. Các khảo sát tại các phòng bệnh viện ở các nước trên thế giới cũng cho thấy có sự ô nhiễm vi sinh vật (vi khuẩn và nấm), kể cả sự có mặt của các vi khuẩn gây nhiễm khuẩn bệnh viện, các vi khuẩn đa kháng sinh, kháng penicillin, chúng phân tán với mật độ thay đổi tùy thuộc các khu vực khác nhau của bệnh viện, nhưng cao nhất là ở các phòng mổ và khu sản khoa. [20-22,24]. Và nó trở thành một trong những thách thức và mối quan tâm hàng đầu tại các bệnh viện ở Việt Nam và trên thế giới. Nhiễm khuẩn bệnh viện (NKBV) là những nhiễm khuẩn mắc phải trong thời gian nằm viện, nhiễm khuẩn bệnh viện làm tăng tỷ lệ tử vong, kéo dài thời gian điều trị, thời gian nằm viện, tăng sử dụng kháng sinh, tăng đề kháng kháng sinh và kéo theo tăng chi phí điều trị. Theo điều tra năm 1998 tại 12 bệnh viện trong toàn quốc, tỷ lệ NKBV là 11,5% tổng số ca nhiễm khuẩn; năm 2001 tỷ lệ NKBV là 6,8% trong các ca nhiễm khuẩn được khảo sát tại 11 bệnh viện; năm 2005 tỷ lệ NKBV là 5,7% khi điều tra tại 19 bệnh viện, và biểu hiện thường gặp nhất là viêm phổi. Tại Việt Nam, mỗi năm vẫn có gần 700 nghìn bệnh nhân nhiễm trùng vết mổ do NKBV gây ra, kéo dài thời gian nằm viện trung bình của bệnh nhân từ 9 đến 24,3 ngày, đồng thời kéo theo tăng chi phí điều trị trung bình từ 2 - 32,3 triệu đồng/bệnh nhân. Tại Mỹ 7
hàng năm ước tính có 2 triệu bệnh nhân bị NKBV, làm 90000 người tử vong, làm tốn thêm 4,5 tỉ đôla viện phí. Như vậy, ô nhiễm không khí trong nhà có mức độ đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người, nếu không có những biện pháp cải thiện điều kiện môi trường không khí trong nhà, sức khỏe con người ngày càng phải chịu những tác động nghiêm trọng do các căn bệnh mãn tính, và bệnh nan y, và cả về mặt di truyền, suy giảm chất lượng đời sống xã hội. 1.2 Các thiết bị làm sạch không khí Để cải thiện và kiểm soát chất lượng không khí, từ lâu các công nghệ làm sạch không khí đã được quan tâm nghiên cứu, các công nghệ LSKK hiện nay bao gồm: các công nghệ truyền thống gồm các thiết bị LSKK dựa trên nguyên lý lọc, tiếp đến là sự phát triển của các thiết bị LSKK bằng ion hóa và LSKK bằng nguyên lý đốt cháy và công nghệ tiên tiến hiện nay là công nghệ LSKK ứng dụng nguyên lý xúc tác quang. *) Thiết bị làm sạch không khí ứng dụng công nghệ dựa trên nguyên lý lọc: Các thiết bị LSKK dựa trên nguyên lý lọc tách thành phần bụi ra khỏi pha khí, sử dụng các màng lọc để loại bỏ bụi và một phần vi sinh vật bám trên bụi. Các sợi lọc bắt bụi dựa trên các nguyên tắc cơ học: các hạt bụi có kích thước lớn hơn khe giữa các sợi nên bị kẹt lại; hạt bụi có kích lớn có quán tính lớn, khi bay vào các khe lọc va đập lên các sợi lọc và bị giữ lại; hạt bụi nhỏ và nhẹ khi bay tới bề mặt sợi lọc theo không khí lăn theo sợi lọc và bụi bám lại trên bề mặt sợi lọc, các hạt bụi nhỏ hơn 1µm bay lơ lửng trong không khí nếu tiếp xúc với sợi lọc bị giữ lại. Các sợi lọc được xử lý bề mặt để làm tăng hiệu quả bám dính. Hiệu suất lọc của bộ lọc phụ thuộc vào vận tốc dòng khí, kích cỡ hạt bụi, đường kính sợi lọc và mật độ sợi lọc [9]. *) Thiết bị làm sạch không khí ứng dụng công nghệ ion hóa: Các thiết bị LSKK bằng ion hóa dựa trên các phản ứng hóa học, sử dụng điện áp cao sinh ra các electron và gắn điện tích âm lên các hạt bui, bụi lơ lửng, khói thuốc và một số 8
VOCs sau đó các hạt bụi và hóa chất bị hút vào các bộ phận mang điện tích dương trong thiết bị bằng lực tĩnh điện. Hiệu suất của thiết bị phụ thuộc vào khả năng ion hóa bụi thiết bị, và khả năng hút điện tích âm của các bộ phận mang điện dương. Tuy nhiên, thiết bị có khả năng ion hóa oxi không khí tạo ra ozon là chất độc với sức khỏe con người và gây mùi khó chịu [9]. *) Thiết bị làm sạch không khí ứng dụng công nghệ đốt cháy: Thiết bị LSKK bằng nguyên lý đốt cháy sử dụng nhiệt độ cao, từ vài trăm đến 10000C hoặc sử dụng plasma để đốt cháy, phá hủy các phân tử, vi sinh vật và các chất độc hại trong không khí. Do nhiệt độ đốt cung cấp cho quá trình đốt cháy là rất cao so với nhiệt độ cháy của hầu hết các chất hữu cơ nên thiết bị có khả năng loại bỏ tối đa các phân tử hữu cơ độc hại, mùi khó chịu, khói thuốc và các vi sinh vật có trong môi trường. Tuy nhiên, thiết bị cũng có nhiều nhược điểm, đó là thời gian xử lý lâu, chỉ có hiệu quả xử lý cao trong các không gian hẹp, một số chất vô cơ độc hại có trong thành phần bụi không được xử lý, và máy có thể sinh ra ozon gây hại cho sức khỏe [9]. Thiết bị đã được đưa ra thị trường hiện nay có thể kể đến như có Airfree, Biozone Europe Air in space, Daikin.... *) Thiết bị làm sạch không khí bằng công nghệ xúc tác quang Các thiết bị LSKK theo công nghệ truyền thống còn xuất hiện khá nhiều nhược điểm, sự xuất hiện của công nghệ LSKK bằng XTQ trong thời gian gần đây cũng đã góp phần cải thiện được một số nhược điểm của các thiết bị truyền thống, về hiệu quả xử lý các chất VOCs và vi sinh vật. Công nghệ LSKK bằng xúc tác quang đã được đưa vào ứng dụng trong LSKK và đồng thời cũng đang được tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ. Từ phát hiện của Fujishima về hiệu ứng phân hủy quang hóa nước trên điện cực TiO2 và quá trình XTQH bắt đầu được quan tâm nghiên cứu rộng rãi, trong đó đặc biệt là vấn đề xử lý nước và không khí bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ và vô cơ có khả năng phân hủy bằng phản ứng quang hóa. 9