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

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