Tác động của các hạt nano TiO2 đối
với môi trường
Các sản phẩm được bọc phủ các hạt nano titan điôxit (nTiO2) thường có độ
trắng bóng thuần khiết. Do đó, từ những năm 1990 các nhà sản xuất đã bổ
sung hóa chất này vào nhiều loại sản phẩm tiêu dùng, ví dụ mỹ phẩm, sơn và
cả thực phẩm.
Sau khi sử dụng, nTiO2 thường bị thải ra sông ngòi thông qua các hệ thống
xử lý nước thải. Phần lớn các nghiên cứu về độc tính của nTiO2 từ trước đến
nay đều tập trung vào tác động của nó đối với sức khỏe của con người,
nhưng các nhà nghiên cứu môi trường thuộc Đại học Northeastern mới đây
đã tìm cách nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu nano này đối với sinh vật
sống ở dưới nước.
Các nhà nghiên cứu đã chọn Anabaena variabilis - một loại vi khuẩn lam
phổ biến, đôi khi còn gọi là tảo lam - vì nó có khả năng quang hợp và cố
định nitơ. Họ đã nuôi cấy vi khuẩn lam này trong các lượng huyền phù
nTiO2 khác nhau. Để đánh giá ảnh hưởng của các hạt nano, các nhà nghiên
cứu đã theo dõi những thay đổi trong sự phát triển và cấu trúc của các tế bào,
ví dụ quá trình sản xuất các hạt protein cyanophycin grana (CGP). Các khảo
sát trước đây cho thấy các sinh vật thường tổng hợp protein giàu nitơ này
trong những môi trường có ảnh hưởng bất lợi đến chúng.
Trong nghiên cứu trên, khi hàm lượng nTiO2 tương tự như trong nước thải
thì sự tăng trưởng của vi khuẩn Anabaena variabilis giảm 90%. Các nhà
nghiên cứu cũng quan sát thấy cỡ hạt CGP tăng lên theo hàm lượng hạt nano
và thời gian phơi nhiễm. Khi vi khuẩn bị phơi nhiễm mức TiO2 cao, trong
vòng 96 giờ các hạt CGP chiếm trên 16% diện tích mặt cắt ngang của tế bào,
so với dưới 1% ở nhóm đối chứng.
Các quan sát trên cho thấy nTiO2 có thể phá hủy chu kỳ cacbon và nitơ ở
các hệ sinh thái dưới nước. Trong thời gian tế bào tăng trưởng chậm, quá
trình quang hợp tạm dừng và sự hấp thụ CO2 của tế bào giảm. Mặt khác,
quá trình tổng hợp các hạt CGP sẽ đưa nitơ đã liên kết ra khỏi quá trình sản
xuất các hợp chất nitơ vô cơ mà vi khuẩn thường thải ra môi trường.
Tuy nhiên, độc tính của nTiO2 cũng có thể được ứng dụng trên thực tế,
chẳng hạn việc sử dụng nTiO2 để xử lý nước có thể giúp hạn chế sự phát
triển của vi khuẩn lam trong các hệ thống nước khép kín, ví dụ các tháp làm
lạnh.
Hầm mỏ, nhà máy và nông trại có thể tạo ra những loại rác đó. Chúng có thể
gây tác động xấu đối với sức khỏe con người và môi trường. Những biện
pháp lọc nước nhiễm kim loại nặng hiện nay đòi hỏi chi phí lớn. Ngoài ra
một số vật liệu được dùng trong quá trình lọc lại có thể gây ngộ độc cho
người.
Thiết bị lọc sử dụng vỏ chuối có thể sử dụng đến 11 lần mà không làm mất
tác dụng các protein liên kết kim loại, giúp loại bỏ kim loại nặng như đồng
và chì tích tụ trong mạch nước bị ô nhiễm bởi nước thải trang trại, quá trình
khai mỏ và các hoạt động công nghiệp.
Quá trình oxy hóa NH3 bằng O2 trên xúc tác Pt kim loại đã thu hút được rất
nhiều nghiên cứu trên thế giới. Nhiều cơ chế của phản ứng đã được đề nghị
từ trước 1960, tuy nhiên chúng chỉ được căn cứ trên các giả định vì thiếu các
bằng chứng thực nghiệm. Gần đây, Mieher và Ho đã tiến hành phân tích quá
trình oxy hóa NH3 trên Pt (111) bằng các kỹ thuật TPD (Temperature
programmed desorption), EELS (electron energy loss spectroscopy), LEED
(low energy electron diffraction). Các kỹ thuật này cho phép xác định được
các hợp chất trung gian trong suốt quá trình phản ứng. Nhờ đó, hai tác giả đã
kết luận quá trình phản ứng sẽ thông qua sự cắt đứt đơn giản NH3 bằng các
nguyên tử oxygen, theo sau đó là sự kết hợp giữa nguyên tử N với O để hình
thành NO, hoặc với chính các nguyên tử N để tạo thành N2 [3].