Chế tạo thành công màng lọc đa chức năng ứng dụng làm sạch không khí

Các nhà khoa học TP.HCM vừa hoàn thiện quy trình tổng hợp và chế tạo một loại vật liệu có khả năng hấp thụ đáng kể không khí chứa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và vi sinh, phù hợp để ứng dụng nhanh trong ngành y tế và một số lĩnh vực cần tức thời lọc không khí và kháng khuẩn trong môi trường.

Phòng khám nha khoa là những khu vực tiềm ẩn nguy cơ lây nhiễm cao do sự hiện diện của một lượng lớn các sol khí (aerosol) chứa các vi sinh vật sống (còn được gọi là sol khí sinh học  bioaerosol) được phát tán từ các khoang miệng của bệnh nhân đang được điều trị nha khoa.

Các báo cáo cho thấy mật độ của các hạt sol khí và giọt chất lỏng (giọt nước lỏng) bắn tung tóe là cao nhất trong một số công đoạn điều trị nha khoa như công đoạn cạo vôi răng hoặc công đoạn khoan trám răng. Những vi sinh vật sống được tìm thấy rất phổ biến trong phòng khám nha khoa là trực khuẩn mủ xanh, khuẩn tụ cầu vàng; và chúng là thủ phạm gây nhiễm khuẩn các cơ sở y tế và có khả năng gây tử vong cao.

Bên cạnh đó các vật tư tiêu hao, vật tư sát khuẩn nhanh thường phát thải một lượng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) nhất định như ethanol, formaldehyde. Tuy nhiên, việc làm sạch không khí trong phòng khám và điều trị nha khoa ở TP.HCM chưa được quan tâm đúng mức. Hầu hết các sol khí và VOCs phát tán ra môi trường ngoài phòng khám thông qua hệ thống thông gió. Việc xử lý tại chỗ các nguồn ô nhiễm này cần được quan tâm đúng mức khi mật đô dân cư thành phố cùng với vấn đề ô nhiễm không khí đang ở mức báo động.

Từ thực tế này, các nhà khoa học tại Trường Đại học Bách Khoa (ĐHQG TP.HCM) đã triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Chế tạo màng lọc đa chức năng ứng dụng làm sạch không khí chứa VOCs và vi sinh".

GS.TSKH. Lưu Cẩm Lộc - Chủ tịch Hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ thị phạm sản phẩm của nghiên cứu

TS. Trần Thụy Tuyết Mai - chủ nhiệm nhiệm vụ cho biết, nhóm đã thiết kết vật liệu co-doping Ag và Ni trên nền cryptomelane có khả năng oxy hóa hoàn toàn formaldehyde (~57% HCHO đã được xử lý) ở nhiệt độ phòng 30 độ C, độ ẩm 62 %. Hơn nữa vật liệu Ag/Ni-OMS-2 còn có khả năng kháng trực khuẩn mủ xanh và khuẩn tụ cầu vàng với đường kính vòng ức chế sự phát triển của vi khuẩn đạt 13 mm khi nồng độ Ag/Ni-OMS-2 phân tán 2g/L.

TS. Trần Thụy Tuyết Mai tại buổi báo cáo nghiệm thu nhiệm vụ

Những kết quả đạt được cho thấy Ag/Ni-OMS-2 là vật liệu tiềm năng cho màng lọc đa chức năng ứng dụng làm sạch không khí chứa VOCs và vi sinh. Trên cơ sở vật liệu Ag/Ni-OMS-2,  TS. Trần Thụy Tuyết Mai và cộng sự đã biến tính vật liệu cryptomelane với graphite bằng phương pháp đồng kết tủa. Kết quả vật liệu sau biến tính (Ng4) chứa 44,44% Mn; 1,62% K; 6,55% Ag; 0,05% Ni (% khối lượng, theo phân tích ICP-MS). Màng chế tạo từ vật liệu Ng4 có ứng suất Young 298 N/mm2.

Kết quả đánh giá hoạt tính xử lý hơi ethanol và hơi formaldehyde ở vùng nhiệt độ thấp (< 100 độ C) cho thấy ở nhiệt độ phản ứng 50 độ C, độ ẩm 65%, độ chuyển hóa tổng cộng formaldehyde tương ứng là 70 %. Ở nhiệt độ 50 độ C, màng chế tạo có khả năng xử lý ~25% ethanol trong suốt 56 giờ thử nghiệm. Màng Ng4 cũng có khả năng xử lý ~80% formaldehyde ở nhiệt độ phản ứng là 60 độ C.

Đáng chú ý, màng cryptomelane có khả năng kháng khuẩn tụ cầu vàng, trực khuẩn mủ xanh với đường kính vòng kháng khuẩn tương ứng là 11,2 ± 2,0 mm và 8,3 ± 0,2 mm. Ngoài ra màng chế tạo còn có khả năng kháng khuẩn Streptococci mutans với đường kính vòng kháng khuẩn là 8,1 ± 0,3 mm.

Kết quả thử nghiệm tại Viện vệ sinh y tế công cộng ghi nhận màng chế tạo có khả năng khuẩn  Shigella sonnei với độ rộng vùng ức chế là 2,2 mm và khả năng kháng Staphyl (tụ cầu vàng) với độ rộng vùng ức chế là 2,6 mm (theo phương pháp AATCC TM147-2011 (2016e)).

Kết quả đánh giá khả năng diệt khuẩn trên màng cryptomelane biến tính ghi nhận tỷ lệ suy giảm khuẩn sau 24 giờ là 100% (theo  phương pháp AATCC TM100-2019).

Sản phẩm màng/tấm lọc Mdoped cryptomelane kích thước 25x25 cm

Những kết quả bên trên cho thấy màng cryptomelane là màng đa chức năng có khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ (ethanol và formaldehyde) ở nhiệt độ thấp (<100 độ C) và có khả năng kháng chủng loại vi sinh gram âm, gram dương điển hình như khuẩn tụ cầu vàng và trực khuẩn mủ xanh. Hơn nữa màng chế tạo còn có khả năng kháng khuẩn lỵ Shigella sonnei và khuẩn gây bệnh sâu răng Streptococci mutans. Có thể nói, màng cryptomelane chế tạo có nhiều tiềm năng ứng dụng trong xử lý không khí cơ sở y tế, đồng thời bột cryptomelane chế tạo có thể ứng dụng làm vật liệu sơn phủ chứa lớp kháng khuẩn và xử lý không khí ô nhiễm trong môi trường y tế.

Các thành viên hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ trao đổi với đại diện nhóm nghiên cứu về kết quả của sản phẩm

Là một phần của nhiệm vụ, nhóm các nhà khoa học tại Trường Đại học Bách Khoa (TP.HCM) cũng đã hoàn thiện Quy trình tổng hợp vật liệu đa chức năng với các minh chứng về định danh vật liệu và khả năng oxy hóa hoàn toàn VOCs ở nhiệt độ thấp, cũng như khả năng kháng khuẩn tốt; và Quy trình chế tạo màng lọc không khí đa chức năng Mdoped cryptomelane.