Khử trùng nước nhanh chóng bằng khoáng chất trong tự nhiên

Khoáng chất trong tự nhiên có tính kháng khuẩn cao

Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ước tính có 829.000 người thiệt mạng mỗi năm vì tiêu chảy do nước uống bị ô nhiễm, trong đó có nhiều trẻ em.

Với biến đổi khí hậu, gia tăng dân số và khan hiếm nước ngày càng tăng, việc tìm kiếm các chiến lược khử trùng nước hiệu quả và hợp lý là cần thiết để cải thiện sức khỏe và chất lượng cuộc sống.

TS Hóa học Peter Sherrell thuộc Đại học Melbourne Úc và PGS Andris Šutka thuộc Đại học Kỹ thuật Riga, Latvia và các đồng nghiệp đã tìm kiếm một giải pháp thay thế cho phương pháp lọc nước bằng clo thông thường.

Trả lời phỏng vấn Advanced Science News, TS Sherrell giải thích, khử trùng bằng clo có hiệu quả cao nhưng lại thúc đẩy trao đổi gene giữa các vi khuẩn dẫn đến gia tăng đột biến. Tình huống này tiềm ẩn nguy cơ gây ra sự phát triển các vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh trong nước, đe dọa nghiêm trọng hơn đến sức khỏe cộng đồng.

Nhóm nhà khoa học đã đề xuất một giải pháp thay thế, được gọi là brownmillerite. Đây là một khoáng chất oxit hiếm có công thức hóa học Ca2Fe2O5.

Khoáng chất trong tự nhiên có thể tìm thấy ở các mỏ khoáng sản hoặc tổng hợp khối lượng lớn với giá rẻ, có nhiều đặc tính xúc tác ấn tượng. 

Nhóm nhà khoa học đã tổng hợp các hạt nano brownmillerite, bằng thực tế thử nghiệm chứng minh hoạt tính kháng khuẩn cao của những hạt nano. TS Sherrell cho biết, thử nghiệm một mẫu bùn thải thực, số lượng vi khuẩn trong mẫu giảm từ hơn 5.000 con xuống chỉ còn 20 con trong vòng 30 phút.

Trong những lần kiểm tra tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm, chỉ có một trong số 1 triệu vi khuẩn sống sót trong cùng 30 phút. Ngoài hiệu quả này, chất xúc tác mới tương thích sinh học và không chứa bất kỳ thành phần nào độc hại đối với động thực vật - chỉ là canxi, sắt và oxy!

Bột nano tạo ra các loại gốc oxy

PGS Šutka cho biết, những hạt nano brownmillerite tạo ra các gốc oxy phản ứng mạnh khi có nước, có tác dụng tiêu diệt vi khuẩn với hiệu quả đáng kinh ngạc.

Điểm vượt trội của chất xúc tác là tạo ra một số lượng lớn các sản phẩm gốc oxy hóa mạnh rất nhanh, khiến vi khuẩn chết hàng loạt trong thời gian ngắn.

Phương pháp tiếp cận sử dụng bột nano tạo ra các loại gốc oxy phản ứng mạnh tiêu diệt vi khuẩn không phải mới. Nhưng TS Sherrell cho biết, cách chất xúc tác tạo ra những sản phẩm oxy hóa mạnh này rất độc đáo. Khi cho vào nước, chất xúc tác sẽ chuyển từ dạng bột xốp thành dạng tấm 2D - sự biến đổi cấu trúc này trước đây không được dự đoán và nghiên cứu.

Những hạt nano xúc tác được thử nghiệm trên bùn nước thải có độ đục cao, kết quả cho thấy bột nano làm giảm đáng kể nồng độ vi khuẩn, không cần đến các nguồn kích hoạt như tia UV hoặc phụ gia peroxide.

Chỉ cần khuấy bột nano brownmillerite vào mẫu nước, ngay cả trong bóng tối, vi khuẩn đã bị diệt trừ. 

Theo TS Sherrell nói, brownmellerit tổng hợp có thể thu được từ quá trình chế biến các nguyên liệu thô như nitrat kim loại, axit xitric, amoniac, hoặc thậm chí là rỉ sét. Nhưng quá trình tổng hợp này giải phóng CO2 và NOx và thường yêu cầu nhiệt độ cao hơn 1.000°C.

Nhóm nhà khoa học xác định, cần tiến hành nghiên cứu sâu để tìm kiếm các phương pháp sản xuất chất xúc tác kháng khuẩn ít xả thải carbon hơn, đồng thời thử nghiệm kiểm tra hoạt động của brownmillerit tự nhiên khi sử dụng làm chất xúc tác lọc nước. Nếu thành công, chất xúc tác lọc nước hiệu quả đã tồn tại ở quy mô lớn và có thể đơn giản là nghiền thành bột mịn đến cấp nano để sử dụng làm chất lọc nước thương mại quy mô lớn.