Hiện nay, Clo là chất được sử dụng phổ biến trong khử trùng nước. Các nhà khoa học cho rằng, 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, 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.
Khử trùng nước là một thách thức quan trọng đối với nhân loại
TS Hóa học Peter Sherrell thuộc Đại học Melbourne Úc và PGS Andris Šutka thuộc Đại học Kỹ thuật Riga, Latvia cùng các đồng nghiệp đã tìm kiếm một giải pháp thay thế cho phương pháp lọc nước bằng clo thông thường 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.
Các nhà khoa học đã tổng hợp các hạt nano brownmillerite và thử nghiệm nó với một mẫu bùn thải thực. Kết quả cho thấy số lượng vi khuẩn trong mẫu bùn giảm từ hơn 5.000 con xuống chỉ còn 20 con trong vòng 30 phút mà 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. Bằng thực tế thử nghiệm đó chứng minh những hạt nano có hoạt tính kháng khuẩn rất cao.
Kết quả tương tự cũng được nhóm các nhà khoa học ghi nhận tại những lần kiểm tra tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm. Chỉ có một trong số một triệu vi khuẩn sống sót trong cùng thời gian 30 phút. Ngoài hiệu quả tiêu diệt vi khuẩn siêu nhanh, 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.
Nghiên cứu mới cho thấy 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 theo TS Sherrell, 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. 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. Tuy vậy quá trình tổng hợp này sẽ giải phóng CO2 và NOx và thường yêu cầu nhiệt độ cao hơn 1.000°C.
Các 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.
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. Khử trùng nước là một thách thức quan trọng đối với nhân loại. Cần phải có những phương pháp tiếp cận hiệu quả, rẻ, thân thiện với môi trường và không thúc đẩy trao đổi gene giữa các vi khuẩn.
