Nước uống không an toàn có liên quan đến việc lây truyền nhiều căn bệnh nguy hiểm, có thể phòng tránh được nhưng gây tử vong cho những người sống ở các vùng nghèo khó trên thế giới.

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 dồng nghiệp đồng 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 gen 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.

Trong một công trình nghiên cứu, được công bố trên Tạp chí Hệ thống Bền vững tiên tiến, nhóm nhà khoa học của TS Sherrell, PGS Šutka 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. Nhưng đặc tính kháng khuẩn của khoáng chấn chưa được nghiên cứu.

TS Sherrell cho biết: “Những chất xúc tác brownmillerit cung cấp một giải pháp thay thế thiết thực cho phương pháp khử trùng nước bẩn bằng clo. Khoáng chất dồi dào, rẻ và an toàn, cho phép khoáng chất sử dụng được ở những vùng nghèo, khó khăn. Do khoáng chất rất ổn định trong không khí, vật liệu có thể dễ dàng vận chuyển đến các địa điểm xa dưới dạng bột và thêm vào nước theo yêu cầu lọc. ”

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 5000 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!”

PGS Šutka nói thêm: “Điểm đáng chú ý là sự giải phóng gốc từ vật liệu nano oxit kim loại không có gì là ngoại lai. Điều tương tự cũng được xác định trong trường hợp sử dụng xúc tác ZnO. Nhưng chất xúc tác này hoạt động mạnh hơn và quá trình tiêu diệt vi khuẩn diễn ra nhanh hơn”.

Những hạt nano brownmillerite tạo ra các gốc oxy phản ứng mạnh khi có nước, có tác dụng tiêu diệt vi khuẩn. PGS Šutka cho biết: “Các sản phẩm oxy hóa này (các gốc oxy hóa mạnh) 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 chất 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 tối, vi khuẩn đã bị diệt trừ. Các nhà nghiên cứu viết rằng điều này đề cập trực tiếp đến Mục tiêu Phát triển Bền vững (Sustainable Development Goal) của Liên Hiêp Quốc về nước sạch và vệ sinh.

“Hiện nay, những thử nghiệm của chúng tôi sử dụng brownmillerite tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Nhưng khoáng chất này có rất nhiều trong tự nhiên”, 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 1000°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. TSS Sherrell kết luận: “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.