NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỐP TÍCH HỢP VI SINH VẬT VÀ MANG HẠT QUANG XÚC TÁC NHẰM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC NUÔI TÔM
Công nghệ sinh học
Luận án tập trung giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường nước trong nuôi thủy sản, bao gồm dư thừa hợp chất hữu cơ, nitơ vô cơ độc hại (amoni, nitrit), sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh và tồn dư kháng sinh. Các biện pháp xử lý truyền thống như quang xúc tác TiO2 và vi khuẩn chuyển hóa nitơ còn tồn tại hạn chế về hiệu quả dưới ánh sáng khả kiến, khó tách lọc và khả năng rửa trôi vi khuẩn.
Nghiên cứu này đặt mục tiêu chế tạo vật liệu xốp tích hợp vi khuẩn chuyển hóa nitơ và hạt quang xúc tác TiO2-Ag nhằm ức chế vi khuẩn gây bệnh, phân hủy kháng sinh, hợp chất hữu cơ và loại bỏ nitơ vô cơ trong nước nuôi tôm. Vật liệu đất sét giãn nở (Expanded Clay - EC) đã được chế tạo thành công bằng phương pháp nhiệt phân từ đất sét và vỏ trấu. Vật liệu EC có cấu trúc rỗng, xốp, nhẹ, nổi trên mặt nước và bề mặt nhám, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp chất quang xúc tác và vi khuẩn.
Quá trình tích hợp TiO2-Ag lên EC đã được tối ưu, tạo ra vật liệu quang xúc tác nổi có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến (700-800 nm) nhờ biến đổi TiO2 với hạt nano Ag. Vật liệu này cho thấy hiệu quả cao trong việc ức chế vi khuẩn gây bệnh (giảm mật độ từ 106 xuống <102 CFU/mL), xử lý COD (83-92%) và phân hủy >90% kháng sinh dư thừa. Ngoài ra, EC còn được cải tiến bằng cách phủ lớp polymer alginate chứa các dưỡng chất nano (N, P, K, C) để kích thích sự sinh trưởng và hình thành màng sinh học của vi khuẩn chuyển hóa nitơ. Nghiên cứu đã phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn khử nitrat/nitrit hiếu khí, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nitơ trong môi trường giàu oxy.
Đặc biệt, việc đồng tích hợp vật liệu EC mang hạt quang xúc tác TiO2-Ag và vi khuẩn khử nitrit đã tạo ra hệ vật liệu có khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh V. parahaemolyticus (99,93%) và loại bỏ đến 95% hàm lượng nitrit ô nhiễm trong nước.