Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng diệt khuẩn của oligome trên cơ sở guanidin trong xử lý nước nhiễm khuẩn

Hiện nay, người ta chủ yếu dùng cácchất diệt khuẩn truyền thống như: ác muối hypoclorit, khí clo, cloramin …Tuy nhiên, các chất diệt khuẩn này thường phải sử dụng với hàm lượng lớn, đặcb

LỜ M Đ

ôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu,kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bốtrong bất kỳ một công trình khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Việt ưng

Trân trọng cảm ơn các đồng chí Lãnh đạo, Chỉ huy Viện KH-CN quân sự, Phòng Đào tạo/Viện KH-CN quân sự, Viện Hóa học - Vật liệu/Viện KH-CN quân sự, các Thầy, Cô giáo trong và ngoài Quân đội, đặc biệt là các Thầy, Cô giáo của Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên nghiên cứu sinh hoàn thành bản luận án này.

Nghiên cứu sinh cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ trong suốt thời gian học tập

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Việt ưng

MỤ LỤ

Trang

DANH MỤC CÁC KÝ HI U, CHỮ VIẾT TẮT……… v

DANH MỤC CÁC B NG……… …… ……… viii

DANH MỤ ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ……… …….…… xi

MỞ ĐẦU……… ……… 1

ƯƠ 1 T NG QUAN……… ……… 4

1.1 Các nguồn nước thải nhiễm khuẩn……… ……… 4

1.1.1 ước thải sinh hoạt……… ……… 5

1.1.2 ước thải bệnh viện……… ……… 10

1.1.3 ước thải lò mổ gia súc, gia cầm……… ……… 12

1.2 ác phương pháp khử trùng nước thải nhiễm khuẩn… …… 13

1.3 Polyme và oligome diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất guanidin.……… 14

1.3.1 ặc điểm cấu tạo, tính chất và phân loại polyme diệt khuẩn……… 14

1.3.2 Oligome diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất guanidine……… 21

1.3.3 ơ chế và các phương pháp tổng hợp OHMG.HCl…… ………… 29

ƯƠ 2 ĐỐ TƯ ƯƠ ÁP NGHIÊN C U … 38

2.1 ối tượng nghiên cứu……… 38

2.2 hương pháp nghiên cứu……… 38

2.2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị……… 39

2.2.2 Quy trình tổng hợp, tinh chế OHMG.HCl ………….………… 40

2.2.3 ác phương pháp phân tích, xác định tính chất hóa lý, cấu trúc… 41

2.2.4 ác phương pháp đánh giá, thử nghiệm hoạt tính diệt khuẩn 45

2.2.5 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng diệt khuẩn của M l đối với nước nhiễm khuẩn… ……… ……… 48

ƯƠ 3 ẾT QU NGHIÊN C U VÀ TH O LUẬN …………

3.1 Kết quả nghiên cứu tổng hợp OHMG.HCl………… … … 3.1.1 Nghiên cứu khảo sát khả năng tổng hợp OHMG.HCl bằng phương

pháp trùng ngưng nóng chảy ……… 3.1.2 Nghiên cứu và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng

3.2 Kết quả phân tích cấu trúc và tính chất của OHMG.HCl… ……… 3.2.1 Kết quả phân tích cấu trúc của OHMG.HCl………….……….3.2.2 Kết quả phân tích tính chất và hoạt tính diệt khuẩn của

3.3 Kết quả thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl trong xử

lý nước thải……… ………… ………….……… 3.3.1 Kết quả xử lý nước sông Tô Lịch…… ……… ………3.3.2 Kết quả xử lý nước thải Bệnh viện a khoa ức Giang……

3.3.3 Kết quả xử lý nước thải lò mổ gia súc ở hùng Khoang…………

3.3.4 Kết quả đánh giá so sánh hiệu quả diệt khuẩn của OHMG.HCl và

cloramin B………

TÀI LI U THAM KH O…… ………… ……… PHỤ LỤC ……….

5151

51

576262

71

76768185

89959798112

DANH MỤC CÁC KÝ HI U, CHỮ VIẾT TẮT

1H NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton

(Proton nuclear magnetic resonance)

13C NMR Carbon-13 nuclear magnetic resonance

(Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C)BOD Nhu cầu oxy sinh học trong nước

(Biochemical Oxygen Demand)

(Nhu cầu oxy hóa học trong nước)COSY (Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều 1H-1H)

2D NMR include correlation spectroscopy

GHC Guanidin hydroclorit

(Gel permeation chromatography)

HSQC Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều 1H-13C

(Heteronuclear single quantum coherence)HOEGMA Oligo (etylen glycol) metacrylat

IR Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy)

(Most probable number)

MS Mass spectrometry (Phổ khối lượng)

MRSA Tụ cầu vàng kháng Methicillin

(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus )

Mw Khối lượng phân tử trung bình

(average Molecular weight)

NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

(Nuclear magnetic resonance)OHMG.HCl Oligohexametylen guanidin hydrocloritPAC Poly aluminium clorit

PET Poly (etylen terephtalat)

PHMG Polyhexametylen guanidin hydrocloritppm part per million (Phần triệu)

PTFE Poly (tetrafluoroetylen)

SBR Phản ứng sinh học liên tục

(Sequencing batch reactor)SEM Kính hiển vi điện tử quét

(Scanning electron microscopy)

SS Chất rắn lơ lửng (Suspended solids)TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua

(Transmission electron microscopy)TGA hương pháp phân tích nhiệt trọng lượng

MỤ B

Bảng 1.1: Kết quả quan trắc và phân tích nước sông Tô Lịch mùa khô……

Bảng 1.2: Kết quả quan trắc và phân tích nước sông Tô Lịch mùa mưa…

Bảng 1.3: Hiệu quả khử trùng qua các công đoạn trong CN xử lý nước thải

Bảng 1.4: ơ chế diệt khuẩn của một số biện pháp khử trùng phổ biến …

Bảng 1.5: Chế độ khử trùng một số đối tượng bằng dung dịch Biopag-D

Bảng 1.6: Sự phân bố sản phẩm theo thời gian phản ứng…… …………

Bảng 1.7: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến hoạt tính diệt khuẩn của

oligome……… ………

Bảng 2.1: Các chỉ tiêu xác định chất lượng nước……… ………

Bảng 3.1: Kết quả đo phổ hồng ngoại của quá trình tổng hợp OHMG.HCl

Bảng 3.2: Khối lượng phân tử của M l thu được trong nghiên cứu

Bảng 3.3: ộ nhớt nội của dung dịch OHMG.HCl có khối lượng phân tử

khác nhau ……… ……… ………

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến độ tan của OHMG.HCl

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến khả năng diệt khuẩn

E.coli của OHMG.HCl………….………

Bảng 3 : Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến khối lượng phân tử trung

bình của OHMG.HCl………

Bảng 3 : Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khối lượng phân tử

trung bình của OHMG.HCl……… ………

Trang6713142634

35485354

5556

57

58

60

Bảng 3 : Ảnh hưởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng đến khối lượng

phân tử trung ình của OHMG.HCl……… …………

Bảng 3.9: Kết quả so pic phổ hồng ngoại của OHMG.HCl… ………… Bảng 3.10: Kết quả quy ghép tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C-NMR

Bảng 3.11: Kết quả thử nghiệm khả năng kháng khuẩn của M HCl

Bảng 3.12: Sự phát triển của E coli theo nồng độ OHMG.HCl……… Bảng 3.13: ự phát triển của vi khuẩn E coli theo phương pháp M ……Bảng 3.14: Tính chất hóa lý của sản phẩm OHMG.HCl ……… Bảng 3.15: ặc tính của nước sông Tô Lịch……… … ………

Bảng 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng M l đến hiệu quả diệt khuẩn Bảng 3.17: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy và thời gian đến hiệu quả diệt khuẩnBảng 3.18: Ảnh hưởng của cặn lơ lửng của nước sông Tô Lịch……… …Bảng 3.19: Ảnh hưởng của p đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl

Bảng 3.20: ặc tính của nước thải Bệnh viện a khoa ức Giang… … Bảng 3.21: Ảnh hưởng của nồng độ OHMG.HCl và thời gian đến hiệu quảdiệt khuẩn……… Bảng 3.22: Ảnh hưởng của cặn lơ lửng của nước thải Bệnh viện a khoa

ức iang đến thời gian diệt khuẩn……… ……… Bảng 3.23: Ảnh hưởng của p đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl

Bảng 3.24: ặc tính cơ ản của nước thải lò mổ gia súc Phùng Khoang…

Bảng 3.25: ặc tính của nước thải lò mổ gia súc Phùng Khoang qua xử lý

với PAC…….………

61646672737476777879808182

83

848586

87

Bảng 3.26: Ảnh hưởng của nồng độ OHMG.HCl đến hiệu quả diệt khuẩn 88Bảng 3.27: Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả diệt khuẩn của OHMG.HCl 89Bảng 3.28: Kết quả chỉ số MIC của cloramin B và OHMG.HCl ………… 90Bảng 3.29: Kết quả chỉ số MBC của cloramin B và OHMG.HCl ……… 90

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ

TrangHình 1.1: ơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt……… 8Hình 1.2: ơ đồ hệ thống xử lý nước thải tại Bệnh viện a khoa ức Giang 11Hình 1.3: Copolyme pyridin-metacrylat (a) và Polyoxazolin (b)………… 16Hình 1.4: Một số polyme có nguyên tử nitơ ậc 4 trong mạch chính……… 16Hình 1.5: ác polyme đa ion liên hợp ……… 16Hình 1.6: iguanidin (a) và uanidin ( )……… ……… 17Hình 1.7: Chuỗi peptit tổng hợp……….……… 18Hình 1.8: Polyme có mạch chính là arylamid (A) và phenylen etylen (B)… 18Hình 1.9: Hợp chất chứa vòng N-cloramin dùng để biến tính sợi nylon và

polyeste.………….……… 20Hình 1.10: Công thức cấu tạo của OHMG.HCl……… … ………… 22

Hình 1.11: Quá trình tiêu diệt vi khuẩn E coli bằng dung dịch OHMG.HCl

nồng độ 15 ppm sau 10 phút ……….……… 24Hình 1.12: ơ chế phản ứng tổng hợp OHMG.HCl theo S.A Stel’mah…… 29Hình 1.13: Phản ứng tổng hợp oligo(hexametylen) guanidin hydroclorit… 30Hình 1.14: Phản ứng tổng hợp OHMG.HCl phân nhánh……… ………… 30Hình 1.15: Phản ứng tổng hợp polybiguanidin……… 31Hình 1.16: Phản ứng tổng hợp E - PHDGC ……… ……… 32Hình 1.17: Một số dạng sản phẩmM HCl………….……… 33Hình 1.18: Phản ứng tổng hợp OHMG.HCl mạch thẳng dùng HMDA…… 34

Hình 2.1: Hệ thiết bị phản ứng tổng hợp OHMG.HCl……….………

Hình 2.2: Thí nghiệm khả năng diệt khuẩn nước thải của OHMG.HCl……

Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của guanidin hydroclorit…….………

Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của hexametylendiamin…….……… ……

Hình 3.3: Phổ hồng ngoại của OHMG.HCl……… … ………

Hình 3.4: Phổ 1H-NMR của mẫu OHMG.HCl tổng hợp……… ……

Hình 3.5: ồ thị quan hệ khối lượng phân tử đến độ nhớt nội của dung dịch OHMG.HCl

Hình 3.6: ồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tới khối lượng phân tử OHMG.HCl

Hình 3.7: ồ thị ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới khối lượng phân tử OHMG.HCl ………

41 49 52 52 53 54 55 58 60 Hình 3.8: ồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ [ M ]:[] đến khối lượng phân tử OHMG.HCl……… 61

Hình 3.9: Phổ hồng ngoại của mẫu M HCl của Liên bang Nga.…… 63

Hình 3.10: Phổ hồng ngoại của mẫu M HCl tổng hợp……… … 63

Hình 3.11: Phổ 1H-NMR của mẫu OHMG.HCl tổng hợp ….…….……… 64

Hình 3.12: Phổ 13C-NMR của mẫu OHMG.HCl tổng hợp…… ….……… 65

Hình 3.13: Công thức cấu tạo (dự kiến) của OHMG.HCl tổng hợp…….… 65

Hình 3.14: hổ khối lượng của OHMG.HCl tổng hợp…….……… 67

Hình 3.15: hổ khối lượng của PHMG.HCl tổng hợp theo Dafu Wei, cộng sự 67

Hình 3.16: hổ của OHMG.HCl tổng hợp……… ……… 68

Hình 3.17: hổ của OHMG.HCl tổng hợp……… ………… 69Hình 3.18: Công thức phân tử OHMG.HCl tổng hợp……….……… 69Hình 3.19: Giản đồ sắc ký gel của OHMG.HCl tổng hợp……… 70Hình 3.20: Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu OHMG.HCl tổng hợp…….… 71Hình 3.21:ng kháng khuẩn củaM l ở các nồng độ khác nhau

đối với các chủng vi khuẩn B subtilis; E coli; S cerevisiae………. 72Hình 3.22: Thử nghiệm nồng độ kháng khuẩn của sản phẩm OHMG.HCl 73Hình 3.23: Thử nghiệm thời gian diệt khuẩn của sản phẩmM l… 74Hình 3.24: ơ đồ quy trình tổng hợp OHMG.HCl quy mô phòng thí nghiệm 75

Hình 3.25: Ảnh SEM sự tồn dư của E coli sau quá trình diệt khuẩn 91

Hình 3.26: Ảnh TEM mẫu xử lý E.coli sử dụng OHMG.HCl nồng độ5 ppm 92Hình 3.27: Giản đồphổsắc ký lỏng của mẫu nước thải sử dụng OHMG.HCl

Hình 3.28: Phổ MS của mẫu thử nghiệm diệt khuẩn với tác nhân cloramin … 94

MỞ ĐẦ

ấn đề vệ sinh môi trường đ và đang được x hội đặc iệt quan tâm do liênquan trực tiếp đến sức khỏe con người và sinh thái môi trường ự ô nhiễm nguồnnước do nước thải của các nhà máy và nước thải sinh hoạt chứa các vi

sinh vật gây ệnh là nguyên nhân chính gây ra các ổ dịch ệnh, ảnh hưởng trựctiếp đến sức khỏe con người Một trong các cách hiệu quả để khống chế các ệnhtruyền nhiễm là tiếp cận nhằm kiểm soát sự lây nhiễm và phát triển vật liệu đểngăn chặn sự cư trú của vi khuẩn trên ề mặt vật liệu trong nỗ lực ngăn ngừa sựtăng trưởng tràn lan của chúng [1], [16] Hiện nay, người ta chủ yếu dùng cácchất diệt khuẩn truyền thống như: ác muối hypoclorit, khí clo, cloramin …Tuy nhiên, các chất diệt khuẩn này thường phải sử dụng với hàm lượng lớn, đặcbiệt khi khử trùng nước chúng thường sinh ra các hợp chất chứa clo có hại trựctiếp đến sức khỏe của người và sinh vật sử dụng nguồn nước đó [2], [4] ì vậy,các sản phẩm diệt khuẩn mới, có hiệu lực diệt khuẩn cao, ít độc hại, không tạo racác sản phẩm phụ nguy hiểm trong quá trình xử lý, dễ sử dụng và thân thiện vớimôi trường đ và đang là mục tiêu nghiên cứu của nhiều đơn vị trong và ngoàinước Gần đây, có ba loại siêu phân tử kháng khuẩn đang được nghiên cứu nhiềugần đây, ao gồm peptidomimetic kháng khuẩn, polyme và oligome kháng khuẩnamphiphilic và các loại polyme sinh học không ion [51] rong đó,

Hexametylen guanidin hydroclorit (OHMG.HCl) là một loại oligome cationđang được nghiên cứu, áp dụng làm chất diệt khuẩn trong y tế và công nghiệp,

do có phổ diệt khuẩn rộng, nồng độ sử dụng thấp và hoạt tính diệt khuẩn cao Cụthể, đã có một số kết quả thử nghiệm đánh giá khả năng diệt khuẩn củapolyhexametylen guanidin hydroclorit Năm 2008, Bộ Y tế Liên bang Nga đ rachỉ định sử dụng chất diệt khuẩn này vào thực tế theo hướng dẫn của ác sĩ Onishchenco thuộc hiệp hội ác sĩ Liên bang Nga [52]; ở nh có đăng ký phátminh được công bố vào tháng 3 năm 2011 ( K patent 2341352) của tác giả

Thomas Brian Chapman [93]; nhóm tác giả Mathias K Oulé, Richard Azinwi,Anne-MarieBernier, ano Ka lan được công bố trên tạp chí Y sinh quốc tế năm

2012 [73] và gần đây nhất (năm 201 ) nhóm tác giả Firdessa, Amstalden,Chindera, Kamaruzzaman đ đưa vào phân loại thuốc chữa vết thương của FDA[49]

Ở nước ta hiện nay đ có những ứng dụng chất diệt khuẩn trên cơ sở hợpchất guanidin ước đầu cho kết quả khả quan Tuy nhiên, chưa có công ố nào vềphương pháp, điều kiện tổng hợp oligome diệt khuẩn của các hợp trên cơ sở hợpchất guanidin này

ây chính là các căn cứ để nghiên cứu sinh lựa chọn và đề xuất đề tài

luận án “Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng diệt khuẩn của oligome trên cơ sở guanidin trong xử lý nước nhiễm khuẩn”.

* Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

+ Tổng hợp thành công cũng như làm rõ được cơ sở khoa học về điều kiện tổng hợp oligome diệt khuẩn trên cơ sở guanidin

+ ánh giá được hiệu quả, khả năng diệt khuẩn của oligome guanidin tổng hợp trong xử lý nước nhiễm khuẩn

* i ung nghiên cứu chính của luận án:

+ Tổng quan tài liệu về: Các nguồn nước nhiễm khuẩn, các phương pháp,hóa chất diệt khuẩn phổ biến; Tình hình nghiên cứu ứng dụng, phương pháptổng hợp chất diệt khuẩn trên cơ sở guanidin

+ Nghiên cứu làm rõ các vấn đề liên quan đến cơ chế tổng hợp cũng nhưphương pháp và các điều kiện tổng hợp oligome diệt khuẩn trên cơ sở guanidin,nhằm thu được sản phẩm có hiệu suất cao, có khối lượng phân tử phù hợp chomục đích xử lý nước nhiễm khuẩn

+ Nghiên cứu đánh giá khả năng diệt khuẩn của oligome tổng hợp trong

xử lý nước nhiễm khuẩn

+ Nghiên cứu so sánh hiệu quả diệt khuẩn và tính thân thiện môi trường của oligome tổng hợp và chất diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất của clo

Ý ngh a h a h c và th c tiễn của uận n:

+ hế tạo thành công và làm rõ được cơ chế, cơ sở khoa học về điều kiện của phản ứng tổng hợp oligome diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất của guanidin

+ Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng diệt khuẩn của oligome tổng hợptrong xử lý các nguồn nước nhiễm khuẩn, cho thấy tính hiệu quả và thân thiệnmôi trường so với các chất diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất clo Kết quả của luận

án góp phần đa dạng hóa các sản phẩm diệt khuẩn sử dụng trong xử lý nước thảinhiễm khuẩn ở điều kiện thực tiễn của Việt Nam

* Bố cục của luận án:

Luận án được trình bày thành các phần và chương sau:

Phần mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết, mục tiêu, nội dung nghiên cứu và

ý nghĩa của luận án

hương 1: ổng quan về nước thải nhiễm khuẩn và quy trình xử lý nướcthải (nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải lò mổ…), vật liệu vàhóa chất diệt khuẩn cho nước thải, phương pháp chế tạo và ứng dụng vật liệudiệt khuẩn của oligome trên cơ sở guanidin

hương 2: ối tượng và phương pháp nghiên cứu

hương 3: Kết quả và thảo luận

Kết luận

Tài liệu tham khảo

ƯƠ 1 T

1.1 c nguồn nước thải nhiễm huẩn

Vi sinh vật có mặt trong môi trường nước ở nhiều dạng khác nhau, bêncạnh các vi sinh vật có ích, còn có nhiều vi sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnhcho người và sinh vật Trong số này, đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vikhuẩn và ký sinh trùng gây bệnh, như: các loại ký sinh trùng bệnh tả, lỵ, thươnghàn, sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn viêm não Nhật Bản, giun

đỏ, trứng giun Nguồn gây ô nhiễm sinh học đối với môi trường nước chủ yếu

là nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất, nước thải các bệnh viện, xác sinh vật

và phân rác [7], [24]

ể đánh giá chất lượng nước dưới góc độ ô nhiễm vi sinh vật, người ta

thường dùng chỉ số coliform ây là chỉ số phản ánh số lượng vi khuẩn coliform

trong nước Loại vi khuẩn này thường không gây bệnh cho người và sinh vật,nhưng chúng biểu hiện sự ô nhiễm nước bởi các tác nhân sinh học [8-9]

iện nay, các nguồn nước thải nhiễm khuẩn thường gặp nhiều ở các nướcđang phát triển và chậm phát triển trên thế giới cũng như ở nước ta rong đó,hai nguồn nước nhiễm khuẩn tiêu iểu là: nước thải sinh hoạt và nước thải ệnhviện heo áo cáo của gân hàng thế giới năm 1992, nước ị ô nhiễm vi sinhvật gây ra ệnh tiêu chảy làm chết 3 triệu người và 900 triệu người mắc ệnhmỗi năm heo thống kê của Bộ Y tế thì hơn 0 % các ệnh truyền nhiễm ởnước ta có liên quan đến nguồn nước.ặc iệt là trong thời gian gần đây các ệnhliên quan đến nguồn nước như tiêu chảy, tả gia tăng mạnh và đ tạo thành ệnhdịch trong các khu dân cư [12], [15]

1.1.1 Nước thải sinh hoạt

1.1.1.1 Đặc điểm nước thải sinh hoạt

ước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mụcđích sinh hoạt của cộng đồng, như: tắm, giặt, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân… húngthường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, chợ và các công trìnhcông cộng ượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộcvào mức sống và thói quen của người dân ượng nước thải sinh hoạt của khu dân

cư được xác định trên cơ sở nước cấp hông thường tiêu chuẩn nước thải sinhhoạt lấy bằng 80 - 90 % lượng nước được cấp cho mục đích này goài ra, lượngnước thải sinh hoạt của khu dân cư c n phụ thuộc điều kiện trang thiết bị vệ sinhnhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của người dân

ặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (50 - 55 % tổnglượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh ồngthời trong nước thải sinh hoạt có nhiều vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ, cần thiếtcho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nước [10]

ước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình như sau: COD

= 500 mg/L, BOD5 = 250 mg/L, SS = 220 mg/L, photpho = 8 mg/L, nitơ amoni

và nitơ hữu cơ = 40 mg/L, pH = 6,8; TS = 720 mg/L hư vậy nước thải sinh hoạt

có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao, đôi khi vượt cả yêu cầu cho quá trình xử

lý sinh học hông thường các quá trình xử lý sinh học cần các chất

dinh dưỡng theo tỷ lệ sau: BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 Một tính chất đặc trưngnữa của nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bịphân hủy bởi các vi sinh vật và khoảng 20 – 40 % BOD thoát ra khỏi các quátrình xử lý sinh học cùng với bùn Ngày nay, việc thay thế xà phòng bằng chấttẩy rửa tổng hợp làm giảm hàm lượng chất éo trong nước thải, song cũng làmảnh hưởng lớn đến các vi sinh vật trong nước rong nước thải đô thị tổng số

coliform từ 106 đến 109 MPN/100ml, fecal coliform từ 104 đến 107 MPN/100ml

[22-23]

ối với nước ta hiện nay, nước thải sinh hoạt của các hộ dân rất ít đượcthu gom, xử lý mà chủ yếu được thải trực tiếp ra môi trường, dẫn đến cácnguồn nước mặt như: ao, hồ, sông, suối ở nhiều nơi ị ô nhiễm nghiêm trọng

ặc biệt là các sông, hồ thuộc các thành phố lớn như Hà Nội và Hồ Chí Minh[14-15]

Kết quả quan trắc nước sông Tô Lịch theo mùa của Trung tâm Quan trắc

và Phân tích Tài nguyên môi trường - Sở TN&MT Hà Nội tiến hành năm 2013được đưa ra ở bảng 1.1 và bảng 1.2 dưới đây

Bảng 1.1: Kết quả quan trắc nước sông Tô Lịch mùa khô năm 2013

Bảng 1.2: Kết quả quan trắc nước sông Tô Lịch mùa mưa ĂM 2013

hốt pho

7 tổng mg/L 1,68 2,97 3,12 3,05 3,26 2,87 2,56 (∑ )

-8 ito tổng mg/L 30,5 8,9 28,9 24,5 28,4 50,9 27,5 ( )

-9 Asen mg/L 0,0110 0,0344 0,0071 0,0088 0,0069 0,0110 0,0110 0,05 (As)

hủy

10 ngân mg/L 0,0010 0,0004 0,0002 0,0004 0,0016 0,0006 0,0021 0,001 (Hg)

12 hất mg/L 1,0472 2,0141 1,6336 3,2096 0,6898 0,9328 1,0513 0,4tẩy rửa

13 Coliform MPN/ 1,7x105 1,1x106 8,3x105 4,3x106 5,0x105 1,0x106 7,0x105 7,5x103

tổng số 100ml

Kết quả quan trắc cho thấy: ượng ôxy hòa tan (DO) thấp hơn 2 lần so vớiquy chuẩn; Nhu cầu ôxy hóa học trong nước (COD), ôxy sinh học trong nước(BOD5), khuẩn coliform trong nước, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng dầu, mỡ,hàm lượng amoni (NH4+)… đều vượt quy chuẩn cho phép nhiều lần

ước sông chuyển thành màu đen, có váng, cặn lắng và mùi hôi ặc biệt, mức

độ ô nhiễm trầm trọng hơn về cuối nguồn theo dòng chảy

Tuy nhiên, từ nhiều năm nay, dưới sức ép của quá trình đô thị hóa, chấtlượng nước sông bị ô nhiễm nghiêm trọng do mỗi ngày có khoảng 150.000 m³

nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp chưa qua xử lý xả trực tiếp xuốngsông, đ iến sông Tô Lịch trở thành nơi chứa nước thải của Hà Nội.

1.1.1.2 Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Tùy thuộc vào điều kiện kinh tế và quy mô kiến trúc mà chi phí đầu tư vàcông nghệ xử lý nước thải sinh hoạt có nhiều iến thể đa dạng iện nay có nhiềucông nghệ xử lý nước thải sinh hoạt được áp dụng, với mức độ đầu tư và hiệuquả khác nhau ác công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phổ iến như: công nghệphản ứng sinh học theo mẻ ( R); công nghệ dùng lọc màng sinh học (MBR);công nghệ giá thể sinh học chuyển động (MBBR); công nghệ xử lý sinh

học liên tục dùng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau ( : kỵ khí - yếm khí - hiếukhí) Phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phổ iến nhất là kết hợp phươngpháp sinh học với phương pháp vật lý ơ đồ công nghệ chung được dẫn ra ở hình1.1 [11]

(a): Công nghệ xử lý SBR (b): Công nghệ xử lý MBBR

Hình 1.1: ơ đồ công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

guyên ý h ạt đ ng chung : ước thải sinh hoạt từ các nguồn phát sinhqua song chắn rác, được thu gom chảy vào hố thu của hệ thống xử lý au đónước thải sẽ được chảy vào ể điều h a ể điều h a có chức năng điều h a lưulượng và nồng độ nước thải, tránh quá tải… đảm ảo cho các công trình phía sauhoạt động ổn định ệ thống sục khí sẽ h a trộn đều nước thải trên toàn diện tích

ể, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn và sinh mùi ể tách dầu mỡ có chức năngloại ỏ các cặn lơ lửng, dầu mỡ không tan có trong nước thải uá trình sử dụngphương pháp vật lý để xử lý, không tiêu hao hóa chất, điện năng rong ểerotank, nước thải được xáo trộn với các vi sinh vật hiếu khí nhờ không khí cấpvào từ máy thổi khí và hệ thống đĩa phân phối khí được phân ố đều ở đáy

ể uá trình này tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng vàphát triển rong quá trình tiếp xúc đó, vi sinh vật hiếu khí lấy các chất ô nhiễm

có trong nước thải ( itơ, photpho, kim loại nặng,…) làm thức ăn, làm tăng sinhkhối và kết thành các ông ùn vi sinh ưới sự tác động của vi sinh vật hiếu

khí, và hệ thống phân phối khí trong ể làm cho các chỉ tiêu , được

xử lý đạt 92 - 98 % và làm tăng chỉ số oxy h a tan trong nước ( ) Mức duy trìchỉ số trong ể erotank luôn ở mức 1,5 - 2,0 mg/L ước thải sinh hoạt sau

ể erotank chảy vào ể lắng ại ể này, xảy ra quá trình loại ỏ các ông ùn

vi sinh có trong nước thải ượng ùn này sẽ được ơm tuần hoàn vào ểerotank nhờ ơm ùn và nếu lượng ùn ể lắng dư sẽ được ơm ùn ơm vềthải ỏ au đó nước thải chảy vào ể khử trùng ể khử trùng có tác dụng diệtcác vi sinh vật gây ệnh có trong nước thải trước khi thải ra môi trường ểđược thiết kế với nhiều vách ngăn nhằm tăng khả năng xáo trộn tự nhiên giữahóa chất với nước thải nhằm đạt hiệu quả xử lý cao nhất óa chất được cung cấpằng các ơm định lượng Kết thúc quá trình xử lý, nước được xả vào nguồn tiếpnhận, bùn ở bể chứa bùn được lưu trữ, sau đó được các cơ quan chức năng thugom và xử lý theo quy định [11], [14]

1.1.2 Nước thải bệnh viện

1.1.2.1 Đặc điểm

ước thải bệnh viện phát sinh từ nhiều khâu và quá trình khác nhau:

ước thải từ các hoạt động sinh hoạt của ác sĩ, y tá, công nhân viên ệnh viện vàbệnh nhân ước thải vệ sinh lau chùi các phòng làm việc và phòng bệnh ướcthải từ quá trình nấu ăn, rửa chén bát, dụng cụ ước thải từ giặt quần áo,chăn mền, ga trải giường, khăn lau… ùy theo từng khâu và quá trình cụ thể,nước thải sẽ có tính chất và mức độ ô nhiễm khác nhau

ước thải bệnh viện là một dạng nước thải sinh hoạt và chỉ chiếm mộtphần nhỏ trong tổng số lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư ước thải bệnhviện nói chung có tính chất gần giống với nước thải sinh hoạt, nhưng xét về độctính thì loại nước thải này độc hại hơn nước thải sinh hoạt gấp nhiều lần

rong nước thải bệnh viện chứa một lượng lớn các chất khí như 3, CO2, H2S,

NO3-, NO2-, phenol…, các vi sinh vật gây bệnh như E.coli, Streppococcus,

Faecalis, clostridium,samonella và một số vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ; virut đường

tiêu hóa, bại liệt, các loại kí sinh trùng, amip, nấm… goài ra c n có các mầmbệnh sinh học khác trong máu, mủ, dịch đờm, phân của người bệnh có thể lantruyền vào môi trường bất cứ lúc nào, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân sốngtrong khu vực [5], [22]

Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải được thải ra ngoài, khi gặpđiều kiện môi trường thuận lợi sẽ không bị tiêu diệt mà c n sinh trưởng và pháttriển mạnh mẽ hơn, sức kháng cự mạnh hơn và càng khó tiêu diệt hơn

Theo kết quả phân tích của các cơ quan chức năng thì có tới 80 % nướcthải từ bệnh viện là nước thải ình thường (tương tự nước thải sinh hoạt) chỉ có

20 % là nước thải, chất thải nguy hại bao gồm chất thải nhiễm khuẩn từ các bệnhnhân, các sản phẩm của máu, các mẫu chuẩn đoán ị hủy, hóa chất phát sinh từ

trong quá trình giải phẫu, lọc máu, hút máu, bảo quản các mẫu xét nghiệm, khửkhuẩn Với 20 % nước thải, chất thải nguy hại này cũng đủ để các vi trùng gâybệnh lây lan ra môi trường xung quanh [6-7].

1.1.2.2 Công nghệ xử lý nước thải bệnh viện

ể hạn chế tác động tiêu cực của ô nhiễm nguồn nước, giảm dịch bệnh do

ô nhiễm vi sinh vật trong nước, trong công nghệ xử lý nước thải luôn yêu cầu cócông đoạn diệt khuẩn trước khi xả ra nguồn tiếp nhận ối với Bệnh viện, công nghệ xử lý nước thải phổ biến nhất được nêu ra trong hình 1.2 [22]

Hình 1.2: ơ đồ công nghệ xử lý nước thải bệnh viện

ể xử lý triệt để mầm mống vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thảibệnh viện thì nước thải sau khi qua song chắn rác phải được khử trùng rồi mới đi

xử lý tại các công trình tiếp theo Tuy nhiên, việc làm này là hết sức khó khănthậm chí là chưa thể thực hiện được, vì nếu khử trùng bằng hóa chất đ i hỏilượng hóa chất phải vừa đủ, không được dư, nếu dư sẽ ảnh hưởng đến quá trình

xử lý tiếp theo Nếu khử trùng bằng tia UV thì không cần sử dụng hóa chất,

nhưng chi phí cho việc khử trùng là rất tốn kém Nên hầu như người ta đ ỏ quaước khử trùng ban đầu mà chỉ khử trùng sau khi xử lý xong [22].

1.1.3 Nước thải lò mổ gia súc, gia cầm

ước thải lò mổ gia súc, gia cầm là nguồn nước thải có mức độ ô nhiễmcao, có ảnh hưởng lớn đến môi trường và người dân sinh sống xung quanh.ước thải lò mổ gia súc, gia cầm thường bị ô nhiễm nặng các thành phần hữu cơnhư máu mỡ, protein cũng như nitơ, photpho, các chất tẩy rửa và chất bảo quản.Nồng độ cao các chất gây ô nhiễm trong nước thải gia súc, gia cầm thường

có nguồn gốc từ khâu làm lòng và xử lý chất thải máu Vì máu chiếm 6 % trọnglượng của động vật sống, chứa nhiều chất hữu cơ và có hàm lượng nitơ rất cao.Các khâu làm lòng ruột góp phần gây ô nhiễm lớn vào nước thải và càng đặcbiệt đúng nếu đổ thẳng vào nguồn nước Ngay cả khi đ thu hồi lại thì nước thảivẫn bị ô nhiễm nghiêm trọng Các chất gây ô nhiễm trong nước gồm các chấthữu cơ không tan và các chất tạo lên nhũ tương ước sôi dội khi cạo lông lợncũng chứa chất gây ô nhiễm lớn hân và nước giải của gia súc được tạo ra trêncác phương tiện vận tải và trong chuồng nhốt Nên phương pháp xử lý và loại bỏcác chất thải này có ý nghĩa rất quan trọng đối với lượng chất gây ô nhiễm đượctạo ra

hìn chung nước thải tại đầu ra của hệ thống xử lý tại các lò mổ đều vượttiêu chuẩn cho phép nhiều lần về các chỉ tiêu BOD, COD, SS, tổng đạm, tổngphotpho và chỉ tiêu coliform (QCVN 01-25:2010 cột B) [1-2]

1.2 c phương ph p hử trùng nước thải nhiễm huẩn

Trong quá trình xử lý nước thải, công đoạn diệt khuẩn thường được đặt ởcuối trước khi đổ vào nguồn tiếp nhận Mục đích quá trình khử trùng nước thải

là loại ỏ những vi sinh có khả năng gây ệnh, là hàng rào cần thiết và cuối cùngchống lại sự phơi nhiễm của người với những vi sinh gây ệnh, ao gồm virus,

vi khuẩn và protozoa Các iện pháp, phương pháp diệt khuẩn cho nước thải khácnhau có thể kể đến như:

- hương pháp hóa học: sử dụng một số chất oxy hóa mạnh như: clo và

các hợp chất của nó, ozon, nano ạc…;

- hương pháp vật lý: sử dụng tia tử ngoại (tia );

Một số phương pháp khác như: khử trùng ằng nhiệt, phương pháp siêu

âm, phương pháp lọc, khử ằng ion ạc…

iệu quả khử trùng qua các công đoạn thể hiện trong Bảng 1.3 [6]

Bảng 1.3: Hiệu quả khử trùng qua các công đoạn trong CN xử lý nước thải

5 ể lắng sơ hoặc thứ cấp có thêm hóa chất trợ lắng 40- 80

ể đảm ảo điều kiện vệ sinh, nước thải sau khi xử lý cơ học hoặc xử lýsinh học cần phải khử trùng tiếp tục goài việc diệt các vi khuẩn gây ệnh, cácquá trình khử trùng c n tạo điều kiện để oxy hóa các chất hữu cơ và đẩy mạnhcác quá trình làm sạch nước thải khác [5-6] ơ chế diệt khuẩn một số iện phápkhử trùng phổ iến thể hiện ở ảng 1.4 [9]

Bảng 1.4: ơ chế diệt khuẩn của một số biện pháp khử trùng phổ biến

Oxy hóa xy hóa trực tiếp và phá Oxy hóa quang hóa ADN

vỡ cấu trúc màng tế ào và ARN của tế ào

của tế bào vi khuẩn

1.3 Polyme và o ig me iệt huẩn trên cơ sở hợp chất guanidin

1.3.1 Đặc điểm cấu tạo, tính chất và phân loại polyme diệt khuẩn

Polyme diệt khuẩn là loại vật liệu cao phân tử có khả năng diệt các vikhuẩn khi tiếp xúc với chúng Hoạt tính diệt khuẩn của polyme có thể đạt đượcbằng nhiều cách [38-39]:

- Bản thân các monome có tính diệt khuẩn, tính chất này sẽ được duy trì sau khi trùng hợp các monome thành các polyme hoặc oligome

- Các polyme có thể được biến tính hóa học, tức là gắn vào mạch chínhcủa polyme các nhóm chức hữu cơ có tính diệt khuẩn hoặc các thành phần vô cơ

có tính diệt khuẩn như các hệ vô cơ: oxit kim loại, kim loại (như g), các ion vô

cơ, anion,

- olyme được trộn lẫn một cách cơ học với hóa chất có thể là vô cơ, hữu

cơ có tính diệt khuẩn để tạo thành các hỗn hợp polyme có tính diệt khuẩn

Trong các loại vật liệu trên thì loại thứ nhất là có hoạt tính cao và ổn định nhất, vì bản thân trên mạch chính của polyme đ có nhiều nhóm chức mang tính

chất diệt khuẩn Loại vật liệu này rất đa dạng và được chia thành các họ khácnhau dựa trên cấu trúc hóa học Chúng khác nhau cả về cấu trúc, mức độ vàphạm vi tác động đối với vi khuẩn.

Có nhiều phương pháp để phân loại polyme có tính diệt khuẩn thành cácnhóm khác nhau, tuy nhiên phổ biến là dựa vào cách mà polyme đạt được tínhdiệt khuẩn heo đó, vật liệu polyme có thể được phân thành 4 loại [29]

1.3.1.1 Polyme có hoạt tính diệt khuẩn

ây là loại polyme mà bản thân chúng đ có tính chất diệt khuẩn, khôngcần phải tác động hay làm thay đổi bất cứ nhân tố lý hóa nào Bản chất diệtkhuẩn của chúng có được từ các monome, là các chất vừa có khả năng diệtkhuẩn vừa có khả năng trùng hợp (trùng ngưng) hay đồng trùng hợp (đồng trùngngưng) để tạo thành các copolyme ây là loại vật liệu được nghiên cứu tổng hợp

và nghiên cứu ứng dụng nhiều nhất Hiện nay, trong nhóm vật liệu này, người ta

đ tìm ra một số họ vật liệu polyme có tính diệt khuẩn như [55-59]:

- Polyme có nguyên tử nitơ ậc 4: hư chúng ta đ biết, thành tế bào của các vikhuẩn đều mang điện âm, thành phần chính của chúng là phosphat dietyletanolamin với hàm lượng khoảng 70 % Các chất diệt khuẩn hay các polyme

diệt khuẩn thường sẽ mang điện tích dương (là các polycation), vì vậy các hợp

chất có chứa nhóm amoni bậc 4 thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu.Trên thực tế, rất nhiều hợp chất có chứa nhóm chức này thể hiện tốt khả năngdiệt khuẩn rong đó phải kể đến các polyme có chứa v ng thơm hoặc có cấu trúc

dị vòng bắt nguồn từ polystyren (PS) và poly(vinylpyridin), ví dụ như copolyme

pyridin-metacrylat (Hình 1.3a) được nhóm nghiên cứu của Jadranka Bozja tổng

hợp, nghiên cứu năm 2003 [55] Ngoài ra, trong nhóm này còn có các loại

polyme khác như: polyme có nhóm amoni ậc 4 ở cuối mạch (Hình

1.3b); polyme có nguyên tử nitơ bậc 4 trong mạch chính (Hình 1.4) Các polyme

đa cation liên hợp cũng được xếp vào nhóm này (Hình 1.5)

)

Hình 1.3: Copolyme pyridin-metacrylat (a) và Polyoxazolin (b)

Hình 1.4: Một số polyme có nguyên tử nitơ ậc 4 trong mạch chính

Hình 1.5: ác polyme đa cation liên hợp [92]

- Polyme có chứa nhóm guanidin: Nhóm vật liệu này gồm 2 loại cơ ản là

polyguanidin và polybiguanidin Nhóm polyme diệt khuẩn này có nhiều ưu điểm

đáng chú ý hơn so với các polyme loại khác, đó là độ tan trong nước cao, hiệuquả diệt khuẩn rất tốt, phạm vi tác dụng rộng và đặc biệt là không độc [33-35],[90], [94]

Hình 1.6: Biguanidin (a) và Guanidin (b)

- Các polyme mô phỏng chuỗi peptit tự nhiên: Các chuỗi peptit diệt khuẩnhay còn gọi là peptit bảo vệ là một phần quan trọng của phản ứng miễn dịch tựnhiên của các tổ chức sống Chúng có hoạt tính hiệu quả và phạm vi tác dụngrộng đối với cả vi khuẩn, virut và nấm Các chuỗi peptit này thường mang điệndương và có chứa cả các phần ưa nước và kỵ nước, điều này cho phép các phân

tử của chúng không chỉ tan trong các dung dich nước mà các phân tử này còn cóthể đi xuyên qua các màng giàu lipit Khi đ ở trong màng của vi khuẩn, chuỗipeptit này sẽ tiêu diệt vi khuẩn thông qua nhiều cơ chế khác nhau Tuy nhiên,ứng dụng làm thuốc của các chuỗi peptit này rất hạn chế, do chúng nhạy cảm với

sự phân hủy protein nhạy pH và chi phí sản xuất cao Ngoài ra, việc nghiên cứuhoạt tính sinh học của chúng để hiểu về mối liên hệ giữa cấu trúc và đặc tính làrất khó do cấu trúc phân tử của chúng rất phức tạp Vì những nguyên nhân nàynên các nhà khoa học, các nhóm nghiên cứu đ hướng đến việc tạo ra các chuỗipeptit tổng hợp có tính diệt khuẩn Nhóm polyme mô phỏng chuỗi polypeptit tựnhiên này có thể chia thành các loại: peptit tổng hợp (Hình 1.7); polyme có

mạch chính là arylamit, polyme có mạch chính phenylen etylen (Hình

1.8) và các dẫn xuất của polyme có các mạch v ng được bắc cầu - polynorbonen[63], [82].

Hình 1.7: Chuỗi peptit tổng hợp

Hình 1.8: Polyme có mạch chính là arylamid (A) và phenylen etylen (B)

[85]

1.3.1.2 Polyme được biến tính hóa học

ây là nhóm vật liệu polyme có tính diệt khuẩn nhờ đưa vào phân tử củachúng (biến tính) các nhóm chức có hoạt tính diệt khuẩn Có nhiều phương pháptiếp cận để có thể đưa nhóm chức có hoạt tính diệt khuẩn vào các phân tử

polyme Có thể phân loại thành ba phương pháp iến tính hóa học như sau:

- ưa các phân tử nhỏ có hoạt tính diệt khuẩn vào phân tử polyme thôngqua các liên kết cộng hóa trị hương pháp này được nhóm nghiên cứu của

Worley [97], nghiên cứu và thực hiện ằng cách tạo các liên kết cộng hóa trị của

các hợp chất vòng chứa N-chloramin như hydantoin, oxazolidinon, imidazolidinon (

Hình 1.9) vào sợi nylon-6,6 và sợi polyeste Kết quả kiểm tra hoạt tính diệt

khuẩn đối với khuẩn S aureus và E coli cho thấy các sợi sau khi biến tính có

hoạt tính diệt khuẩn khá cao và không làm giảm độ bền kéo đứt của sợi biếntính.

ăm 200 , nhóm nghiên cứu của r an cũng đ nghiên cứu để cố định một

số loại chất kháng sinh như penicilin và ampicillin lên vật liệu poly(tetrafluoroetylen) (PTFE) Kết quả cho thấy hiệu quả diệt khuẩn của loại vật liệu biến tính này đạt được đối với nhiều chủng loại vi khuẩn như: S aureus, Bacilus thuringiensis, E faecalis, E coli, P putida và S enterica Hiệu quả diệt

vi khuẩn thậm chí c n duy trì đáng kể sau khi tiếp xúc khoảng 24 giờ Ngoài ra,còn có rất nhiều nghiên cứu về cả các chất nền polyme cũng như các tiền chất cóhoạt tính diệt khuẩn được sử dụng để biến tính polyme [79-80]

Trong nhiều năm trở lại đây, một phương pháp tổng hợp hữu cơ được sử

dụng rất phổ biến, đó là “click chemistry” - đây chính là thuật ngữ không phải để

mô tả một phản ứng cụ thể mà nó tượng trưng cho con đường tổng hợp nên sảnphẩm mong muốn bằng cách liên kết các đơn vị nhỏ với nhau Cấu trúc của sảnphẩm cuối cùng được đóng góp và xây dựng từ các đơn vị nhỏ này Thành phầnnày giống như modul hóa sản phẩm tổng hợp, tức là sản phẩm tổng hợp sẽ đượcthành lập từ việc lựa chọn các modul (các tiền chất) hợp lý và tiến hành ghép nốichúng với một đối tượng (chất nền) mong muốn hương pháp này đ đóng góp rấtđáng kể vào sự phát triển của các nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu polyme cótính diệt khuẩn Rất nhiều ví dụ đ nêu đều dựa vào phương pháp này ặc biệt,phản ứng cộng vòng Huisgen của azid và ankyl đ cung cấp một phương pháp rấthiệu quả trong việc đưa nhóm chức vào polyme hay chất nền

Hình 1.9: Hợp chất chứa vòng N-cloramin dùng để biến tính sợi nylon

và polyeste [57]

- Gắn các chuỗi peptit có hoạt tính diệt khuẩn lên các polyme thông

thường ăm 2001, ppendini [80] và cộng sự đ nghiên cứu biến tính nhựapolystyren được phủ bề mặt bằng PEG có chuỗi peptit có tính diệt khuẩn nhờcác liên kết hóa trị Các polyme sau khi biến tính đ được đem đi kiểm tra với

một số chủng loại vi khuẩn như B subtilis, E coli, L monocytogen, Pseudomonas fluorescence, S typhimurium, Serratia liquefaciens và S aureus.

Kết quả cho thấy rằng hoạt tính diệt khuẩn của loại vật liệu biến tính có liênquan trực tiếp đến hàm lượng nhựa được biến tính và thời gian tiếp xúc iều nàyđược giải thích là do sự phát tán ra môi trường của một phần peptit nhờ quá trình

thủy phân của lớp đệm PEG Hay một loại copolyme của 2-(2-metoxyetoxy)etyl meacrylat (MEO 2 MA) và oligo(eylene glycol) meacrylat (HOEGMA) chứa nhóm

OH cuối mạch được chức hóa với magainin I Vật liệu thu được đem kiểm tra hoạt tính diệt khuẩn với vi khuẩn B Cereusi, kết quả cho thấy hoạt tính diệt

khuẩn rất tốt thậm chí với hàm lượng peptit thấp [68]

1.3.1.3 Ghép các polyme diệt khuẩn với các polyme thông thường

Một vật liệu diệt khuẩn được tổng hợp từ việc cấy ghép protoporphyrin

IX và kẽm protoporphirin IX với sợi nilon Tác dụng diệt khuẩn của vật liệu này được kiểm tra đối với hai chủng loại vi khuẩn là S aureus và E coli Kết quả cho thấy vật liệu này có tác dụng với S aureus nhưng không có tác dụng với E coli hoặc chỉ có tác dụng hạn chế và với hàm lượng sử dụng lớn [98-102].

- Nhóm nghiên cứu khác đ tiến hành biến tính bề mặt màng poly(etylen terephtalat) (PET) để tạo thành các nhóm pyridin trên bề mặt vật liệu Kết quả kiểm tra tính diệt khuẩn đối với chủng vi khuẩn E coli cho thấy hiệu quả diệt

khuẩn phụ thuộc mật độ nhóm pyridin trên bề mặt, hiệu quả cao khi mật độ nàylớn hơn 1.5×10-4 mol/m2 iều này cũng tương tự như đối với các polycation, khả

năng diệt khuẩn của chúng phụ thuộc vào khả năng xâm nhập của các chuỗi nàyvào trong màng vi khuẩn, làm tổn thương và tiêu diệt vi khuẩn E cũng được

biến tính với 8-quinolin acrylat Kết quả kiểm tra đối với hai chủng loại vi khuẩn S aureus và K pneumonia cho thấy sợi PET sau khi biến tính có khả năng ức chế đến 91 % vi khuẩn S aureus thậm chí sau mười lần giặt Tuy nhiên đối với chủng vi khuẩn K pneumonia thì hiệu quả lại rất hạn chế [100].

- Ngoài ra, các polyme tự nhiên cũng được sử dụng để ghép với polymetổng hợp để thu được vật liệu có khả năng diệt khuẩn Nói chung, các polymethuộc nhóm này cũng đ được nghiên cứu nhiều, đặc biệt là thời gian gần đây.Tuy nhiên, hiệu quả diệt khuẩn, phạm vi tác dụng và thời gian tác dụng vẫn cònnhiều mặt hạn chế Hiện chưa có sản phẩm nghiên cứu nào hội tụ được nhiều ưuđiểm trên

ho đến ngày nay, rất nhiều loại polyme có tính diệt khuẩn đ được tổnghợp, nghiên cứu Các thông số khác nhau của chúng cũng đ được nghiên cứu vàđánh giá mức độ ảnh hưởng đến hoạt tính diệt khuẩn của chúng như: khối lượngphân tử, sự phân bố điện tích, mức độ ankyl hóa và nhóm ankyl hóa, tính ưanước và kỵ nước, cơ chế tiêu diệt vi khuẩn của polyme…

1.3.2 Oligome diệt khuẩn trên cơ sở guanidin

1.3.2.1 Giới thiệu chung

Oligome diệt khuẩn trên cơ sở guanidin cụ thể là oligo (hexametylen)guanidin hydroclorit - OHMG.HCl, Một số các tên gọi khác: oligo guanidin;

Poly(hexametylendiamin guanidin clorit); ặc điểm, tính chất hóa lý và sử dụng như sau [36], [71]:

- Công thức phân tử: (C7H15N3)n.x(HCl), một dạng sản phẩm thường được sử dụng có công thức: C22H30Cl2N10•(C2H4O2)2

- Công thức cấu tạo:

(Ở hình 1.10)

- Phân hủy ở nhiệt độ > 250 oC

- pH: 6- trong nước ở 25 oC

Hình 1.10: Công thức cấu tạo của OHMG.HCl

- Trọng lượng phân tử : 500 - 1600 g/mol

- Oligo(hexametylen) guanidin hydroclorit thường tồn tại ở dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng; tan tốt trong nước, ancol, glycol, ete

- Tính chất hóa học: Với nhóm guanidino có phân tử N+ linh động,OHMG.HCl thể hiện các tính chất đặc trưng của một amin khi tham gia phảnứng cộng hợp, phản ứng cho - nhận, phản ứng thế Ngoài ra, OHMG.HCl cònthể hiện tính chất của một axít yếu khi trong mạch phân tử có chứa nhóm liênkết (-HN.HCl)

- M l có độ tan trong nước cao, không mùi, không màu, không ănmòn; đặc biệt là có khả năng diệt khuẩn ở hàm lượng thấp (khoảng 5- 10 ppm)

và hầu như không độc với con người và động vật (giá trị LD50 vào khoảng 600mg/kg) so với các chất diệt khuẩn khác đang được sử dụng Nên hiện nay,OHMG.HCl thu hút rất nhiều sự quan tâm về nghiên cứu và ứng dụng, như: sửdụng rộng rãi làm chất diệt khuẩn ở gia đình, ệnh viện, làm sạch môi trườngnước ở nhiều nước trên thế giới [41-42], [54], [104]; được dùng làm dung dịchchống vi rút [49-50]; thuốc khử trùng cho gia cầm [54-55], [64]; chất diệt khuẩntrong xử lý nước các nguồn nước bị nhiễm khuẩn [37], [83], [94-95], [103];

chữa vết thương tại chỗ [61], [80], [96]; bảo quản rau quả sau thu hoạch [30], [74-75], [78], [88]

1.3.2.2 Cơ chế diệt khuẩn, chống vi sinh vật của O G.HCl

Hiệu quả diệt khuẩn của phân tử OHMG.HCl dựa trên các điện tíchdương của nhóm guanidin nằm trong mỗi monome ơ chế của tác động đó là: Sựhấp phụ các điện tích âm trên thành tế bào vi khuẩn thu hút các ion N+ tích điệndương của phân tử OHMG.HCl

Tiếp theo, trên bề mặt của tế bào vi khuẩn, OHMG.HCl khuếch tán quamàng tế bào và gắn vào màng tế bào chất tạo thành một phức hợp với các phân

tử photpholipid của lớp kép lipid ổn định OHMG tạo thành một lưới phân tử ứcchế các protein của màng tế ào thay đổi áp suất thẩm thấu và sự ổn định của tếbào Cấu trúc của màng tế bào bị phá vỡ, các thành phần tế bào chất được thải ramôi trường và tế bào chết rong cơ chế này OHMG.HCl ngăn cản không chotiếp xúc với các vật liệu di truyền, hay R , do đó rất khó khăn cho các tếbào vi khuẩn có thể tạo ra bất kỳ đề kháng nào với phân tử OHMG.HCl [103]

OHMG.HCl đ được chứng minh có khả năng diệt khuẩn rất tốt, khi khốilượng phân tử trên 500 g/mol thì với nồng độ OHMG.HCl 5.0 ppm có thể ức chế

tới 90 % sự gia tăng của vi khuẩn trong v ng 15 phút với cả hai dạng S aureus

và P Aerugino ác thử nghiệm gần đây cho thấy thời gian xâm nhập làm phá

hủy màng tế ào của OHMG.HCl nhanh (thường từ 5- 15 phút) và nồng

độ sử dụng nhỏ Hình 1.11 (a, b, c) minh họa cụ thể cho quá trình diệt khuẩn củaoligome này [65-66].

(a) : sau 1 phút (b): sau 3 phút (c): sau 10 phút

Hình 1.11: Quá trình tiêu diệt vi khuẩn E.coli bằng dung dịch OHMG.HCl

hoàn toàn trong nước, rượu, glycol và ete glycol, M l được sử dụng để chế tạo các chất diệt khuẩn theo danh mục của hâu u (98/8/EC) bao gồm các loại sản phẩm cho các mục đích sử dụng sau [93]:

- ác sản phẩm sinh học vệ sinh cá nhân

- hất diệt khuẩn sử dụng trong y tế

- Thực phẩm và thuốc khử trùng khu vực thức ăn chăn nuôi

- huốc khử trùng nước.

- ử dụng chế tạo các loại chất ảo quản như sợi, da, cao su, vật liệupolyme hoá chất bảo quản chống vi sinh vật cho các chất lỏng làm mát và hệthống làm mát ằng nước

- Chất bảo quản cho thực phẩm hoặc nguyên liệu…

Hiện nay, trên thế giới đ có những nghiên cứu ứng dụng và cho sản phẩmthương mại trên cơ sở PHMG làm chất diệt khuẩn, khử trùng, khử mùi như:Akwaton (Canada) [72], chất diệt khuẩn Biopag-D và Ecosept (LB Nga) [105],Thyon 3 (Argentina)

* Biopag- và Ec sept

Biopag- và Ecosept là hai sản phẩm nghiên cứu của iện các vấn đề về Sinhthái và Công nghệ, Liên bang Nga, thực hiện ởi các tác giả L.S Oksana, L.G.Panteleyev, T.Z Rysin, N.N Levchuk, A.N Sukiasyan (FSIS Niida) K.M Efimov,A.G Snezhko, A.I ityuk, ogdanov (Roo E năm 2002) Hai sản phẩm này

có cùng gốc hoạt chất diệt khuẩn là M l và chỉ khác nhau ở khối lượngphân tử trung ình của M l ác sản phẩm này đ được nghiên cứu chứngminh là có phổ diệt khuẩn rộng, hiệu quả diệt khuẩn ngay ở nồng độ thấp với vi

khuẩn gram (-), vi khuẩn gram (+), vi trùng lao, virut , virut cúm 5 1,… và các loại nấm mốc

heo ản hướng dẫn sử dụng số 1/0 năm 200 của Viện các vấn đề về Sinhthái và Công nghệ (Liên Bang Nga), chất diệt khuẩn Biopag-D được sản xuất

ở 2 dạng [52]:

- Dạng lỏng: là dung dịch nước chứa 20 % PHMG.HCl, là chất lỏng trong

suốt từ không màu đến màu vàng, pH từ 6,5 -7,0