Tấm lọc xử lý hơi độc bằng carbon nano dùng trong mặt nạ phòng hóa

Trong công tác cứu hỏa, khói, khí độc phát sinh trong đám cháy, là nguyên nhân chính (chiếm hơn 90%) gây tử vong. Ngoài ra, trong huấn luyện, diễn tập, tác chiến quân sự, các chiến sự binh chủng hóa học phải thường xuyên tiếp xúc với các hóa chất, khí độc như S, Cl, Hg,… Các hoạt động phun thuốc bảo vệ thực vật, nhân viên y tế vào vùng có dịch, người làm thủ công mỹ nghệ,… cũng thường trong môi trường có khí độc. Vì vậy, họ cần phải có những trang thiết bị bảo hộ đường hô hấp.

Tuy nhiên, các loại mặt nạ phòng hóa có tác dụng hấp phụ khí độc hiện được bán trên thị trường thường có kết cấu phức tạp, nguyên liệu được sử dụng trong hầu hết hộp lọc (gắn trên mặt nạ) là than hoạt tính có khối lượng lớn, khiến thao tác và bảo quản mặt nạ phức tạp. Do yêu cầu vật liệu lọc sử dụng cho hộp lọc hơi khí độc là phải có khối lượng nhỏ nhằm tạo thuận lợi cho hoạt động của người sử dụng, người ta dùng các vật liệu lọc là vật liệu xốp, nhẹ có nguồn gốc từ carbon. Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu và sản phẩm mặt nạ phòng độc từ carbon nano. Tuy nhiên, ở Việt Nam còn rất ít nghiên cứu về vấn đề này.

Để giải quyết nhu cầu về thị trường mặt nạ phòng hóa, cũng như giải quyết những nhược điểm trên, nhóm tác giả Viện Nhiệt đới Môi trường đã thực hiện đề tài "Nghiên cứu công nghệ chế tạo tấm lọc xử lý hơi độc bằng carbon nano ứng dụng trong mặt nạ phòng hóa".

Theo PGS. TS. Lê Anh Kiên, Chủ nhiệm đề tài, trong những năm gần đây xu hướng phát triển mạnh của vật liệu carbon aerogel (CA) cũng như carbon nanotube (CNT) đang diễn ra tại Việt Nam và trên thế giới.

Trong đó, CA có nhiều tính chất vật lý nổi bật như diện tích bề mặt riêng lớn, độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ… nên được ứng dụng làm điện cực, siêu tụ điện, pin, màng lọc khí, chất xúc tác hiệu quả, để giảm lượng khí thải nitơ oxit từ khí thải ôtô, chất thân thiện với môi trường thay thế CFC có hại trong tủ lạnh. Ngoài ra, CA có khả năng hấp phụ, lưu trữ khí, làm sạch không khí, kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp và khí thải động cơ.

Còn CNT, với cấu trúc tinh thể, có nhiều tính năng đặc biệt như đàn hồi, phát xạ, diện tích bề mặt riêng lớn rất thích hợp để làm vật liệu hấp phụ. Do đặc tính kết tụ thành từng bó nhỏ nên kích thước lỗ xốp, tích điện dương trên bề mặt CNT lớn hơn trên carbon hoạt tính. Đây là các đặc tính chính làm cho CNT có khả năng hấp phụ các chất hữu cơ tự nhiên rất tốt.

Nhóm tác giả đã tổng hợp vật liệu CNT có cấu trúc ống và bó ống dài vài trăm nm, đường kính ống tương đối nhỏ, trung bình 30nm, thành ống mịn, có nhiều lỗ xốp. Ngoài ra, nhóm đã tổng hợp được vật liệu carbon aerogel (CA) có độ bền nhiệt cao với nhiệt độ phân hủy khoảng 500 độ C. Từ các vật liệu trên, nhóm chế tạo các tấm lọc sử dụng CA, CNT và CA trộn với CNT, để sản xuất các hộp lọc mặt nạ phòng hóa tương ứng.

Đối với từng loại hộp lọc mặt nạ phòng hóa, nhóm tác giả đã tiến hành thử nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ khí bằng phép đo độ hấp phụ được thực hiện tại Binh chủng Hóa học (Bộ Quốc phòng) với các khí HCN, C6H6, CCl3NO2 theo tiêu chuẩn TCVN/QS 1223:2010.

Kết quả, thời gian bảo vệ đối với các khí độc của tấm lọc CA tốt hơn so với hỗn hợp CNT/CA và CNT. Hiệu quả bảo vệ giảm khi tăng lượng CNT, nguyên nhân do CNT có diện tích bề mặt riêng thấp hơn rất nhiều so với CA.

Bên cạnh đó, vật liệu CA với khối lượng ít hơn lượng than hoạt tính đang trang bị trong hộp lọc MV5 (thường được các lực lượng cứu hộ - cứu nạn chuyên nghiệp, quốc phòng sử dụng) cũng cho hiệu quả đáp ứng tiêu chuẩn TCVN/QS 1223:2010 như than hoạt tính. Nhưng ưu điểm khi sử dụng vật liệu này là có khả năng kháng khuẩn, kháng nước và giúp hộp lọc nhẹ hơn so với sử dụng than hoạt tính. Như vậy, vật liệu CA hoàn toàn có thể thay thế than hoạt tính trong hộp lọc mặt nạ phòng hóa MV5.

Đề tài của nhóm tác giả đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu và Viện Nhiệt đới Môi trường mong muốn được đưa kết quả của đề tài vào sản xuất thực nghiệm trên quy mô lớn.