Nghiên Cứu Xử Lý Vi Sinh Vật Có Mặt Trong Không Khí Chuồng Trại Bằng Xúc Tác Quang Hóa TIO2

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG

= = = =¶¶¶ = = = =

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VI SINH VẬT CÓ MẶT
TRONG KHÔNG KHÍ CHUỒNG TRẠI BẰNG
XÚC TÁC QUANG HÓA TIO2

Người thực hiện
Lớp
Khóa
Chuyên ngành
Giáo viên hướng dẫn

:
:
:
:
:

ĐỖ THỊ NGA
MTC
57
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
ThS. HOÀNG HIỆP
ThS. VŨ THỊ XUÂN HƯƠNG

HÀ NỘI - 2016

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG

= = = =¶¶¶ = = = =

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VI SINH VẬT CÓ MẶT
TRONG KHÔNG KHÍ CHUỒNG TRẠI BẰNG
XÚC TÁC QUANG HÓA TIO2
Người thực hiện
Lớp
Khóa
Chuyên ngành
Giáo viên hướng dẫn

:
:
:
:
:

ĐỖ THỊ NGA
MTC
57
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
ThS. HOÀNG HIỆP

Địa điểm thực tập

ThS. VŨ THỊ XUÂN HƯƠNG
: PHÒNG THÍ NGHIỆM, BỘ MÔN
HÓA,
KHOA MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI - 2016


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp tôi đã nhận được sự
giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy cô giáo, gia đình và bạn bè.
Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn ThS.
Hoàng Hiệp, thầy PGS. TS. Nguyễn Trường Sơn, cùng các giảng viên bộ môn
Hóa Học – Khoa Môi Trường - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam, cô TS.
Đinh Thị Hồng Duyên, cô Th.S Vũ Thị Xuân Hương bộ môn vi sinh vật –
khoa Môi Trường – Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam những người đã giành
nhiều thời gian, tạo nhiều điều kiện thuận lợi, tận tâm, tận tình hướng dẫn và
truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong quá trình học tập và
nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn làm cùng
tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu này.
Trong quá trình thực hiện đề tài này, do điều kiện về thời gian và trình
độ nghiên cứu của bản thân còn hạn chế nên khi thực hiện đề tài khó tránh
khỏi những thiếu sót. Vì vậy tôi rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý
kiến của các thầy cô giáo và các bạn để khóa luận tốt nghiệp này được hoàn
thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 16 tháng 05 năm 2016

(Sinh viên ký và ghi rõ họ tên)

i


MỤC LỤC
d) Một số ứng dụng khác.....................................................................22

ii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1

Số lượng vi sinh vật trong không khí chuồng nuôi (Hartung, 1994)
..................................................Error: Reference source not found

Bảng 1.2

Các đặc tính cấu trúc các dạng thù hình của TiO2.................Error:
Reference source not found

Bảng 1.3

Các đặc tính cấu trúc của các dạng thù hình của TiO2...........Error:
Reference source not found

Bảng 2.1

Thành phần mẫu xử lý khảo sát ảnh hưởng của nguồn sáng

đến xử lý nấm mốc....................Error: Reference source not found

Bảng 2.2

Thành phần mẫu xử lý khảo sát ảnh hưởng của thời gian
chiếu sáng đến hiệu quả xử lý nấm mốc...............Error: Reference
source not found

Bảng 2.3

Thành phần mẫu xử lý khảo sát ảnh hưởng của cường độ
chiếu sáng đến xử lý nấm mốc............Error: Reference source not
found

Bảng 3.1

Số tế bào (TB) khuẩn lạc nấm mốc Penicillium mọc lên sau
48h nuôi cấy ở nồng độ pha loãng 10-6.................Error: Reference
source not found

Bảng 3.2

Kết quả xử lý nấm mốc bằng nguồn sáng khác nhau.............Error:
Reference source not found

Bảng 3.3

Số bào tử nấm trung bình khi xử lý bằng xúc tác quang ở
các nguồn sáng khác nhau.........Error: Reference source not found

Bảng 3.4

Hiệu xuất xử lý nấm mốc từ nguồn sáng khác nhau..............Error:
Reference source not found

Bảng 3.5

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng đến
khả năng xử lý nấm mốc...........Error: Reference source not found

iii


Bảng 3.6

Số bào tử nấm trung bình khi xử lý bằng xúc tác quang ở
các khoảng thời gian khác nhau..........Error: Reference source not
found

Bảng 3.7

Hiệu xuất xử lý nấm ở khoảng thời gian khác nhau..............Error:
Reference source not found

Bảng 3.8

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng đến
khả năng xử lý nấm mốc...........Error: Reference source not found

Bảng 3.9

Số bào tử nấm trung bình khi xử lý bằng xúc tác quang ở
các cường độ khác nhau............Error: Reference source not found

Bảng 3.10 Hiệu xuất xử lý nấm ở cường độ khác nhau.........Error: Reference
source not found
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1

Sợi nấm......................................Error: Reference source not found

Hình 1.2

Khuẩn lạc nấm...........................Error: Reference source not found

Hình 1.3

Cấu trúc tế bào nấm...................Error: Reference source not found

Hình 1.4

Hình ảnh cho nấm mốc Penicillium....Error: Reference source not
found

Hình 1.5

Nấm mốc Penicillium dung trong sản xuất phomat xanh......Error:
Reference source not found

Hình 1.6

Thuốc kháng sinh Penicillin của người.....Error: Reference source
not found

Hình 1.7

Nấm gây hại cho thực vật..........Error: Reference source not found

Hình 1.8

Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2: rutile, (B) anatase,
(C) brookite................................Error: Reference source not found

Hình 1.9:

Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn.....Error: Reference source
not found
iv


Hình 2.1:

Xử lý nấm mốc bằng đèn sợi tóc có cường độ 60W..............Error:
Reference source not found

Hình 3.1.

Mẫu nấm trong không khí chuồng nuôi tại trại lợn Đào Nguyên
...................................................Error: Reference source not found

Hình 3.2.

Hình ảnh mẫu nấm trước xử lý..Error: Reference source not found

Hình 3.3

Biều đồ thể hiển hiệu xuất xử lý nấm mốc bằng các nguồn sáng
khác nhau...................................Error: Reference source not found

Hình 3.4

Biểu đồ thể hiện hiệu xuất xử lý nấm mốc ở cường độ khác nhau
...................................................Error: Reference source not found

v


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, ô nhiễm môi trường là một trong những mối quan tâm
hàng đầu của nhân loại. Ô nhiễm môi trường không còn là vấn đề của một
quốc gia hay một khu vực mà đã trở thành vấn đề toàn cầu. Việt Nam với
khoảng 73% dân số sống ở vùng nông thôn, phát triển kinh tế nông nghiệp
và nông thôn là một trong những mục tiêu được Đảng và Nhà nước hết sức
chú trọng, trong đó có phát triển kinh tế hộ gia đình thông qua các hoạt
động phát triển chăn nuôi. Những năm qua, chăn nuôi có sự tăng trưởng
nhanh cả về quy mô và giá trị.
Bên cạnh lợi ích kinh tế mang lại, thì chăn nuôi cũng đang nảy sinh rất
nhiều vấn đề về chất lượng môi trường, đe dọa sức khỏe của cộng đồng dân
cư địa phương và ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái tự nhiên. Theo số liệu

của Tổng cục thống kê, năm 2014 đàn lợn nước ta có khoảng 26,76 triệu con,
đàn trâu bò khoảng 7,75 triệu con, đàn gia cầm khoảng 327,69 triệu con.
Trong đó chăn nuôi nông hộ hiện tại vẫn chiếm tỷ trọng khoảng 65-70% về số
lượng và sản lượng. Từ số đầu gia súc, gia cầm đó có thể quy đổi được lượng
chất thải rắn (phân chất độn chuồng, các loại thức ăn thừa hoặc rơi vãi) đàn
gia súc, gia cầm thải ra khoảng trên 76 triệu tấn, và khoảng trên 35 triệu khối
chất thải lỏng (nước tiểu, nước rửa chuồng, nước từ sân chơi, bãi vận động,
bãi chăn) và hàng trăm triệu tấn chất thải khí. Phân của vật nuôi chứa nhiều
chất chứa nitơ, phốt pho, kẽm, đồng, chì, Asen, Niken (kim loại nặng)… và
các vi sinh vật gây hại khác… không những gây ô nhiễm không khí mà còn
làm ô nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm.
Trong môi trường không khí chuồng nuôi, số lượng vi sinh vật có thể
biến thiên từ 100 đến vài nghìn trên một lít không khí. Trên 80% vi sinh vật
trong không khí chuồng nuôi là các cầu khuẩn streptococci và staphylococci.
1


Ngoài ra, có 1% là nấm mốc và nấm men, 0,5% là coliform (có tài liệu cho
rằng tỉ lệ này có thể lên đến 10 – 15%). Vi sinh vật thường kết hợp với bụi và
các khí độc gây ra các bệnh hô hấp mãn tính, do tiếp xúc trong một thời gian
dài, kết mạc, cổ họng và mũi bị ngứa, ho, mắt đỏ, nổi mày đay, hen suyễn dị
ứng, phát ban hoặc đau dạ dày – ruột. Do vậy vấn đề ô nhiễm không khí
chuồng nuôi đang được cảnh báo và cần thiết phải xử lý.
Phương pháp xúc tác quang hóa TiO2 được đánh giá là chất xúc tác
quang hóa thân thiện với môi trường và hiệu quả, nó được sử dụng rộng rãi
cho quá trình quang phân hủy các chất ô nhiễm khác nhau.
Xuất phát từ những thực tiễn trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu xử lý vi sinh vật có mặt trong không khí chuồng trại bằng xúc
tác quang hóa TiO2”. Nhằm đánh giá khả năng xử lý nấm mốc trên xúc tác
quang hóa trong môi trường không khí.

Mục tiêu nghiên cứu
- Xử lý vi sinh vật trong không khí chuồng trại bằng xúc tác quang hóa
TiO2.
- Khảo nghiệm khả năng xử lý vi sinh vật chuồng trại bằng xúc tác
TiO2.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Một số đặc điểm về nấm mốc
1.1.1. Hình dạng, kích thước và cấu tạo của nấm mốc
* Hình dạng và kích thước nấm mốc
Một số ít nấm ở thể đơn bào có hình trứng (yeast = nấm men), đa số có
hình sợi (filamentous fungi = nấm sợi), sợi có ngăn vách (đa bào) hay không
có ngăn vách (đơn bào). Sợi nấm thường là một ống hình trụ dài có kích
thước lớn nhỏ khác nhau tùy loài. Đường kính của sợi nấm thường từ 3-5µm,
có khi đến 10µm, thậm chí đến 1mm. Chiều dài của sợi nấm có thể tới vài
chục centimet. Các sợi nấm phát triển chiều dài theo kiểu tăng trưởng ở ngọn
(Hình 1.1). Các sợi nấm có thể phân nhánh và các nhánh có thể lại phân
nhánh liên tiếp tạo thành hệ sợi nấm (mycelium) khí sinh xù xì như bông.
Trên môi trường đặc và trên một số cơ chất trong tự nhiên, bào tử nấm, tế bào
nấm hoặc một đoạn sợi nấm có thể phát triển thành một hệ sợi nấm có hình
dạng nhất định gọi là khuẩn lạc nấm (Hình 1.2).

Hình 1.1. Sợi nấm

Hình 1.2: Khuẩn lạc nấm

* Cấu tạo

3


Tế bào nấm có cấu trúc tương tự như những tế bào vi sinh vật chân
hạch khác được mô tả và trình bày như ở Hình 1.3

Hình 1.3: Cấu trúc tế bào nấm
Vách tế bào nấm cấu tạo bởi vi sợi chitin và có hoặc không có celluloz.
Chitin là thành phần chính của vách tế bào ở hầu hết các loài nấm trừ nhóm
Oomycetina. Những vi sợi chitin được hình thành nhờ vào enzim chitin syntaz
Tế bào chất của tế bào nấm chứa mạng nội mạc (endoplasmic reticulum),
không bào (vacuoles), ty thể (mitochondria) và hạt dự trữ (glycogen và lipid),
đặc biệt cấu trúc ty thể ở tế bào nấm tương tự như cấu trúc ty thể ở tế bào thực
vật. Ngoài ra, tế bào nấm còn có ribô thể (ribosomes) và những thể khác chưa
rõ chức năng.
Tế bào nấm không có diệp lục tố, một vài loài nấm có rải rác trong tế bào
một loại sắc tố đặc trưng mà Matsueda và ctv. (1978) đầu tiên ly trích được và
gọi là neocercosporin (C29H26O10) có màu tím đỏ ở nấm Cercosporina kikuchi.
Tế bào nấm không nhất thiết có một nhân mà thường có nhiều nhân.
Nhân của tế bào nấm có hình cầu hay bầu dục với màng đôi phospholipid và
protein dầy 0,02 μm, bên trong màng nhân chứa ARN và ADN.

* Dinh dưỡng và tăng trưởng của nấm mốc
4


Hầu hết các loài nấm mốc không cần ánh sáng trong quá trình sinh
trưởng. Tuy nhiên, có một số loài lại cần ánh sáng trong quá trình tạo bào tử
(Buller, 1950). Nhiệt độ tối thiểu cần cho sự phát triển là từ 2 oC đến 5oC, tối
hảo từ 22oC đến 27oC và nhiệt độ tối đa mà chúng có thể chịu đựng được là

35oC đến 40oC, cá biệt có một số ít loài có thể sống sót ở O oC và ở 60oC. Nói
chung, nấm mốc có thể phát triển tốt ở môi trường acit (pH=6) nhưng pH tối
hảo là 5 – 6,5, một số loài phát triển tốt ở pH < 3 và một số ít phát triển ở pH
> 9 (Ingold, 1967).
Oxi cũng cần cho sự phát triển của nấm mốc vì chúng là nhóm hiếu khí
bắt buộc và sự phát triển sẽ ngưng khi không có oxi và dĩ nhiên nước là yếu tố
cần thiết cho sự phát triển.
Theo Alexopoulos và Minns (1979) cho biết nấm mốc có thể phát triển
liên tục trong 400 năm hay hơn nếu các điều kiện môi trường đều thích hợp
cho sự phát triển của chúng.
Nấm mốc không có diệp lục tố nên chúng cần được cung cấp dinh
dưỡng từ bên ngoài (nhóm dị dưỡng), một số sống sót và phát triển nhờ khả
năng ký sinh (sống ký sinh trong cơ thể động vật hay thực vật) hay hoại
sinh (saprophytes) trên xác bã hữu cơ, cũng có nhóm nấm rễ hay địa y
sống cộng sinh với nhóm thực vật nhất định.
Theo Alexopoulos và Mims (1979) cho biết nguồn dưỡng chất cần thiết
cho nấm được xếp theo thứ tự sau: C, O, H, N P, K, Mg, S, B, Mn, Cu, Zn,
Fe, Mo và Ca. Các nguyên tố này hiện diện trong các nguồn thức ăn vô cơ
đơn giản như glucoz, muối ammonium... sẽ được nấm hấp thu dễ dàng, nếu từ
nguồn thức ăn hữu cơ phức tạp nấm sẽ sản sinh và tiết ra bên ngoài các loại
enzim thích hợp để cắt các đại phân tử này thành những phân tử nhỏ để dể
hấp thu vào trong tế bào.

5


* Sinh sản ở nấm mốc
- Sinh sản vô tính:
The Alexopoulos và Mims (1979), nấm mốc sinh sản vô tính thể hiện
qua 2 dạng: sinh sản dinh dưỡng bằng đoạn sợi nấm phát triển dài ra hoặc

phân nhánh và sinh sản bằng các loại bào tử.
Một số loài nấm có những bào tử đặc trưng như sau:
Bào tử túi (bào tử bọc) (sporangiospores): các bào tử động (zoospores)
có ở nấm Saprolegnia và bào tử túi (sporangiopores) có ở nấm Murco,
Rhizopus chưa trong túi bào tử động (zoosporangium) và túi bào tử
(sporangium) được mang bởi cuống túi bào tử (sporangiophores).
Bào tử đính (conidium): các bào tử đính không có túi bao bọc ở giống
nấm Aspergillus, Penicillium,... Hình dạng, kích thước, màu sắc, trang trí và
cách sắp xếp của bào tử đính thay đổi từ giống này sang giống khác và được
dùng làm tiêu chuẩn để phân loại nấm.
Cuống bào tử đính có thể dạng không phân nhánh (aspegillus) hoặc
dạng thẻ phân nhánh (Penicillium).
Ở giống Microsporum và Fusarium, có hai loại bào tử đính: loại nhỏ,
đồng nhất gọi là tiểu bào tử đính (microconidia); loại lớn, đa dạng gọi là đại
bào tử đính (macroconidia).
Bào tử tản (Thallospores): trong nhiều loài nấm men và nấm mốc có
hình thức sinh sản đặc biệt gọi là bào tử tản. Bào tử tản có thể có những
loại sau:
+) Chồi hình thành từ tế bào nấm men: Cryptococcus và Candida là
những loại bào tử tản đơn giản nhất, gọi là bào tử chồi (blastospores)
+) Giống Ustilago có những sợi nấm có xuất hiện tế bào có vách dầy
gọi là bào tử vách dầy còn gọi là bào tử áo (chlamydospores)

6


- Sinh sản hữu tính:
Sinh sản hữu tính xảy ra khi có sự kết hợp giữa hai giao tử đực và cái
(gametes) có trải qua giai đoạn giảm phân. Quá trình sinh sản hữu tính trải
qua 3 giai đoạn:

Tiếp hợp tế bào chất (plasmogamy) với sự hòa hợp 2 tế bào trần
(protoplast) của 2 giao tử
Tiếp hợp nhân (karyogamy) với sự hòa hợp 2 nhân của 2 tế bào giao tử
để tạo một nhân nhị bội (diploid)
Giảm phân (meiosis) giai đoạn này hình thành 4 bào tử đơn bội
(haploid) qua sự giảm phân từ 2n NST (nhị bội) thành n NST (đơn bội)
1.1.2. Tác hại của nấm mốc
Đến nay có hơn 10.000 loài nấm được biết đến, đa số trong chúng đều
có lợi cho con người như trong việc sản xuất bánh mỳ, pho mát, kháng sinh,
men. Nhưng có khoảng 50 loài nấm mốc có mặt trong thức ăn và nguyên liệu
làm thức ăn (ngũ cốc) gây hại cho vật nuôi và con người vì chúng sản sinh ra
độc tố, người ta thường gọi tên chúng là độc tố nấm mốc (mycotoxin).
Tác hại của nấm mốc đầu tiên là dễ gây ra dị ứng, viêm đường hô hấp
làm cho chúng ta nhức đầu, mệt mỏi và chóng mặt. Đó là do nấm mốc hình
thành ra hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VOCs, khi nó phát tán ra không khí gây
mùi khó chịu mà ta rất dễ hít phải.
Tác hại của nấm mốc là rất nhiều loại nấm mốc sinh ra những loại độc
tố như Cladosporium, Penicilium, Mucor, Fusarium… dù nó để nấm mốc
chống lại các vi khuẩn khác nhưng lại vô hình chung gây ra các bệnh về
đường hô hấp cho con người.
Tác hại của nấm mốc là gây hen suyễn, đặc biệt là ở trẻ sơ sinh và trẻ
nhỏ,những người có tiền sử mắc các bệnh về đường hô hấp,dị ứng và đặc biệt
là bệnh hen suyễn.

7


Tác hại của nấm mốc thứ là gây hỏng hóc các thiết bị đồ dùng, thuốc
men đặc biệt là ở các bệnh viện, nhà kho. Gây hư mốc các nguyên vật liệu
như lương thực, thực phẩm…

Nấm mốc còn gây hại cho thực vật, làm hư hỏng rau quả (thối rau, quả).
Việc tăng cường kiến thức, hiểu biết về nấm mốc, độc tố nấm và những
tác hại của chúng để có những biện pháp hữu hiệu trong việc phòng chống bệnh
tật, bảo vệ và nâng cao sức khỏe cho vật nuôi và con người là cần thiết.
1.2. Nấm mốc Penicillium
1.2.1. Phân loại:
Penicillium được phân loại lại vào năm 1996 dựa vào sự khác nhau của
dãy AND ribosom và đặc tính chuyển hóa thứ cấp.
Giới: Fungi
Bộ: Eurotiales
Ngành: Ascomycota
Họ: Trichocomaceae
Lớp: Eurotiomycetes
Giống: Penicillium

Hình 1.4.: Hình ảnh cho nấm mốc Penicillium

8


1.2.2. Đặc điểm hình thái của nấm
Sợi nấm có vách ngăn, phân nhánh, không màu hoặc màu nhạt đôi khi
màu sẫm.
Khuẩn lạc màu vàng lục, lục, xám hoặc trắng đôi khi có màu vàng, đỏ
tím. Mặt trái khuẩn lạc không màu hoặc có màu sắc khác nhau. Môi trường
thạch nuôi cấy không màu hoặc có màu do sắc tố hòa tan tương ứng. Khuẩn
lạc có hoặc không có vết khứa xuyên tâm hay đồng tâm.
Sinh sản vô tính bằng bào tử trần với cấu tạo như sau:
Bộ máy mang bào tử trần (hay còn gọi là chồi – penicillius) hoặc chỉ
gồm một giá BTT với một vòng thể bình ở đỉnh giá (cấu tạo một vòng), hoặc

gồm giá BTT với hai đến nhiều cuống thể bình ở phần ngọn giá, trên đỉnh của
mỗi cuống thể bình đó có các thể bình (cấu tạo hai vòng).
Trường hợp các giá BTT mang một hoặc nhiều nhánh ở phần ngọn giá,
sau đó các nhánh mang các cuống thể bình và các cuống thể bình mang các
thể bình cũng được coi là cấu tạo hai vòng.
Khi các cuống thể bình xếp đều đặn và sát nhau trên ngọn giá được gọi
là cấu tạo hai vòng đối xứng. Còn các cuống xếp không đều đặn hoặc có
nhánh được gọi là cấu tạo hai vòng không đối xứng.
Ngoài ra còn có một số loài sinh sản hữu tính: Penicillium vermiculatum,
Penicillium stipitatum.
1.2.3. Đặc điểm sinh hóa, sinh lý của nấm.
Nấm mốc sống di dưỡng và hấp thu hay hoại sinh. Nấm mốc ký sinh
sống trong cơ thể sinh vật sống, sử dụng nội dung của tế bào hay mô của ký
chủ. Thường chúng gây bệnh cho thực vật và cả động vật.
Nấm mốc sống trong khoảng nhiệt độ từ 5 - 40 . Oxi cũng cần cho
sự phát triển của nấm mốc vì là sinh vật hiếu bắt buộc. Nấm mốc không có
diệp lục nên nó cần cung cấp dinh dưỡng từ bên ngoài (nhóm dị dưỡng), một
số sống sót và phát triển nhờ kí sinh vật chủ.
1.2.4. Ứng dụng và tác hại

9


Ứng dụng: Làm phomat (Penicillium Roqueforti), sản xuất thuốc
kháng sinh penicillin (Penicillium notatum), làm thuốc chống nấm
(Penicillium Griseofulvum).

Hình 1.5: Nấm mốc Penicillium

Hình 1.6: Thuốc kháng sinh

dung trong sản xuất phomat xanh.
Penicillin của người.
Tác hại:
Gây bệnh cho thực vật (bệnh mốc xanh trên cây ăn quả có múi, hạt
ngô), gây bệnh nhiễm trùng toàn thân trên người bệnh HIV/AIDS
(Penicillium marnefei) gây ra lở loét, các nốt sần, sốt, sụt cân, ho, ...
Một số loài gây bệnh cho động vật như P.corylophylum, P.fellutanum,
P.implicatum… là tác nhân gây bệnh tiềm năng của muỗi. Gây giảm miễn
dịch, gan, thận bị tổn thương, giảm sức sản xuất, sinh con bị quái thai, thần
kinh…
Gây hen suyễn, đặc biệt là ở trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ, những người có tiền
sử mắc các bệnh về đường hô hấp, dị ứng và đặc biệt là bệnh hen suyễn. Gây
dị ứng, viêm tai, mũi, họng, đau đầu, đau khớp, ảnh hưởng đến hệ thần kinh
trung ương.
Gây hỏng hóc các dụng cụ thiết bị trong nhà.

10


Hình 1.7: Nấm gây hại cho thực vật
1.3. Nấm mốc trong không khí chuồng nuôi
Vi sinh vật trong không khí chuồng nuôi chủ yếu có nguồn gốc từ cơ
thể hay các chất tiết từ vật nuôi, chất thải, thức ăn, và chất lót chuồng. Số
lượng vi sinh vật trong không khí chuồng nuôi có thể biến thiên từ 100 đến
vài ngàn trong 1 lít lhông khí. Trên 80% vi sinh vật trong không khí chuồng
nuôi là các cầu khuẩn staphylococci và streptococci. Chúng có nguồn gốc từ
đường hô hấp trên và da. Ngoài ra, có khoảng 1% là nấm mốc và nấm men,
0,5% là coliforms có nguồn gốc từ phân (một số tài liệu khác cho rằng tỷ lệ
này có thể lên đến 10-15%) (Hartung, 1994). Trên thực tế, để đánh giá về mặt

vi sinh vật học của không khí chuồng nuôi, người ta thường khảo sát số lượng
khuẩn lạc (CFUs - colony-forming units) có trong 1 lít không khí. Số liệu này
thay đổi theo loài vật nuôi và thiết kế của hệ thống chuồng trại.
Số lượng vi sinh vật trong không khí chuồng gà cao nhất, và trong
không khí chuồng nuôi trâu bò là thấp nhất (Muller và Wieser, 1987). Số
lượng vi sinh vật trong khí khí chuồng nuôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như
mật độ nuôi, tuổi động vật, độ thông thoáng, nhiệt độ, ẩm độ, và hàm lượng
bụi. Ngoài ra, số liệu còn thay đổi tuỳ theo phương pháp và cách lấy mẫu.
Chính vì sự phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là kỹ thuật lấy mẫu, mà cho
tới nay chưa có một khuyến cáo nào về giới hạn đối với hàm lượng bụi và số
lượng vi sinh vật trong không khí. Các vi sinh vật trong không khí có khả
11


năng chịu được các điều kiện môi trường khác nhau. Trong không khí, vi sinh
vật có thể tồn tại riêng lẻ hay kết hợp với nhau. Bụi có chứa rất nhiều vi sinh
vật. Các vi khuẩn kết hợp với bụi sẽ bám trên các bề mặt như nền, vách
chuồng; trên da, lông, hay niêm mạc động vật. Thời gian tồn tại của chúng
thay đổi, tuỳ thuộc vào rất lớn vào các tính chất của cơ chất mà chúng bám
lên như hàm lượng nước và các thành phần hoá học. Thời gian tồn tại của các
vi sinh vật kết hợp với bụi trong không khí thường ngắn hơn các vi sinh vật
đã bám trên các bề mặt. Thời gian tồn tại của coliforms thường ngắn hơn các
cầu khuẩn Gram dương.
Bảng 1.1: Số lượng vi sinh vật trong không khí chuồng nuôi
(Hartung, 1994)
Loài vật nuôi
Trâu bò
Lợn
Gà thịt
Gà đẻ (chuồng lồng)

Gà đẻ (chuồng nền)

Số lượng vi sinh vật (CFUs/L)
58 – 212
354 – 2000
850 – 2983
360 – 3781
1907 – 22044 (đến 1 triệu)
CFUs: Colony-forming units

Tác hại của vi sinh vật trong không khí thường kết hợp với bụi và các
khí độc. Phần lớn chúng là các vi sinh vật gây bệnh cơ hội. Có thể có một số
vi sinh vật gây bệnh truyền nhiễm, đặc biệt là trong các ổ dịch bệnh. Nhiều tài
liệu đã khẳng định không khí là đường truyền lây chủ yếu của nhiều bệnh do
vi khuẩn và virus. Vi sinh vật trong không khí có thể làm suy giảm các cơ chế
phòng vệ của cơ thể. Một khảo sát cho thấy 4,8% gia cầm được mổ khám có
tim và gan bị nhiễm các vi khuẩn gây bệnh cơ hội có trong không khí (Muller
và Wieser, 1987).
Nói chung hầu hết các bệnh do bụi và vi sinh vật trong không khí gây
ra là các bệnh hô hấp mãn tính, do tiếp xúc trong một thời gian dài. Do đó khó
có thể xác định mối quan hệ của một sự khởi đầu một bệnh và nguyên nhân
gây ra. Tuy nhiên, rõ ràng rằng các bệnh truyền nhiễm do vi khuẩn, virus, hay
12


mycoplasma sẽ trở nên trầm trọng hơn do nồng độ cao của bụi hay vi sinh vật
trong không khí (Muller và Wieser, 1987).
1.4. Một số phương pháp xử lý nấm mốc
- Diệt nấm mốc bằng giấm: Đổ giấm vào bình xịt rồi phun lên những
nơi bị nấm mốc. Dùng bàn chải cứng đánh thật sạch nấm mốc. Sau đó để khô

rồi làm lại các bước tương tự cho đến khi nấm mốc sạch hẳn.
- Dùng nước tẩy: Đổ giấm vào bình xịt rồi phun lên những nơi bị nấm
mốc. Dùng bàn chải cứng đánh thật sạch nấm mốc. Sau đó để khô rồi làm lại
các bước tương tự cho đến khi nấm mốc sạch hẳn.
- Phương pháp xúc tác quang hóa TiO 2: hiện tượng xử dụng ánh sáng
để kích hoạt các phản ứng hóa học.
1.5. Đặc điểm chất xúc tác TiO2
1.5.1. Đặc điểm cấu trúc của vật liệu TiO2
TiO2 là chất xúc tác bán dẫn, gần một thế kỷ trở lại đây, bột TiO 2 với
kích thước cỡ µm đã được điều chế ở quy mô công nghiệp và được ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau: làm chất độn trong cao su, nhựa,
giấy, sợi vải, làm chất màu cho sơn, men đồ gốm, sứ…
TiO2 tồn tại ở dạng bột, thường có màu trắng tuyết ở điều kiện bình
thường, khi đun nóng có màu vàng. Khối lượng phân tử là 79,87g/mol, khối
lượng riêng khoảng 4,13- 4,25g/cm3, nóng chảy ở nhiệt độ cao 1870°C, không
tan trong nước, không tan trong các axit như axit sunfuric, axit clohidric,…
ngay cả khi đun nóng. Tuy nhiên, với kích thước nanomet, TiO 2 có thể tham
gia phản ứng với kiềm mạnh. Các dạng hợp chất của Titan đều có tính bán dẫn.
TiO2 có bốn dạng thù hình. Ngoài dạng vô định hình, nó có ba dạng
tinh thể là anatase (tetragonal), rutile (tetragonal) và brookite (orthorhombic)
(Hình 1.8)

13


Hình 1.8: Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2:
rutile, (B) anatase, (C) brookite.
Bảng 1.2. Các đặc tính cấu trúc các dạng thù hình của TiO2
Hệ tinh thể
Hằng số mạng (Å)

Nhóm không gian
Số đơn vị công thức
Thể tích ô cơ sở(Å)
Mật độ khối
Độ dài liên kết Ti- O (Å)
Độ dài liên kết Ti- O- Ti

Khối lượng riêng (g/cm3)

Anatase
Tetragonal
a=4.59

Rutile
Tetragonal
a= 3.78

Brookite
Octhorhombic
a= 9.18

c= 2.96

c= 9.52

b= 5.45

P42/mnm
2

31,22
4,13
1,95
1,98

I41/amd
4
34,06
3,79
1,94
1,97

c= 5.15
Pbca
8
32,17
3,99
1,87~ 2,04
77,0o ~105o

81,2o

77,7o

90o
4,13

92,6o
3,79

3,99

Rutile là dạng phổ biến nhất của TiO2, có mạng lưới tứ phương trong đó
mỗi ion Ti4+ được ion O2- bao quanh kiểu bát diện, đây là kiến trúc điển hình
của hợp chất có công thức MX 2, anatase và brookite là các dạng giả bền và
chuyển thành rutile khi nung nóng. Tất cả các dạng tinh thể đó của TiO 2 tồn tại
trong tự nhiên như là các khoáng nhưng chỉ có rutile và anatase ở dạng đơn
tinh thể là được tổng hợp ở nhiệt độ thấp.
14


Cấu trúc mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite đều được xây
dựng từ các đa diện phối trí tám mặt (octahedra) TiO6 nối với nhau qua cạnh
hoặc qua đỉnh oxi chung. Mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi tám mặt tạo bởi sáu
ion O2-.
Các mạng lưới tinh thể của rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự
biến dạng của mỗi hình tám mặt và cách gắn kết giữa các octahedra.
Pha rutile và anatase đều có cấu trúc tetragonal lần lượt chứa 6 và 12
nguyên tử tương ứng trên một ô đơn vị. Trong cả hai cấu trúc, mỗi cation Ti +4
được phối trí với sáu anion O2-; và mỗi anion O2- được phối trí với ba cation
Ti+4. Trong mỗi trường hợp nói trên khối bát diện TiO 6 bị biến dạng nhẹ, với
hai liên kết Ti-O lớn hơn một chút so với bốn liên kết còn lại và một vài góc
liên kết lệch khỏi 90o. Sự biến dạng này thể hiện trong pha anatase rõ hơn
trong pha rutile. Mặt khác, khoảng cách Ti-Ti trong anatase lớn hơn trong
rutile nhưng khoảng cách Ti-O trong anatase lại ngắn hơn so với rutile. Điều
này ảnh hưởng đến cấu trúc điện tử của hai dạng tinh thể, kéo theo sự khác
nhau về các tính chất vật lý và hóa học.
Sự gắn kết giữa các octahedra của hai pha rutile và anatase được mô tả
như hình 2.8. Pha rutile có độ xếp chặt cao nhất so với hai pha còn lại, các
khối bát diện xếp tiếp xúc nhau ở các đỉnh, hai khối bát diện đứng cạnh nhau

chia sẻ hai cạnh chung và tạo thành chuỗi, pha rutile có khối lượng riêng 4,2
g/cm3. Với pha anatase, các khối bát diện tiếp xúc cạnh với nhau, trục c của
tinh thể kéo dài ra và có khối lượng riêng là 3,9 g/cm 3. TiO2 anatase không
pha tạp là một chất cách điện dị hướng có cấu trúc tetragonal (a=3,78 Å ;
c=9.52 Å) có hằng số điện môi tĩnh là 31.
Pha brookite có cấu trúc phức tạp, brookite có cấu trúc orthorhombic
với đối xứng 2/m 2/m 2/m và nhóm không gian Pbca. Ngoài ra, độ dài của
liên kết Ti-O cũng khác nhiều so với các pha anatase và rutile, cũng như góc
liên kết O-Ti-O. Có rất ít tài liệu nghiên cứu về pha brookite.
15


Tất cả các dạng tinh thể đó của TiO 2 tồn tại trong tự nhiên như là các
khoáng, nhưng chỉ có rutile và anatase ở dạng đơn tinh thể là được tổng hợp ở
nhiệt độ thấp. Hai pha này cũng được sử dụng trong thực tế làm chất màu,
chất độn, chất xúc tác... Các mẫu TiO2 phân tích trong các nghiên cứu hiện
nay bắt đầu được tổng hợp từ pha anatase và trải qua một chương trình nung
để đạt được pha rutile bền. Brookite cũng quan trọng về mặt ứng dụng, tuy
vậy bị hạn chế bởi việc điều chế brookite sạch không lẫn rutile hoặc anatase là
điều khó khăn.
1.5.2. Đặc tính quang xúc tác của nano TiO2
Chất xúc tác là chất có tác dụng làm tăng năng lượng kích hoạt của
phản ứng hóa học và không bị mất đi sau khi phản ứng. Nếu quá trình xúc tác
được kích thích bằng ánh sáng thì được gọi là quang xúc tác. Chất có tính
năng hoạt động mạnh trong các phản ứng hóa học khi được chiếu sáng gọi là
chất quang xúc tác, và nano TiO2 là một chất quang xúc tác tiêu biểu.
Khi được chiếu sáng, nano TiO2 trở thành một chất oxy hóa khử mạnh
nhất trong những chất đã biết gấp 1,5 lần ozon, gấp 2 lần clo – là những chất
thông dụng vẫn được dụng trong xử lý môi trường. Điều này tạo cho vật liệu
nhiều ứng dụng phong phú, đa dạng và quý giá. Nano TiO 2 có thể phân hủy

được các chất độc hại bền vững như: đioxin, thuốc trừ sâu, benzen,.. Dưới tác
dụng của ánh sáng, nano TiO2 trở nên kỵ nước hay ưu nước tùy thuộc vào
công nghệ chế tạo. Khả năng này được ứng dụng để tạo ra các bề mặt tự tẩy
rửa không cần hóa chất hay tác động cơ học.
Nano TiO2 kháng khuẩn bằng cơ chế phân hủy, tác động vào vi sinh vật
như phân hủy một hợp chất hữu cơ. Vì vậy, nó tránh được hiện tượng “nhờn
thuốc” và là một công cụ hữu hiệu chống lại sự biến đổi gen của vi sinh vật
gây bệnh.
Nano TiO2 hoạt động theo cơ chế xúc tác nên bản thân không bị tiêu
hao, nghĩa là đầu tư một lần và sử dụng lâu dài.

16


Bản thân nano TiO2 không độc hại, sản phẩm của sự phân hủy chất này
cũng rất an toàn.
Những đặc tính này tạo cho nano TiO2 những lợi thế vượt trội về hiệu
quả kinh tế và kỹ thuật trong việc làm sạch môi trường nước và không khí
cũng như các tác nhân ô nhiễm hữu cơ, vô cơ và sinh học.
1.5.3. Tính chất quang của vật liệu TiO2
Cấu trúc điện tử của chất bán dẫn đóng vai trò quan trọng trong quá
trình quang xúc tác. Không giống như chất dẫn điện, chất bán dẫn bao gồm
vùng dẫn và vùng hóa trị. Năng lượng khác biệt giữa hai mức này được gọi là
năng lượng vùng cấm Eg. Nếu không có sự kích thích, điện tử lấp đầy vùng
hóa trị, còn vùng dẫn trống. Khi chất bán dẫn được kích thích bởi các photon
với năng lượng bằng hoặc cao hơn mức năng lượng vùng cấm, các điện tử
nhận được năng lượng từ các photon sẽ chuyển dời từ vùng hóa trị lên vùng
dẫn. Đối với chất bán dẫn TiO2, quá trình được thể hiện như sau: TiO 2
+
Như chúng ta đã biết năng lượng vùng cấm của anatase và rutile tương

ứng là 3,2 và 3,0 eV tại nhiệt độ phòng. Chúng có thể được xác định từ
nhiều kết quả thực nghiệm khác nhau như đo đặc trưng I/V hay C/V của tiếp
giáp p/n hay tiếp giáp Schottky bán dẫn kim loại hoặc đo phổ hấp thụ, đo độ
dẫn phụ thuộc nhiệt độ hay quang dẫn của vật liệu. Trình quang dẫn do kích
thích vùng và kết quả là năng lượng ngưỡng gần như phù hợp với năng
lượng vùng cấm quang học. Cấu trúc vùng năng lượng của pha rutile được
nghiên cứu rộng rãi. TiO2 rutile có vùng cấm thẳng (3,0eV). Còn bờ hấp thụ
của tinh thể anatase được xác định là 3,2 eV tại nhiệt độ phòng và mở rộng
tới 3,3eV tại 4K.
Bảng 1.3: Các đặc tính cấu trúc của các dạng thù hình của TiO2.
17


Chiết suất
Anatase

2,49

Rutile

2,903

Khối lượng riêng

Độ rộng vùng cấm

(g/cm3)
3,84

(eV)

3,25

4,26
3,05
(Theo Trần Mạnh Trí, 2005)
Tính chất quang học của từng pha là tương đồng, tuy nhiên có một số

khác biệt nhỏ. Ví dụ như bờ hấp thụ của chúng khác nhau. Bằng phương pháp
thực nghiệm, Trần Mạnh Trí (2005) đã quan sát thấy rằng trong màng mỏng
cấu trúc anatase có độ linh động cao hơn so với cấu trúc rutile và brookite .
Mặc dù cả ba dạng đều thể hiện tính chất quang nhưng anatase là cấu trúc
được ưu tiên hơn trong quá trình quang xúc tác.
1.5.4. Cơ chế phân hủy các chất ô nhiễm của xúc tác quang TiO2
Biện pháp oxi hóa quang hóa sử dụng huyền phù TiO 2 kết hợp chiếu
ánh sáng tử ngoại, quá trình quang Fenton...thường được sử dụng để đảm bảo
sự oxi hóa hoàn toàn thuốc trừ sâu, không tạo ra các sản phẩm phụ độc hại.
Tuy nhiên, các phương pháp oxi hóa quang hóa bằng TiO 2 có nhược điểm chỉ
có hoạt tính xúc tác trong trong vùng ánh sáng tử ngoại (UV) nên việc áp
dụng trong thực tế khó khăn, ít hiệu quả vì trong ánh sáng mặt trời chỉ có 3 5% tia UV. Hoạt tính quang xúc tác của TiO 2 hay tốc độ quá trình tạo gốc
hydroxyl OH- có được do sự tạo thành của electron quang sinh e - (e- trong
vùng dẫn) và lỗ trống quang sinh h + (h+ trong vùng hóa trị). Electron quang
sinh và lỗ trống quang sinh chính là nguyên nhân dẫn đến các quá trình hoá
học xảy ra, bao gồm quá trình oxi hoá đối với lỗ trống quang sinh và quá trình
khử đối với electron quang sinh. Tuy nhiên, electron quang sinh e - ở trạng thái
kích thích trong vùng dẫn không bền, dễ tái kết hợp với lỗ trống quang sinh h +
trong vùng hóa trị, làm mất hoạt tính quang xúc tác của TiO 2. Các electron
quang sinh và lỗ trống quang sinh có thể di chuyển ra bề mặt hạt xúc tác và
tác dụng trực tiếp hay gián tiếp với các chất hấp phụ trên bề mặt.

18