Tổng quan về nước hoạt hóa plasma

Nước hoạt hóa plasma (PAW) hoặc dung dịch hoạt hóa plasma (PALs) là nước hoặc các dung dịch được xử lý bằng plasma lạnh (CAP). Nhờ có sự chuyển giao năng lượng cũng như các hoạt chất của oxi và nitơ từ khối plasma, PAW có những đặc tính vật lý và hóa học đặc biệt mà không cần sử dụng thêm bất kỳ hóa chất nào. Đặc tính này giúp PAW có thể ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như thực phẩm, nông nghiệp, và y sinh.

Các phương pháp tạo ra PAW

PAW chủ yếu được sản xuất dựa trên quá trình phóng plasma lạnh (CAP) theo ba loại/ phương pháp sau:

phóng plasma trực tiếp trong chất lỏng (Hình a–c);
phóng plasma trong pha khí trên bề mặt chất lỏng (Hình d–f);
phóng plasma nhiều pha như phóng plasma trong bóng khí trong chất lỏng (Hình g và h) hoặc tiếp xúc với chất lỏng dạng phun hoặc dạng bọt (Hình i).

Tia plasma, phóng điện hồ quang trượt, phóng điện rào cản điện môi (DBD) và phóng điện vi bề mặt (SMD) là những nguồn plasma phổ biến nhất được sử dụng để sản xuất PAW.

Hình 1: Các phương pháp chế tạo dung dịch hoạt hóa plasma

Đặc tính lý hóa của PAW

Khi plasma tương tác với chất lỏng, các phản ứng hóa học phức tạp khác nhau xảy ra tại vùng phân cách giữa hai môi trường, dẫn đến việc tạo ra các loại hoạt chất và những thay đổi mạnh mẽ về đặc tính hóa lý của các dung dịch được xử lý, bao gồm pH, thế oxy hóa – khử (ORP) và độ dẫn điện của những dung dịch này.

Các hoạt chất chứa oxi và nitơ (RONS): Trong quá trình phóng plasma, nhiều loại RONS khác nhau được tạo ra trong khí, chẳng hạn như các gốc tự do của oxit nitric (NO.), hydroxyl (OH.), superoxide (O₂^-.), oxy nguyên tử (O), oxy mức đơn (¹O₂), ion nitơ (N₂⁺), và các phân tử nitơ bị kích thích (N₂^*). Khi các hoạt chất này tiếp xúc với chất lỏng, các phản ứng hóa học xảy ra, tạo ra các sản phẩm tương đối bền như hydro peroxit (H₂O₂), nitrat (NO₃^–), nitrit (NO₂^–), ozon (O₃), peroxynitrite (ONOO⁻) và axit peroxynitơ (ONOOH). Loại và nồng độ của các hoạt chất trong PALs bị ảnh hưởng đáng kể bởi nguồn plasma, khí và chất lỏng được sử dụng.
Ion kim loại: Sự ăn mòn điện cực trong quá trình phóng điện trong lòng chất lỏng có thể giải phóng các ion kim loại vào chất lỏng PAW. Nồng độ ion đồng và kẽm trong PAW tăng lên theo thời gian tiếp xúc với plasma, góp phần làm tăng khả năng bất hoạt vi sinh vật của PAW.
pH: Các phương pháp xử lý plasma khác nhau dẫn đến axit hóa nước hoặc dung dịch được xử lý (được thể hiện qua pH). Giá trị pH giảm như vậy được giải thích chủ yếu là do sự hình thành các axit nitric và nitơ cũng như ONOOH, được tạo ra từ NO, NO₂ và NO_x hình thành trong pha plasma. Ngoài ra, việc tạo ra các ion hydro có tính axit (H₃O⁺) do phản ứng của các phân tử nước với H₂O₂ được tạo ra trong không khí hoặc chất lỏng cũng có thể góp phần làm giảm giá trị pH.
Thế oxi hóa khử (ORP): ORP phản ánh khả năng oxy hóa hoặc khử của dung dịch và được coi là yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng bất hoạt vi sinh vật bằng cách phá hủy tính toàn vẹn của màng tế bào và các cơ chế bảo vệ tế bào. Giá trị ORP của PAW thay đổi, chủ yếu phụ thuộc vào thời gian xử lý plasma. PAW được tạo ra trong lòng chất lỏng có giá trị ORP cao hơn so với PAW được tạo ra trên bề mặt chất lỏng. ORP của PAW cao chủ yếu là do sự hình thành của các loại RONS khác nhau như H₂O₂, O₃, NO₃^–, NO₂^– và ONOOH.
Độ dẫn điện: Độ dẫn điện – thước đo khả năng dẫn điện của dung dịch nước, phụ thuộc vào loại ion, nồng độ của chúng và nhiệt độ dung dịch. Sự gia tăng đột ngột độ dẫn điện của PAW theo thời gian xử lý cho thấy các ion hoạt tính đã được tạo ra trong quá trình tương tác giữa chất lỏng và plasma.
Nhiệt độ: Quá trình xử lý bằng plasma không làm tăng nhiệt độ dung dịch đáng kể, nhiệt độ của chất lỏng được xử lý bằng nguồn plasma DBD được duy trì trong khoảng 23°C-26°C, ngay cả khi quá trình xử lý kéo dài 3 phút. Nhiệt độ của các mẫu PAW được kích hoạt bởi một chùm tia plasma trên bề mặt và trong nước cất vô trùng trong 20 phút lần lượt là 31,5°C và 38,1°C.

Ban Truyền thông – Viện Nghiên cứu Công nghệ Plasma

Hướng dẫn khoa học

Tổng quan về nước hoạt hóa plasma

Trả lời Hủy