Gốc oxy hóa mạnh ROS chính là trung tâm của công nghệ quang xúc tác hiện đại – cung cấp khả năng diệt khuẩn và virus triệt để, đồng thời giúp khử mùi và phá hủy VOCs độc hại trong không khí. Việc hiểu rõ và kiểm soát quá trình sinh ROS là điều kiện tiên quyết để phát triển các hệ thống lọc không khí kháng khuẩn thế hệ mới, hiệu quả và an toàn.
1. ROS là gì?
ROS (Reactive Oxygen Species) là các phân tử hoặc ion có chứa oxy, có tính oxy hóa cực mạnh. Chúng được sinh ra tự nhiên trong quá trình quang xúc tác – khi ánh sáng (đặc biệt là UV) chiếu vào vật liệu bán dẫn như TiO₂, ZnO, hoặc các vật liệu nano kim loại. Những ROS chính trong hệ thống lọc không khí bao gồm:
| Loại ROS | Công thức hóa học | Tác động chính |
| Gốc hydroxyl | •OH | Phá vỡ màng tế bào, ADN vi sinh vật |
| Gốc superoxide | O₂•⁻ | Oxy hóa cấu trúc protein và lipid |
| Peroxide | H₂O₂ | Tiêu diệt vi khuẩn, virus hiệu quả |
| Oxy singlet | ¹O₂ | Phản ứng với hợp chất hữu cơ, gây chết tế bào |
2. Cơ chế hình thành ROS trong hệ lọc quang xúc tác
Dưới tác dụng của ánh sáng (thường là UV‑A 365 nm hoặc UV‑C 254 nm), chất bán dẫn TiO₂ được kích thích và tạo ra cặp electron – lỗ trống (e⁻/h⁺). Quá trình này diễn ra như sau:
TiO₂ + ánh sáng UV → e⁻ (electron) + h⁺ (hole)
- Electron (e⁻) phản ứng với O₂ trong không khí → tạo ra O₂•⁻
- Lỗ trống (h⁺) phản ứng với hơi nước (H₂O) → tạo •OH
Tổng hợp lại:
- O₂ + e⁻ → O₂•⁻
- H₂O + h⁺ → •OH + H⁺
Hai gốc này – •OH và O₂•⁻ – là chìa khóa trong việc phá hủy vi khuẩn và virus.
3. ROS tiêu diệt vi sinh vật như thế nào?
ROS tác động lên tế bào vi khuẩn/virus theo 3 cơ chế:
- Phá hủy màng tế bào – gây rò rỉ ion và enzym nội bào
- Biến tính protein – ngăn cản chức năng sinh tồn của tế bào
- Phá vỡ vật liệu di truyền (DNA/RNA) – đặc biệt hiệu quả với virus
📌 Nhiều nghiên cứu đã chứng minh: ROS có khả năng tiêu diệt >99.9999% E. coli và virus SARS-CoV‑2 chỉ trong vòng 30 phút – 2 giờ tuỳ cấu trúc vật liệu và cường độ chiếu sáng.
4. Ưu điểm của ROS trong ứng dụng lọc không khí
- Không để lại dư lượng hóa học
- Không tạo khí độc phụ (như O₃) nếu kiểm soát tốt
- Hoạt động hiệu quả với cả vi khuẩn, virus, nấm mốc, VOCs
- Có thể tích hợp vào nhiều loại lõi lọc khác nhau
5. Tối ưu hóa hiệu suất sinh ROS
- Để nâng cao sinh ROS, các nghiên cứu hiện đại sử dụng:
- Doping kim loại (Ag, Cu): kéo dài thời gian sống của e⁻ và h⁺
- Kết hợp vật liệu MOF (ZIF‑8, MIL-101): tăng hấp phụ, tăng tiếp xúc
- Thiết kế bề mặt xúc tác dạng sợi, tổ ong: tăng diện tích phản ứng
- Chiếu sáng bằng LED UVA hoặc UV‑C công suất cao