Ô nhiễm dư lượng kháng sinh trong môi trường nước đang nổi lên như một thách thức môi trường và y tế nghiêm trọng tại Việt Nam cũng như trên toàn cầu. Các hợp chất này tồn tại với nồng độ rất thấp, khó phát hiện bằng mắt thường, nhưng lại có khả năng tích lũy sinh học, làm suy giảm hệ sinh thái thủy sinh và đặc biệt thúc đẩy hiện tượng kháng kháng sinh - mối đe dọa lớn đối với sức khỏe cộng đồng. Trong bối cảnh đó, một nghiên cứu mới của các nhà khoa học Việt Nam về vật liệu xúc tác quang đa chức năng xử lý kháng sinh trong nước mặt đã mở ra hướng tiếp cận đầy triển vọng, tận dụng nguồn vật liệu tự nhiên và năng lượng mặt trời để giải quyết bài toán ô nhiễm vi mô đang ngày càng cấp bách.

Ngày 14/1/2025, Bộ Khoa học và Công nghệ đã tổ chức nghiệm thu đề tài khoa học cấp nhà nước “Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác quang đa chức năng trên nền khoáng vermiculite, ứng dụng xử lý hiệu quả kháng sinh trong môi trường nước mặt”. Đề tài thuộc Chương trình phát triển khoa học cơ bản trong lĩnh vực Hóa học, Khoa học sự sống, Khoa học Trái đất và Khoa học biển giai đoạn 2017–2025, do Viện Khoa học Công nghệ Năng lượng và Môi trường (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) chủ trì, ThS. Vũ Văn Tú làm chủ nhiệm. Hội đồng nghiệm thu đánh giá đề tài được triển khai nghiêm túc, đúng tiến độ và đạt nhiều kết quả có giá trị khoa học lẫn thực tiễn.

Thực tế tại Việt Nam cho thấy việc sử dụng kháng sinh trong y tế và chăn nuôi gia tăng nhanh trong nhiều năm qua. Dư lượng kháng sinh theo nước thải bệnh viện, khu dân cư và hoạt động nông nghiệp đi vào sông, hồ, kênh mương. Dù nồng độ thường chỉ ở mức ng/L đến µg/L, sự hiện diện đồng thời của nhiều nhóm kháng sinh như quinolon, tetracyclin hay macrolid lại gây tác động lâu dài. Chúng có thể ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh, làm biến đổi cấu trúc quần xã vi sinh và góp phần hình thành các chủng vi khuẩn kháng thuốc - một vấn đề được Tổ chức Y tế Thế giới xếp vào nhóm rủi ro y tế toàn cầu.

Các công nghệ xử lý nước truyền thống, như xử lý sinh học hay oxy hóa đơn lẻ, tỏ ra kém hiệu quả với những hợp chất bền vững như kháng sinh. Trước thực tế đó, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn hướng tiếp cận mới: kết hợp hấp phụ - xúc tác quang - phản ứng oxy hóa khử trong cùng một hệ vật liệu. Nền tảng của hệ vật liệu là khoáng vermiculite - một khoáng tự nhiên nhẹ, xốp, có diện tích bề mặt lớn và sẵn có tại Việt Nam. Trên nền này, các nhà khoa học phủ các pha xúc tác quang như TiO₂ pha tạp (Co, Fe, N) và/hoặc BiVO₄ nhằm mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng sang vùng khả kiến.

Ý tưởng khoa học cốt lõi của nghiên cứu là tận dụng ánh sáng mặt trời - nguồn năng lượng sạch và dồi dào ở Việt Nam - để kích hoạt các phản ứng phân hủy kháng sinh. Nhờ đặc tính nhẹ và xốp, vật liệu sau biến tính có thể nổi hoặc lơ lửng trên bề mặt nước, giúp hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn so với các xúc tác truyền thống chìm dưới đáy. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất xử lý mà còn giảm chi phí năng lượng, một yếu tố then chốt để công nghệ có thể triển khai ngoài thực tế.

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã tiến hành khảo sát thực địa tại Hà Nội, Hải Dương, Ninh Bình và Hà Nam, tập trung vào các khu vực gần bệnh viện. Kết quả phân tích cho thấy sự hiện diện đáng kể của các kháng sinh như ofloxacin, ciprofloxacin và clarithromycin, đặc biệt tại các điểm tiếp nhận nước thải y tế. Đây là dữ liệu nền quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm và lựa chọn điều kiện thí nghiệm phù hợp.

Về mặt vật liệu, các hệ xúc tác như TiO₂/Ver, TiO₂ pha tạp Co–Fe–N/Ver, BiVO₄/Ver và tổ hợp TiO₂–BiVO₄/Ver đã được tổng hợp thành công bằng các phương pháp sol–gel và thủy nhiệt. Các phân tích cấu trúc cho thấy vật liệu có độ bền tinh thể tốt, diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến được cải thiện rõ rệt. Đây là yếu tố quyết định giúp xúc tác hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng mô phỏng ánh sáng mặt trời.

Kết quả thử nghiệm xử lý cho thấy vật liệu có khả năng loại bỏ hiệu quả ba nhóm kháng sinh chính trong nước mặt, cả trong điều kiện thí nghiệm mẻ và hệ thống dòng chảy liên tục. Đáng chú ý, vật liệu Co–TiO₂/Ver thể hiện hiệu quả vượt trội đối với kháng sinh nhóm quinolon – nhóm được sử dụng phổ biến và có nguy cơ gây kháng thuốc cao. Ngoài hiệu suất xử lý, nhóm nghiên cứu còn đánh giá ảnh hưởng của các ion cản trở, khả năng tái sinh vật liệu và quy trình xử lý sau sử dụng. Kết quả cho thấy vật liệu có thể tái sử dụng nhiều chu kỳ mà hiệu suất suy giảm không đáng kể, đáp ứng yêu cầu ứng dụng lâu dài.

Nghiên cứu chế tạo vật liệu xúc tác quang đa chức năng trên nền khoáng vermiculite đã cung cấp một hướng tiếp cận mới, bền vững và phù hợp với điều kiện Việt Nam trong xử lý ô nhiễm dư lượng kháng sinh trong nước mặt. Không chỉ có giá trị khoa học trong lĩnh vực vật liệu và xúc tác quang, kết quả nghiên cứu còn mở ra triển vọng ứng dụng thực tiễn tại các khu vực đô thị, bệnh viện và vùng nông thôn. Trong bối cảnh ô nhiễm vi mô và kháng kháng sinh đang trở thành vấn đề toàn cầu, những giải pháp “xanh”, tận dụng vật liệu tự nhiên và năng lượng mặt trời như thế này được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng, góp phần bảo vệ môi trường nước và sức khỏe cộng đồng trong giai đoạn phát triển mới của Việt Nam.