Đề tài nghiên cứu về màng lọc diệt khuẩn đạt giải Nhất Cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, nhi đồng TP.HCM 2025

Đề tài giành giải Nhất năm nay thuộc về hai học sinh Lê Ngọc Nam Phương và Hồ Quang Tùng đến từ Trường THPT Chuyên Trần Đại Nghĩa (Quận 1, TP.HCM) với đề tài: “Nghiên cứu và chế tạo màng graphene nanoribbons hướng đến ứng dụng lọc khí diệt khuẩn”.

Màng lọc graphene – bước tiến mới trong lọc khí và diệt khuẩn

Chia sẻ về lý do thực hiện đề tài, đại diện nhóm cho biết: “Theo Tổ chức Y tế Thế giới, có đến gần 90% dân số toàn cầu đang sống trong môi trường có mức ô nhiễm không khí vượt ngưỡng an toàn. Bụi mịn PM2.5 – một trong những tác nhân nguy hiểm – dễ dàng xâm nhập sâu vào hệ hô hấp, gây hàng loạt vấn đề về sức khỏe.”

Hiện nay, các thiết bị lọc không khí phổ biến trên thị trường chủ yếu sử dụng màng HEPA, kết hợp với công nghệ ion hóa, phát ozon hay chiếu tia UV. Tuy nhiên, những công nghệ này vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế: không lọc được hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC), phát sinh phụ phẩm có hại, chi phí cao do cần thay thế định kỳ.

Trước thực trạng đó, nhóm học sinh đã tiếp cận vật liệu graphene – một dạng carbon 2D được phát hiện từ năm 2004, nổi bật với cấu trúc tổ ong siêu bền, dẫn điện và nhiệt tốt, khả năng diệt khuẩn hiệu quả. Đặc biệt, dạng graphene nanoribbons – những dải graphene có chiều rộng dưới 100 nm – có thể tạo thành mạng lưới lọc khí siêu nhỏ nhưng thông khí tốt, giúp giữ lại bụi mịn và tiêu diệt vi khuẩn nhờ dòng điện thấp.

Dựa trên nguyên lý đó, nhóm học sinh đã chế tạo hệ thống lọc khí gồm ba lớp: hai lớp màng lọc thô và một lớp màng graphene nanoribbons kết hợp lưới thép không gỉ. Thiết kế không cần sử dụng các loại màng HEPA hay tạo ion, không phát ozon hay tia UV, giúp tiết kiệm chi phí và an toàn hơn cho người dùng.

Kết quả thí nghiệm cho thấy, màng graphene của nhóm có thể lọc và tiêu diệt vi khuẩn với hiệu suất trên 99%. Ở dòng điện 6A với điện thế dưới 3V, màng có khả năng tiêu diệt vi khuẩn chỉ sau 30 giây, cho thấy hiệu quả rõ rệt trong điều kiện tiêu chuẩn mà không gây hại đến người sử dụng.

“Chúng em đang thử nghiệm gắn màng lọc này vào các máy lạnh trong lớp học để kiểm tra khả năng lọc bụi và diệt khuẩn trong môi trường kín. Nếu thành công, đây có thể là bước đầu cho việc triển khai rộng rãi tại các lớp học, phòng làm việc, thậm chí là bệnh viện,” đại diện nhóm chia sẻ.

Hướng đến sản phẩm thương mại hóa

Không chỉ dừng lại ở nghiên cứu, nhóm học sinh còn bày tỏ mong muốn phát triển đề tài thành sản phẩm thương mại với nhiều ứng dụng thực tiễn. “Chúng em kỳ vọng trong tương lai gần sẽ sản xuất được thiết bị lọc khí hoàn chỉnh với giá thành hợp lý, thân thiện môi trường và phù hợp với mục tiêu Net Zero đến năm 2050 của Việt Nam tại Hội nghị Biến đổi khí hậu Liên Hợp Quốc lần thứ 28,” nhóm chia sẻ.

TS. Đỗ Việt Hà – Chủ tịch Liên hiệp các tổ chức hữu nghị TP.HCM, thành viên Ban giám khảo cuộc thi – nhận định: “Đây là một đề tài rất mới, chưa phổ biến tại Việt Nam. Việc các bạn học sinh chế tạo thành công màng lọc nano có khả năng diệt khuẩn bằng dòng điện thấp là bước tiến quan trọng. Sản phẩm này có thể được ứng dụng ở các phòng sạch như phòng nuôi cấy mô, phòng mổ hay khu vực cách ly.”

Tuy nhiên, để sản phẩm có thể thương mại hóa, ông Hà nhấn mạnh cần có sự đầu tư và hỗ trợ thêm từ các doanh nghiệp, phòng thí nghiệm chuyên môn: “Tôi mong các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp sẽ vào cuộc để giúp các em hoàn thiện sản phẩm, đăng ký sở hữu trí tuệ, đánh giá độ an toàn và sản xuất hàng loạt.”

Từ một cuộc thi học sinh, đề tài lọc khí của nhóm Nam Phương và Quang Tùng đã khẳng định rằng: khi được trao cơ hội, thế hệ trẻ hoàn toàn có thể tạo ra các giải pháp hữu ích cho xã hội, đóng góp vào mục tiêu phát triển bền vững và nâng cao chất lượng cuộc sống.

Đó cũng chính là điều mà các cuộc thi sáng tạo hướng đến: Không chỉ phát hiện và nuôi dưỡng tài năng trẻ, mà còn giúp lan tỏa tinh thần trách nhiệm xã hội, khát vọng vươn lên và sự cống hiến vì một tương lai xanh – sạch – khỏe hơn cho cộng đồng.