Nhân loại bị điêu đứng với dịch bệnh Coronavirus. Các cơ quan truyền thông luôn tường trình về diễn biến dịch bệnh, nhiều nơi như Ấn Độ, Indonesia thiếu Oxy để chữa trị cho bệnh nhân. Sài Gòn và nhiều tỉnh bị Lockdown, không tránh được việc thiếu Oxy. Người bạn từ Sài Gòn muốn mua máy tạo Oxy trợ thở cho bệnh nhân trong tình nhân đạo. Tôi không rành về dụng cụ Y Khoa nên viết mail và phone nhờ Dr.Med. Dương Anh Dũng tốt nghiệp Đại Học Y Khoa tại Đức, chuyên giải phẫu tim tại bệnh viện ở Hamburg để cho chắc ăn nhiều cái đầu sẽ tốt hơn Dr. Dũng mời thêm Dr. Med. Nguyễn Hoàng Cương chuyên ngành gây mê và Intensivmedizin, Kỹ Sư Trần Phong Nho làm việc tại hãng Drager chuyên sản xuất dụng cụ Y Khoa. Với hai chữ Từ Thiện các anh nhiệt tình đóng góp ý kiến. Hoamuich thành thật cảm ơn tấm lòng nhân ái đó.
Dr.Med. Dương Anh Dũng viết hai bài chuyên môn về Y học:
Những Điều Cần Biết Về Máy Tạo Oxy Tại Nhà
Con Người Cần Bao Nhiêu Oxy Trong Máu Để Sống
1. Không Khí và Oxy ròng:
Không khí chúng ta hít vào là hít vào những thành phần của không khí trong bầu khí quyển. Chúng ta hít thở khoảng 12.000 lít không khí mỗi ngày. Vì oxy chiếm khoảng 21% thể tích trong không khí chúng ta hít thở, nên chúng ta hít vào khoảng 2500 lít oxy trong một ngày.
Nhưng thành phần của không khí khi chúng ta thở ra là gì? Khi đó, nó chỉ chứa dưới 17% thể tích oxy. Tỷ lệ khí cacbonic đã tăng từ 0,03 lên gần 4% theo thể tích!
Các bắp cơ của chúng ta đốt cháy chất dinh dưỡng để lấy năng lượng. Nhưng muốn đốt cháy thì phải cần có Oxy. Như vậy Oxy làm dễ cháy và dễ nổ hơn không khí.
Trung bình cả hai phổi chứa được khoảng 6 lít không khí, nhưng chỉ một phần nhỏ của dung tích này được sử dụng khi thở bình thường. Dung tích toàn phổi (Total lung capacity, TLC) = 6 L là Thể tích của các khí trong phổi sau khi hít vào tối đa. Như vậy không thể nào bơm quá 6 lít trong một phút vào phổi, phổi sẽ vỡ. Chỉ còn cách đưa Oxy ròng vào là hữu hiệu nhất.
2. Một tính năng độc đáo của màng zeolit:
Zeolite là gì, nó là một khoáng chất silicat nhôm hay còn gọi là aluminosilicat của một số kim loại có hệ thống mao quản đồng đều và chứa các cation nhóm I và II. Công thức hoá học của zeolite là: Mx/n[(AlO2) x (SiO2)y].zH2O.
Hiện các hạt zeolite có kích thước từ 1.000 – 5.000 nm và trong tương lai chúng sẽ giảm kích thước hạt tới dưới mức 100 nm để tạo ra các vật liệu nano, zeolite nhằm tăng khả năng ứng dụng của vật liệu này. Hạt zeolite được cấu tạo từ một mạng lưới ba chiều của các tứ diện SiO4 liên kết trong một không gian ba chiều để tạo thành các khối đa diện, trong đó một số nguyên tố Si được thay thế bằng nguyên tử Al tạo thành khối tứ diện AlO4.
Trong tinh thể zeolite, các tứ diện SiO4 và AlO4 được liên kết với nhau qua nguyên tử oxy. Không gian bên trong tinh thể gồm các hốc nhỏ được nối với nhau bằng các đường rãnh có kích thước khá ổn định. Nhờ hệ thống lỗ xốp và các đường rãnh mà zeolit có thể hấp phụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ và đẩy ra những phân tử có kích thước lớn hơn.
3. Hiện Tượng Hấp Phụ (Adsorption) – Hấp thu (Absorption):
Hấp phụ, trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ, chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ và những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ. Hấp thụ trong hóa học là hiện tượng vật lý hay hóa học mà ở đó các phân tử, nguyên tử hay các ion bị hút khuếch tán và đi qua mặt phân cách vào trong toàn bộ vật lỏng hoặc rắn. Khác với quá trình hấp phụ các phân tử chỉ bám trên bề mặt phân cách pha. Hấp thu quá trình xuyên thấm các chất qua màng vào trong tế bào.
4. Máy tạo oxy hấp phụ áp suất Pressure swing adsorption (PSA) Druckwechsel-Adsorption:
Trong không khí tự nhiên, hàm lượng oxy chiếm khoảng 21%, còn lại là nitơ và các khí khác (79%). Nguyên tắc của máy tạo oxy là hút khi tự nhiên vào máy sau đó hấp thụ và xả khí nitơ ra ngoài, giữ lại khí oxy cung cấp cho bệnh nhân qua một đường khác. Để hấp thụ nitơ, người ta sử dụng các hạt Zeolite.
– Hấp phụ áp lực (PSA) là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất oxy ở quy mô công nghiệp. Máy tạo khí PSA tách nitơ khỏi không khí xung quanh bên trong một bể điều áp chứa đầy Zeolite. Zeolit là một khoáng chất tự nhiên hoặc nhân tạo hoạt động như một “sàng phân tử”. Chính khả năng “phân loại” các phân tử theo kích thước đã làm cho zeolit trở nên hữu dụng. Các phân tử nitơ lớn hơn được vật liệu sàng hấp thụ trong khi các phân tử oxy nhỏ hơn trôi qua và được thu lại. Sau đó, áp suất được giải phóng, các phân tử nitơ được thông ra khí quyển, và bình chứa được điều áp trở lại.
– Sử dụng PSA sẽ tạo ra 90-95% khí oxy. Có thể đạt được quá trình tinh chế hơn nữa bằng cách lặp lại quy trình cho đến khi tạo ra hơn 99% oxy “tinh khiết”.
Không khí được hút qua bộ lọc, sau đó đưa vào một máy nén khí (áp suất tại đây vào khoảng 2-3 at), sau khi được làm mát không khí dưới dạng khí nén sẽ đi qua hệ thống van 4 chiều, hệ thống van này lần lượt đóng mở để đưa không khí nén qua dồn vào bình, đồng thời đẩy nitơ do hạt Zeolite giữ lại trong hai bình molecular sieve bed ra ngoài, đẩy oxy mới vào bình tích áp chứa oxy. Chu trình, thời gian đóng mở của van được điều khiển tự động bằng mạch điện tử dựa trên tính toán về dung tích bình, lưu lượng hay áp lực khí…
Không khí được bơm vào bình với 1 áp suất thích hợp. Khí nitơ sẽ bị hóa chất (hạt Zeolite) hấp thu, khi đạt áp suất quy định, oxy sẽ đẩy vào bình chứa (bình tích áp oxy) làm áp suất trong bình chứa hạt zeolite giảm đi. Khi giảm đến một áp suất nhất định, van sẽ đóng đường nạp oxy và xả khí N vừa hấp thu ra ngoài để tái tạo hóa chất.
Cứ như vậy không khí nén được đưa qua hệ thống van và bình lọc, tạo ẩm để đưa oxy ra cho bệnh nhân sử dụng, một phần được trích lại qua sensor oxy để theo dõi hàm lượng oxy nếu thấp quá 60% sẽ được máy báo động để sửa chữa hoặc thay hạt lọc…
Do nguyên tắc hoạt động trên, khi máy hoạt động sẽ nghe thấy tiếng “xạch” và “xè”. Tiếng “xạch” là khi nén áp suất, tiếng “xè” là khi xả khí N ra ngoài tái tạo hóa chất. Thời gian đóng mở van rất quan trọng cho tỷ lệ oxy đầu ra.
Sau thời gian sử dụng ( 25.000 giờ, khoảng 2 năm tùy hãng) các bao chứa hóa chất thường sẽ bị rách, hóa chất nát vụn kết hợp với độ ẩm sẽ làm nghẹt các đường ống. Thông thường phải kiểm tra, bảo dưỡng đường ống và thay thế hạt Zeolite định kỳ để bảo đảm tỷ lệ oxy đạt tiêu chuẩn.
Dr. Med. Dương Anh Dũng (Hamburg)
