Khí oxy (O₂) là một chất khí không màu, không mùi và chiếm khoảng 21% thể tích không khí. Đây là nguyên tố hóa học số hiệu 8, thuộc nhóm phi kim hoạt động mạnh và chiếm hơn 50% khối lượng vỏ Trái Đất. Oxy cần thiết cho sự sống và cho các phản ứng cháy; hầu hết sinh vật trên Trái Đất đều cần oxy để hô hấp. Trong điều kiện thường, oxy tồn tại ở dạng khí và dễ dàng tạo thành các hợp chất oxit với nhiều nguyên tố khác. Chính tính chất hoạt hóa mạnh này khiến oxy trở thành khí ứng dụng rộng rãi trong cả công nghiệp lẫn y tế.
Sản xuất khí oxy công nghiệp và y tế
Khí oxy công nghiệp được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Không khí được làm lạnh sâu đến khi hóa lỏng, sau đó chưng cất để tách oxy tinh khiết. Quá trình này cho oxy có độ tinh khiết rất cao (thông thường từ ~99,2% đến 99,6% tùy tiêu chuẩn quốc gia. Oxy lỏng thu được có thể chứa trong các bồn chân không hoặc hóa hơi nạp vào các bình thép áp suất cao để phân phối. Ngoài ra, trong những năm gần đây, công nghệ PSA (Pressure Swing Adsorption) cũng được sử dụng để sản xuất oxy tại chỗ – tiêu biểu là các máy tạo oxy y tế. Công nghệ PSA cho phép tạo oxy với độ tinh khiết khoảng 90–95% từ không khí, đủ dùng cho nhiều ứng dụng y tế phổ thông.
Khí oxy y tế trên thị trường thường được cung cấp dưới hai dạng chính: bình oxy áp suất cao chứa khí oxy nén, và bồn chứa oxy lỏng (cho các bệnh viện lớn). Oxy y tế cũng có thể được sản xuất bằng phương pháp tương tự như oxy công nghiệp nhưng yêu cầu tiêu chuẩn tinh khiết cao hơn. Thông thường oxy y tế phải đạt độ tinh khiết tối thiểu 99,5%. Một số hệ thống tạo oxy tại chỗ (như máy tạo oxy dùng PSA) cung cấp oxy ~93% ± 3% cũng được chấp nhận trong y tế, nhưng phải tuân thủ các quy định nghiêm ngặt và thường dùng cho hỗ trợ tại nhà hoặc tình huống khẩn cấp.
Điểm khác biệt lớn trong sản xuất oxy y tế là quy trình kiểm định chất lượng nghiêm ngặt. Vì liên quan trực tiếp đến sức khỏe con người, khí oxy dùng cho thở phải qua các bước kiểm tra gắt gao về chất lượng khí, độ sạch của vỏ bình, van bình và các phụ kiện. Mỗi lô oxy y tế đều cần chứng nhận đạt chuẩn y tế, đảm bảo không lẫn các tạp chất độc hại như CO, CO₂, hay độ ẩm quá mức có thể gây hại cho bệnh nhân.
So sánh oxy công nghiệp và oxy y tế – Độ tinh khiết và tạp chất
Độ tinh khiết: Oxy công nghiệp thường có độ tinh khiết khoảng 99,2% – 99,6%. Thành phần còn lại có thể lẫn các khí trơ hoặc tạp chất (như nitơ, argon) và một lượng rất nhỏ các khí khác. Trong khi đó, oxy y tế đòi hỏi độ tinh khiết cao hơn hẳn, thường từ 99,5% trở lên. Ở một số nhà cung cấp, oxy y tế thậm chí đạt 99,999% để dùng trong các ứng dụng đặc biệt. Sự khác biệt này nhằm đảm bảo khi bệnh nhân hít thở oxy, họ không hít phải các tạp chất có thể gây hại.
Tạp chất nguy hiểm: Oxy công nghiệp có thể chứa vết của các khí như carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO₂), acetylen (C₂H₂)… Những tạp chất này ở mức rất nhỏ không ảnh hưởng đến công nghiệp, nhưng tuyệt đối không được phép có trong oxy dùng để thở. Ví dụ, tiêu chuẩn Trung Quốc quy định oxy y tế trên 99,5% và oxy công nghiệp chỉ cần 99,2%, đồng nghĩa oxy công nghiệp có thể lẫn CO, CO₂, acetylen…; nếu bệnh nhân hít phải lượng lớn oxy công nghiệp, có thể gặp triệu chứng ngộ độc như khó thở, tổn thương đường hô hấp, làm bệnh hô hấp trầm trọng hơn. Do đó, không bao giờ được dùng oxy công nghiệp thay thế oxy y tế trong bất kỳ trường hợp nào để tránh những nguy cơ sức khỏe nghiêm trọng.
Màu và nhận diện: Ở Việt Nam, các bình oxy công nghiệp và y tế nhìn bề ngoài khá giống nhau (thường đều sơn màu xanh hoặc xám tùy hãng). Tuy nhiên, bình oxy y tế thường được dán nhãn “OXYGEN” hoặc có chữ Oxy y tế rõ ràng, kèm theo thông tin nhà sản xuất đạt chuẩn. Ngược lại, oxy công nghiệp có thể không ghi chi tiết hoặc chỉ ghi mã khí. Ngoài ra, van giảm áp cho y tế thường có đồng hồ và cốc làm ẩm cung cấp oxy cho bệnh nhân thở, còn bình oxy công nghiệp dùng cho hàn cắt sẽ gắn van khác phù hợp cho thiết bị công nghiệp.
Ứng dụng của khí oxy công nghiệp
Khí oxy trong công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất nhờ khả năng hỗ trợ cháy và phản ứng hóa học mạnh mẽ của nó. Một số ứng dụng tiêu biểu gồm:
Làm nhiên liệu tên lửa: Oxy lỏng (LOX) là chất oxy hóa chủ lực trong các tên lửa đẩy và tàu vũ trụ. Khi phối hợp với hydro lỏng hoặc dầu hỏa, oxy lỏng cho phản ứng cháy mạnh tạo lực đẩy lớn. Tên lửa vũ trụ Saturn V hay tàu con thoi đều dùng hàng trăm tấn oxy lỏng trong mỗi lần phóng.
Luyện kim và sản xuất thép: Oxy được bơm vào lò luyện thép để nâng nhiệt độ cháy, đẩy nhanh quá trình luyện kim và loại bỏ tạp chất. Gần 55% lượng oxy công nghiệp trên thế giới được dùng trong công nghiệp luyện thép và kim loại.
Hàn cắt kim loại: Kết hợp oxy với khí cháy (như acetylene hoặc propane) tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ rất cao (lên tới ~3000℃) để hàn cắt kim loại. Đèn hàn oxy-acetylen là ví dụ điển hình: oxy tinh khiết giúp ngọn lửa cháy mạnh, cắt được thép dày hiệu quả.
Đóng tàu và cơ khí: Trong các xưởng đóng tàu, sửa chữa cơ khí, bình oxy công nghiệp là thiết bị không thể thiếu để hàn cắt các cấu kiện kim loại lớn.
Sản xuất hóa chất: Oxy là nguyên liệu oxy hóa trong sản xuất nhiều hóa chất quan trọng. Chẳng hạn, oxy được dùng trong sản xuất methanol từ khí tổng hợp và trong quá trình oxy hóa etylen để sản xuất ethylene oxid.
Công nghiệp thủy tinh: Lò nung thủy tinh dùng hỗn hợp nhiên liệu giàu oxy giúp đạt nhiệt độ rất cao, làm chảy thủy tinh hiệu quả hơn.
Xử lý nước thải và nuôi trồng thủy sản: Sục oxy vào nước thải giúp vi sinh vật phân hủy chất bẩn nhanh hơn. Trong nuôi trồng cá tôm, bổ sung oxy vào nước nuôi giúp tăng mật độ và năng suất do cá khỏe mạnh, ít thiếu oxy.
Nhờ những ứng dụng đa dạng trên, oxy công nghiệp trở thành một loại khí công nghiệp chiến lược trong nền kinh tế hiện đại. Nhu cầu oxy công nghiệp thường tăng cao song song với tốc độ phát triển công nghiệp của một quốc gia.
Ứng dụng của khí oxy y tế
Trái với oxy công nghiệp, oxy y tế (còn gọi là oxy thở) được dùng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe con người. Một số ứng dụng chính gồm:
Hỗ trợ hô hấp và cấp cứu y tế: Đây là vai trò quan trọng nhất của oxy y tế. Tại bệnh viện, oxy được dùng qua mặt nạ hoặc ống thở để cứu người bị ngạt thở, bệnh nhân suy hô hấp, bệnh tim mạch hoặc rối loạn nhịp thở. Trong cấp cứu, bình oxy di động là thiết bị không thể thiếu để trợ thở cho nạn nhân trước khi đưa đến cơ sở y tế.
Điều trị bệnh hô hấp mạn tính: Những người mắc bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính (COPD), hen suyễn nặng, hoặc suy tim do thiếu oxy máu thường được chỉ định thở oxy tại nhà. Liệu pháp oxy dài hạn giúp giảm gánh nặng cho tim, cải thiện chất lượng cuộc sống (giảm mệt mỏi, đau đầu do thiếu oxy).
Điều trị ngộ độc và liệu pháp cao áp: Oxy ở áp suất cao được dùng để điều trị một số trường hợp đặc biệt như ngộ độc khí CO, ngộ độc khói, hoặc nhiễm trùng nặng (ví dụ: liệu pháp oxy cao áp trị chứng hoại tử do vi khuẩn yếm khí). Oxy cao áp cung cấp nồng độ oxy hòa tan rất cao trong máu, hỗ trợ cứu sống mô bị tổn thương do thiếu máu cục bộ.
Hỗ trợ các ca phẫu thuật và gây mê: Trong phòng mổ, oxy tinh khiết được trộn với các khí gây mê để đảm bảo bệnh nhân vẫn nhận đủ oxy trong suốt ca mổ. Sau phẫu thuật, oxy cũng giúp bệnh nhân tỉnh mê nhanh hơn và phục hồi tốt.
Sử dụng tại nhà cho bệnh nhân mãn tính: Nhiều bệnh nhân sau xuất viện tiếp tục cần thở oxy liều thấp tại nhà (qua bình oxy hoặc máy tạo oxy) để duy trì mức oxy máu an toàn. Việc này phải theo đơn và hướng dẫn của bác sĩ, và bệnh nhân thường được nhân viên y tế hướng dẫn kỹ về cách sử dụng bình oxy an toàn.
Các ứng dụng đặc biệt khác: Oxy thở còn được dùng cho phi công, hành khách máy bay khi gặp sự cố giảm áp suất cabin, cho lính cứu hỏa hoặc người làm việc trong môi trường thiếu không khí. Nhà leo núi chinh phục đỉnh cao (như Everest) thường mang theo bình oxy để chống lại tình trạng thiếu oxy trên độ cao. Ngay cả vận động viên thể thao đôi khi cũng sử dụng oxy (ở dạng bình xịt nhỏ) để hồi phục nhanh hơn sau gắng sức.
Tóm lại, oxy y tế gắn liền với việc hỗ trợ sự sống và sức khỏe con người. Do đó, việc sản xuất, phân phối và sử dụng oxy y tế luôn được quản lý chặt chẽ để đảm bảo an toàn tối đa. Người dùng tuyệt đối không được tự ý sử dụng oxy công nghiệp cho mục đích y tế, cũng như không lạm dụng oxy y tế nếu không có chỉ định, bởi oxy dù quý giá nhưng cũng có thể gây hại nếu dùng sai cách.
