nghiên cứu khả năng hấp phụ ciprofloxacin trong môi trường nước của than hoạt tính chế tạo từ vỏ măng cụt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ HUYỀN PHƯƠNG NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CIPROFLOXACIN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN HOẠT TÍNH CHẾ TẠO TỪ VỎ MĂNG CỤT Ngành: HOÁ VÔ CƠ Mã số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ HUYỀN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CIPROFLOXACIN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN HOẠT TÍNH

CHẾ TẠO TỪ VỎ MĂNG CỤT

LUẬN VĂN THẠC SỸ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN – 2022

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ HUYỀN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CIPROFLOXACIN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN HOẠT TÍNH

CHẾ TẠO TỪ VỎ MĂNG CỤT

Ngành: HOÁ VÔ CƠ Mã số: 8.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SỸ HÓA HỌC

Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Trà Hương

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng trong bất cứ một công trình nào Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2022

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

PGS.TS Đỗ Trà Hương

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Huyền Phương

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới cô giáo

PGS TS Đỗ Trà Hương người đã trực tiếp giao đề tài, tận tình hướng dẫn,

giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện và hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, các thầy, cô giáo Khoa Hóa học đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong các phòng thí nghiệm đã luôn tạo điều kiện thuận lợi để em có thể học tập và làm việc trong suốt thời gian nghiên cứu

Do thời gian có hạn và khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu của em có thể còn nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2022

Người thực hiện

Nguyễn Thị Huyền Phương

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

1.1 Đặc điểm của nguyên liệu sinh khối thực vật 3

1.2 Một số phương pháp điều chế vật liệu từ sinh khối thực vật 7

1.2.1 Chế tạo than hoạt tính 8

1.2.2 Biến tính hóa học 9

1.3 Giới thiệu về thuốc kháng sinh 10

1.3.1 Giới thiệu chung 10

1.3.2 Kháng sinh nhóm Quinolon 11

1.3.3 Kháng sinh Ciprofloxacin 12

1.4 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh 14

1.4.1 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh trên thế giới 14

1.4.2 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh ở Việt Nam 16

1.5 Tổng quan về cây măng cụt 20

1.6 Tình hình nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ măng cụt làm chất hấp phụ 21

1.7 Các phương pháp nghiên cứu vật liệu 24

1.7.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 24

1.7.2 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X 25

1.7.3 Phương pháp phổ hồng ngoại 26

1.7.4 Phương pháp hấp phụ đa phân tử BET 27

1.7.5 Phương pháp nhiễu xạ tia X 28

2.5 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ CIP 33

2.6 Một số thông số vật lý của than 34

2.6.1 Xác định độ ẩm 34

2.6.2 Xác định tỉ lệ tro 34

2.6.3 Xác định khối lượng riêng 34

2.7 Xác định chỉ số iot của than 34

2.8 Xác định điểm đẳng điện của than ACMP 35

2.9 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ CIP của vật liệu ACMP 35

2.9.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 36

2.9.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 36

2.9.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu 36

2.9.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ CIP ban đầu 37

2.9.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 37

2.10 Thử nghiệm xử lý mẫu nước thải chăn nuôi chứa CIP 37

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Kết quả lựa chọn tỷ lệ vật liệu MP : ZnCl2 tối ưu 39

3.2 Khảo sát tính chất vật lý, đặc điểm bề mặt của vật liệu MP và ACMP 40

3.3 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ CIP 44

3.3.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ của CIP 44

3.3.2 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ CIP 45

3.4 Một số thông số vật lý của than ACMP 46

3.5 Chỉ số iot của than 46

3.6 Xác định điểm đẳng điện của ACMP 46

3.7 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ CIP của ACMP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 47

3.7.1 Ảnh hưởng của pH 47

3.7.2 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ 49

3.7.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng ACMP đến khả năng hấp phụ CIP 50

3.7.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sự hấp phụ CIP của ACMP 51 3.7.5 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu đến sự hấp phụ CIP của ACMP 53 3.8 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ 54

3.8.1 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 54

3.8.2 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 58

3.8.3 Mô hình đẳng nhiệt Tempkin 59

3.8.4 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Elovich 61

3.8.5 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Redlich - Peterson 62

3.9 Động học hấp phụ CIP của ACMP 64

3.10 Năng lượng hoạt hóa 69

3.11 Nhiệt động lực học hấp phụ CIP của ACMP 70

3.12 Kết quả thử nghiệm xử lý mẫu nước thải chăn nuôi chứa CIP 71

KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Cấu trúc vách tế bào và mặt cắt ngang vi sợi 3

Hình 1.2 Cấu trúc của phân tử cellulose 4

Hình 1.3 Cấu trúc phân cấp của cellulose 4

Hình 1.4 Vùng tinh thể và vùng vô định hình của cellulose 5

Hình 1.5 Cấu trúc hóa học của các hợp chất chính của hemicellulose 6

Hình 1.6 Cấu trúc hóa học của lignin 7

Hình 1.7a Công thức cấu tạo tổng quát nhóm Quinolon 13

Hình 1.7b Công thức cấu tạo Ciprofloxacin 13

Hình 1.8 Cấu trúc hoá học của CIP [42] 13

Hình 1.9 Các dạng tồn tại của CIP trong dung dịch [40, 42] 14

Hình 1.10 Cây măng cụt 20

Hình 1.11 Trái măng cụt 20

Hình 1.12 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ khử hấp phụ theo phân loại IUPAC 28

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu MP : ZnCl2 đến hiệu suất hấp phụ CIP 39

Hình 3.2a Ảnh SEM của vật liệu MP 40

Hình 3.2b Ảnh SEM của vật liệu ACMP 40

Hình 3.3a Phổ đồ EDS của MP 41

Hình 3.3b Phổ đồ EDS của ACMP 41

Hình 3.4 Phổ FT-IR của vật liệu ACMP 42

Hình 3.5 Đường hấp phụ đẳng nhiệt nitơ của vật liệu ACMP 43

Hình 3.6 Giản đồ XRD của vật liệu ACMP 44

Hình 3.7 Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis của CIP ở pH bằng 6 44

Hình 3.8 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ CIP 45

Hình 3.9 Đồ thị xác định điểm đẳng điện của ACMP 47

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ 48

Hình 3.11 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ CIP vào thời gian 50

Hình 3.12 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ CIP vào khối lượng chất hấp phụ 51

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ 52 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụvào nồng độ đầu 53 Hình 3.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của ACMP đối với sự hấp phụ CIP 55

Hình 3.16 Sự phụ thuộc của Ccb /q vào Ccb đối với sự hấp phụ CIP 55

Hình 3.17 Đồ thị biểu diễn giá trị tham số RL với C0 57

Hình 3.18 Sự phụ thuộc của Ln q vào Ln Ccb đối với sự hấp phụ CIP 59

Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn sự phụ thộc của qe vào lnCe theo mô hình Tempkin 60 Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ln (q/Ccb) vào q theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Elovich 62

Hình 3.21 Đồ thị sự phụ thuộc của ln (𝐶𝑒 / 𝑞𝑒) vào ln 𝐶𝑒 64

Hình 3.22 Đồ thị phương trình động học bậc 1 đối với CIP 65

Hình 3.23 Đồ thị phương trình động học bậc 2 đối với CIP 67

Hình 3.24 Đồ thị qt phụ thuộc vào thời gian t0,5 68

Hình 3.25 Đồ thị ln(1-F) vào thời gian 68

Hình 3.26 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnKD vào 1/T 70

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Phân loại kháng sinh theo cấu trúc hoá học [22] 11

Bảng 1.2 Các thế hệ kháng sinh nhóm quinolon và phổ tác dụng [22] 12

Bảng 2.1 Nồng độ CIP của mẫu nước thải 38

Bảng 3.1 So sánh hiệu suất hấp phụ của vật liệu MP : ZnCl2 ở các tỉ lệ khác nhau 39

Bảng 3.2 Kết quả phân tích EDS vật liệu MP 41

Bảng 3.3 Kết quả phân tích EDS vật liệu ACMP 42

Bảng 3.4 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ CIP 45

Bảng 3.5 Kết quả các thông số vật lý của than hoạt tính ACMP 46

Bảng 3.6 Kết quả xác định điểm đẳng điện của ACMP 46

Bảng 3.7 Sự phụ thuộc của dung lượng và hiệu suất hấp phụ vào pH 49

Bảng 3.8 Sự phụ thuộc của dung lượng, hiệu suất hấp phụ CIP vào thời gian 49

Bảng 3.9 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ CIP vào khối lượng chất hấp phụ 50

Bảng 3.10 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ và dung lương hấp phụ vào nhiệt độ ở nồng độ 110,25 ppm 52

Bảng 3.11 Sự phụ thuộc của hiệu suất và dung lượng hấp phụ vào nồng độ 53 Bảng 3.12 Dung lượng hấp phụ cực đại qmax và hằng số Langmuir b 56

Bảng 3.13 Dung lượng hấp phụ CIP cực đại (qmax) của vật liệu ACMP và một số vật liệu hấp phụ khác 56

Bảng 3.14 Phân loại sự phù hợp của mô hình đẳng nhiệt bằng tham số RL 57

Bảng 3.15 Giá trị tham số cân bằng RL của quá trình hấp phụ CIP 57

Bảng 3.16 Sự phụ thuộc lnqe vào lnCe đối với mô hình Freundlic 58

Bảng 3.17 Sự phụ thuộc của qe vào lnCe theo mô hình Tempkin 60

Bảng 3.18 Sự phụ thuộc của ln (𝑞𝑒 /𝐶𝑒) vào qe theo mô hình hấp phụ 61

Bảng 3.19 Sự phụ thuộc của ln (𝑞𝑒 /𝐶𝑒) vào qe theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Redlich - Peterson 63

Bảng 3.20 Giá trị các hằng số tính toán được từ mô hình hấp phụ Langmuir, Freundlich, Tempkin, Elovich, Redlich-Peterson đối với vật liệu ACMP 63 Bảng 3.21 Giá trị ln(qe-q) theo thời gian ở các nồng độ CIP khác nhau 64 Bảng 3.22 Giá trị các tham số của phương trình động học hấp phụ bậc 1 65 Bảng 3.23 Phương trình động học bậc 1 của quá trình hấp phụ ở các nồng độ

CIP khác nhau 65 Bảng 3.24 Giá trị t/q theo thời gian ở các nồng độ CIP khác nhau 66 Bảng 3.25 Giá trị các tham số của phương trình động học hấp phụ bậc 2 66 Bảng 3.26 Phương trình động học bậc 2 của quá trình hấp phụ ở 66 Bảng 3.27 Giá trị tham số năng lượng hoạt hóa 69 Bảng 3.28 Kết quả tính KD tại các nhiệt độ khác nhau 70 Bảng 3.29 Các thông số nhiệt động lực học đối với quá trình hấp phụ CIP 71 Bảng 3.30 Hiệu suất xử lý mẫu nước thải chứa CIP của mẫu vật ACMP 71

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT Kí hiệu

viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt

6 R2 Correlation coefficients Hệ số tương quan

7 SAs Sulfonamides Nhóm kháng sinh sulfonamide

12 UV-Vis Ultraviolet Visible Spectroscopy

Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến

MỞ ĐẦU

Khi con người và động vật uống thuốc, có tới 90% thành phần hoạt chất được bài tiết trở lại môi trường Tại Mỹ, ước tính 33% trong tổng số 4 tỷ loại thuốc được kê đơn mỗi năm trở thành chất thải Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD) so sánh dữ liệu nồng độ dư lượng dược phẩm trong các mẫu nước trên toàn thế giới cũng như xu hướng kê đơn thuốc và quy định lọc nước ở nhiều quốc gia khác nhau Báo cáo công bố ngày 14/11/2019, 10% trong số tất cả các loại dược phẩm, trong đó có hormone, thuốc giảm đau, thuốc chống trầm cảm, thuốc kháng sinh có nguy cơ gây hại môi trường OECD cho biết, việc sử dụng kháng sinh cho chăn nuôi được dự đoán sẽ tăng hơn 66% trong thập kỷ tới, gây lo ngại về tình trạng kháng kháng sinh Số lượng người sử dụng thuốc kê đơn cũng sẽ tăng mạnh Nghiên cứu khác trích dẫn trong báo cáo của OECD đã chỉ ra nồng độ dược phẩm "cực kỳ cao" tại sông, biển các nước Trung Quốc, Ấn Độ, Israel, Hàn Quốc, Mỹ Chỉ tính riêng tại Anh, một lượng lớn ethinyloestradiol, diclofenac, ibuprofen, propranolol và kháng sinh được tìm thấy trong chất thải của 890 nhà máy xử lý nước thải, đủ để gây "tác động xấu đến môi trường" Hơn 700.000 người chết mỗi năm do nhiễm trùng kháng thuốc, đến năm 2050, con số sẽ tăng lên 10 triệu Để giải quyết các vấn đề này, các phương pháp khác nhau đã được sử dụng cho việc xử lý thuốc kháng sinh khỏi nước thải trước khi đưa ra môi trường nước Các phương pháp thường được sử dụng là hóa học và hóa lý truyền thống như trung hòa điều chỉnh pH, đông keo tụ, oxy hóa, nội điện phân… Tuy nhiên, các phương pháp trên rất khó vận dụng, yêu cầu chi phí đầu tư cao và hóa chất đắt tiền Một trong những hướng đi ưu tiên, gần đây được nhiều nhà khoa học cả trong và ngoài nước quan tâm là xử lý thuốc kháng sinh trong môi trường nước bằng các vật liệu

hấp phụ giá thành thấp, thân thiện với môi trường được chế tạo từ vật liệu phế thải trong các hoạt động công nghiệp và nông nghiệp Ưu điểm chính của nó là

nguồn cung cấp vật liệu phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với

môi trường

Măng cụt là một loại cây bản địa ở Đông Nam Á trong đó có Việt Nam, nó được trồng nhiều ở các tỉnh Tây Ninh, Gia Định, Thủ Dầu Một Người ta trồng chủ yếu để lấy hạt ăn, vỏ quả thường bỏ đi Vỏ trái cây này chứa một hợp chất có tên xanthone mà những chất chính là mangostin, a-mangostin, b-mangostin, g-b-mangostin, các isob-mangostin, norb-mangostin, bên cạnh trioxyxanthon, pyranoxanthon, dihydroxy methyl butenyl xanthon, trihydroxy methyl butenyl xanthon, pyrano xanthenon Các garcinon A, B, C, D, E… đây là những chất có chứa những nhóm chức cacboxylic, phenolic, hydroxyl và oxyl thơm… có khả năng hấp phụ Tuy nhiên ở Việt Nam chưa có công trình

nào công bố về việc sử dụng vỏ măng cụt làm vật liệu hấp phụ Vì vậy, chúng

tôi quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ciprofloxacin trong môi trường nước của than hoạt tính chế tạo từ vỏ măng cụt”

Trong luận văn chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau: - Chế tạo than hoạt tính từ vỏ măng cụt

- Khảo sát một số đặc trưng hóa lý của than hoạt tính bằng phương pháp phổ tán xạ năng lượng EDS, phổ hồng ngoại (FT- IR), chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), đo diện tích bề mặt riêng (BET)

- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Ciprofloxacin của than hoạt tính chế tạo được

- Nghiên cứu mô hình hấp phụ đẳng nhiệt, động học, nhiệt động lực học, xác định năng lượng họa hóa quá trình hấp phụ Ciprofloxacin của than hoạt tính

- Thử nghiệm xử lý mẫu nước thải chăn nuôi có chứa Ciprofloxacin

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm của nguyên liệu sinh khối thực vật

Sinh khối thực vật (vật liệu lignocellulose) là polyme carbonhiđrat phức tạp, có thành phần chính là cellulose, lignin và hemicellulose [39] Vật liệu lignocellulose có thể tìm thấy trong chất thải nông nghiệp và công nghiệp như mùn cưa, bã mía, giấy vụn, cỏ, thân và lá cây, vỏ trấu, ngô, Lignocellulose là thành phần chính hình thành nên vách tế bào thực vật Liên kết giữa cellulose, lignin và hemicellulose qua liên kết este và ete làm cho sinh khối có tính bền vững [28] Các vi sợi cellulose được bao quanh bởi hemicellulose để tạo thành một mạng lưới mở, mà khoảng không gian trống được lấp đầy bằng lignin

Hình 1.1 Cấu trúc vách tế bào và mặt cắt ngang vi sợi

Các thành phần của sinh khối khác nhau tùy thuộc vào các loài và điều kiện môi trường sống Thành phần trung bình tính theo trọng lượng của ba polyme sinh học khác nhau: cellulose (30-50%), hemicellulose (19-45%) và lignin (15-35%) [54]

Cellulose là hợp chất hữu cơ có công thức cấu tạo (C6H10O5)n và là một polyme mạch không phân nhánh gồm các phân tử đường đơn glucose liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4-glicozit và liên kết hydro nội phân tử và giữa các phân tử Mỗi đơn vị lặp lại trong cellulose chứa hai phân tử anhydroglucose (AGU) [52]

Mỗi đơn vị lặp lại có một nhóm hydroxyl (OH) chính ở các vị trí carbon 6 (C6) và hai hydroxyl thứ cấp ở vị trí C2 và C3 Đơn vị lặp lại thứ hai xoay 1800 trong mặt phẳng cellulose có nhiều nhóm ưa nước hydroxyl nhưng ít tan trong nước do liên kết nội phân tử và liên phân tử mạnh

Hình 1.2 Cấu trúc của phân tử cellulose

Độ trùng hợp của cellulose là 300 - 1700 với sợi gỗ, 800 - 10000 với catton, sợi thực vật và còn phụ thuộc vào cellulose gốc hay đã qua xử lý [39]

Hình 1.3 Cấu trúc phân cấp của cellulose

Các sợi cellulose nằm ở thành tế bào thực vật và được tạo nên bởi các vi sợi Các bó vi sợi có chứa 30 - 40 mạch cellulose theo các hướng khác nhau và được hình thành bởi các đại phân tử cellulose dạng tấm [46] Các mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên kết Van Der Waals Do thiếu chuỗi bên hoặc chuỗi nhánh, cellulose là một polyme bán tinh thể, chứa cả pha tinh thể và pha vô định hình [43] Liên kết hydro giữa các chuỗi cellulose và lực Van Der Waals giữa các phân tử glucose dẫn đến sự hình thành vùng tinh thể

Trong vùng tinh thể, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau, vùng này khó bị tấn công bởi enzym cũng như hóa chất Chỉ có các mạch

cellulose trên bề mặt các vi sợi là dễ dàng tiếp xúc với hóa chất Do đó, phản ứng thủy phân của cellulose là rất thấp [53] Ngược lại, trong vùng vô định hình, cellulose liên kết không chặt chẽ với nhau nên dễ bị tấn công [30] Để tăng khả năng phản ứng của cellulose, các vùng tinh thể của cellulose cần được chuyển sang dạng vô định hình

Vùng vô định hình

Vùng tinh thể

Hình 1.4 Vùng tinh thể và vùng vô định hình của cellulose

Hemicellulose là một polysaccarit có tính chất hóa học khác nhau giữa các loài thực vật, được hình thành bởi pentose (xylose, rhamnose và arabinose), hexose (glucose, manose và glactose) và các axit uronic (4-Omethyl-glucuronic, và galacturonic) [65] Xylan polyme là các loại polyme phổ biến nhất trong hemicellulose Hemicellulose bao gồm các liên kết (1-4) không phân nhánh của xylan hoặc mannan, chuỗi xoắn ốc như liên kết (1-3), chuỗi phân nhánh như liên kết (1-4) galactoglucomannan (hình 1.5) Kết quả hình thành chuỗi polyme phân nhánh mà chủ yếu gồm các monome đường năm carbon (xylose) và đường sáu carbon (glucose) Hemicellulose không có cấu trúc tinh thể, cấu trúc phân nhánh cao và có các nhóm axetyl kết nối các chuỗi polyme với nhau [39]

Hemicellulose không hòa tan trong nước ở nhiệt độ thấp Tuy nhiên, quá trình thủy phân của nó cao hơn so với cellulose [39] Hemicellulose tan nhiều hơn trong dung dịch axit Hàm lượng hemicellulose trong gỗ mềm và gỗ cứng khác nhau đáng kể Hemicellulose làm giảm khả năng tiếp cận của cellulose, do đó, cần phải tách tối thiểu 50% hemicellulose để tăng khả năng tiếp cận cellulose [65] So với cellulose, hemicellulose dễ dàng bị thủy phân trong axit

loãng, kiềm hoặc enzym Do độ nhạy nhiệt cao, quá trình thủy phân hemicellulose tạo ra các sản phẩm không mong muốn như fufuran và hydroxymetyl fufuran

a, Xylan

b, Glucomannan

Hình 1.5 Cấu trúc hóa học của các hợp chất chính của hemicellulose

Liginin là một hợp chất có cấu trúc phân tử phức tạp chứa polyme liên kết ngang của các đơn phân phenolic, đặc biệt là p-coumaryl ancol, conifery ancol, sinapyl ancol

Lignin có vai trò như một màng bảo vệ tính thấm của tế bào và ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn Về cơ bản, các loài thực vật gỗ mềm chứa hàm lượng lignin cao hơn so với các loại sinh khối thực vật khác, do đó quá trình tách cellulose từ thực vật gỗ mềm thường khó khăn hơn so với các sinh khối khác Do đó, loại bỏ lignin cần phải thực hiện để cellulose và hemicellulose đều được tiếp xúc với dung dịch xử lý [53]

Vật liệu lignocellulose là nguồn tài nguyên tái tạo, có thể sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp để sản xuất các khí sinh học hoặc chất hóa học, vật liệu xử

lý [1] Một chất hấp phụ được coi là chi phí thấp nếu nó phong phú trong tự nhiên và là phế phẩm nông nghiệp, công nghiệp [74] Nguồn chất thải từ sinh khối thực vật có giá trị kinh phí thấp Tuy nhiên, các ứng dụng của nguồn tài nguyên này bị hạn chế bởi liên kết chặt chẽ giữa 3 thành phần chính của thành tế bào là cellulose, hemicellulose, lignin

Hình 1.6 Cấu trúc hóa học của lignin

1.2 Một số phương pháp điều chế vật liệu từ sinh khối thực vật

Trong những năm gần đây, việc sử dụng phế phẩm nông nghiệp được đặc biệt quan tâm, nhiều nghiên cứu được tiến hành để tìm ra phương pháp chuyển các phế phẩm này thành vật liệu có ích Trong đó, hướng nghiên cứu sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu xử lý ion kim loại trong nước là một trong những hướng có tiềm năng ứng dụng nhất

Sinh khối thực vật cũng như cellulose chưa biến tính có khả năng hấp phụ kim loại nặng thấp và có tính chất vật lý không ổn định Để khắc phục những điểm hạn chế của sinh khối thô, các phương pháp biến tính được áp dụng để nâng cao hiệu quả xử lý ion kim loại nặng Một số nhóm phương pháp biến tính được áp dụng nhiều nhất để phân loại như sau: phương pháp vật lý (xay và

nghiền, nhiệt); phương pháp hóa học (biến tính bằng kiềm, axit, tác nhân oxi hóa, dung môi hữu cơ); phương pháp sinh học; tổ hợp của phương pháp vật lý và phương pháp hóa học (quá trình tự thủy phân, oxi hóa ướt)

Phương pháp sinh học được áp dụng để phân hủy một phần vật liệu lignocellulose bằng cách sử dụng các vi sinh vật phân hủy lignin và hemicellulose như nấm và vi khuẩn Ưu điểm của phương pháp này là tiến hành dễ dàng và tốn ít năng lượng Tuy nhiên, quá trình phân hủy sinh học diễn ra chậm và cần áp dụng thêm phương pháp vật lý, hóa học khác như phương pháp nghiền cơ học Các phương pháp vật lý như nghiền, chiếu xạ, nhiệt cũng đã được áp dụng để biến đổi tính chất của sinh khối thực vật Phương pháp nghiền làm tăng diện tích bề mặt và giảm độ tinh thể của cellulose Phương pháp chiếu xạ làm phá vỡ các liên kết hidro trong cấu trúc tinh thể của cellulose bằng năng lượng bức xạ Tuy nhiên, các phương pháp này yêu cầu phải cung cấp năng lượng lớn Các phương pháp hóa học sử dụng các chất hóa học để biến tính vật liệu Mục đích của phương pháp này là thủy phân hemicellulose, lignin đồng thời tăng hàm lượng cellulose trong sinh khối thực vật Phương pháp biến tính kết hợp phương pháp vật lý và phương pháp hóa học thường được áp dụng và được coi là phương pháp tốt nhất

Hai phương pháp biến tính sinh khối thực vật thành vật liệu thường được áp dụng và nghiên cứu là phương pháp chế tạo than hoạt tính và phương pháp biến tính bề mặt

1.2.1 Chế tạo than hoạt tính

Than hoạt tính, chất hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong quy trình công nghiệp, bao gồm cấu trúc đồng nhất, vi mô với diện tích bề mặt trong các lỗ xốp chiếm phần lớn tổng diện tích bề mặt của carbon [52] Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là carbon (85-90%), còn lại là các hợp chất vô cơ dạng tro (5-15%) Quy trình sản xuất than hoạt tính hiệu quả chưa được nghiên cứu đầy đủ ở các nước đang phát triển Hơn nữa, có nhiều vấn đề với sự tái sinh của

than hoạt tính được sử dụng [33] Ngày nay, xu hướng tập trung vào việc điều chế thay thế vật liệu than hoạt tính thương mại hiện có (CAC) để hiệu quả và chi phí thấp Góp phần vào tính bền vững môi trường và mang lại lợi ích cho các ứng dụng thương mại trong tương lai [34, 35] Chi phí của than hoạt tính được chế biến từ vật liệu sinh học rất thấp so với chi phí của CAC [33] Các chất thải đã được sử dụng thành công để sản xuất than hoạt tính trước đây bao gồm gỗ thải [10], bã mía [69], xơ dừa [53], cây chùm ngây [43], bã cà phê [5], nón thông [28], vỏ xoài [18]; trấu [72-74], vỏ dừa [13]; lá Imperata cylindrica [14]; vỏ cao su [12]; cây dừa [63], vỏ hạt hướng dương [67], vỏ cọ dầu [66], đã được sử dụng để loại bỏ ion kim loại nặng và xử lý chất thải dệt nhuộm trong nước [4] Than hoạt tính chế tạo từ phế phẩm thực phẩm nông nghiệp có hiệu quả kinh tế cao trong xử lý nước thải do nguồn nguyên liệu dồi dào, giá

thành rẻ

1.2.2 Biến tính hóa học

Mục tiêu của biến tính bằng các chất hóa học là thay đổi đặc tính bề mặt của vật liệu [39] Điều này làm tăng khả năng phân tán và đặc tính bề mặt của vật liệu

Các chuỗi cellulose chứa một nhóm hydroxyl chính và hai nhóm hydroxyl thứ cấp Các nhóm chức hoạt động được gắn vào các hydroxyl bằng các chất hóa học [23] Các phương pháp biến tính hóa học chính bao gồm: este hóa bằng axit hữu cơ, oxi hóa bằng các tác nhân oxi hóa, thủy phân bằng dung dịch kiềm và ghép các monome lên sinh khối thực vật Các phương pháp biến tính sinh khối thực vật có thể tách được các hợp chất hữu cơ hòa tan và nâng cao hiệu quả tạo phức với ion kim loại nặng [52] Lignin có chứa nhiều nhóm chức như hydroxyl tự do, nhóm metoxyl, nhóm carbonyl và nối đôi Do đó, có thể tham gia các phản ứng oxi hóa làm đứt mạch carbon tạo thành axit béo và vòng thơm Mặc dù lignin có khả năng bền nhiệt tốt, nóng chảy ở nhiệt độ 140 - 160 oC, nhưng dễ bị suy giảm độ bền do tia tử ngoại Vì thế mà trước khi chế

tạo vật liệu cần phải xử lý sợi để loại bỏ lignin Hemicellulose có cấu trúc chủ yếu vô định hình, ngoài ra có một ít tồn tại ở vùng tinh thể của cellulose Vì vậy, nó dễ bị phân hủy trong dung dịch axit, dễ bị phân ly khỏi sợi trong dung dịch kiềm loãng, dễ hấp phụ ẩm, có khả năng thủy phân dưới tác dụng của vi khuẩn và làm suy giảm độ bền nhiệt của vật liệu, tính chất cơ học kém, không bền Biến tính hóa học không chỉ loại bỏ lignin, hemicellulose mà còn làm giảm hàm lượng cellulose tinh thể và tăng độ xốp của bề mặt vật liệu Đã có nhiều phương pháp về biến tính vật liệu bằng cách sử dụng tác nhân biến tính khác nhau như các dung dịch kiềm (NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3), các axit vô cơ (HCl, H2SO4, HNO3), các axit hữu cơ (axit tartaric, axit xitric) hay các hợp chất hữu cơ (metanol, focmaldehyt), các tác nhân oxi hóa (H2O2, phản ứng Fenton) để xử lý các chất hữu cơ hòa tan, độ màu và hấp phụ kim loại nặng trong nước Tác nhân biến tính làm tăng tính hoạt động của bề mặt vật liệu do gắn thêm các nhóm chức có khả năng kết hợp với kim loại nặng, loại bỏ các chất hữu cơ dễ

hòa tan có sẵn trong vật liệu

1.2 Giới thiệu về thuốc kháng sinh 1.2.1 Giới thiệu chung

Kháng sinh (antibiotics) là những chất kháng khuẩn (antibacterial substances) được tạo ra bởi các chủng vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, Actinomycetes), có tác dụng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật khác Các kháng sinh đầu tiên có nguồn gốc tự nhiên, ví dụ: penicllin được sản xuất bởi nấm trong chi Penicllium, hoặc streptomycin sản xuất từ vi khuẩn thuộc giống Streptomyces Ngày nay, kháng sinh còn được tạo ra bằng các biện pháp tổng hợp hoặc bán tổng hợp từ các chất hóa học như các sulfonamid và quinolon Hiện có khoảng 250 loại thực thể hoá chất khác nhau được đăng kí để sử dụng trong y học và thuốc thú y [22]

Kháng sinh có thể được phân nhóm theo cấu trúc hoá học hoặc theo cơ chế hoạt động của chúng Phân loại theo cấu trúc hoá học, kháng sinh được

chia thành 9 nhóm chính, mỗi nhóm là một tập hợp các loại hoá chất đa dạng và có thể được chia thành các nhóm phụ khác nhau, cụ thể như sau:

Bảng 1.1 Phân loại kháng sinh theo cấu trúc hoá học [22]

Các kháng sinh nhóm quinolon không có nguồn gốc tự nhiên, toàn bộ

được sản xuất bằng tổng hợp hóa học [22]

Các kháng sinh trong cùng nhóm quinolon nhưng có phổ tác dụng không hoàn toàn giống nhau Căn cứ vào phổ kháng khuẩn, theo một số tài liệu, quinolon tiếp tục được phân loại thành các thế hệ như tóm tắt trong Bảng 1.2

Bảng 1.2 Các thế hệ kháng sinh nhóm quinolon và phổ tác dụng [22]

Thế hệ 1

Acid Nalidixic Tác dụng ở mức độ trung bình trên các chủng trực khuẩn Gram-âm họ Enterobacteriaceae

Các kháng sinh này vẫn thuộc nhóm fluoroquinolon (cấu trúc phân tử có flo), tuy nhiên phổ kháng khuẩn cũng chủ yếu chỉ tập trung trên các chủng trực khuẩn Gram-âm họ Enterobacteriaceae

Loại 2: Ofloxacin Ciprofloxacin

Fluoroquinolon, loại này có phổ kháng khuẩn mở rộng hơn loại 1 trên các vi khuẩn gây bệnh không điển hình Ciprofloxacin còn có tác dụng trên P aeruginosa Không có tác dụng trên phế cầu và trên khuẩn trên Enterobacteriaceae, trên các chủng vi khuẩn không điển hình Khác với thế hệ 2, kháng sinh thế hệ 3 có tác dụng trên phế cầu và một số chủng vi khuẩn Gram-dương, vì vậy đôi khi còn được gọi là các quinolon hô hấp

Thế hệ 4

Trovafloxacin Kháng sinh này có hoạt phổ rộng, tác dụng trên Enterobacteriaceae, P aeruginosa, vi khuẩn không điển hình, S aureus nhạy cảm với methicilin, streptococci, vi khuẩn kỵ khí

1.2.3 Kháng sinh Ciprofloxacin

Ciprofloxacin (CIP) là thuốc kháng sinh thuộc nhóm 4 quinolon thuộc hệ kháng sinh Fluoroquinolon thế hệ thứ 2

Công thức phân tử: C17H18FN3O3

Khối lượng mol phân tử: 331,346 g

CIP là một axit 1-xyclopropyl 6-flo-4-oxo-7-piperazin-1-yl-quinolone-3-cacboxylic, có một vòng thơm mở rộng và các nhóm chức năng thích hợp cho

Ở vị trí R1, ciprofloxacin bao gồm một vòng xyclopropan, vòng này thay thế một nhóm ethyl trong hầu hết các quinolon khác và góp phần vào hoạt động kháng khuẩn mạnh mẽ Carbon flo hóa ở vị trí R6 là phổ biến đối với ciprofloxacin, enoxacin, norfloxacin và ofloxacin, và làm tăng đáng kể hoạt

động của các loại thuốc này [18]

CIP sở hữu cả các nhóm cơ bản và nhóm chức có tính axit (Hình 1.8) CIP có hai hằng số axit pKa là 6,16 và 8,63 [42]

Hình 1.8 Cấu trúc hoá học của CIP [42]

Trong dung dịch, dưới các điều kiện pH khác nhau, CIP mang các điện tích khác nhau, có thể tồn tại ở các dạng trung tính, cation, anion hoặc zwitterionic (lưỡng cực) Tại điểm đẳng điện pH = 7,4, phân tử CIP mang cả điện tích âm và điện tích dương, tức là nó trung tính như một thực thể mặc dù những điện tích này bên trong phân tử (hình 1.9) Tính hòa tan, tính kỵ nước và tính ưa nước,… tất cả các tính chất hầu như đều phụ thuộc vào pH [42]

Hình 1.9 Các dạng tồn tại của CIP trong dung dịch [40, 42]

1.3 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh

1.3.1 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh trên thế giới

1.3.1.1 Kháng sinh sử dụng trị bệnh cho người

Theo kết quả nghiên cứu cho thấy các nước có thu nhập cao có xu hướng sử dụng nhiều thuốc kháng sinh trên đầu người hơn các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình, nhưng lượng tiêu thụ kháng sinh hàng năm hầu như ổn định hoặc giảm Kết quả khảo sát ở 71 quốc gia có thu nhập thấp và trung bình từ giữa năm 2000 đến năm 2010 cho thấy lượng kháng sinh sử dụng đã tăng lên 30% trong đó penicillin và cephalosporin chiếm gần 60% tổng tiêu thụ trong năm 2010 [29]

Người ta ước tính có khoảng 80% thuốc kháng sinh được sử dụng bên ngoài bệnh viện, ở các quốc gia đang phát triển tỷ lệ kháng sinh bán không theo

đơn là rất cao, như ở Saudi Arabia là 78% và Syria là 87 - 97%, còn Hoa Kỳ và Liên minh Châu Âu khoảng từ 19 - 90% [29] Tỷ lệ kê đơn thuốc không phù hợp trong bệnh viện ở quốc gia đang phát triển là tương đối cao như ở Nepal khoảng 10 - 42%, ở Việt Nam con số này chiếm khoảng một phần ba số bệnh viện, còn ở các quốc gia phát triển như Mỹ trong năm 2010 cũng có tới 56% bệnh nhân ở 323 bệnh viện sử dụng kháng phổ rộng trong thời gian điều trị

[29]

1.3.1.2 Kháng sinh sử dụng trong nông nghiệp

Tỷ lệ sử dụng kháng sinh trong sản xuất nông nghiệp đã tăng lên hàng năm do nhu cầu điều trị và phòng ngừa bệnh ở động vật 50% các quốc gia trên thế giới sử dụng kháng sinh ban đầu không bắt nguồn từ việc điều trị mà nhằm mục đích dự phòng (như giảm thiểu lây nhiễm và lây lan của dịch bệnh) và thúc đẩy tăng trưởng [8] Năm 2010, tổng lượng kháng sinh tiêu thụ toàn cầu trong chăn nuôi là khoảng 63.200 tấn, chiếm gần hai phần ba lượng kháng sinh được sản xuất hàng năm trên toàn thế giới [29] và hầu hết các loại thuốc kháng sinh được sử dụng trong nông nghiệp thì cũng được sử dụng cho người Kết quả thống kê cho thấy ở Mỹ năm 2009 có khoảng 11.200 tấn thuốc kháng sinh được sử dụng làm chất kích thích tăng trưởng cho gia súc và gia cầm, năm 2011 có khoảng ba phần tư các trại chăn nuôi dùng ít nhất một kháng sinh cho kích thích tăng trưởng, phòng hoặc chữa bệnh

Hiện nay ở các quốc gia phát triển như Mỹ, Liên Minh Châu Âu, Nhật Bản đã đưa ra những quy định rất nghiêm ngặt trong sử dụng kháng sinh và dư lượng các kháng sinh trong các sản phẩm nông nghiệp Ở EU có bảy kháng sinh quinolones (danofloxacin, difloxacin, enrofloxacin, flumequine, marbofloxacin, axit oxolinic, và sarafloxacin) được sử dụng trong sản xuất thực phẩm động vật (trừ động vật có trứng được dùng cho người) và nuôi trồng thủy sản Tại Mỹ có hai kháng sinh fluoroquinolones được sử dụng là enrofloxacin cho lợn, bò sữa (dưới 20 tháng tuổi) và bò thịt (không bao gồm bê) và

danofloxacin cho bò thịt (không bao gồm bê), dư lượng sulfonamides cho phép là không phát hiện được đối với sulfamerazine trong mô cá hồi, sulfathiazole và sulfaethoxypyridazine trong mô ở mức 100 mg/kg trong trâu, bò, lợn, gia cầm hoặc mô cá ăn được [3]

1.3.2 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh ở Việt Nam

1.3.2.1 Kháng sinh dùng trong điều trị bệnh ở người

Kháng sinh là nhóm thuốc đặc hiệu, được sử dụng để điều trị những bệnh nhiễm khuẩn do vi khuẩn gây ra, nhưng chỉ cần đau đầu, sổ mũi hoặc đau họng là nhiều người không ngần ngại mua ngay thuốc kháng sinh để uống, không cần sự chỉ dẫn của thầy thuốc hay bất kỳ lời khuyến cáo nào Hiệu thuốc là địa chỉ đầu tiên người bệnh tìm đến khi đau ốm với mục đích tiết kiệm thời gian và chi phí Hiện nay trên thị trường Việt Nam có khoảng 39.016 hiệu thuốc, hầu hết thuốc bán không có đơn thuốc kèm theo [2] Người bệnh chỉ cần mô tả triệu chứng bệnh, người bán với kiến thức hạn chế về y, dược sẽ đưa ra các hướng dẫn lựa chọn Theo số liệu nghiên cứu năm 2003, 78% kháng sinh được mua tại các nhà thuốc tư nhân mà không cần đơn, 67% khách hàng tham khảo tư vấn của nhân viên bán thuốc, 11% tự quyết định về việc sử dụng kháng sinh, chỉ có 27% số nhân viên bán thuốc có kiến thức về sử dụng kháng sinh và vi khuẩn kháng kháng sinh [50] Mặc dù Luật Dược được ban hành năm 2005 có ghi rõ: “Nghiêm cấm bán lẻ thuốc kê đơn không có đơn thuốc” nhưng người bệnh vẫn có thể mua thuốc kháng sinh và nhiều loại thuốc khác trực tiếp từ các nhà thuốc và quầy thuốc bán lẻ

Ở các quốc gia phát triển, bệnh nhân thường được xét nghiệm để định danh vi khuẩn trước khi bác sĩ kê toa thuốc kháng sinh Nhưng ở Việt Nam, nhiều bệnh viện tuyến trên và hầu hết các bệnh viện tuyến quận huyện trở xuống đều không thực hiện các xét nghiệm, bác sĩ sử dụng kháng sinh trong điều trị cho bệnh nhân dựa trên kinh nghiệm là chính, thuốc kháng sinh vẫn là loại thuốc được sử dụng hàng đầu Thông qua các khảo sát cho thấy bệnh viện

Chợ Rẫy và Bạch Mai là hai bệnh viện có tổng chi phí cho thuốc kháng sinh là lớn nhất nhưng tính lượng kháng sinh sử dụng trong 100 ngày trên một giường bệnh là ở mức thấp mà cao nhất là bệnh viện Bình Định kế đến là bệnh viện Thanh Nhàn

Theo nghiên cứu của Trương Anh Thư và cộng sự (2012) thấy 67,4% bệnh nhân nhập viện được dùng kháng sinh và 30,8% không đúng chỉ định, con số này cao hơn nhiền so với các quốc gia khác như ở Malaysia (4,0%), Thổ Nhĩ Kỳ (14,0%) và Hồng Kông (20,0%) [68]

Kết quả của việc sử dụng kháng sinh quá mức không chỉ khiến người bệnh thiệt hại về kinh tế mà có thể đẩy bệnh nhân tới tình trạng vô phương cứu chữa do xuất hiện các vi khuẩn kháng kháng sinh Ngoài ra nó còn là nguyên nhân gián tiếp gây ra sự tồn lưu kháng sinh trong môi trường, do kháng sinh chỉ bị hấp thụ một phần trong cơ thể Hàm lượng kháng sinh CIP và NOR đo được trong nước thải bệnh viện tại 6 bệnh viện lớn của Hà Nội lên đến 25,5 μg/L và 15,2 μg/L [1], nồng độ kháng sinh SMX và TRI trong nước thải từ các kênh rạch của Hà Nội ra sông Hồng lần lượt là 612 – 4.330 ng/L và 23 – 1.808 ng/L [60] Tổng hàm lượng kháng sinh trong nước thải đô thị tại Việt Nam cao hơn nhiều so với các nước khác trong khu vực Đông Nam Á: Việt Nam – 3220 ng/L, Philippin – 1576 ng/L, Indonesia– 607 ng/L [7]

Ciprofloxacin ức chế enzym gryrase gây cản trở thông tin nhiễm sắc thể (một vật liệu di truyền cần thiết cho chuyển hóa) làm cho vi khuẩn giảm sinh sản một cách nhanh chóng Trong khi đó, các nhóm kháng sinh khác (như betalactam, aminozid), không ức chế enzym gryrase rất dễ bị vi khuẩn kháng CIP tác động được trên cả vi khuẩn gram âm và gram dương CIP được xem là "vũ khí chiến lược" có tác dụng diệt khuẩn [3]

CIP dùng trong nhiễm khuẩn nặng mà các loại kháng sinh thông thường không có dụng như trong trường hợp nhiễm trùng huyết; viêm đường hô hấp do

các vi khuẩn như Haemophilus, Legionella, Mycoplasma, Chlamydia, Neisseria

viêm đường tiêu hóa do các vi khuẩn Salmonella, Shigella, Yersinia và Vibrio cholerae thường nhạy cảm cao; viêm đường tiết niệu trên và dưới Nó còn được

sử dụng dự phòng trong trường hợp bệnh não mô cầu và ở người suy giảm miễn dịch HIV/AIDS [3]

1.3.2.2 Kháng sinh sử dụng trong nông nghiệp

Việt Nam cũng như các quốc gia khác, kháng sinh sử dụng trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản với mục đích phòng, trị bệnh và kích thích tăng trưởng Hiện nay quy mô sản xuất nông nghiệp của Việt Nam vẫn còn nhỏ lẻ, nên việc kiểm soát sử dụng kháng sinh trong người dân là rất khó khăn Việc lựa chọn kháng sinh và quyết định liều dùng trong chăn nuôi chủ yếu dựa trên kinh nghiệm của chủ hộ chiếm 44%, hướng dẫn của bác sỹ thú y là 33% và hướng dẫn của nhà sản xuất 17% [2] Kết quả khảo sát tại 30 trang trại chăn nuôi lợn thịt và 30 trang trại chăn nuôi gà thịt của tỉnh Hưng Yên, Hà Tây (cũ) cho thấy 100% các trang trại này sử dụng kháng sinh với mục đích trị bệnh [2] Trong thức ăn chăn nuôi người ta cũng phát hiện thấy nhiều loại kháng sinh khác nhau và hàm lượng lớn Kết quả thống kê cho thấy để nuôi một kg thịt lợn và thịt gà sống thì cần phải cho vào thức ăn chăn nuôi lần lượt là 286,6 mg và 77,4 mg kháng sinh [58] Hay trong 1462 mẫu thức ăn thì có 55,4% mẫu thức ăn cho lợn, 42,2% mẫu thực ăn cho gà, 18,9% mẫu thức ăn cho chim cút là bị nhiễm kháng sinh [57] Kháng sinh sử dụng không đúng cách sẽ tồn dư trong thực phẩm, vì vậy người ta đã phát hiện thấy tỷ lệ cao các mẫu thực phẩm dương tính với kháng sinh như thịt gà - 17,3%, thịt lợn - 8,8% thịt bò - 7,4% [57]

Theo đánh giá của tổ chức lương thực và nông nghiệp của Liên hợp quốc (FAO), Việt Nam là quốc gia sản xuất thủy sản thứ 3 trên thế giới Nuôi trồng thủy sản được xem là một công cụ xóa đói giảm nghèo ở Viêt Nam, như việc sử dụng kháng sinh thiếu hiểu biết, thiếu bền vững đã và đang dẫn người nông dân trở nên trắng tay Kết quả khảo sát 94 trang trại nuôi cá, tôm nước ngọt ở Việt

Nam cho thấy có 68 trang trại (72,3%) sử dụng ít nhất một kháng sinh ở bất cứ lúc nào trong chu trình sản xuất [22] Tại đồng bằng sông Cửu Long, nơi tập trung các trang trại nuôi cá, tôm lớn nhất cả nước để phục vụ cho xuất khẩu vẫn phát hiện thấy kháng sinh, như tại trang trại nuôi cá ở An Giang và Cần Thơ năm 2011 và 2012 đã phát hiện thấy SMX, TRI và ENR trong nước với nồng độ 12 – 21 ng/L [20] Trước kia kháng sinh Oxytetracycline là loại được sử dụng phổ biến nhất, nhưng trong vài năm trở lại đây kháng sinh họ quinolones và sulfonamides kết hợp với trimethoprim lại được sử dụng nhiều hơn Đối với ngành nuôi trồng thuỷ sản, kháng sinh Ciprofloxacin được cho là “thần dược” điều trị các loại vi khuẩn gây hại ở ngành nuôi trồng thủy sản, cụ thể là cá, tôm mắc bệnh liên quan đến đường ruột Trong nuôi trồng thủy sản kháng sinh được sử dụng theo phương thức hòa trực tiếp vào nguồn nước nuôi hoặc trộn vào thức ăn Người ta ước tính khoảng 0,15 kg thuốc kháng sinh đã được sử dụng cho mỗi tấn cá nuôi, đồng thời các trang trại nuôi cá đã xả nước thải trực tiếp ra sông (63%), và kênh chính (19%) [20] Kết quả phân tích kháng sinh trong nước nuôi trồng thủy sản tại một trang trại của Việt Nam là: OFL – 255 ppb; NOR – 41,1 ppb; CIP – 162 ppb [60] Năm 2015, Margot Andrieu và cộng sự đã phát hiện thấy sự nguy hại của kháng sinh CIP và ENR trong nước và trầm tích của ao

nuôi cá ở đồng bằng sông Cửu Long đối với vi khuẩn Cyanobacteria (giá trị HQ

> 1) [51]

Nhận thấy những tác hại to lớn do việc sử dụng kháng sinh thiếu hiểu biết, thiếu ý thức của người dân, năm 2017 chính phủ đã ban hành nghị định số: 39/2017/NĐ-CP về quản lý thức ăn chăn nuôi, thủy sản Nghị định đã đưa ra những quy định rất nghiêm ngặt về sử dụng kháng sinh trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, cụ thể như từ năm 2018 Việt Nam cấm sử dụng kháng sinh trong thức ăn thủy sản, thức ăn chăn nuôi chứa kháng sinh nhằm mục đích phòng bệnh cho gia súc, gia cầm non được phép lưu hành đến hết năm 2020 [3]

1.4 Tổng quan về cây măng cụt

Măng cụt có tên khoa học là Garcinia mangostana L là loại cây thuộc họ

Bứa Măng cụt được trồng rất nhiều ở khu vực Đông Nam Á, Sri Lanka, Ấn Độ Ngoài ra, bạn sẽ thấy loại quả này ở một số nước nhiệt đới Nam Mỹ Ví dụ như: Colombia, Puerto Rico,.…

Việt Nam cũng là một trong số các nước có thổ nhưỡng phù hợp để măng cụt phát triển Tuy nhiên, măng cụt chỉ sinh trưởng tốt ở khu vực Nam Trung Bộ, Đông Nam Bộ, Tây Nam Bộ Riêng Tây Nam Bộ (đồng bằng sông Cửu Long) có diện tích trồng măng cụt nhiều nhất, khoảng 4,9 nghìn ha, cho sản lượng khoảng 4,5 ngàn tấn Các tỉnh được coi là “vựa” măng cụt phải kể đến: Bến Tre, Vĩnh Long, Hậu Giang, Sóc Trăng, Trà Vinh, Cần Thơ, Bình Dương, Đồng Nai Tỉnh Bến Tre là nơi có diện tích tập trung lớn nhất, đạt 4,2 ngàn ha (chiếm 76,8% diện tích cả nước) Còn miền Bắc có mùa hè khắc nghiệt và mùa đông rất lạnh nên cây không phát triển được

Theo Đông y, vỏ quả măng cụt có vị chua chát, tính bình, đi vào hai kinh phế và đại tràng, có công năng thu liễn, sáp trường, chi huyết, dùng trị tiêu chảy, ngộ độc chất ăn, khi bệnh thuyên giảm thì thôi, dùng lâu sinh táo bón

Thành phần chính của vỏ măng cụt đã được xác định là một loạt xanthon mà những chất chính là mangostin, a-mangostin, b-mangostin, g-mangostin, các isomangostin, normangostin, bên cạnh trioxyxanthon, pyranoxanthon,

dihydroxy methyl butenyl xanthon, trihydroxy methyl butenyl xanthon, pyrano xanthenon Các garcinon A, B, C, D, E …đây là những chất có chứa những nhóm chức cacboxylic, phenolic, hydroxyl và oxyl thơm…có khả năng hấp phụ

1.5 Tình hình nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ măng cụt làm chất hấp phụ

Trong nước hiện nay chưa có công trình nghiên cứu về việc chế tạo than hoạt tính từ vỏ măng cụt để làm chất hấp phụ Tuy nhiên trên thế giới đã có một một số công trình nghiên cứu về vấn đề này Cụ thể:

Tác giả Ahmad, M.A [6] đã chế tạo than hoạt tính có nguồn gốc măng cụt (MP) được điều chế bằng cách xử lý bằng KOH và khí hóa bằng CO2 MP đầu tiên được rửa bằng nước và sau đó được sấy khô ở 105 oC trong 24 giờ MP khô sau đó được nghiền và sàng đến kích thước 1–2 mm trước khi cho vào ống đứng bằng thép không gỉ, nung ở 700 oC trong 2 giờ trong môi trường nitơ tinh khiết với tốc độ 150 mL/phút Than tạo ra được trộn với KOH theo các tỷ lệ khác nhau Cho nước cất vào để hòa tan tất cả các viên KOH Hỗn hợp này sau đó cho vào tủ sấy ở 105 oC trong 24 giờ để loại bỏ độ ẩm Bước khí hóa CO2

được thực hiện trong ống đứng bằng thép không gỉ tương tự như quá trình carbon hóa trong các khoảng thời gian khác nhau Vật liệu sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng, rồi được rửa bằng nước cất và HCl 0,1 M cho đến khi pH của dung dịch đạt 6,5 - 7

Chen và cộng sự [21] đã chế tạo than hoạt tính từ vỏ măng cụt hoạt hóa bằng K2CO3 Các nghiên cứu được thực hiện ở các tỷ lệ khối lượng K2CO3 / vỏ măng cụt khác nhau Kết quả cho thấy nhiệt độ carbon hóa và thời gian hoạt hóa, có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của carbon hoạt hóa (chỉ số iốt và hiệu suất hấp phụ metylen xanh) Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính tối đa là 1123 m2/g ở nhiệt độ nung 900 oC, thời gian hoạt hóa là 2 giờ và tỷ lệ khối lượng K2CO3 / vỏ măng cụt là 1,0

Tác giả Foo và cộng sự [27] đã điều chế than hoạt tính từ vỏ măng cụt

hoạt hóa bằng K2CO3 có sự hỗ trợ vi sóng Các thí nghiệm nghiên cứu gồm tỷ lệ ngâm tẩm K2CO3, công suất vi sóng và thời gian chiếu xạ đến hiệu suất hấp phụ metylen xanh của than hoạt tính chế tạo từ vỏ măng cụt (ACMP) Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại của ACMP là 379,63 mg/g và hiệu suất hấp phụ là 80,95% Quá trình hấp phụ metylen xanh của ACMP tuân theo phương trình động học biểu kiến bậc 2

Biodiesel Wilaiwan Pangsupa [59] chế tạo than hoạt tính từ vỏ măng cụt (AC) hoạt hóa bằng KOH để hấp phụ các tạp chất có trong dầu diesel sinh học thô Kết quả than hoạt tính AC được điều chế với tỷ lệ khối lượng vỏ măng cụt: KOH bằng 1,25 ở 800 oC thể hiện khả năng loại bỏ tốt nhất các tạp chất có trong dầu diesel sinh học thô, với độ tinh khiết của dầu diesel sinh học lên đến 97,18% ở khối lượng AC là 9 g/L và thời gian hấp phụ 120 phút Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Tác giả Sangwoei Sawekwiharee [62] đã nghiên cứu than hoạt tính chế tạo từ vỏ măng cụt làm chất hấp phụ Pb(II) Dung dịch thử Pb(NO3)2 có nồng độ từ 0,003 M đến 0,5 M, sau đó cho thêm than hoạt tính dạng bột hoặc dạng mảnh vào Kết quả cho thấy rằng cần ít nhất 1,5 g than để hấp phụ 20 mL dung dịch Pb(NO3)2 nồng độ 0,015 M

Asma Nasrullah và cộng sự [55] đã chế tạo than hoạt tính từ vỏ măng cụt

như sau: Vỏ măng cụt MP được nghiền và làm khô trong tủ sấy trong 12 giờ ở

nhiệt độ 110 oC Than hoạt tính AC được tổng hợp bằng cách trộn bột MP với ZnCl2 theo các tỷ lệ khối lượng MP:ZnCl2 khác nhau Thêm một ít nước cất vào để tạo hỗn hợp sền sệt và khuấy trong 6 giờ đến 48 giờ ở nhiệt độ phòng Các mẫu MP sau khi ngâm tẩm ZnCl2 được cho vào chén sứ có nắp đậy và đặt trong lò nung ở nhiệt độ từ 500 – 800 oC trong một khoảng thời gian từ 30 phút đến 180 phút Sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng, các mẫu AC được rửa sạch nhiều lần bằng dung dịch HCl 3M, rồi rửa nhiều lần bằng nước cất, sấy khô ở 105 oC trong tủ sấy trong 24 giờ

Tác giả Xue và cộng sự [71] lấy vỏ măng cụt được cắt thành mảnh, rửa sạch bằng nước cất và làm khô ở 110 oC Sau đó, vỏ khô được carbon hóa trong lò nung N2 ở 500 oC trong 3 giờ Các mẫu vật liệu thu được sau khi nghiền nhỏ được trộn đều với KOH ở các tỷ lệ khối lượng khác nhau lần lượt là KOH : vật liệu bằng 1: 3; 1 : 3,5; 1 : 4 và 1 : 4,5 Sau đó, hỗn hợp được nung ở các nhiệt độ từ 700 đến 900 oC trong môi trường khí N2 trong 3 giờ thu được vật liệu carbon xốp (ký hiệu là PC) Sau khi hạ nhiệt tự nhiên đến nhiệt độ phòng, các mẫu được rửa bằng HCl 1M và nước cất, tiếp theo là làm khô ở 110 oC

Liliana Giraldo [31] đã chế tạo được bốn loại than hoạt tính (AC) đã

được điều chế từ vỏ măng cụt bằng cách hoạt hóa hóa học bằng H3PO4 và KOH Ảnh hưởng của tỷ lệ chất hoạt hóa / than và ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ CO2 đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy AC hoạt hóa bằng KOH có dung lượng hấp phụ cực đại khí CO2 là 19,0 mmol/g, trong khi AC hoạt hóa bằng H3PO4 có dung lượng hấp phụ cực đại khí CO2 là 13,5 mmol/g

Tác giả Yves Iradukunda và cộng sự [41] đã hoạt hóa vỏ măng cụt với hydrogen peroxide (H2O2) trong điều kiện thủy nhiệt, tiếp theo là hoạt hóa KOH ở trạng thái rắn và carbon hóa ở nhiệt độ 800 oC trong 1 giờ Than hoạt tính ACMP chế tạo được tồn tại ở dạng vô định hình

Panita Kongsune [44] đã khảo sát khả năng hấp phụ, động học, nhiệt động lực học và năng lượng hoạt hóa quá trình hấp phụ Pb2+ của than hoạt tính (AC) điều chế từ vỏ quả măng cụt (ACMP) hoạt hóa bằng ZnCl2 Kết quả tính toán cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại Pb2+ là 130 mg/g; Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và phương trình động học biểu kiến bậc hai Kết quả tính ΔG < 0 và ΔHo = - 61,27 kJ/ mol cho thấy quá trình hấp phụ là tự xảy ra và tỏa nhiệt

Zarah Arwieny Hanami [38] đã chế tạo than hoạt tính từ vỏ măng cụt

(MP-AC) được điều chế bằng phương pháp hoạt hóa vật lý sử dụng CO2 ở 850

oC Kết quả cho thấy MP-AC thu được sau khi hoạt hóa 120 phút có diện tích bề mặt riêng BET lớn nhất là 588,41 m2/g và được chọn làm chất hấp phụ trong quá trình hấp phụ tĩnh khí amoniac Các giá trị độ ẩm, hàm lượng tro và chỉ số iốt của MP-AC lần lượt là 6,07%, 9,8% và 1153,69 mg/g Sự hấp phụ khí NH3 tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và phương trình động học biểu kiến bậc một Dung lượng hấp phụ cực đại của MP-AC là 0,41 mg/g

Để nâng cao hiệu quả loại bỏ metylen xanh trong môi trường nước, ZheZhang [77] đã tổng hợp than hoạt tính bằng cách hoạt hóa nhiệt vỏ măng cụt đã xử lý bằng axit photphoric Than hoạt tính này có diện tích bề mặt riêng lớn (1832 m2/g) và dung lượng hấp phụ cực đại 871,49 mg/g) Các điều kiện tối ưu chế tạo than là tỷ lệ khối lượng ngâm tẩm vỏ măng cụt : axit photphoric = 1 : 3, hoạt hóa trong 60 phút ở 450 oC Quá trình hấp phụ MB tuân theo mô hình động học biểu kiến bậc hai và mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Hấp phụ vật lý chiếm ưu thế trong quá trình hấp phụ này

Tác giả Z Fan và cộng sự [25] đã chế tạo than hoạt tính bằng công nghệ

hoạt hóa kép axit photphoric và sắt clorua Kết quả diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính chế tạo được là 2086,73 m2/g, đường kính lỗ xốp trung bình là 3,80 nm và thể tích lỗ xốp là 1,774 cm3/g

1.6 Các phương pháp nghiên cứu vật liệu 1.6.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp SEM là dùng chùm điện tử để tạo ảnh của mẫu nghiên cứu, ảnh đó khi đến màn huỳnh quang có thể đạt được độ phóng đại rất lớn từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn lần

Chùm điện tử được tạo ra từ catot qua hai tụ quang sẽ hội tụ lên mẫu nghiên cứu Chùm điện tử đập vào mẫu, phát ra các điện tử phát xạ thứ cấp Mỗi điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu sáng, chúng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sóng trên màn hình Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn hình Độ

sáng tối trên màn hình tùy thuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời còn phụ thuộc sự khuyết tật bề mặt của mẫu nghiên cứu Đặc biệt, do sự hội tụ các chùm tia nên có thể nghiên cứu cả phần bên trong của vật chất

Đối với phương pháp này, độ phân giải của phép tán xạ có thể tới 0,01 10-6 m Do đó, phương pháp này thường dùng để nghiên cứu những khoáng vật phân tán nhỏ, kích thước dưới 10-6 m với hiệu quả rất cao

1.6.2 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X

Phổ tán xạ sắc năng lượng tia X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) thường được gọi là EDS hay EDX là một kỹ thuật phân tích dùng để phân tích nguyên tố của mẫu rắn Nguyên tắc dựa trên sự tương tác của nguồn tia X kích thích vào mẫu cần phân tích Mỗi nguyên tố hoá học có một cấu trúc nguyên tử xác định tạo ra các phổ tia X đặc trưng riêng biệt cho nguyên tố đó Để kích thích bức xạ đặc trưng tia X từ mẫu, một dòng năng lượng cao của các hạt tích điện như điện tử hay photon, hay chùm tia X được chiếu vào mẫu cần phân tích Các nguyên tử trong mẫu này ở các trạng thái cơ bản (chưa bị kích thích), các điện tử ở các mức năng lượng riêng biệt xoay quanh hạt nhân Khi dòng tia tới kích thích các điện tử ở lớp bên trong, đánh bật nó ra khỏi vỏ điện tử tạo thành lỗ trống điện tử, một điện tử từ lớp bên ngoài có năng lượng cao hơn nhảy vào điền lỗ trống đó Sự khác nhau năng lượng giữa lớp vỏ năng lượng cao và lớp vỏ năng lượng thấp hơn tạo ra tia X Cường độ của tia X phát ra từ mẫu có thể được đo bằng phổ kế tán xạ năng lượng Từ chỗ năng lượng tia X là đặc trưng cho hiệu số năng lượng của hai lớp vỏ điện tử và đặc trưng cho cấu tạo của nguyên tố phát xạ ra tia X đó, nên cường độ của tia X này có thể dùng để đặc trưng định tính cũng như định lượng các nguyên tố có trong mẫu Tần số (f) của tia X được xác định qua định luật Mosley như sau:

Trong đó: me là khối lượng của electron qe là điện tích của electron

h là hằng số Planck

1.6.3 Phương pháp phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại dùng để xác định cấu trúc phân tử của chất cần nghiên cứu, dựa vào các tần số đặc trưng trên phổ của các nhóm chức trong phân tử Phổ hồng ngoại chính là phổ dao động – quay vì khi hấp thụ bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay của các nhóm chức đều bị kích thích Phổ dao động – quay của phân tử được phát sinh ra do sự chuyển dịch giữa các mức năng lượng dao động và quay (liên quan đến sự quay của phân tử xung quanh trục liên kết) Dạng năng lượng được sinh ra khi chuyển dịch giữa các mức này ở dạng lượng tử hóa, nghĩa là chỉ có thể biến thiên một cách gián đoạn Hiệu số năng lượng (phát ra hay hấp thụ) được tính theo công

Trong đó, ΔE là biến thiên năng lượng h là hằng số Planck

ν là tần số dao động (số dao động trong một đơn vị thời gian) Phổ hồng ngoại thường được ghi với trục tung biểu diễn độ hấp thụ A, trục hoành biểu diễn số sóng với trị số giảm dần (4000 – 400 cm-1) Hầu hết các nhóm nguyên tử trong hợp chất hữu cơ hấp thụ ở vùng 4000 – 650 cm-1 Vùng phổ từ 4000 – 1500 cm-1 được gọi là vùng nhóm chức vì chứa hầu hết các vân hấp thụ của các nhóm chức như OH, NH, C=O, C=N, C=C Vùng phổ nhóm chức tập trung vào bốn vùng mà ở mỗi vùng, tần số đặc trưng của nhóm có giá trị thay đổi phụ thuộc vào cấu tạo của phân tử: vùng 3650 – 2400 cm-1 chứa các vân dao động hóa trị của X-H (X: O, N, C, S, P.); vùng 2400 – 1900 cm-1 gồm các vân do dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết ba hoặc hai liên kết đôi kề nhau; vùng 1900 – 1500 cm-1 chứa các vân dao động hóa trị của các nhóm mang liên kết đôi và do dao động biến dạng của nhóm – NH2

Vùng phổ 1500 – 700 cm-1 mặc dù có chứa các vân hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị của các liên kết đơn như C-C, C-N, C-O và các vân do dao

động biến dạng của các liên kết C-H, C-C nhưng thường được dùng để nhận dạng toàn phân tử hơn là để xác định các nhóm chức, vì ngoài vân hấp thụ trên còn có nhiều vân hấp thụ xuất hiện do tương tác mạnh giữa các dao động

1.6.4 Phương pháp hấp phụ đa phân tử BET

Nguyên tắc: Hấp phụ khí thường được sử dụng để đặc trưng một số tính chất của vật liệu mao quản như: diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản, phân bố kích thước mao quản cũng như tính chất bề mặt Có rất nhiều phương pháp hấp phụ để đặc trưng cho vật liệu mao quản, nhưng phổ biến hơn cả là dùng đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ Nitơ ở 77K Lượng khí bị hấp phụ V được biểu diễn dưới dạng thể tích là đại lượng đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ, nó phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, bản chất của khí và bản chất của vật liệu rắn V là một hàm đồng biến với áp suất cân bằng Khi áp suất tăng đến áp suất bão hòa Po, người ta đo các giá trị thể tích khí hấp phụ ở các áp suất tương đối (P/Po) thì thu được đường "đẳng nhiệt hấp phụ", còn khi đo V với P/Po giảm dần thì nhận được đường "đẳng nhiệt khử hấp phụ"

Trong thực tế, đối với vật liệu mao quản trung bình đường đẳng nhiệt hấp phụ và khử hấp phụ không trùng nhau, mà thường thấy một vòng khuyết (hiện tượng trễ) đặc trưng cho hiện tượng ngưng tụ mao quản của vật liệu mao quản trung bình Hình dạng của đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ và vòng trễ thể hiện những đặc điểm về bản chất và hình dáng mao quản Theo phân loại của IUPAC, có các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ biểu diễn trên Hình 1.12 Đường đẳng nhiệt kiểu IV và V tương ứng với vật liệu có mao quản trung bình Kiểu bậc thang VI ít khi gặp Diện tích bề mặt riêng thường được tính theo đường đẳng nhiệt kiểu I trong hình tương ứng với vật liệu vi mao quản hoặc không có mao quản Kiểu II và kiểu III là của vật liệu mao quản có mao quản lớn (d > phương pháp Brunauer – Emmett – Teller (BET)) Theo phương pháp này, diện tích bề mặt được tính dựa trên diện tích bề mặt bị chiếm giữ bởi các phân tử khí hấp phụ đơn lớp trên bề mặt vật liệu

Phân bố kích thước mao quản cũng có thể được tính bởi nhiều phương pháp khác nhau, nhưng thông dụng nhất là phương pháp Barret, Joyner và Halenda (BJH)

Hình 1.12 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ khử hấp phụ theo phân loại IUPAC

1.7 Phương pháp nhiễu xạ tia X

Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một trật tự nhất định Khi chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt Các nguyên tử hoặc ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ Mặt khác, các nguyên tử hoặc ion này được phân bố trên các mặt phẳng song song Mối liên hệ giữa khoảng cách hai mặt nhiễu xạ (hkl), góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ () với bước sóng (λ) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf –Bragg: