TỔNG QUAN
Vật liệu nano ZnO
Oxit kẽm (ZnO), thuộc nhóm oxit kim loại chuyển tiếp II-VI, và là một trong những oxit đƣợc nghiên cứu rộng rãi nhất nhờ có các đặc tính hóa lý, quang điện tử thú vị [6] Do đó, ứng dụng của ZnO rất rộng, vật liệu này đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực xúc tác, cảm biến, y học, kiểm soát bệnh cho cây trồng trong nông nghiệp [7] Đặc biệt, nhờ sở hữu tính ổn định hóa học, tính tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học, ZnO đã đƣợc sử dụng rộng rãi để làm chất kháng khuẩn, và trong quá trình phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong xử lý nước thải
Trong lĩnh vực môi trường, các hạt ZnO thể hiện số ưu điểm vượt trội như độ ổn định hóa học và độ bền nhiệt cao và khả năng hấp phụ tuyệt vời đối với các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong nước [8] Các hạt nano ZnO sở hữu photon cao hơn hiệu quả hấp thụ, diện tích bề mặt cao và công suất oxy hóa cao hơn so với các chất bán dẫn khác Thêm vào đó, ZnO có sẵn, dễ dàng tổng hợp, không độc hại và rẻ [9] Quan trọng nhất, các hạt nano ZnO có khả năng xúc tác quang hóa phân hủy chất ô nhiễm
2.1.2 Vai trò ZnO trong quá trình quang xúc tác
Quá trình quang xúc tác sử dụng vật liệu xúc tác bán dẫn là một công nghệ xanh được ứng dụng rộng rãi trong việc phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong môi trường không khí và nước Hạt nano ZnO thể hiện hoạt động quang xúc tác tuyệt vời dưới chiếu xạ UV vì năng lƣợng vùng cấm của nó gần giống với TiO2 (EgZnO = 3,37 eV,
ZnO là chất xúc tác quang cải tiến có nhiều vị trí tâm xúc tác hoạt động, phản ứng bề mặt tốt và khả năng tạo ra oxy tự do mạnh hơn Do năng lượng vùng cấm thấp, ZnO hấp thụ nhiều ánh sáng hơn, kích thích electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, tạo ra cặp electron-lỗ trống Lỗ trống oxy hóa OH- tạo thành gốc hydroxyl (OH●) còn electron khử oxi thành gốc siêu oxit (O2●-), cả hai đều là oxy phản ứng (ROS) tấn công và khoáng hóa chất ô nhiễm.
ZnO được tổng hợp dựa trên nhiều phương pháp hóa học và vật lý khác nhau, cụ thể là sol-gel, thủy nhiệt, kết tủa và đồng kết tủa, lắng đọng hơi hóa học, nhiệt phân phun, phún xạ từ, kỹ thuật vi sóng hỗ trợ, solvothermal, [17] Mỗi phương pháp tổng hợp đều có ƣu và nhƣợc điểm khác nhau Từ đó, ZnO sẽ có các hình thái nano khác nhau nhƣ các hạt, tấm, hoa, lớp hay các ống Một số yếu tố trong quá trình tổng hợp nhƣ các loại và nồng độ của các kim loại pha tạp trên nền ZnO, độ pH của hỗn hợp phản ứng, nhiệt độ nung, thời gian phản ứng, tốc độ khuấy, … ảnh hưởng lớn đến tính chất của các hạt nano ZnO và ứng dụng của chúng trong xử lý môi trường [7] Tuy nhiên, ZnO cũng có nhƣợc điểm nhƣ các loại xúc tác bán dẫn khác, đó chính là sự tái tổ hợp nhanh chóng của các cặp electron và lỗ trống Do đó, để duy trì và tăng cường khả năng xúc tác quang hóa, việc lai tạp kim loại chuyển tiếp hoặc bổ sung vào môi trường phản ứng các chất oxi hóa mạnh sẽ được nghiên cứu tiến hành
Pha tạp kim loại chuyển tiếp vào mạng tinh thể ZnO có thể dẫn đến những thay đổi những tính chất về điện, quang và từ tính của ZnO Bên cạnh đó, nó làm giảm năng lƣợng vùng cấm của ZnO, cải thiện sự phân tách điện tích giữa điện tử và lỗ trống bằng cách hình thành bẫy điện tử Từ đó, tăng cường hoạt động xúc tác quang của ZnO Các kim loại chuyển tiếp hoặc kim loại quý khác nhau nhƣ Mn, Fe, Ni, Cu và Ag đã đƣợc sử dụng rộng rãi để pha tạp ZnO [5,18-20] Quá trình quang xúc tác sử dụng hạt nano ZnO sẽ được tăng cường đáng kể khi có mặt của các kim loại chuyển tiếp này trong thành phần pha tinh thể của ZnO nhằm hình thành các trạng thái lai hóa khác nhau [18] Hình 1 mô tả quá trình tăng cường hoạt tính xúc tác quang của hạt nano ZnO khi có mặt của một số kim loại chuyển tiếp Cơ chế của sự suy giảm chất ô nhiễm đối với hạt nano ZnO pha tạp kim loại chuyển tiếp trong quá trình quang xúc tác đƣợc đề xuất nhƣ sau [18]:
ZnO + năng lƣợng photon (hʋ) ZnO (e - CB + h + VB) (1)
ZnO (e - ) + TM (Mn, Fe, Ni, Ag) ZnO-M (e - ) (2)
OH/hVB- + chất ô nhiễm sản phẩm khoáng hóa (7)
Hình 2.1: Tăng cường hiệu quả xúc tác quang hóa bằng cách lai tạp các kim loại chuyển tiếp với hạt nano ZnO [18]
Phương pháp thêm vào dung dịch phản ứng các chất oxy hóa mạnh mục đích chính là để tăng cường sự hình thành và kéo dài thời gian tồn tại của các gốc tự do hoặc các dạng oxy hoạt động nhƣ gốc sulfate (SO4 ●-
) và oxy đơn ( 1 O2), superoxide (O2 ●-), hydroxyl (OH ● ), … Một số các hợp chất hóa học thường được bổ sung vào quá trình xử lý chất ô nhiễm để tăng cường sự hình thành và hoạt động khoáng hóa chất ô nhiễm trong xử lý môi trường nước là H2O2, O3, persulfate (PS), peroxydisulfate (PDS), peroxymonosulfate (PMS), Trong đó, PS và PMS là những hợp chất nhận đƣợc sự quan tâm đáng chú ý trong khoảng thời gian gần đây do khả năng hình thành gốc SO4 ●- tự do [22] Trong các quá trình oxy hóa bậc cao, cụ thể là quang xúc tác,
Sử dụng gốc sunfat (SO4●-) là phương pháp thay thế hydroxyl (OH●) đang được ưa chuộng vì tính oxy hóa khử cao, thời gian bán hủy dài và hoạt động tốt trong phạm vi pH rộng Phương pháp tạo SO4●- phổ biến nhất là hoạt hóa persulfat (PS) và peroxymonosulfat (PMS) bằng nhiệt, siêu âm, kim loại chuyển tiếp hoặc bức xạ ánh sáng Trong quá trình này, hoạt hóa PS/PMS bằng bức xạ ánh sáng là lựa chọn ưu tiên vì hiệu quả và tiết kiệm chi phí Hoạt hóa xúc tác quang PS/PMS gồm các cách: không chất xúc tác, sử dụng chất xúc tác kim loại hoặc kim loại chuyển tiếp, hoặc chất xúc tác phi kim Để tăng cường hiệu suất, hệ xúc tác quang UV/PS (PDS, hoặc PMS) áp dụng phương pháp hoạt hóa bằng chất xúc tác bán dẫn kim loại chuyển tiếp hoặc phương pháp hoạt hóa phi kim Trong các phương pháp tạo gốc sunfat tự do SO4●-, sử dụng kim loại chuyển tiếp giúp tăng cường khả năng xúc tác quang hóa của hạt nano ZnO Các kim loại chuyển tiếp hiệu quả trong cả việc tăng hiệu suất xúc tác và kích hoạt PS/PMS bao gồm Cu, Mn, Ce, Ni, Co, Ag Do đó, pha tạp kim loại chuyển tiếp vào hạt nano ZnO vừa tăng cường hoạt tính xúc tác quang hóa vừa hỗ trợ quá trình kích hoạt PS/PMS tạo gốc sunfat tự do SO4●-, phân hủy hoàn toàn chất ô nhiễm trong nước.
Hình 2.2 Quá trình hoạt hóa PS bằng xúc tác từ kim loại/ kim loại chuyển tiếp hoặc phi kim [24]
Chất kháng sinh
2.2.1 Định nghĩa và phân loại
Kháng sinh còn có tên gọi là Trụ sinh, là những chất chiết xuất từ các vi sinh vật, nấm, đƣợc tổng hợp hoặc bán tổng hợp, có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn một cách đặc hiệu Chất kháng sinh tác dụng lên vi khuẩn ở cấp độ phân tử, thường là tại một vị trí quan trọng của vi khuẩn hay một phản ứng trong quá trình phát triển của vi khuẩn [28] Còn đối với quan niệm truyền thống, chất kháng sinh đƣợc định nghĩa là những chất do các vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn…) tạo ra có khả năng ức chế sự phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn [29]
Ngày nay kháng sinh không chỉ đƣợc tạo ra bởi các vi sinh vật mà còn đƣợc tạo ra bằng quá trình bán tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học, khiến cho định nghĩa kháng sinh cũng thay đổi theo, hiện nay kháng sinh đƣợc định nghĩa là những chất có nguồn gốc vi sinh vật, đƣợc bán tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học Với liều thấp nhất có tác dụng kìm hãm hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh [28, 29]
Kháng sinh thường gây tác dụng phụ lên hệ tiêu hóa do chúng tiêu diệt cả vi khuẩn có lợi trong đường ruột, dẫn đến các triệu chứng phổ biến như nôn mửa, tiêu chảy, khó tiêu và đau bụng Không chỉ vậy, một số loại kháng sinh còn có thể ảnh hưởng đến các cơ quan khác như thần kinh, tim mạch, máu và thận, đặc biệt khi dùng quá liều.
Có nhiều cách để phân loại kháng sinh, trong đó cách phân loại theo cấu trúc hóa học được sử dụng phổ biến nhất Theo cách phân loại này, kháng sinh được chia thành các nhóm như sau:
1 Kháng sinh nhóm 1 Beta-lactam: Gồm các penicilin, cephalosporin, beta- lactam khác, Carbapenem, Monobactam, Các chất ức chế beta-lactamase;
6 Kháng sinh nhóm 6 Tetracyclin gồm kháng sinh thế hệ 1 và thế hệ 2;
7 Kháng sinh nhóm 7 Peptid gồm Glycopeptid, Polypetid, Lipopeptid
8 Kháng sinh nhóm 8 Quinolon gồm kháng sinh thế hệ 1, Các fluoroquinolon thế hệ 2, 3 và 4;
9 Ngoài 8 nhóm kháng sinh trên thì nhóm kháng sinh 9 gồm các nhóm kháng sinh khác, Sulfonamid và Oxazolidinon, 5-nitroimidazol
Levofloxacin (Levo) là chất thuộc thuốc kháng sinh nhóm 8 Quinolon có tác dụng diệt khuẩn do ức chế enzyme thiết yếu tham gia vào quá trình sao chép, phiên mã và tu sửa ADN của vi khuẩn Đây là một thuốc kháng sinh phổ rộng dùng để điều trị nhiễm khuấn, có thể tiêu diệt đƣợc nhiều loài vi khuẩn nhạy cảm với nó chẳng hạn nhƣ:
Vi khuẩn Gram dương và Gram âm như tụ cầu khuẩn, liên cầu khuẩn, kể cả phế cầu khuẩn
Vi khuẩn đường ruột, Haemophilus influenzae
Vi khuẩn Gram âm không lên men và các vi khuẩn không điển hình
Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
Bảng 2.1 Một số nghiên cứu tiêu biểu sử dụng quá trình quang xúc tác/quang xúc tác hoạt hóa PS/PMS sử dụng hạt nano ZnO (M-ZnO) trong xử lý dƣ lƣợng kháng sinh
STT Vật liệu Kháng sinh Điều kiện phản ứng đạt tối ƣu Kết quả Tài liệu tham khảo
[CIP] = 10 mg/L, pH = 9, 30-40°C, Cường độ ánh
Loại bỏ 100% CIP [25] sáng 120.000- 135.000 flux;
Nghiên cứu của Sourav Dash và cộng sự đã sử dụng vật liệu nano Fe-ZnO để xử lý nước chứa kháng sinh CIP nồng độ 10 mg/L bằng phương pháp quang xúc tác Kết quả cho thấy, vật liệu Fe-ZnO đạt hiệu suất phân hủy CIP tối ưu 100% sau 210 phút phản ứng dưới điều kiện cường độ ánh sáng mặt trời 120.000-135.000 lux, pH = 9, nhiệt độ phản ứng 30-40°C và nồng độ vật liệu sử dụng 100 mg/L.
Thời gian: 60 phút; dùng đèn UV-A
Nghiên cứu của Makropoulou cùng các đồng sự trong thử nghiệm loại bỏ kháng sinh SMX trong nước Vật liệu nano ZnO được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt, trong môi trường pH 7,5 và 12,5 Kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ 10 mg/L kháng sinh SMX đạt 84%, sau 60 phút xử lý, với liều lƣợng 200 mg/L chất xúc tác ZnO (tổng hợp trong môi trường pH =7,5), dưới tác động của đèn UV-A (có bước sóng dài: 320nm – 400nm)
Dưới tác động của ánh sáng mặt trời;
Nghiên cứu của Jianzhou He cùng các cộng sự về thử nghiệm phân hủy kháng sinh CPX của vật liệu nano dạng dây ZnO, bằng phương pháp quang xúc tác, dưới tác động của ánh sáng mặt trời Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất phân hủy CPX đạt tối ưu trong môi trường trung tính pH 7,2, loại bỏ 100% CPX trong nước sau 45 phút diễn ra phản ứng
Một nghiên cứu tổng quan của Soma Majumder và các cộng sự về ứng dụng vật liệu nano ZnO trong phân hủy kháng sinh, một trong số đó là kháng sinh AMX Kết quả nghiên cứu cho thấy với 0,5 g/L vật liệu ZnO thương mại, hiệu suất loại bỏ AMX đạt 100%, tối ưu trong môi trường pH 8, sau 300 phút phản ứng xúc tác quang bằng đèn UV
Loại bỏ 72,72% PG [32] mg/L; 150 phút
Nghiên cứu của Mohammed Berkani cùng các cộng sự về khả năng phân hủy kháng sinh PG trong phòng thí nghiệm với vật liệu nano ZnO Kết quả nghiên cứu cho thấy trong điều kiện môi trường dung dịch có pH =6,8, phản ứng quang xúc tác sử dụng thêm 500 mg/L chất oxy hóa Natri persulfat (PPS), 0,8 g/L vật liệu ZnO đạt 72,72% hiệu quả phân hủy 5 mg/L PG Cao hơn khi so với phản ứng quang xúc tác không sử dụng PPS, hiệu quả chỉ đạt 56,71%
[PS] = 0,5 mM; sử dụng đèn UV-
V = 1 L, tốc độ dòng tuần hoàn 222 ml/phút
Lọại bỏ hoàn toàn CIP và FLU sau 5 và 24 giờ
Nghiên cứu của Coulibaly cùng các cộng sự về việc tăng cường phân hủy chất kháng sinh FLU và CIP của vật liệu Fe-ZnO cùng chất hoạt hóa persulfat (PS) trong nước thải bệnh viện Một màng cellulose acetate mang vật liệu Fe-ZnO đã được thiết kế tích hợp vào thiết bị lò phản ứng tuần hoàn của hệ thống xử lý nước thải, dưới tác động chiếu xạ của đèn UV-A, cùng 0,5mM chất oxy hóa PS đƣợc bổ sung nhằm tăng cường hiệu quả xử lý Kết quả cho thấy trong môi trường trung tính pH = 7, vật liệu
Fe-ZnO đã loại bỏ hoàn toàn CIP sau 5 giờ và FLU sau 24 giờ
[BiFe-ZnO] = 1 g/L, pH = 8, đèn Xenon 300W,
Nghiên cứu của Noor S Shah cùng các cộng sự khi phân hủy 10 mg/L kháng sinh NOR dưới chiếu xạ đèn Xenon 300W bằng vật liệu ZnO đồng pha tạp Bi 3+ và
Fe 2+ , có bổ sung 0,2 mM chất oxy hóa HSO5 -
Kết quả thu đƣợc hiệu suất đạt 80% khi loại bỏ NOR trong môi trường pH =8, cao hơn khi so sánh với quá trình quang xúc tác chỉ sử dụng ZnO không pha tạp (Hiệu suất đạt 36%)
Trong nghiên cứu của Habibi cùng các cộng sự, nhóm đã tổng hợp thành công vật liệu nano-composite ZnO/CuCo2O4 thông qua quy trình thủy nhiệt, và sử dụng cho nghiên cứu phân hủy kháng sinh TC bằng phương pháp quang xúc tác kết hợp cùng chất oxy hóa persulfat Kết quả cho thấy với 0,4 g vật liệu và có sự hiện diện của 0,1 g/L chất oxy hóa, 6,7x10 -5 M kháng sinh TC trong nước đã được loại bỏ hoàn toàn sau
Bảng 2.2 đề cập thêm một số ứng dụng của vật liệu Nano trong xử lý nước thải hiện nay.
Bảng 2.2: Các ứng dụng của vật liệu Nano ZnO trong xử lý nước thải
STT Vật liệu Ứng dụng trong xử lý ô nhiễm Nguồn tham khảo
1 ZnO NPs Xử lý thuốc nhuộm màu Azo trong nước thải nhà máy dệt nhuộm [36]
Một tài liệu bao gồm những phương pháp sinh tổng hợp vật liệu nano ZnO NPs có chiết xuất từ thực vật, từ đó nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác của vật liệu trong xử lý nước thải có chứa thuốc nhuộm màu Azo
Sử dụng Vật liệu nano tổng hợp Cao lanh/ Zno trong xử lý nước thải dệt nhuộm
Một nghiên cứu của S Mustapha và các cộng sự trong việc so sánh cao lanh với vật liệu Cao lanh/nanocomposite tổng hợp trên nền ZnO Vật liệu nano đƣợc điều chế bằng phương pháp sol-gel , cho hiệu suất loại bỏ Cr(VI) 100%, Fe(III) 98%, COD 95%, BOD 94% và Chloride 78% chỉ sau 15 phút phản ứng xúc tác quang Cao hơn khi so sánh với hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm của vật liệu cao lanh trong cùng điều kiện xử lý - Cr(VI) 78%, Fe(III) 91%, COD 91%, BOD 89% và Chloride 73%
Cố định TiO2 và ZnO trên bề mặt đất sét
Xử lý nước thải khu công nghiệp và khu dân cƣ đô thị [38]
Một nghiên cứu khác của S Mustapha và các cộng sự trong nghiên cứu sử dụng đất sét để tổng hợp TiO2 và ZnO, từ đó nghiên cứu triển vọng ứng dụng trong xử lý nước thải với một quy trình bao gồm hấp phụ/ hấp thụ, quang xúc tác và khử trùng vi sinh vật
Với nhiều nguồn tài liệu tham khảo nhƣ trên, nghiên cứu sẽ tiến hành xác định đặc tính của vật liệu Fe-ZnO tổng hợp trong phòng thí nghiệm, đánh giá hiệu quả xử lý Levo của vật liệu Fe-ZnO dưới chiếu xạ của đèn UV-C (bước sóng 254 nm) kết hợp cùng chất oxi hóa mạnh – Kali Persulfate (PS/ K2S2O8) Tiến hành đánh giá những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý Nhận dạng gốc oxy hóa tự do đóng vai trò chủ đạo trong quá trình quang xúc tác và khả năng tái sử dụng của vật liệu.
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Hóa chất và dụng cụ, thiết bị
Kháng sinh Levo có nguồn gốc từ công ty Hóa chất Hebei Liuhe, Trung Quốc Tất cả các hóa chất còn lại đều đƣợc mua từ nhà cung cấp hóa chất Xilong, Trung Quốc
Kẽm (II) sulfat hepta hydrat (ZnSO4.7H2O, 99%)
Sắt sulfat hepta hydrat (FeSO4.7H2O, 99%)
Dung dịch NaOH 1 M, dung dịch NaOH 0,1 M
Chất oxy hóa PS: Kali Persulfat (K2S2O8)
Dung môi hữu cơ: Sodium Azide (NaN3) 5mM
Dung môi hữu cơ: Tert-Butanol (TBA, C4H10O) 5mM
Dung môi hữu cơ: q-Benzoquinone (C6H4O2) 5mM
Dung môi hữu cơ: Methanol (CH3OH) 5mM
Dung môi hữu cơ: Amoni Oxalat (NH4)2C2O4 5mM
3.1.2 Dụng cụ và thiết bị:
Bảng 3.1: Các dụng cụ thực hiện thí nghiệm
STT Tên dụng cụ Số lƣợng Hãng sản xuất
1 Pipet 1 ml, 5 ml, 25 ml 1 cái mỗi loại Trung Quốc
2 Beaker 500 ml 1 cái Trung Quốc
3 Erlen 100 ml 4 cái Trung Quốc
5 Máy thổi khí 1 cái Việt Nam
6 Ống ly tâm nhựa 50ml 12 cái Việt Nam
Bảng 3.2: Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu STT Tên dụng cụ Thông số kỹ thuật Số lƣợng Hãng sản xuất
- Cuvet tương tích: Cell 1 inch chữ nhật và tròn, cell chữ nhật dài 100mm với adapter bổ sung
- Tốc độ quét: 900 nm/phút
- Nguồn đèn: Tungsten (khoảng nhìn thấy), deuterium (khoảng tia cực tím)
- Tốc độ tối đa: 5000 vòng/ phút 1 máy Hoa kỳ
- Độ chính xác tốc độ: ±20 vòng/phút
- Tần số siêu âm 37kHz
- Công suất đỉnh siêu âm lớn nhất (W): 1200
- Dạng sóng siêu âm: Dạng sin tiêu chuẩn
- Tốc độ khuấy từ: 0-2.400 vòng
- Lưu lượng cấp khí: 6 lít /phút
Mô hình nghiên cứu
Nghiên cứu đƣợc tiến hành ở quy mô thí nghiệm và đƣợc đặt tại phòng thí nghiệm của Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG TP.Hồ Chí Minh (Cơ sở Dĩ An), Khu Đại Học Quốc Gia, TP.Hồ Chí Minh Mô hình thí nghiệm bước đầu sẽ được thiết lập nhƣ Hình 3.1
Mô hình thiết kế nhằm xử lý kháng sinh Levo theo từng mẻ riêng biệt, mỗi mẻ là
1 lít mẫu nước giả thải, sử dụng các điều kiện khảo sát thay đổi: thời gian xử lý; liều lƣợng chất xúc tác quang Fe-ZnO; liều lƣợng chất oxy hóa K2S2O8; độ pH của dung dịch; và liều lƣợng chất kháng sinh Levo Sử dụng thiết bị khuấy từ và máy thổi khí nhằm khuấy trộn dung dịch và cung cấp khí oxy cho quá trình quang xúc tác Bóng đèn UVC-254 nm, 11W đƣợc đặt tại trung tâm bình chứa mẫu dung dịch, một vị trí nhỏ bên cạnh bóng đèn đƣợc sử dụng để lấy mẫu xử lý theo thời gian Bình chứa mẫu đƣợc phủ kín bằng giấy bạc và khung giấy cứng bảo vệ, tránh cho dung dịch mẫu thí nghiệm có sự tiếp xúc với ánh sáng tự nhiên, chỉ để ánh sáng đèn UV tiếp xúc với dung dịch xử lý trong suốt thời gian thí nghiệm
Hình 3.1: Cấu trúc mô hình thiết bị thí nghiệm từng mẻ
Hình 3.2: Hình ảnh thiết bị thí nghiệm thực tế
Hình 3.3 Hình ảnh thiết bị thí nghiệm khi hoạt động theo từng mẻ
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp được dựa trên quy trình chế tạo vật liệu nền ZnO pha tạp Fe từ nghiên cứu xử lý thuốc nhuộm hữu cơ của tác giả Shaleh và các cộng sự [5]
3.3.1 Tổng hợp vật liệu Fe-ZnO
Cân 10 g chất rắn ZnSO4.7H2O, 99%, cân 2,025 g chất rắn FeSO4.7H2O, 99% Tỉ lệ mol Fe/ (Zn +Fe) được tính toán là 0,17 tương ứng với mức độ pha tạp của Fe trên nền Zno là 12% Tỉ lệ đã đƣợc nghiên cứu và thống kê bởi tác giả Shaleh cùng các cộng sự [5]
Trộn 2 vật liệu vào trong 200 ml nước cất
Các dung dịch hỗn hợp đƣợc đặt trong máy làm sạch siêu âm hoạt động ở tần số
37 kHz trong 2 giờ (Phụ lục 2- Hình 1, 2)
Sau khi siêu âm, các dung dịch hỗn hợp đƣợc khuấy liên tục trong 0,5 giờ Để tránh hiện tƣợng kết tụ trong điều kiện axit và trung tính, và để thu đƣợc ZnO pha tạp
Để điều chế dung dịch vật liệu nano, dung dịch hỗn hợp ban đầu được thêm dung dịch NaOH 1N cho đến khi đạt độ pH 12 Dung dịch sau đó được khuấy trong 0,5 giờ, sau đó để yên ở nhiệt độ phòng trong 18 giờ.
Sau 18 giờ, dung dịch được tiến hành ly tâm tách vật liệu huyền phù ra khỏi nước (thiết lập của máy ly tâm: 5000 vòng/ phút, trong 20 phút) (Phụ lục 2- Hình 4) và rửa 3 lần bằng Etanol 96% và nước cất để loại bỏ các tạp chất còn sót lại Sản phẩm được mang đi sấy khô trong tủ sấy ở 105 0 C trong 24 giờ Và nung ở 500 0 C trong 1 giờ, ta thu đƣợc bột ZnO pha tạp Fe màu nâu
Hình 3.4 Hình ảnh vật liệu đƣợc tổng hợp
Quá trình tổng hợp vật liệu bằng phương pháp trên được thu thập, phân tích và đánh giá cơ bản về mặt tổng quan hình thái, màu sắc của vật liệu
Sau đó tiến hành phân tích tính chất vật liệu bằng các phương pháp phân tích kỹ thuật hiện đại: Đo XRD, SEM-EDX-Mapping và UV-Vis để xác định ra tính chất đặc trƣng của vật liệu
3.3.2 Phương pháp xác định nồng độ Levo
Bước 1: Pha dung dịch kháng sinh Levo
Pha dung dịch chuẩn cố nồng độ 10 mg/L: Cân 0,01 g Levo vào bình định mức 1 lít Sau đó định mức tới vạch bằng nước cất, khuấy từ trong 30 phút cho toàn bộ kháng sinh hòa tan đều trong bình
Xác định dãy bước sóng hấp thụ của dung dịch chuẩn trên máy đo quang phổ UV-Vis (DR 6000 EDU), đồ thị đường phổ của dung dịch chuẩn có dạng đường cong Gauss và thể hiện 2 đỉnh bước sóng cực đại 𝜆 max= 291nm và 𝜆 max 31 nm có độ hấp thu quang phổ cao nhất
Hình 3.5 Phổ hấp thu của Levo nồng độ 10 mg/L với 𝜆 max = 291nm
Hình 3.6 Phổ hấp thu của Levo nồng độ 10 mg/L với 𝜆 max = 331nm
Bước 2 : Lập đường chuẩn Levo
Hút lần lƣợt 20 ml, 40 ml, 60 ml, 80 ml từ dung dịch chuẩn vào 4 bình định mức 100ml, sau đó định mức tới vạch bình bằng nước cất Các bình này cùng dung dịch chuẩn tương ứng với các mẫu có nồng độ 2, 4, 6, 8, 10 mg/L
Sử dụng máy đo quang phổ UV-Vis (DR 6000EDU) đo độ hấp thu quang phổ ở bước sóng hấp thu cực đại : 𝜆= 291 nm
Sau khi xác định được độ hấp thu ở từng nồng độ, vẽ đường chuẩn bằng Microsoft Excel lập được phương trình đường chuẩn có dạng y = ax + b Sử dụng phương trình này để tính toán nồng độ của kháng sinh sau xử lý, từ đó tính được hiệu suất xử lý Kết quả cho thấy độ tương quan rất cao, với R 2 là 0,9987 cho thấy độ chính xác cao, sai số ít, có thể sử dụng để đánh giá hiệu suất xử lý kháng sinh Levo trong nước
2mg/l 4mg/l 6mg/l 8mg/l 10mg/l
Dãy ABS của Levofloxacine ( =291nm)
Hình 3.7: Đường chuẩn của kháng sinh Levo bước sóng 𝜆 = 291nm
Việc thiết lập phương trình đường chuẩn của kháng sinh Levo đóng vai trò nền tảng quan trọng cho quá trình đánh giá hiệu quả loại bỏ của vật liệu Fe-ZnO tổng hợp trong xử lý kháng sinh.
3.3.3 Phương pháp phân tích kỹ thuật cho vật liệu Nano sử dụng:
Mục tiêu: Đánh giá các tính chất đặc trƣng của vật liệu sau khi tổng hợp
Phương pháp: Sau khi tổng hợp vật liệu sẽ được phân tính đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp phân tích kỹ thuật hiện đại Bao gồm:
Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) là kỹ thuật không phá hủy cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể và thông số cấu trúc khác của vật liệu, được sử dụng rộng rãi trong xác định thành phần cấu trúc của khoáng chất và hợp chất vô cơ Cấu trúc tinh thể sau tổng hợp có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu, là cơ sở tính toán kích thước tinh thể tổng hợp từ phương trình Scherrer: τ = (K 𝜆 / β cosƟ), trong đó: τ là kích thước bình quân của tinh thể, K là yếu tố hình dạng, 𝜆 là bước sóng tia X, β là một nửa đường cực đại, Ɵ là góc Bragg.
- Phổ hồng ngoại (FTIR): xác định sự có mặt của các liên kết hoặc nhóm chức trong phân tử của vật liệu hữu cơ và vô cơ Phương pháp sẽ hỗ trợ xác định cấu trúc hóa học của vật liệu đƣợc phân tích bằng cách kiểm tra các liên kết hóa học và thành phần Đây là kỹ thuật hữu ích cho cả vật liệu hữu cơ và vô cơ Ngoài ra với phương pháp này, các cặp liên kết cộng hóa trị và nhóm chức trong một vật liệu cũng đƣợc xác định FTIR sẽ sử dụng sự hấp thụ ánh sáng của vật liệu bằng cách sử dụng các hợp chất phân tử khác nhau phản ứng với ánh sáng hồng ngoại để xác định cấu trúc vật liệu đƣợc phân tích Nhờ đó, thành phần của vật liệu Fe-ZnO tổng hợp trong phòng thí nghiệm sẽ đƣợc xác định chính xác [40]
- Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Hiển vi điện tử quét thường được sử dụng để nghiên cứu bề mặt, kích thước, hình dạng vi tinh thể do khả năng phóng đại và tạo ảnh rất rõ nét và chi tiết Thiết bị là loại kính hiển vi tạo ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu Hình ảnh mẫu vật sẽ đƣợc tạo thành thông qua cơ chế ghi nhận phân phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu Tương tác này sẽ sản sinh ra phổ tia X đặc trƣng, từ đó ghi nhận đƣợc thành phần hóa học của vật liệu Kết quả SEM sẽ cung cấp nên hình ảnh bề mặt vật liệu Fe-ZnO dưới góc độ micromet và các thành phần hóa học của vật liệu [41]
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Kết quả phân tích vật liệu
4.1.1 Kết quả SEM-EDX của vật liệu
Hình 4.1 Hình ảnh SEM của Vật liệu Fe-ZnO (1 μm)
Hình ảnh SEM của vật liệu cho thấy hình thái chủ đạo của vật liệu là dạng hạt và ống nano Bề mặt có nhiều lỗ rỗng, giúp gia tăng diện tích bề mặt, thúc đẩy khả năng quang xúc tác cho vật liệu cùng chất oxy hóa
Hình 4.2 Hình ảnh EDX phân bố nguyên tố của Vật liệu Fe-ZnO (10 μm)
Kết quả EDX- mapping (Phụ lục hình- Hình 11) cho thấy sự hiện diện của tinh thể Fe đã tham gia liên kết vào cấu trúc mạng tinh thể ZnO, kéo dài mối liên kết O-Zn thành O-Fe-Zn Các nguyên tố thành phần Zn, O và Fe chiếm tỉ lệ tương ứng là 65,66, 21,32 và 9,95 % khối lƣợng mẫu vật liệu tổng hợp đƣợc Nguyên tố S còn hiện diện 3,05 % khối lƣợng trong mẫu vật liệu, nguyên nhân có thể do quá trình loại bỏ tạp chất khi điều chế vật liệu vẫn chƣa đạt hiệu quả cao Các nguyên tố Zn và O có sự phân bố và vị trí tương tự nhau như trên hình 4.2 (b) và (d) cho thấy sự hình thành nền vật liệu nano ZnO và nguyên tố Fe (hình 4.2 (a)) cho thấy sự phân bố đều và gắn trên nền ZnO đã đƣợc tổng hợp
Phép đo EDX (Phụ lục bảng- Bảng 1) cho thấy tỷ lệ nguyên tử Fe/ (Fe+Zn) 0,15; so sánh với hàm số tỉ lệ cation trong phương pháp chế tạo vật liệu của tác giả
Shaleh và các cộng sự [5], có thể tính toán đƣợc nồng độ Fe pha tạp trong ZnO của mẫu vật liệu đang nghiên cứu là 12%
Hình 4.3 Hình ảnh XRD của Vật liệu Fe-ZnO đƣợc tổng hợp
Phân tích XRD của vật liệu Fe-ZnO cho thấy các đỉnh nhiễu xạ sắc nét và mạnh, cho thấy độ tinh khiết và kết tinh cao Đường đỉnh phổ phù hợp với cấu trúc tinh thể wurtzit của ZnO, xác nhận sự hình thành của vật liệu nano nền ZnO Sự có mặt của đỉnh bán phổ gần đỉnh (002) cho biết kích thước hạt lớn và sự hiện diện của Fe trong dạng Fe2+ Các đỉnh (100), (002), (101), (110), (103) và (112) được sử dụng để tính kích thước tinh thể theo phương trình Scherrer.
Căn cứ vào kết quả tính toán kích thước (Phụ lục 1- Bảng 2) và JCPDS 36-1451, các tinh thể tại các vị trí đỉnh có kích thước dao động trong khoảng từ 10,38 nm đến 24,29 nm Nhờ sự pha tạp Fe trên nển ZnO, độ rộng cực đại d (Å) tại các vị trí đỉnh đã giảm khi so sánh với XRD của một mẫu ZnO thuần túy
Hình 4.4 Hình ảnh đường phổ UV-Vis của Vật liệu Fe-ZnO được tổng hợp
Hình 4.5 Đồ thị Tauc tính năng lƣợng Eg của Vật liệu Fe-ZnO
Hình 4.4 và 4.5 trình bày phổ UV-Vis của mẫu Fe-ZnO và năng lƣợng vùng cấm của vật liệu được tính từ sự tương quan của (α x h x ʋ) 1/2 và năng lượng photon h x ʋ
So sánh với phổ UV-Vis của mẫu ZnO thuần túy không pha tạp [6], mẫu Fe-ZnO thể hiện gờ hấp thụ rộng hơn trong vùng ánh sáng khả kiến (bước sóng lớn hơn 400 nm), cho thấy một sự chuyển dịch đỏ (red-shift) diễn ra và sự chuyển dịch mạnh hơn về vùng ánh sáng khả kiến của vật liệu Fe-ZnO Đồng thời năng lƣợng vùng cấm (Eg) của vật liệu Fe-ZnO cũng đƣợc tính toán dựa trên đồ thị Tauc (Eg = 1,91 eV) cho thấy năng lƣợng vùng cấm của vật liệu pha tạp nhỏ hơn rất nhiều khi so với vật liệu ZnO thuần túy (Eg = 3,37 eV) [10], điều đó chứng tỏ khả năng quang xúc tác của vật liệu pha tạp có thể diễn ra trong vùng ánh sáng khả kiến, tăng cường khả năng ứng dụng cho vật liệu thay vì ZnO bị hạn chế chỉ có thể quang xúc tác trong vùng ánh sáng tử ngoại Có thể thấy, sự chuyển dịch đỏ của vật liệu Fe-ZnO chính là do một mức năng lƣợng mới trong năng lƣợng vùng cấm đƣợc hình thành nhờ pha tạp Fe vào ZnO.
Khả năng xử lý Levo bằng vật liệu xúc tác quang Fe-ZnO trong các điều kiện khác nhau
Hình 4.6: Hiệu suất phân hủy chất kháng sinh (Khảo sát các điều kiện cơ bản)
Vật liệu Fe-ZnO đƣợc tổng hợp có hiệu quả đạt 80,86% (Phụ lục 1, Bảng 7) tại thời điểm 90 phút, trong điều kiện thí nghiệm đƣợc tiến hành sử dụng vật liệu Fe-ZnO phản ứng với 10 mg/l kháng sinh Levo trong dung dịch, bổ sung chất oxy hóa khử PS (0,05g), có sử dụng đèn UV-C (254nm) và cấp khí trong suốt thời gian thí nghiệm Hiệu suất này của thí nghiệm đƣợc so sánh với các điều kiện: khi chỉ dùng vật liệu, không dùng đèn UV-C và không cấp khí (36,73%, 90 phút - Phụ lục 1, Bảng 3); khi có sử dụng đèn và không cấp khí trong suốt thời gian thí nghiệm (61,25%, 90 phút - Phụ lục 1, Bảng 4); khi có sử dụng đèn và cấp khí trong suốt thời gian thí nghiệm (65,53%,
90 phút - Phụ lục 1, Bảng 5); chỉ dùng chất oxy hóa PS với mẫu giả thải Levo (76,4%,
Kết quả cho thấy, khi không dùng đèn UV, quá trình phản ứng là hấp phụ chất ô nhiễm Levo trên bề mặt vật liệu, không xảy ra quá trình quang xúc tác và do đó không xử lý đƣợc Levo, hiệu suất đạt thấp nhất Với các thí nghiệm có sử dụng đèn UV-C, dưới tác động của năng lượng photon, quá trình quang xúc tác xảy ra, cặp electron (e - ) và lỗ trống quang sinh (h + ) đƣợc hình thành, khoáng hóa chất ô nhiễm do đó hiệu suất xử lý đã cao hơn Tuy nhiên, với thí nghiệm không cung cấp không khí, electron (e - ) đã không khử oxi và hình thành nên gốc superoxide (O2 ●-), chỉ lỗ trống quang sinh (h + ) hoạt động, oxy hóa OH - để hình thành gốc hydroxyl tự do (OH ● ) khoáng hóa chất ô nhiễm (61,25%) Với thí nghiệm có cung cấp không khí, electron (e - ) hoạt động, khử oxi tạo thêm gốc superoxide (O2 ●-) tăng cường khoáng hóa chất ô nhiễm, hiệu suất tăng lên (65,53%) Với thí nghiệm quang xúc tác bổ sung thêm chất oxy hóa K2S2O8, chất oxy hóa đã đƣợc kích hoạt và hình thành thêm gốc tự do sulfate (SO4 ●-), hiệu suất xử lý đạt cao nhất (80,86%)
Các thí nghiệm được thiết kế để điều tra sâu rộng hơn các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý kháng sinh của vật liệu quang xúc tác Các dữ liệu thu thập sẽ cung cấp thêm thông tin về điều kiện tối ưu như độ pH môi trường, lượng chất oxy hóa PS cần sử dụng và tỷ lệ tối ưu giữa vật liệu Fe-ZnO và Levo.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý kháng sinh
4.3.1 Thí nghiệm khảo sát thời gian
Hình 4.7: Hiệu suất phân hủy chất kháng sinh (Khảo sát thời gian)
Hiệu suất xử lý Levo của vật liệu trong các thời gian từ 60 phút đến 180 phút tăng dần từ 78,83 đến 82,08% (Phụ lục 1, Bảng 8), không chênh lệch quá 3% về hiệu suất xử lý sau mỗi 30 phút, tốc độ xử lý của vật liệu bắt đầu từ thời điểm 90-180 phút về sau đã tăng không đáng kể theo thời gian Sau 90 phút, từ thời điểm 120 phút đến
180 phút, hiệu suất xử lý của chất xúc tác chỉ tăng thêm 0,66% Nghiên cứu vẫn chƣa tập trung vào mục đích xử lý hoàn toàn 100% dư lượng kháng sinh trong nước, chỉ khảo sát những điều kiện ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác của vật liệu, do đó, thời gian phản ứng cho các khảo sát kế tiếp sẽ chỉ tiến hành đến 120 phút
4.3.2 Thí nghiệm khảo sát khối lƣợng vật liệu
Hình 4.8: Hiệu suất phân hủy kháng sinh (Khảo sát vật liệu)
Nhìn chung, hiệu suất xử lý kháng sinh của vật liệu tăng khi tăng khối lƣợng vật liệu xúc tác Nhƣng sau khi tăng khối lƣợng vật liệu lên 1 g/L, hiệu suất giảm sau 120 phút xử lý (81,24 %- Phụ lục 1, Bảng 12), thấp hơn khi sử dụng 0,5 g/L và 0,7 g/L vật liệu trong cùng thời điểm sau 120 phút (88,01% và 89,61 %- Phụ lục 1, Bảng 10,11) Nguyên nhân là khi gia tăng liều lƣợng chất xúc tác sẽ làm gia tăng diện tích bề mặt có sẵn hoặc số lƣợng các điểm hoạt động trên bề mặt chất xúc tác, nhờ đó số lƣợng gốc
OH ● và gốc O2 ●- tăng lên và làm tăng hiệu suất xử lý Tuy nhiên, khi lƣợng chất xúc tác đến 1g/L, độ mờ huyền phù trong dung dịch tăng lên, làm gia tăng sự tán xạ ánh sáng, năng lƣợng photon từ ánh sáng không bằng năng lƣợng vùng cấm của vật liệu, từ đó không dẫn tới sự hình thành cặp electron và lỗ trống quang sinh, hiệu suất xử lý của vật liệu bị suy giảm [15] Do đó, sau khi xem xét thêm đến khía cạnh ứng dụng thực tế, nghiên cứu đã lựa chọn liều lƣợng vật liệu Fe-ZnO phù hợp cho thí nghiệm xử lý Levo là 0,5g/L
4.3.3 Thí nghiệm khảo sát K 2 S 2 O 8 sử dụng
Hình 4.9: Hiệu suất phân hủy chất kháng sinh (Khảo sát liều lƣợng K 2 S 2 O 8 )
K2S2O8 là chất oxy hóa mạnh, dưới tác dụng hiệp đồng của Fe-ZnO và đèn UVC,
Sự có mặt của PS thúc đẩy sản sinh gốc tự do SO4●-, chất oxy hóa mạnh hơn gốc OH●, nâng cao hiệu suất xử lý Levo lên 88,01% với liều lượng PS 0,05 g/L Tuy nhiên, nếu tăng hàm lượng PS sẽ dẫn đến tác dụng ngược, SO4●- phân hủy gốc OH● tạo gốc HSO4- có tính oxy hóa yếu hơn, làm giảm hiệu suất xử lý Levo Do đó, hàm lượng PS tối ưu là 0,05 g/L, giúp đạt hiệu quả phân hủy Levo nhanh chóng trong thời gian 5 phút Việc tăng thêm chất oxy hóa sẽ được xem xét trong các thí nghiệm tiếp theo nhằm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kháng sinh Levo trong nước.
4.3.4 Thí nghiệm khảo sát pH
Hình 4.10: Hiệu suất phân hủy chất kháng sinh (Khảo sát pH)
Kết quả hiệu suất xử lý kháng sinh của vật liệu trong các môi trường pH khác nhau cho thấy hiệu quả nhanh nhất khi pH =7 Tuy nhiên trong môi trường dung dịch có pH = 9, vật liệu Fe-ZnO có tiềm năng xử lý hoàn toàn kháng sinh Levo khi thời gian xúc tác gia tăng Căn cứ theo Hình 3.8 về giá trị pHpzc của vật liệu Fe-ZnO, điểm đẳng điện của vật liệu là ở pH =7,05; đồ thị có dạng đi xuống, chỉ ra rằng khi môi trường pH của dung dịch mẫu nhỏ hơn pHpzc của vật liệu, bề mặt vật liệu mang điện tích dương và có xu hướng hút các hạt mang diện tích trái dấu trong môi trường xung quanh, làm tăng khả năng hấp phụ chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu
Kháng sinh Levo tồn tại dưới dạng ion lưỡng tính (zwitterion) trong khoảng pH 6-7,5 và có hai giá trị pKa (5,59 và 7,94) rất gần với điểm đẳng điện (6,77) [44] Trong môi trường dung dịch có tính Axit, Levo cho đi H + , khiến cho Levo có bề mặt là điện tích âm, nhờ đó phản ứng hiệu quả hơn với vật liệu xúc tác Fe-ZnO, song song đó, chất oxy hóa hoạt động mạnh trong khoảng pH rộng (pH=3-9), sản sinh thêm gốc Sulfate tự do góp phần đẩy mạnh hiệu suất xử lý kháng sinh Levo trong nước
Trong môi trường kiềm, thế oxi hóa khử của gốc hydroxyl giảm, khiến vật liệu Fe-ZnO kém hiệu quả hơn trong xử lý kháng sinh Ngược lại, chất oxy hóa trở thành yếu tố chính, tạo ra gốc sulfate tự do, giúp phân hủy kháng sinh Levo với hiệu suất đạt 84,83%.
Trong môi trường pH, thế oxi hóa khử của gốc Sulfate cũng giảm thấp, các electron hình thành trong môi trường kiềm sẽ chuyển tiếp vào Fe được pha tạp trên ZnO, cơ chế quang xúc tác sẽ tiếp tục diễn ra với kim loại pha tạp sẽ đóng vai trò chính khoáng hóa chất ô nhiễm Mức độ pha tạp của kim loại chƣa cao, do đó kết quả thí nghiệm cho thấy cần khoảng thời gian tối thiếu là 30 phút để quá trình quang xúc tác diễn ra (Phụ lục 1, Bảng 19)
Thông số pH của môi trường dung dịch sẽ là đối tượng cần nhiều lưu tâm, tạo tiền đề cho những nghiên cứu trong tương lai
4.3.5 Thí nghiệm khảo sát nồng độ kháng sinh Levo
Hình 4.11: Hiệu suất phân hủy chất kháng sinh (Khảo sát nồng độ Levo)
Hiệu suất xử lý kháng sinh Levo trong khoảng nồng độ 10-30 mg/l tương đối ổn định, đạt lần lƣợt là 88,01%; 84,65%; 82,91% (Phụ lục 1, Bảng 10, 20, 21) Với nồng độ Levo là 40 mg/l và 50mg/l có sự sụt giảm hiệu suất rõ rệt, chỉ còn 55,95% và
35,1% Nguyên nhân cho sự suy giảm này là khi liều lƣợng Levo gia tăng, các ion chất kháng sinh Levo bao phủ trên bề mặt chất xúc tác tăng theo, từ đó làm suy giảm hiệu quả phân hủy Levo
Khi nồng độ chất kháng sinh trong nước tăng, thí nghiệm gia tăng liều lượng vật liệu và chất oxy hóa đƣợc tiến hành
Hình 4.12: Hiệu suất phân hủy 50 mg/l Levo
Hiệu suất xử lý kháng sinh tăng sau khi gia tăng khối lƣợng vật liệu và chất oxi hóa tương ứng, và đạt cao nhất là 85,75% (Phụ lục 1, Bảng 36) Tỉ lệ chất xúc tác Fe-ZnO với kháng sinh Levo đạt hiệu suất tốt trong khoảng 50 – 20 lần
4.3.6 Thí nghiệm nhận diện gốc oxy hóa tự do của vật liệu
Hình 4.13: Khảo sát nhận diện gốc oxy hóa tự do
Sau 120 phút phản ứng, hiệu suất phản ứng khử Levo bởi chất xúc tác quang Fe-ZnO bị giảm khi bổ sung các dung môi dập tắt gốc tự do Cụ thể, các dung môi như Methanol (phản ứng mạnh với gốc SO42-), Tert-Butanol (phản ứng mạnh với gốc OH•), Sodium Azide (phản ứng mạnh với gốc 1O2) và p-benzoquinone (phản ứng mạnh với gốc HSO5•) đều làm giảm hiệu suất của phản ứng.
O2 ●- ), Amoni Oxalat (phản ứng mạnh với lỗ trống quang sinh h + ) ở cùng một nồng độ (5mM) thì thứ tự hiệu suất xử lý giảm dần nhƣ sau: Methanol (75,65%) > Tert-Butanol (74,55%) > Amoni Oxalat (73,05%) > p– benzoqinon (62,44%) > Sodium Azide (44,20%) Nhƣ vậy gốc tự do sinh ra đóng vai trò chủ yếu trong hiệu suất xử lý Levo theo tỉ lệ tăng dần là: SO4 ●-