Ứng dụng HPLC để đánh giá hiệu quả xử lý amoxicillin và norfloxacin bằng vật liệu tio2 SBA 15 trong nước thải bệnh viện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Sao Mai ỨNG DỤNG HPLC ĐỂ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ AMOXICILLIN VÀ NORFLOXACIN BẰNG VẬT LIỆU TiO2/SBA-15 TRONG NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực, chưa sử dụng để bảo vệ học vị hoàn toàn khơng có chép sử dụng kết đề tài nghiên cứu tương tự Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Tôi xin chịu trách nhiệm với cơng trình nghiên cứu Hà Nội, tháng 06 năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Sao Mai LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc TS Nguyễn Thành Đồng TS Nguyễn Thị Thu Trang tạo điều kiện tốt cho tơi để có hội tiếp cận với nghiên cứu khoa học nhiệt tình định hướng cho tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ, đặc biệt thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy chun đề tồn khóa học tạo điều kiện, đóng góp ý kiến cho tơi suốt q trình học tập hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Bộ khoa học công nghệ (Nhiệm vụ khoa học công nghệ theo nghị định thư, mã số NĐT.59.GER/19) hỗ trợ kinh phí cho tơi việc thực luận văn Có cơng trình nghiên cứu này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới tập thể người bạn, người anh chị đồng nghiệp phịng Giải pháp cơng nghệ cải thiện môi trường – Viện công nghệ môi trường hết lịng giúp đỡ, đóng góp bảo kiến thức chuyên môn vô quý báu Bên cạnh đó, cơng lao khơng thể thiếu kể đến góp phần khơng nhỏ q trình tơi thực luận văn thạc sỹ nguồn lượng sống từ gia đình bạn bè tơi Tơi muốn nói lời cảm ơn tới gia đình chăm sóc, động viên tơi thể chất lẫn tinh thần, mang cho động lực cố gắng i MỤC LỤC MỤC LỤC .i DANH MỤC BẢNG .iv DANH MỤC HÌNH .v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1.TỔNG QUAN VỀ KHÁNG SINH .4 1.1.1 Khái niệm kháng sinh .4 1.1.2 Tình hình sử dụng kháng sinh Việt Nam 1.1.3 Tổng quan kháng sinh Norfloxacin 1.1.4 Tổng quan kháng sinh Amoxicillin 10 1.2.TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN 13 1.3.CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NORFLOXACIN VÀ AMOXICILLIN 16 1.3.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis .16 1.3.2 Phương pháp điện hóa 17 1.3.3 Phương pháp điện di mao quản 18 1.4.TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HIỆU NĂNG CAO 21 1.4.1 Cơ sở lý thuyết khái niệm 21 1.4.2 Nguyên tắc trình sắc ký 22 1.4.3 Cấu tạo hệ thống HPLC 22 1.4.4 Các đại lượng đặc trưng HPLC 25 1.5.TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TiO2/SBA-15 .30 ii 1.5.1 Giới thiệu chung vật liệu TiO2/SBA-15 30 1.5.2 Ứng dụng TiO2/SBA-15 xử lý môi trường 32 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 33 2.2.ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 33 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 33 2.2.2 Nội dung nghiên cứu 33 2.3.THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 33 2.3.1 Thiết bị 33 2.3.2 Dụng cụ .35 2.3.3 Hóa chất, chất chuẩn 36 2.4.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .38 2.4.1 Chuẩn bị mẫu 38 2.4.2 Khảo sát bước sóng phát chất 38 2.4.3 Qui trình vận hành hệ thống HPLC 38 2.4.1 Khảo sát điều kiện tối ưu hóa hệ thống sắc ký 39 2.4.2 Thẩm định phương pháp .41 2.4.3 Khảo sát quy trình xử lý Norfloxacin Amoxicillin vật liệu TiO2/SBA-15 46 2.4.4 Ứng dụng vật liệu TiO2/SBA-15 để xử xý kháng sinh Norfloxacin Amoxicillin nước thải bệnh viện .47 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1.KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN PHÂN TÍCH SẮC KÝ .50 3.1.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ cực đại chất nghiên cứu 50 iii 3.1.2 Pha tĩnh thể tích vịng mẫu .51 3.1.3 Khảo sát thành phần pha động 51 3.1.4 Khảo sát tỷ lệ pha động .55 3.1.5 Khảo sát tốc độ dòng 57 3.2 THẨM ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 59 3.2.1 Độ đặc hiệu ( Tính chọn lọc ) 59 3.2.2 Tính thích hợp hệ thống 60 3.2.3 Xác định giới hạn phát giới hạn định lượng 61 3.2.4 Khoảng tuyến tính .62 3.2.5 Độ chụm 65 3.2.6 Độ .70 3.3 KHẢO SÁT QUY TRÌNH XỬ LÝ KHÁNG SINH NORFLOXACIN VÀ AMOXICILLIN BẰNG VẬT LIỆU TIO2/SBA-15 72 3.3.1 Khảo sát hàm lượng xúc tác TiO2/SBA-15 72 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất tham gia phản ứng 75 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 76 3.3.4 Độ ổn định chất xúc tác 78 3.4 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU VẬT LIỆU TiO2/SBA-15 ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN CHỨA KHÁNG SINH NORFLOXACIN VÀ AMOXICILLIN 79 3.4.1 Quy trình hệ thí nghiệm 79 3.4.2 Xác nhận giá trị sử dụng 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng phân loại kháng sinh theo cấu trúc hóa học [2] Bảng 1.2 Đặc tính chung nước thải bệnh viện 14 Bảng 2.1 Sự khác độ lặp lại, độ chụm trung gian độ tái lặp 44 Bảng 3.1 Kết khảo sát hệ pha động .55 Bảng 3.2 Các tỷ lệ khảo sát pha động 56 Bảng 3.3 Tính thích hợp hệ thống Norfloxacin Amoxicillin 60 Bảng 3.4 Cách pha loãng dung dịch mẫu chuẩn hỗn hợp NOR AMOX trước tiêm vào hệ thống HPLC .62 Bảng 3.5 Chiều cao peak tương ứng với nồng độ Norfloxacin Amoxicillin dãy chuẩn 63 Bảng 3.6 Phương trình hồi quy Norfloxacin Amoxicillin 65 Bảng 3.7 Thống kê phân tích giá trị sử dụng hệ thống HPLC mẫu lặp Norfloxacin 66 Bảng 3.8 Thống kê phân tích giá trị sử dụng hệ thống HPLC mẫu lặp Amoxicillin 67 Bảng 3.9 Thống kê phân tích giá trị sử dụng hệ thống HPLC mẫu tái lặp Norfloxacin 68 Bảng 3.10 Thống kê phân tích giá trị sử dụng hệ thống HPLC mẫu tái lặp Amoxicillin 69 Bảng 3.11 Kết khảo sát độ phương pháp với Norfloxacin .71 Bảng 3.12 Kết khảo sát độ phương pháp với Amoxicillin 71 Bảng 3.13 Kết phân tích độ lặp lại mẫu nước thải bệnh viện chứa kháng sinh Norfloxacin Amoxicillin trước sau xử lý vật liệu TiO2/SBA-15 82 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cơng thức cấu tạo Norfloxacin Hình 1.2 Cơng thức cấu tạo Amoxicillin 11 Hình 1.3 Hệ thống cấu tạo HPLC 22 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống HPLC sắc đồ tách .26 Hình 1.5 Giản đồ vè tách hai pic sắc ký A B 29 Hình 1.6 Sự cân đối pic HPLC .30 Hình 3.1 Phổ hấp thụ cực đại Norfloxacin Amoxicillin 50 Hình 3.2 Sắc ký đồ hệ PD1 52 Hình 3.3 Sắc ký đồ hệ PD2 52 Hình 3.4 Sắc ký đồ hệ PD3 53 Hình 3.5 Săc ký đồ hệ PD4 53 Hình 3.6 Sắc ký đồ hệ PD5 54 Hình 3.7 Sắc ký đồ hệ PD6 54 Hình 3.8 Kết khảo sát tỷ lệ pha động .56 Hình 3.9 Sắc ký đồ thể tín hiệu chất AMOX NOR với tốc độ dòng thay đổi 58 Hình 3.10 Sắc ký đồ mẫu trắng (không chứa chất phân tích) 59 Hình 3.11 Sắc ký đồ mẫu trắng (chứa chất phân tích) 59 Hình 3.12 Sắc ký đồ giới hạn phát Amoxicillin Norfloxacin 61 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chiều cao peak vào nồng độ Norfloxacin 64 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chiều cao peak vào nồng độ Amoxicillin 64 Hình 3.15 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác TiO2/SBA-15 đến hiệu xử lý Amoxicillin 73 vi Hình 3.16 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác TiO2/SBA-15 đến hiệu xử lý Norfloxacin .74 Hình 3.17 Ảnh hưởng hàm lượng Norfloxacin đến hiệu xử lý vật liệu xúc tác TiO2/SBA-15 75 Hình 3.18 Ảnh hưởng hàm lượng Amoxicillin đến hiệu xử lý vật liệu xúc tác TiO2/SBA-15 76 Hình 3.19 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu xử lý Norfloxacin 77 Hình 3.20 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu xử lý Amoxicillin 77 Hình 3.21 Độ ổn định chất xúc tác TiO2/SBA-15 hiệu xử lý Norfloxacin Amoxicillin 78 Hình 3.22 Quy trình xử lý kháng sinh NOR AMOX mẫu thực vật liệu TiO2/SBA-15 80 Hình 3.23 Sắc ký đồ mẫu nước thải thêm chuẩn NOR AMOX (10 mg/L) trước xử lý vật liệu TiO2/SBA-15 81 Hình 3.24 Sắc ký đồ mẫu nước thải thêm chuẩn NOR AMOX sau xử lý vật liệu TiO2/SBA-15 81 Removal of Norfloxacin by TiO2-SBA-15 Photocatalyst REFERENCES Leung H W., Minh T B., Murphy M B., Lam J C W., So M K., Martin M., Lam P K S., Richardson B J - Distribution, fate and risk assessment of antibiotics in sewage treatment plants in Hong Kong, South China, Environ Int 42 (2012) 1–9 Hong Anh Duong, Ngoc Ha Pham, Hoang Tung Nguyen, Thi Thuong Hoang, Hung Viet Pham, Van Ca Pham, Michael Berg, Walter Giger, Alfredo C Alder - Occurrence, fate and antibiotic resistance of fluoroquinolone antibacterial in hospital wastewaters in Ha Noi, Viet Nam, Chemosphere 72 (2008) 968–973 Lee Y J., Lee S E., Lee D S., Kim Y H - Risk assessment of human antibiotics in Korean aquatic environment, Environ Toxicol Pharmacol 26 (2008) 216–221 Phan T P H., Managaki S., Nakada N., Takada H., Shimizu A., Anh D H., Viet P H., Suzuki S - Antibiotic contamination and occurrence of antibiotic-resistant bacteria in aquatic environments of northern Viet Nam, Sci Total Environ 409 (2011) 2894–2901 Li B., Zhang T - Biodegradation and adsorption of antibiotics in the activated sludge process, Environ Sci Technol 44 (2010) 3468–3473 Wang Z Y., Yu X D., Pan B., Xing B S - Norfloxacin sorption and its thermodynamics on surface-modified carbon nanotubes, Environ Sci Technol 44 (2010) 978–984 Lorphensri O., Intravijit J., Sabatini D A., Kibbey T C G., Osathaphan K., Saiwan C Sorption of acetaminophen, 17 alpha-ethynyl estradiol, nalidixic acid, and norfloxacin to silica, alumina, and a hydrophobic medium, Water Res 40 (2006) 1481–1491 Tianyou Peng, De Zhao, Ke Dai, Wei Shi, Kazuyuki Hirao - Synthesis of Titanium Dioxide Nanoparticles with Mesoporous Anatase Wall and High Photocatalytic Activity, J Phys Chem B 109 (2005) 4947-4952 Carl Anderson and Allen J Bard - An Improved Photocatalyst of TiO 2/SiO2 Prepared by a Sol-Gel Synthesis, J Phys Chem 99 (1995) 9882-9885 10 Asiltürk M., Sayılkan F., and Arpaỗ E - Effect of Fe 3+ ion doping to TiO2 on the photocatalytic degradation of Malachite Green dye under UV and vis-irradiation, J Photochem Photobiol A 203 (1) (2009) 64-71 11 Yang J., Zhang J., Zhu L., Chen S., Zhang Y., Tang Y., Zhu Y., Li Y - Synthesis of nano titania particles embedded in mesoporous SBA-15: Characterization and photocatalytic activity, Journal of Hazardous Materials B 137 (2006) 952–958 ... trưng HPLC 25 1.5.TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TiO2/ SBA- 15 .30 ii 1.5.1 Giới thiệu chung vật liệu TiO2/ SBA- 15 30 1.5.2 Ứng dụng TiO2/ SBA- 15 xử lý môi trường 32 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ... trắc trình quản lý xử lý nước thải 98 bệnh viện 15 tuyến Việt Nam, cho thấy nước thải bệnh viện xử lý trước thải môi trường, có khoảng 30% bệnh viện có nước thải y tế đáp ứng tiêu chuẩn thải QCVN... hưởng nhiệt độ phản ứng 76 3.3.4 Độ ổn định chất xúc tác 78 3.4 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU VẬT LIỆU TiO2/ SBA- 15 ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN CHỨA KHÁNG SINH NORFLOXACIN VÀ AMOXICILLIN