Nghiên cứu khả năng xử lý thuốc kháng sinh họ b laptam trong môi trường nước bằng than hoạt tính biến tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - PHẠM THỊ VÂN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ THUỐC KHÁNG SINH HỌ β- LACTAM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - PHẠM THỊ VÂN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ THUỐC KHÁNG SINH HỌ β- LACTAM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG THAN HOẠT TÍNH BIẾN TÍNH Chuyên ngành: Hóa mơi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Thị Thanh Vân Hà Nội – Năm 2016 LỜI CẢM ƠN Với giúp đỡ thầy giáo cô giáo, anh chị bạn học viên, sau thời gian học tập thực nghiệm em hồn thành luận văn Với lịng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Đỗ Quang Trung, cô giáo TS Trần Thị Thanh Vân người trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn nghiên cứu khoa học tận tình suốt trình em làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy phịng thí nghiệm Hóa mơi trường, thầy khoa Hóa học, trường ĐHKHTN hướng dẫn nhiệt tình trình thực luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2016 HVCH Phạm Thị Vân MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ô nhiễm kháng sinh phương pháp xử lý 1.1.1Sự phát sinh ô nhiễm 1.1.2 Ảnh hưởng thuốc kháng sinh đến hệ sinh thái tự nhiên 1.1.3Một số nghiên cứu t 1.1.4Giới thiệu chung 1.2 sinh Than hoạt tính số ứng dụng 1.2.1Than hoạt tính 1.2.2Một số nghiên cứu ……………………… CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận văn 2.1.1Mục tiêu 2.1.2Nội dung nghiên cứu 2.2 Hóa chất, dụng cụ 2.2.1Dụng cụ 2.2.2Hóa chất vật liệu 2.2.2.1.Chuẩn bị hóa chất 2.2.2.2 Vật liệu 2.3 Xây dựng đường chuẩn amoxicillin, cefotaxim natri ảnh hưởng pH tới dịch chuyển bước sóng 2.3.1 Xây dựng đường chuẩn amoxicillin 2.3.2 Xây dựng đường chuẩn Cefotaxim natri 18 2.3.3 Xây dựng đường chuẩn COD 20 2.4 Các phương pháp đánh giá đặc tính vật liệu hấp phụ .21 2.4.1 Phương pháp tính toán tải trọng hấp phụ cực đại 21 2.4.2 Xác định giá trị pH trung hòa điện vật liệu 25 2.4.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 26 2.4.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 28 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Khảo sát khả hấp phụ amoxicillin vật liệu .30 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ amoxicillin vật liệu than biến tính 30 3.1.2 Nghiên cứu thời gian cân hấp phụ amoxicillin vật liệu than biến tính 32 3.1.3 Nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu than biến tính 33 3.1.3.1 Nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC .33 3.1.3.2 Nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực đại AMX vật liệu AC-S 35 3.2 Nghiên cứu khả hấp phụ Cefotaxim natri vật liệu 36 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ Cefotaxim natri vật liệu 36 3.2.2 Khảo sát thời gian cân hấp phụ CFN vật liệu 38 3.2.3 Nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực CFN vật liệu than biến tính .40 3.2.3.1 Nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực CFN vật liệu AC 40 3.2.3.2 Nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực đại CFN vật liệu AC-Br 42 3.2.3.3 Nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực đại CFN vật liệu AC-S 43 3.2.3.4 Nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực đại CFN vật liệu AC-HNO3 3.2.3.5 Nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực đại CFN vật liệu AC-H 2O2 3.3 Nghiên cứu khả giải hấp cefotaxim natri 3.5 Nghiên cứu khả hấp phụ đồng thời AMX 3.6 Xác định đặc trưng vật liệu 3.6.1 Xác định pHpzc vật liệu 3.6.2 Bề mặt riêng vật liệu BET 3.6.3 Phổ IR ảnh SEM vật liệu KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG Bảng Bảng thể độ hấp thụ quang AMX nồng độ khác 15 Bảng 2 Kết xác định cực đại hấp thụ (Abs) dung dịch chuẩn AMX từ nồng độ 1-90mg/l 16 Bảng Kết xác định bước sóng cefotaxim natri nờng độ khác 18 Bảng Kết đo cực đại hấp thụ (Abs) cefotaxim natri từ 1-70mg/l .19 Bảng Kết đo phụ thuộc COD vào Abs 21 Bảng 3.1 Ảnh hưởng pH tới khả hấp thụ AMX vật liệu 30 Bảng 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ AMX vật liệu 32 Bảng 3 Kết khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại AMX vật liệu AC 34 Bảng Kết tải trọng hấp phụ AMX vật liệu AC-S .35 Bảng Kết ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ CFN vật liệu 37 Bảng Kết ảnh hưởng thời gian tới hấp phụ CFN vật liệu 39 Bảng Kết nghiên cứu tải trọng hấp phụ CFN vật liệu AC 41 Bảng Kết nghiên cứu tải trọng hấp phụ CFN vật liệu AC-Br 42 Bảng Kết nghiên cứu tải trọng hấp phụ CFN vật liệu AC-Br 43 Bảng 10 Kết nghiên cứu tải trọng hấp phụ CFN vật liệu AC-HNO3 45 Bảng 11 Kết nghiên cứu tải trọng hấp phụ CFN vật liệu AC-H2O2 .46 Bảng 12 Khả giải hấp cefotaxim natri vật liệu 47 Bảng 13 Kết hấp phụ đồng thời AMX CFN vật liệu AC-S 50 DANH MỤC HÌNH Hình Đờ thị qt bước sóng cực đại AMX 16 Hình 2 Đường chuẩn amoxicillin từ 1-100mg/l 17 Hình Đờ thị xác định bước sóng hấp thụ amoxicillin pH khác .17 Hình Đờ thị xác định bước sóng hấp phụ cực đại cefotaxim natri 18 Hình Đường chuẩn cefotaxim natri từ 1-70mg/l 19 Hình Đờ thị xác định ảnh hưởng pH tới bước sóng hấp thụ cefotaxim natri 20 Hình Đường chuẩn COD 21 Hình Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 23 Hình Đường thẳng xác định hệ số Langmuir 24 Hình 10 Đờ thị xác định hệ số phương trình Freundlich 25 Hình 11 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu 26 Hình 12 Sơ đờ ngun lý kính hiển vi điện tử quét 27 Hình 3.1 Đồ thị ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ AMX vật liệu 31 Hình Đồ thị thời gian cân hấp phụ AMX vật liệu .33 Hình 3 Đường thẳng xác định hệ số phương trình Langmuir vật liệu AC 34 Hình Đường thẳng xác định hệ số phương trình Freundlich vật liệu AC 34 Hình Đường xác định hệ số Langmuir vật liệu AC-S 35 Hình Đường xác định hệ số Freundlich vật liệu AC-S 35 Hình Đờ thị ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ CFN vật liệu AC .37 Hình Đờ thị biểu diễn thời gian cân hấp phụ CFN vật liệu .40 Hình Đờ thị xác định hệ số Langmuir vật liệu AC 41 Hình 10 Đờ thị xác định hệ số Freundlich vật liệu AC 41 Hình 11 Đờ thị xác định hệ số Langmuir vật liệu AC-Br 42 Hình 12 Đờ thị xác định hệ số Freundlich vật liệu AC-Br 42 Hình 13 Đồ thị xác định hệ số Langmuir vật liệu AC-S 44 Hình 14 Đờ thị xá Hình 15 Đờ thị xá Hình 16 Đờ thị xá Hình 17 Đờ thị xá Hình 18 Đờ thị xá Hình 19 Đờ thị hiệ Hình 20 Đờ thị đường cân hấp phụ động cefotaxim natri loại vật liệu Hình 21 Đờ thị hiệ Hình 22 Đờ thị xác Hình 23 Đờ thị xác Hình 24 Đờ thị tọa Hình 25 Đờ thị tọa Hình 26.Phở hờng Hình 27.Phở hờng Hình 28 Ảnh SEM vật liệu AC Hình 29 Ảnh SEM vật liệu AC-S DANH M AMX: amoxicillin CFN: cefotaxim natri AC: Vật liệu than chưa biến tính AC-S: vật liệu than biến tính lưu huỳnh AC-Br: vật liệu than biến tính brom AC-H2O2: Vật liệu than biến tính H2SO4 H2O2 AC-HNO3: Vật liệu than biến tính HNO3 LỜI MỞ ĐẦU Kháng sinh thuốc thành công sử dụng để điều trị cho người Tuy nhiên, kể từ kháng sinh đời thách thức quần thể sinh vật coi tác nhân gây nhiễm mơi trường Ngồi việc sử dụng công tác chữa bệnh cho người, kháng sinh cịn sử dụng rộng rãi chăn ni nơng nghiệp Những dư lượng cịn lại thuốc kháng sinh mà người hoạt động nông nghiệp thải vào mơi trường gây nhiễm môi trường tự nhiên Hậu rõ ràng việc phát thải kháng sinh môi trường tự nhiên biến đổi vi khuẩn kháng thuốc Tuy nhiên, tác dụng thuốc kháng sinh vào sinh rộng so với điều tác động đến cấu trúc hoạt động vi sinh vật mơi trường Vì vậy, việc loại bỏ kháng sinh môi trường nước nghiên cứu cấp thiết quan trọng Có nhiều cách để loại bỏ kháng sinh nước, điển hình việc thực trình hấp phụ số vật liệu than hoạt tính, vật liệu phế thải, vật liệu biến tính Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng cao khả hấp phụ tốt, than hoạt tính vật liệu sử dụng rộng rãi để loại bỏ chất gây ô nhiễm nước Do vậy, luận văn thực đề tài “ Nghiên cứu khả xử lý thuốc kháng sinh họ β- lactam môi trường nước than hoạt tính biến tính ” với mong muốn góp phần hạn chế nhiễm kháng sinh đến với môi trường H(%) 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 AC AC-S AC-Br AC-H2O2 AC-HNO3 Hình 19 Đồ thị hiệu suất giải hấp cefotaxim natri vật liệu Từ kết thu ta thấy khả giải hấp cefotaxim natri dung dịch NaOH 0,5M thấp 3.4 Nghiên cứu khả hấp phụ động cefotaxim natri loại vật liệu Cho dung dịch cefotaxim natri có nờng độ 50mg/l chạy qua cột có chứa 1g vật liệu AC-S với tốc độ dòng 0,4 ml/phút V vật liệu = 3,6 ml, thời gian tiếp xúc trường hợp phút Lần lượt lấy mẫu, xác định nồng độ cefotaxim natri đầu rồi xây dựng đồ thị nồng đầu thể tích dung dịch chạy qua cột ta thu kết sau: 48 Nồng độ đầu (mg/l) Hình 20 Đồ thị đường cân Từ đồ thị ta thấy, cột đạt cân sau cho 450ml dung dịch cefotaxim natri 50mg/l chạy qua cột Tổng lượng cefotaxim natri mang vật liệu theo thí nghiệm 11,6 mg/g Từ thấy khả hấp phụ động cao vật liệu 3.5 Nghiên cứu khả hấp phụ đồng thời AMX CFN vật liệu AC-S Để đánh giá hiệu hấp phụ vật liệu AC-S thực tế, tiến hành hấp phụ đồng thời AMX, CFN vật liệu AC-S với nồng độ hấp phụ chất 50 mg/l Tiến hành hấp phụ khoảng thời gian khác nhau, đo COD, thu kết sau: 49 Bảng 13 Kết hấp phụ đồng thời AMX CFN vật liệu AC-S STT H(%) Hình 21 Đồ thị hiệu suất hấp phụ đồng thời AMX, CFN vật liệu AC-S Từ kết thu cho thấy, hấp phụ lúc chất hấp phụ giảm thời gian cân hấp phụ tăng điều xảy tranh chấp hấp phụ chất bề mặt vật liệu hấp phụ 50 3.6 Xác định đặc trưng vật liệu 3.6.1 Xác định pHpzc vật liệu Để khảo sát điểm đẳng điện pH pzc vật liệu AC, AC-Br, AC-S, ACHNO3, AC-H2O2 tiến hành sau: lấy 0,25g vật liệu nghiên cứu cho vào 25ml dung dịch KCl 0,1M, pH dung dịch điều chỉnh từ 2-12 dung dịch KOH 0,1M dung dịch HCl 0,1M Sau cân xác định lại pH dung dịch (pHs) Từ xác định ΔpH= pHs-pH Vẽ đồ thị pH ΔpH, đồ thị cắt trục OX đâu pHpzc vật liệu cần nghiên cứu Các kết thu thể bảng sau: Bảng 14 Kết xác định pHpzc vật liệu pH 1,99 4,04 6,03 7,87 10,05 11,96 pH 1,97 4,02 5,98 7,85 9,7 11,46 51 pH AC-Br AC-S pH Hình 22 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu AC, ACBr, AC-S Hình 23 Đồ thị xác định pHpzc vật liệu AC-HNO3, AC-H2O2 Từ đờ thị hình 3.22 hình 3.23 giá trị pHpzc vật liệu AC (pHpzc~ 4,2) , AC-S (pHpzc~4,6) ACH2O2 (pHpzc ~5) khác không nhiều lớn pHpzc vật liệu AC-Br (pHpzc ~3)và nhỏ vật liệu AC-HNO3 (pHpzc~9) Giá trị pHpzc cho biết điều kiện làm thí nghiệm bề mặt vật liệu mang điện tích âm hay dương, tiến hành khảo sát vật liệu mơi trường pH