Tính ổn định của chất xúc tác quang ZnO/g-C3N4 cũng như TiO2/g-C3N4 trong quá trình phân hủy quang kháng sinh là một yếu tố quan trọng đối với các ứng dụng thực tiễn.
Trong báo cáo này, quá trình tái sinh của ZnO/g-C3N4 và TiO2/g-C3N4 đã được thực hiện để đánh giá độ ổn định của chất xúc tác quang với sự phân hủy kháng sinh CIP. Các điều kiện phản ứng tối ưu như pH, lượng chất xúc tác và nồng độ kháng sinh tối ưu như đã trình bày trong các phần trước đã được áp dụng. Kết quả từ hình 3.9 cho thấy hiệu suất xử lý giảm dần sau mỗi lần tái sinh. Tuy nhiên, cả hai vật liệu vẫn cho thấy khả năng xúc tác xử lý kháng sinh khá cao đạt trên 50% sau 2 lần tái sinh. Cụ thể vật liệu ZnO/g-C3N4 sau hai lần tái sinh hiệu quả xử lý đạt 65,55%. Đối với vật liệu TiO2/g-C3N4 sau hai lần tái sinh hiệu xuất xử lý có kém hơn so với vật liệu ZnO/gC3N4 chỉ đạt 50,10%.
a b
Điều này chứng tỏ hai vật liệu có khả năng ứng dụng cao trong xử lý môi trường. Qua hình 3.10 ta thấy khả năng tái sinh của vật liệu đã giảm dần qua các lần và sau mỗi lần lượng vật liệu còn lại cũng ít dần, tuy nhiên hiệu suất xử lý vẫn tương đối cao trên 50%. Điều này ngụ ý rằng hoạt động quang xúc tác của hai vật liệu xúc tác tương đối ổn định trong các thí nghiệm đã được thực hiện.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt, liên kết hóa học và phổ hấp thụ UV-vis của các vật liệu được nghiên cứu thông qua các phép đo XRD, FTIR, EDX và UV- Vis. Kết quả cho thấy các mẫu vật liệu composit ZnO/gC3N4 và TiO2/g-C3N4 kết tinh tốt của cả hai pha thành phần, không có sự xuất hiện của các pha tạp chất, có bờ hấp thụ quang học về phía bước sóng dài so với ZnO và TiO2 tinh khiết. Điều đó chứng tỏ các vật liệu đã được tổng hợp thành công.
Khả năng quang xúc tác của vật liệu được đánh giá thông qua sự suy giảm nồng độ của kháng sinh CIP (10 mg/L) dưới sự chiếu sáng của đèn compact 34W. Kết quả cho thấy tỷ lệ phối trộn 5% ZnO/g-C3N4 và 5% TiO2/g-C3N4 đạt hiệu suất xử lý tốt nhất trên 75% với các điều kiện xử lý tối ưu như sau: pH 4 với vật liệu ZnO/gC3N4 và pH=5 là pH tối ưu của vật liệu TiO2/gC3N4, khối lượng vật liệu 0,05g, thời gian xử lý trong 150 phút.
Khả năng tái sinh của vật liệu cũng được đánh giá thông qua hiệu quả xử lý CIP với các điều kiện tối ưu như trên. Kết quả cho thấy các vật liệu xúc tác tổ hợp có hiệu suất xử lý > 50% sau 2 lần tái sinh.
Kiến nghị:
Nghiên cứu sử biến đổi của CIP trong quá trình xử lý của các vật liệu đã tổng hợp.
Nghiên cứu đánh giá khả năng quang xúc tác xử lý chất ô nhiễm trên nhiều đối tượng kháng sinh khác.
Thực hiện nghiên cứu trên quy mô lớn để đánh giá thêm các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng với quy mô xử lý công nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Lê Thị Mai Oanh, Lâm Thị Hằng, Nguyễn Mạnh Hùng, Đỗ Danh Bích, Mạc Thị Thu, Đào Việt Thắng (2018), “Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật lý, khả năng quang xúc tác của vật liệu tổ hợp của g-C3N4/TiO2”, Tạp chí Nghiên cứu KHCN quân sự, số Đặc san CBES2, (04), tr. 136-142.
2. Nguyễn Văn Nội (2017), Vật liệu xúc tác quang vùng khả kiến ứng dụng trong xử lý môi trường, NXB ĐH Quốc gia Hà Nội.
3. Bùi Thị Mai Hương (2017), “Tồn dư kháng sinh và vi khuẩn kháng thuốc trong chuỗi thực phẩm tại Việt Nam: Thực trạng và đề xuất một số giải pháp”. Hội thảo kháng thuốc và sức khỏe môi trường, Tổ chức sức khỏe Thế Giới.
4. Nguyễn Văn Kim (2016), Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng và khả năng quang xúc tác của composite g-C3N4 với GaN-ZnO và Ta2O5. Luận án tiến sĩ Hóa học, Học viện Khoa học và Công nghệ.
5. Lê Thị Thanh Thúy, Nguyễn Xuân Dũng (2017), “Điều chế xúc tác quang hóa ZnO-SiO2 và ứng dụng để phân hủy phẩm màu Rhodamine B”, Tạp chí Khoa học - Trường ĐH Quy Nhơn, tập 12, số 3, tr. 61-71.
6. Lê Thị Mai Oanh, Lâm Thị Hằng, Phạm Đỗ Chung và Đỗ Danh Bích (2020), “Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật lý, khả năng quang xúc tác của vật liệu tổ hợp g-C3N4/ZnO”, Natural Sciences, 65(3), tr.46-53.
Tiếng Anh
7. Klein, Eili Y (2018), "Global increase and geographic convergence in antibiotic consumption between 2000 and 2015", Proceedings of the National Academy of Sciences. 115(15), pp. E3463-E3470.
8. Rashmi Acharya, Kulamani Parida (2020), “A review on TiO2/g-C3N4 visible- light- responsive photocatalysts for sustainable energy generation and environmental remediation”, Journal of Environmental Chemical Engineering, tr. 103896.
9. Riboni F, Bettini L.G, Bahnemann D.W, Selli E (2013), “WO3–TiO2 vs TiO2 photocatalysts Effect of the W precursor and amount on the photocatalytic activity of mixed oxides”, Catalysis Today, 209, pp. 28-34.
10. El-Shafey E.-S. I., Al-Lawati H and Al-Sumri A.S (2012), "Ciprofloxacin adsorption from aqueous solution onto chemically prepared carbon from date palm leaflets", Journal of Environmental Sciences, 24(9), pp. 1579-1586.
11. Adrienne J. Bartlett, Balkrishnan V.K, Toito J and Brown L.R (2013), “Toxicity of four sulfonamide antibiotics to the freshwater amphipod hyalella Azteca”,
Environmental Toxicology and Chemistry, 32(4), pp. 866–875.
12. Amir Sapkota, Amy R. Sapkota, Margaret Kucharski, Janelle Burke, Shawn McKenzie, Polly Walker, Robert Lawrence (2008), “Review article Aquaculture practices and potential human health risks: Current knowledge and future priorities”, Environment International, 34. 2008, pp. 1215–1226.
13. El-Kemary M., El-Shamy H. and El-Mehasseb I. (2010), "Photocatalytic degradation of ciprofloxacin drug in water using ZnO nanoparticles", Journal of Luminescence, 130(12), pp. 2327-2331.
14. Amisha D. Shah (2008), “Antibiotics in Water Treatment: The Role of Water Quality Conditions on their Fate and Removal during Chlorination and Nanofiltration. doctor of Philosophy in the School of Civil and Environmental Engineering.
15. Benoit Ferrari Raphael Mons, Bernard Vollat, Benoit Fraysse, Nicklas Paxéus, Roberto Lo Giudice, Antonino Pollio and Jeanne Garic (2004), “Environmental risk assessment of six human pharmaceuticals: Are the current environmental risk assessment procedures sufficient for the protection of the the aquatic environment”, Environmental Toxicology and Chemistry, 23(5), pp. 1344–1354. 16. Bing Li, Tong Zhang (2013), “Different removal behaviours of multiple trace
antibiotics in municipal wastewater chlorination”, Water research, 47, pp. 2970- 2982.
17. Dokianakis, S.N., Kornaros, M.E., Lyberatos, G (2004), “On the effect of pharmaceuticals on bacterial nitrite oxidation”, Water Sci. Technol, 50, pp. 341– 346.
18. Fountoulakis, M., Drillia, P., Stamatelatou, K., Lyberatos, G (2004), “Toxic effect of pharmaceuticals on methanogenesis”, Water Sci. Technol, 50, pp. 335– 440.
19. Henrik Johansson, Lisa Janmar, Thomas Backhaus (2014), “Toxicity of ciprofloxacin and sulfamethoxazole to marine periphytic algae and bacteria”,
Aquatic Toxicology, 156, pp. 248–258.
20. Gupta B., A. K. Gupta, C. S. Tiwary and P. S. Ghosal (2021), "A multivariate modeling and experimental realization of photocatalytic system of engineered S–C3N4/ZnO hybrid for ciprofloxacin removal: Influencing factors and degradation pathways", Environmental Research, 196, pp. 110390.
21. Margot Andrieu, Andreu Rico, Tran Minh Phu, Do Thi Thanh Huong, Nguyen Thanh Phuong, Paul J. Van den Brink (2015), “Ecological risk assessment of the antibiotic enrofloxacin applied to Pangasius catfish farms in the Mekong Delta, Vietnam”, Chemosphere, 119, pp. 407–414.
22. Wang H., J. Li, P. Huo, Y. Yan and Q. Guan (2016), "Preparation of Ag2O/Ag2CO3/MWNTs composite photocatalysts for enhancement of ciprofloxacin degradation", Applied surface science, 366, pp. 1-8.
23. Ötker Uslu M., Yediler A., Akmehmet Balcioğlu I., Schulte-Hostede S. (2008), “Analysis and Sorption Behavior of Fluoroquinolones in Solid Matrices”, Water Air Soil Pollut, 190, pp.55–63.
24. Phan Thi Phuong Hoa, Satoshi Managaki, Norihide Nakada, Hideshige Takada, Akiko Shimizu, Duong Hong Anh, Pham Hung Viet, Satoru Suzuki (2011), “Antibiotic contamination and occurrence of antibiotic-resistant bacteria in aquatic environments of northern Vietnam”, Science of the Total Environment, 409, pp. 2894–2901.
25. Oliver S.P, Murinda S.E, Jayarai B.M (2011), “Impact of antibiotic use in adult dairy cows on antimicrobial resistance of veterinary and human pathogens: a comprehensive review”, Foodborne Pathog. Dis, 8, pp. 337-355.
26. Wenhui Li, Yali Shi, Lihong Gao, Jiemin Liu, Yaqi Cai (2013), “Occurrence and removal of antibiotics in a municipal wastewater reclamation plant in Beijing, China”, Chemosphere, 92 (4), pp. 435–444.
27. Yang QX, Zhang J, Zhu KF, Zhang H (2009) Influence of oxytetracycline on the structure and activity of microbial community in wheat rhizosphere soil. J Environ Sci (China), 21, pp. 954–959.
28. Koyuncu, Ismail, et al. (2008), "Removal of hormones and antibiotics by nanofiltration membranes", Journal of membrane science. 309(1-2), pp. 94-101. 29. Lukasz Wolski, Kalina Grzelak, Malwina Munko, Marcin Frankowski, Tomasz
Grzyb, Grzegorz Nowaczyk (2021), “Insight into photocatalytic degradation of ciprofloxacin over CeO2/ZnO nanocomposites: Unravelling the synergy between the metal oxides and analysis of reaction pathways”, Applied surface science, 563 (2), pp.150338.
30. Homem, Vera and Santos, Lúcia (2011), "Degradation and removal methods of antibiotics from aqueous matrices–a review", Journal of environmental management. 92(10), pp. 2304-2347.
31. Wen, Jiuqing, et al. (2017), "A review on g-C3N4-based photocatalysts", Applied surface science. 391, pp. 72-123.
32. Gillan, Edward G (2000), "Synthesis of nitrogen-rich carbon nitride networks from an energetic molecular azide precursor", Chemistry of materials. 12(12), pp. 3906-3912.
33. Zhao J., Y. Wang, N. Li, S. Wang, J. Yu and X. Li (2021), "Efficient degradation of ciprofloxacin by magnetic γ-Fe2O3–MnO2 with oxygen vacancy in visiblelight/peroxymonosulfate system", Chemosphere, 276, pp. 130257. 34. Wang, Y., Wang, X., and Antonietti, M. (2012), "Polymeric graphitic carbon
multipurpose catalysis to sustainable chemistry", Angewandte Chemie International Edition. 51(1), pp. 68-89.
35. Zhu, Bicheng, Zhang, Jinfeng, Jiang, Chuanjia, Cheng, Bei, and Yu, Jiaguo (2017), "First principle investigation of halogen-doped monolayer g-C3N4 photocatalyst", Applied Catalysis B: Environmental. 207, pp. 27-34.
36. Makama A., A. Salmiaton, T. Choong, M. Hamid, N. Abdullah and E. Saion (2020), "Influence of parameters and radical scavengers on the visible lightinduced degradation of ciprofloxacin in ZnO/SnS2 nanocomposite suspension: Identification of transformation products", Chemosphere, 253, pp. 126689.
37. Haiyan Ji, Xiaocui Jing, Yuanguo Xu, Jia Yan, Hongping Li, Yeping Li, Liying Huang, Qi Zhang, Hui Xu and Huaming Li, Magnetic, (2015), “g- C3N4/NiFe2O4 hybrids with enhanced photocatalytic activity”, RSC Adv, 5, 57960– 57967.
38. Wang, Xinchen, Maeda, Kazuhiko, Thomas, Arne, Takanabe, Kazuhiro, Xin, Gang, Carlsson, Johan M, Domen, Kazunari, and Antonietti, Markus (2009), "A metal-free polymeric photocatalyst for hydrogen production from water under visible light", Nature materials. 8(1), pp. 76-80.
39. Xiuling Guo, Jihai Duan, Chaojie Li, Zisheng Zhang, and Weiwen Wang (2019), “Highly efficient Z-scheme g-C3N4/ZnO photocatalysts constructed by co- melting-recrystallizing mixed precursors for wastewater treatment”, J Mater Sci, 5, pp. 2018-2031.
40. M. Farhadi-Khouzani, Z. Fereshteh, M.R. Loghman-Estarki, R.S. Razavi (2012), “Different morphologies of ZnO nanostructures via polymeric complex sol-gel method: synthesis and characterization”, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 64, pp. 133-199.
41. Rashmi Acharya, Kulamani Parida (2020), “A review on TiO2/g-C3N4 visible- light- responsive photocatalysts for sustainable energy generation and environmental remediation”, Journal of Environmental Chemical Engineering, 8, pp. 103896.
42. Kansal, S.K., M. Singh, and D. Sud (2007), “Studies on photodegradation of two commercial dyes in aqueous phase using different photocatalysts”, Journal of Hazardous Materials, 141(3), pp 581-590.
PHỤ LỤC
PL1.1. Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP của các vật liệu x% ZnO/g-C3N4 và x% TiO2/g-C3N4
Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP
x% ZnO/g-C3N4 g-C3N4 ZnO 3 5 7 10
Hiệu suất (%) 38,1% 37,44% 55,16% 80,36% 61,94% 67,66%
x% TiO2/g-C3N4 g-C3N4 ZnO 3 5 7 10
Hiệu suất (%) 38,1% 36,60% 54,91% 77,48% 60,36% 62,60%
PL1.2. Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP của vật liệu 5% ZnO/g-C3N4 và 5% TiO2/g- C3N4 ở các giá trị pH khác nhau
Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP
5% ZnO/g-C3N4 3 4 5 6 7 8
Hiệu suất (%) 47,10% 80,36% 68,28% 74,57% 52,72% 48,83%
5% TiO2/g-C3N4 3 4 5 6 7 8
Hiệu suất (%) 52,58% 56,55% 77,48% 63,48% 61,34% 48,59%
PL1.3. Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP của vật liệu 5% ZnO/g-C3N4 và 5% TiO2/g- C3N4 ở các giá trị nồng độ CIP khác nhau
Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP
5% ZnO/g-C3N4 5 10 15 20
Hiệu suất (%) 80,56% 80,36% 57,18% 47,89%
5% TiO2/g-C3N4 5 10 15 20
PL1.4. Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP của vật liệu 5% ZnO/g-C3N4 và 5% TiO2/g- C3N4 ở các giá trị thời gian khác nhau
Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP Thời gian (phút) 30p hấp phụ 30 60 90 120 150 180 210 240 300 330 360 5% ZnO/g -C3N4 33,92 % 48,6 % 52,9 % 61,1 % 66,8 % 75,6 % 80,4 % 82,8 % 84,1 % 87,7 88,2 % 89,5 % 5% TiO2/g -C3N4 26,56 % 39,9 % 54,3 % 60,1 % 67,7 % 73,5 % 76,2 % 80,2 % 81,6 % 83,5 % 85,9 % 87,5 %
PL1.5. Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP của vật liệu 5% ZnO/g-C3N4 và 5% TiO2/g- C3N4 sau 3 lần tái sinh
Hiệu suất xử lý kháng sinh CIP
5% ZnO/g-C3N4 1 2 3 Hiệu suất (%) 77,75% 71,75% 65,55 5% TiO2/g-C3N4 1 2 3 Hiệu suất (%) 68,98% 60,58% 50,10% PL1.6. Các vật liệu đã tổng hợp
PL 1.10. Máy đo FT-IR
PL 1.9. Máy đo XRD
PL 1.11. Máy đo phổ hấp thụ phân tử