CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.3. Những vấn đề liên quan trực tiếp đến nội dung nghiên cứu của luận án
1.3.6. Polyme in dấu phân tử ứng dụng trong xử lý nước và nước thải
1.3.6.1. Polyme in dấu phân tử (molecularly imprinted polymers - MIPs)
MIPs là một polyme được tổng hợp bằng cách sử dụng kỹ thuật in dấu phân tử. Quá trình này thường bắt đầu với sự trùng hợp các tiền chất (monome hoặc polyme) trong sự có mặt của phân tử mẫu (phân tử in dấu). Một phức hợp (IC) giữa phân tử mẫu và monome (hoặc/và polyme tiền chất) được hình thành, trong đó tương tác giữa các tiền chất với phân tử mẫu có thể là liên kết khơng cộng hóa trị (liên kết hydro hoặc tương tác Van der Waals), tương tác tĩnh điện/ion (điện tích trên phân tử
mẫu và monome chức năng), cộng hóa trị, cộng hóa trị đã bị biến đổi và liên kết phối trí tâm kim loại.
Phức hợp IC tham gia phản ứng polyme hóa và liên kết ngang với một tác nhân thích hợp để tạo thành polyme rắn (MIPs). Trong polyme vừa hình thành này, các tương tác giữa các tiền chất với phân tử mẫu vẫn còn nguyên vẹn. Năm loại MIPs ứng với năm loại liên kết giữa phân tử mẫu và các thành phần của MIPs được hình thành theo sơ đồ đưa ra trên Hình 1.9 [133].
Hình 1.9. Năm loại liên kết chính giữa phân tử mẫu và MIPs
Phân tử mẫu sau đó được loại bỏ bằng các phương pháp khác nhau (như rửa, tách các liên kết hóa học, trao đổi phối tử...), để lại các khoang trống trong MIPs. Như vậy, nhờ có sự “in dấu” của phân tử mẫu, trong cấu trúc của MIPs tồn tại các vị trí - khoang trống có khả năng nhận biết một cách chọn lọc và có ái lực mạnh với các cấu tử mục tiêu (có các đặc điểm tương tự phân tử mẫu). Nhờ đó, sự hấp phụ của cấu tử mục tiêu lên MIPs dễ dàng đạt được. MIPs cũng có thể tham gia nhận dạng và liên kết với cấu tử mục tiêu thông qua các tương tác bề mặt không đặc hiệu do các đặc tính bề mặt được tạo ra xung quanh phân tử mẫu trong quá trình liên kết ngang [133]. Phân tử mẫu có thể là nguyên tử, ion, phân tử, tổ hợp phân tử, vi sinh vật, hạt nano. MIPs có thể là dạng hạt vi mơ/nano, hydrogel, cryogel hoặc polyme nguyên khối [134].
So với các hệ thống nhận dạng khác, MIPs có nhiều ưu điểm, đặc biệt là tính chọn lọc và ái lực cao đối với phân tử mục tiêu, khả năng dễ dàng thiết kế, tổng hợp và sửa đổi. MIPs đã được sử dụng rộng rãi và trở nên hấp dẫn trong nhiều lĩnh vực như tinh chế, chiết tách, hấp phụ, xúc tác và cảm biến hóa học... [133,134].
1.3.6.2. Sử dụng MIPs trong xử lý nước và nước thải
Do có tính chọn lọc, khả năng hấp phụ, độ ổn định cao và tổng hợp dễ dàng, các MIPs được coi là các chất hấp phụ chọn lọc phù hợp và hấp dẫn được áp dụng trong làm sạch nước. Những năm gần đây, nhiều nghiên cứu sử dụng MIPs để xử lý nước và nước thải đã được báo cáo. Các ứng dụng của MIPs trong xử lý nước có thể được chia thành bốn loại [135]: Làm công cụ để xác định chọn lọc chất ô nhiễm trong nước; làm chất hấp phụ; cải thiện hiệu quả xúc tác phân hủy các chất hữu cơ; và làm cảm biến huỳnh quang để thu hồi và phân tích định lượng chất ô nhiễm mục tiêu.
Số lượng các cơng trình nghiên cứu về vật liệu MIPs để nhận biết và loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước và nước thải trong những năm gần đây đã bắt đầu tăng lên. Đã có những nghiên cứu loại bỏ các kim loại nặng trong nước sử dụng MIPs như: Hg, Cu, Cd, Ni [136], Pb [137], và một số kim loại khác như Co, Mn [138], ... Nghiên cứu sử dụng MIPs để loại bỏ phosphat [139] và các loại thuốc nhuộm [140, 141] cũng đã được thực hiện. Nghiên cứu về hydrogel composite CTS in dấu phân tử nói riêng cũng cịn rất hạn chế, mới có một số ít các nghiên cứu cho mục đích xử lý ion kim loại nặng như Cu2+, Pb2+ hoặc uranyl ... [120]. Trong tất cả các báo cáo nhìn chung đều ghi nhận sự thay đổi theo hướng tốt của các vật liệu MIPs (chế tạo theo kỹ thuật in dấu phân tử) so với các vật liệu polyme thông thường bao gồm: tăng dung lượng cũng như tốc độ hấp phụ, khoảng pH hấp phụ hiệu quả rộng hơn, tính chọn lọc cao (ít bị ảnh hưởng của các ion cạnh tranh có mặt trong dung dịch) ...
Trong xử lý nước, việc loại bỏ các chất ơ nhiễm nồng độ thấp trong đó có amoni là khó khăn do ái lực thấp của chúng với các chất hấp phụ/trao đổi ion. Chất hấp phụ MIPs với những ưu điểm trên, đặc biệt là có độ chọn lọc cao, sẽ rất lợi thế trong việc xử lý amoni. Tuy nhiên cho đến nay, chưa có tài liệu nào đề cập đến việc loại bỏ amoni trong nước bằng phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu MIPs nói chung.