1.1.1 .Thực trạng sản xuất dược phẩm ở Việt Nam
2.2. Hóa chất và thiết bị
2.2.1. Thiết bị
- Máy phá mẫu COD nhãn hiệu Lovibond ET 108 (Đức) tại phịng thí nghiệm hóa mơi trường.
- Cân phân tích 5 số nhãn hiệu Ohaus Adventurer TM (Mỹ) tại phịng thí nghiệm hóa mơi trường.
- Máy đo mật độ quang nhãn hiệu 722N (Trung Quốc) tại phịng thí nghiệm hóa mơi trường.
- Thiết bị đo phổ hồng ngoại (IR) nhãn hiệu GX-PerkinElmer-USA phịng Hóa Vật liệu – khoa Hóa – 19 Lê Thánh Tông, Hà Nội.
- Đũa thủy tinh, cốc thủy tinh, bình định mức, bình nón, pipet các loại…
2.2.2. Hóa chất và nguyên vật liệu
- Rivanol do công ty cổ phần dược và vật tư thú ý Hà Nội sản xuất có cơng thức phân tử: C18H21N3O4; M=343,37 và công thức cấu tạo như sau:
- Dung dịch gốc rivanol:Cân chính xác 500mg rivanol cho vào bình định mức 1000ml, thêm nước cất, lắc đều tới khi tan hết, sau đó định mức thu được dung dịch rivanol 500ppm.
- Nofloxacin của hãng SIGMA có cơng thức phân tử: C16H18FN3O3; M=319,3 và công thức cấu tạo như sau:
- Dung dịch gốc norfloxacin: Cân chính xác 50mg norfloxacin cho vào bình định mức 500ml, thêm khoảng 100ml nước cất, lắc đều 10 phút, tiếp tục thêm nước, lắc tới khi dung dịch trong suốt, thêm nước cất tới vạch định mức thu được dung dịch norfloxacin nồng độ 100ppm.
- Amoxicilin của hãng SIGMA có cơng thức phân tử: C16H19N3O5S;M = 365,4 và công thức cấu tạo như sau:
- Dung dịch gốc amoxicillin: Cân chính xác 50mg amoxicillin cho vào bình định mức 500ml, thêm khoảng 100ml nước cất, lắc đều 10 phút, tiếp tục thêm nước, lắc tới khi dung dịch trong suốt, thêm nước cất tới vạch định mức thu được dung dịch amoxicillin nồng độ 100ppm.
- Đithizon (Trung Quốc) có cơng thức cấu tạo như sau:
- Dung dịch đithizon 1%: Cân chính xác 500mg đithizon dạng bột, hịa tan đithizon bằng CHCl3 trong bình định mức 50ml, dung dịch đithizon thu được có nồng độ 1%.
- Aluminosilicat xốp được tổng hợp từ thủy tinh lỏng và Al2(SO4)3.18H2O của đề tài QG-09-10.
- Zeolit X (có thành phần: 1Na2O:1Al2O3:2,8SiO2xH2O ) của phòng Vật liệu- Viện Hóa học Việt Nam: kích thước hạt 1-2mm, độ bền cơ học 3,5-4,5kg, độ hấp phụ nước 28%W.
- Than hoạt tính từ gáo dừa do Cơng ty Cổ phần Trà Bắc sản xuất, nghiền và rây lấy kích thước 0,5≤ d ≤1,18mm. Ngâm trong dung dịch NaOH 1M trong vòng 1 ngày. Rửa bằng nước cất trên phễu hút. Tiếp tục ngâm trong HCl 1M trong 5h. Rửa sạch bằng nước cất đến khi mơi trường về trung tính. Để khơ tự nhiên.
- Các hóa chất khác: K2Cr2O7, Ag2SO4, H2SO4 98%, HgSO4, HOOCC6H4COOK - Hỗn hợp phản ứng: 10,216g K2Cr2O7 loại PA đã sấy ở 1030C+ 167ml H2SO4 (98%) + 33,3g HgSO4 định mức 1000ml.
- Thuốc thử axit: 5,5g Ag2SO4/500ml dung dịch H2SO4 98%
1200C hòa tan trong nước, định mức 1000ml bằng nước cất (dung dịch tương đương COD = 1000mgO2/L).
2.3. Phƣơng pháp đo COD của mẫu
2.3.1. Nguyên tắc
Nguyên tắc của phương pháp này là mẫu được đun hồi lưu với K2Cr2O7 và chất xúc tác Ag2SO4 trong môi trường axit H2SO4 đặc. Phản ứng diễn ra như sau:
Hoặc q trình oxy hóa cũng được viết dưới dạng sau:
Như vậy, 1mol Cr2O72- sẽ tiêu thụ hết 6mol electron để tạo ra 2mol Cr3+. Trong đó, mỗi 1mol O2 sẽ tiêu thụ hết 4mol electron để tạo ra H2O, do đó, 1mol Cr2O72- tương đương với 3/2 mol O2.
Ag2SO4 dùng để xúc tác cho q trình oxi hóa các chất hữu cơ phân tử lượng thấp. Ion Cl-gây cản trở cho quá trình phản ứng theo phương trình sau:
Do vậy cần cho thêm HgSO4 vào để tạo phức với ion Cl-, tránh sự cản trở trên.
2.3.2. Cách xây dựng đường chuẩn COD
- Cho vào ống phá mẫu COD: 2,5ml mẫu + 1,5ml dung dịch phản ứng + 3,5ml thuốc thử axit.
- Đun trên máy phá mẫu COD (150°C trong 2 giờ). Để nguội - Đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 605nm
- Dựa vào đường chuẩn và độ hấp thụ quang đo được suy ra giá trị COD của mẫu
Xây dựng đường chuẩn COD
- Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn kaliphtalat có COD từ 0 - 500mgO2/L từ dung dịch chuẩn 1000mgO2/L bằng cách lấy lần lượt 0, 2, 5, 10, 20, 30,40, 50ml dung dich chuẩn vào bình định mức 100ml.
- Sau đó tiến hành phá mẫu và đo quang . Kết quả đo độ hấp thụ quang của các
Cr2O72- + 14H+ + 6e Ag2SO4 2Cr3+ + 7H2O
O2 + 4H+ + 4e 2H2O
dung dịch đã biết COD như sau:
COD(mg/l) 0 20 50 100 200 300 400 500
Abs(A) 0.042 0.048 0.056 0.074 0.104 0.137 0.171 0.202 Lập đường chuẩn COD - độ hấp thụ quang (A).
y = 0.0003x + 0.0411 R2 = 0.9997 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 100 200 300 400 500 600 COD (mgO2/L) A b s (A )
Hình 2.1. Đường chuẩn COD-Abs
Phương trình đường chuẩn COD như sau: A = 0,0003COD + 0,0411 Suy ra: COD = (A – 0,0411)/0,0003
Trong đó: A là độ hấp thụ quang của mẫu đo được ở λ=605nm COD là giá trị COD của mẫu (mgO2/L)
2.3.3. Kết quả xác định COD của dung dịch gốc các mẫu thuốc kháng sinh
2.3.3.1. Kết quả COD tính tốn theo lý thuyết.
COD (Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxi hóa học) là lượng oxi cần thiết ( tương đương với chất oxi hóa hóa học) cho q trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước thành các chất vơ cơ đơn giản như CO2, H2O. Nói cách khác, COD tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxi hóa và được xác định bằng việc sử dụng chất
oxi hóa mạnh (như K2Cr2O7) trong mơi trường axit. Vì vậy về mặt lý thuyết có thể tính tốn giá trị COD của các mẫu thuốc kháng sinh bằng cách tính lượng oxi cần thiết để oxi hóa hồn tồn các chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản như sau :
Rivanol : C18H21N3O4 + 77/4O2 → 18CO2 + 21/2H2O + 3/2N2 343,37g----->616g
1mg ----- >1,79mg
Nofloxacin : C16H18FN3O3 + 19CO2 → 16CO2 + 9H2O + 1/2F2 + 3/2N2 319,3g ------ > 608g
1mg ------ > 1,9mg
Amoxicillin : C16H19N3O5S + 77/4O2 → 16CO2 + 19/2H2O + SO2 + 3/2N2 365,4g ----- > 616mg
1mg ------ > 1,69mg
Tính tốn theo phương trình hóa học ở trên ta thấy: để oxi hóa hồn toàn 1mg rivanol, norfloxacin, amoxicillin bằng oxi cần tương ứng: 1,79; 1,9; 1,69mg O2. Như vậy kết quả COD lý thuyết ứng với dung dịch chất có nồng độ 1mg/l của các chất như sau:
Tên chất COD lý thuyết (ứng với dd 1mg/l)
Rivanol 1,79
Norfloxacin 1,9
Amoxicillin 1,69
2.3.3.2. Kết quả COD tính tốn từ thực nghiệm.
Chuẩn bị các dung dịch rivanol, norfloxacin, amoxicillin có nồng độ 20ppm từ các dung dịch gốc. Lấy 2,5ml dung dịch rivanol, norfloxacin, amoxicillin 20ppm vào ống phá mẫu COD, thêm vào đó 1,5ml hỗn hợp phản ứng và 3,5ml thuốc thử axit. Phá mẫu ở 1500C trong vịng 2h, sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng, đo mật độ quang ở 605nm. Dựa vào phương trình đường chuẩn COD (như phần 2.3.2.) và kết quả đo quang, xác định được COD thực nghiệm của các mẫu thuốc như sau:
Tên chất COD(dd 20 ppm) COD (dd 1ppm)
Rivanol 30 1,5
Norfloxacin 43 2.15
Amoxicillin 36 1,8
Như vậy kết quả COD thu được từ thực nghiệm tương đối gần với kết quả tính tốn theo lý thuyết.
2.4. Phƣơng pháp biến tính than
2.4.1. Biến tính than bằng cách tẩm dung dịch đithizon 1%
Cân 10g than hoạt tính kích thước 0,5-1,18mm cho vào bình nón 250ml, thêm vào đó 20ml dung dịch đithizon 1%, lắc trên máy lắc 5h. Sau đó lọc bằng giấy lọc băng xanh, rửa sạch vật liệu bằng dung mơi CHCl3, sấy khơ.
2.4.2. Oxi hóa bề mặt than hoạt tính bằng HNO3
Cân khoảng 50g than hoạt tính loại có kích thước từ 0,5mm đến 1,18mm, cho thêm 50ml HNO3 đặc đun cách thủy. Cho thêm 25ml HNO3 đặc/lần/1h, đun cách thủy trong thời gian 4h. Than sau thời gian biến tính rửa sạch bằng nước cất đến pH không đổi (thử bằng giấy chỉ thị pH), ngâm với NaOH 0,1M trong 24h để trung hoà bề mặt, sau đó sấy trong tủ sấy hút chân khơng đến khối lượng không đổi.
Chƣơng 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát khả năng hấp phụ rivanol trong dung dịch nƣớc bằng vật liệu aluminosilicat
3.1.1. Khảo sát khả năng hấp phụ rivanol trên các vật liệu aluminosilicat
Để đánh giá khả năng xử lý chất thải dược phẩm trên các vật liệu aluminosilicat, chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ rivanol trên vật liệu alunimosilicat xốp tổng hợp từ thủy tinh lỏng và Al2(SO4)3.18H2O của đề tài QG-09-10, và zeolit-một loại aluminosilicat điển hình tổng hợp được tại phịng Vật liệu – Viện Hóa học Việt Nam. Qui trình thực nghiệm như sau: Cho 50ml dung dịch rivanol nồng độ 50mg/l vào 2 bình nón cỡ 250ml. Cân chính xác 0,5g aluminosilicat xốp, 0,5g zeolit cho vào 2 bình nón đó và lắc các mẫu trên máy lắc trong thời gian 2h, sau khi lắc xong lọc các mẫu khảo sát bằng giấy lọc băng xanh. Lấy 2,5ml dung dịch sau khi hấp phụ xác định lại giá trị COD. Từ giá trị COD xác định được nồng độ rivanol còn lại (Ct). Các kết quả thu được như ở bảng sau:
Bảng 3.1. Kết quả đánh giá sơ bộ khả năng hấp phụ rivanol trên các loại vật liệu aluminosilicat trong dung dịch có C0=50mg/l
Vật liệu C0(mg/l) COD Ct(mg/l) Q(mg/g)=(C0-Ct)/10
aluminosilicat xốp 50 46,33 30,89 1,91
zeolit 50 13 8,67 4,133
Kết quả thu được dung lượng hấp phụ của zeolit là 4,133mg/g trong khi đó của aluminosilicat xốp chỉ là 1,91mg/g, như vậy khả năng hấp phụ rivanol trên aluminosilicat xốp kém hơn nhiều zeolit, điều này có thể giải thích: vật liệu aluminosilicat xốp có cấu trúc vơ định hình, cịn zeolit có cấu trúc tinh thể, với hệ thống lỗ xốp kích thước cỡ phân tử rất đồng đều và có trật tự nên khả năng hấp phụ phân tử chất hữu cơ như rivanol cao hơn. Vì vậy trong các thí nghiệm tiếp theo chúng tơi chọn vật liệu zeolit để khảo sát.
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ rivanol trên zeolit
Độ bền của vật liệu zeolit bị ảnh hưởng bởi môi trường pH, do vậy chúng tôi chỉ khảo sát ở pH=4-9. Qui trình thực ngiệm được tiến hành như sau: Lấy 50ml dung dịch rivanol 50mg/l vào các bình nón khác nhau, điều chỉnh pH của các dung dịch (pH=4-9) bằng dung dịch HNO3 0,1M hoặc dung dich NaOH 0,1M. Thêm vào mỗi bình 0.5 gam zeolit và lắc các mẫu trong 2h, tốc độ lắc 150vòng/phút. Sau khi lắc xong, xác định được nồng độ rivanol còn lại (Ct) như phần 3.1.1. Các kết quả thu được trong bảng 3.2:
Bảng 3.2. Kết quả hấp phụ rivanol bằng zeolit trong môi trường pH khác nhau
STT pH C0(ppm) COD Ct(ppm) Q(mg/g)=(C0-Ct)/10 1 4 50 3 2 4,8 2 5 50 6.33 4,22 4,4 3 6 50 6,33 4,22 4,4 4 7 50 3 2 4,8 5 8 50 26,33 17,55 3,2 6 9 50 29,67 19,78 3.0
Từ kết quả thu được ở bảng 3.2 ta thấy pH của dung dịch ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ rivanol trên zeolit. Zeolit hấp phụ rivanol tốt hơn trong môi trường pH ≤ 7, khi pH cao khả năng hấp phụ của vật liệu giảm, điều này có thể giải thích như sau: phân tử rivanol có ba ngun tử nitơ, và có khả năng tham gia vào ba cân bằng proton liên quan đến bốn dạng tồn tại của rivanol: dạng phân tử trung hòa, monocation, dication và trication, các dạng tồn tại này phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch [23], trong môi trường pH≤7, rivanol tồn tại chủ yếu ở dạng mang điện tích dương đã tương tác tĩnh điện với oxi mang điện âm của zeolit. Như vậy cơ chế hấp phụ rivanol trên zeolit có thể là cơ chế tương tác tĩnh điện.
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ rivanol trên zeolit.
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của zeolit chúng tôi tiến hành như sau : Lấy 50ml dung dịch rivanol có nồng độ ban đầu C0=50mg/l vào các bình nón khác nhau, cho vào mỗi bình 0,5g zeolit. Lắc trong các khoảng thời gian khác nhau. Xác định nồng độ rivanol còn lại (Ct) tại các khoảng thời gian khác nhau thông qua giá trị COD của dung dịch sau hấp phụ. Các kết quả được mô tả trong bảng 3.3 và hình 3.1.
Bảng 3.3. Thời gian cân bằng hấp phụ của zeolit với rivanol
Thời gian (phút) Co (mg/l) COD Ct (mg/l)
30 50 19,67 13,11 60 50 16,33 10,88 90 50 9,67 6,44 120 50 3 2 150 50 3 2 180 50 3 2 0 2 4 6 8 10 12 14 0 50 100 150 200 Thời gian (phút) Nồng đ ộ riv a no l c òn l ạ i (m g/ l)
Từ đồ thị ta thấy, nồng độ rivanol còn lại giảm dần theo thời gian, sau 2h hấp phụ nồng độ rivanol cịn lại khơng thay đổi theo thời gian. Thời gian cân bằng hấp phụ của zeolit với rivanol là 2h.
3.1.4. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của zeolit với rivanol
Để khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại chúng tôi làm như sau: Lắc 0.5 gam zeolit với 50ml dung dịch rivanol có nồng độ ban đầu (C0) thay đổi đến thời gian cân bằng hấp phụ, sau đó xác định nồng độ rivanol cịn lại (Ct), các kết quả được thể hiện theo bảng sau:
Bảng 3.4. Xác định tải trọng hấp phu cực đại của zeolit với rivanol
C0(mg/l) COD Ct(mg/l) Q=(C0-Ct)/10 (mg/g) Ct/Q 50 3 2 4,8 0,416 100 9,67 6,4 9,36 0,684 150 19,67 13,1 13,69 0,957 200 33 22 17,8 1,236 250 43 28,66 22,14 1,295 300 79,67 53,11 24,7 2,15
Từ các kết quả thu được trong bảng 3.4 chúng tôi lập đồ thị xác định các hệ số phương trình Langmuir như dưới đây.
y = 0.0322x + 0.4514 R2 = 0.9835 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 10 20 30 40 50 60 Ct(mg/l) Ct /Q
Từ đồ thị này có thể xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của zeolit với rivanol là: Qmax = 1/0.0322 = 31.06(mg/g). Như vậy khả năng hấp phụ rivanol trên zeolit là tương đối tốt.
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ norfloxacin trong dung dịch nƣớc bằng vật liệu zeolit.
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH.
Qui trình thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH được tiến hành như sau: Lấy 50ml dung dịch nofloxacin 20mg/l vào các bình nón khác nhau, điều chỉnh pH của các dung dịch (pH=4-9) bằng dung dịch HNO3 0,1M hoặc dung dich NaOH 0,1M. Thêm vào mỗi bình 0.5 gam zeolit, lắc trong 2h, tốc độ lắc 150vòng/phút. Sau khi lắc xong, lọc bằng giấy lọc băng xanh. Lấy 2,5ml dung dịch sau khi hấp phụ xác định lại giá trị COD. Từ kết quả COD xác định được nồng độ nofloxacinconf lại (Ct). Các kết quả thu được như sau:
Bảng 3.5. Kết quả hấp phụ norfloxacin trên zeolit trong môi trường pH khác nhau
STT pH C0(mg/l) COD Ct(mg/l) Q(mg/g)=(C0-Ct)/10 1 4 20 23 10,7 0,93 2 5 20 13 6,05 1,395 3 6 20 13 6,05 1,395 4 7 20 13 6,05 1,395 5 8 20 23 10,7 0,93 6 9 20 33 15,3 0,47
Từ kết quả thu được trong bảng 3.5,ta thấy zeolit hấp phụ norfloxacin tốt trong môi trường 5≤ pH≤ 7. Theo Zhang Chenglu và các cộng sự [33], trong quá trình hấp phụ norfloxacin pH được coi là nhân tố quan trọng, ảnh hưởng đến sự hấp phụ vì nó có thể làm thay đổi điện tích của phân tử norfloxacin và đặc tính bề mặt của chất hấp phụ. Norfloxacin có nhóm -COOH và -NH- với pKa tương ứng là 6,22 và 8,51, điểm đẳng điện là 7,4. Với hai giá trị pKa norfloxacin có thể tồn tại ở ba dạng: cation, anion hay
ion lưỡng cực, mỗi dạng tồn tại thay đổi khi pH dung dịch thay đổi. Nghiên cứu khả năng hấp phụ norfloxacin trên zeolit ta thấy: Khả năng hấp phụ norfloxacin bị ức chế ở pH thấp hơn 5 và cao hơn 7, hấp phụ tốt hơn xảy ra ở 5≤ pH≤ 7. Điều này có thể giải thích trong mơi trường 5≤ pH≤ 7 dạng tích điện dương của phân tử norfloxacin chiếm