1.3 Giới thiệu về kháng sinh fluoroquinolone
1.3.2 Phương pháp xử lý CFX
Kháng sinh nói chung và CFX nói riêng tồn tại trong môi trường đất, nước là những tác nhân ô nhiễm môi trường nghiêm trọng cần được xử lý loại bỏ. Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu tập trung xử lý tồn dư kháng sinh trong môi trường.
Các giải pháp khoa học – công nghệ đang được tập trung nghiên cứu và đưa vào sử dụng. Ngày nay kháng sinh có thể bị loại bỏ bởi các phương pháp như xử lý phân hủy sinh học [8,12], phân hủy quang hóa [25], oxi hóa khử - Fenton [16,69], hấp phụ [58]. Trong đó, phương pháp hấp phụ có hiệu quả xử lý kháng sinh cao và phù hợp với các nước đang phát triển khi sử dụng các loại vật liệu hấp phụ mới hiệu năng cao và thân thiện với môi trường. Trong luận văn này thực hiện ứng dụng phương pháp hấp phụ trong xử lý kháng sinh CFX trong môi trường nước
a) Cơ sở lý thuyết của phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là quá trình lưu giữ của các nguyên tử, ion hoặc các phân tử từ chất rắn, khí, lỏng hoặc hòa tan (chất bị hấp phụ) lên bề mặt chất hấp phụ có thể ở thể rắn hoặc lỏng. Quá trình này có thể tạo thành lớp trên bề mặt vật liệu hấp phụ.
Trong hấp phụ thường sử dụng thuật ngữ “khả năng hấp phụ trên vật liệu hấp phụ”.
Sự hấp phụ là kết quả của tương tác hay liên kết bề mặt. Trên vật liệu hấp phụ, các liên kết (ion, cộng hóa trị, hoặc kim loại) của các nguyên tử, phân tử được thay thế hoặc trao đổi bởi các nguyên tử, phân tử hay nhóm chức của vật liệu hấp phụ. Bản chất chính của liên kết phụ thuộc vào chất hấp phụ và vật liệu hấp phụ nhưng quá trình hấp phụ thường được phân loại là hấp phụ vật lý (đặc trưng của lực van der Waals yếu) hoặc hấp phụ hóa học (đặc tính của liên kết hóa học). Hấp phụ cũng có
27
thể xảy ra do sự hấp dẫn tĩnh điện. Sự hấp phụ có mặt nhiều trong các hiện tượng tự nhiên, vật lý, sinh học và hóa học. Vật liệu hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp như than hoạt tính, giữ và truyền nhiệt để cung cấp nước lạnh cho điều hòa không khí và các yêu cầu quy trình khác (thiết bị làm lạnh hấp phụ), nhựa tổng hợp, tăng khả năng lưu trữ cacbua có nguồn gốc cacbua và lọc nước. Sự hấp phụ, trao đổi ion là cơ chế chính trong sắc ký. Trong đó một số chất hấp phụ được chuyển từ pha chất lỏng sang bề mặt của các hạt pha tĩnh, không tan hoặc được lưu giữ trên cột.
Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học có một số điểm khác biệt được chỉ ra trong Bảng 1.2.
Bảng 0.2: So sánh giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học
Nhiệt của quá trình hấp phụ trong khoảng 20-40 kJ.mol-1
Nhiệt của quá trình hấp phụ trong khoảng 40-400 kJ.mol-1
Lực tác động là lực Van Der Waal Lực tác động là lực liên kết hóa học Thường xảy ra ở nhiệt độ thấp và tăng
khi tăng nhiệt độ Thường xảy ra ở nhiệt độ cao Là quá trình thuận nghịch Là quá trình bất thuận nghịch
b) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
Ảnh hưởng của dung môi: sự hấp phụ trong dung dịch là sự hấp phụ cạnh tranh, khi chất tan hấp phụ càng mạnh thì dung môi hấp phụ càng yếu và ngược lại.
Vì vậy, đối với sự hấp phụ chất tan trong dung dịch thì dung môi nước sẽ tốt hơn dung môi hữu cơ.
Ảnh hưởng của pH: pH có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hấp phụ các chất hay hợp chất mang điện, vì pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ cũng như trạng thái mang điện của chất bị hấp phụ.
28
Ảnh hưởng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ: các chất phân cực dễ bị hấp phụ trên bề mặt phân cực và ngược lại, các chất không phân cực thì dễ hấp phụ trên bề mặt phân cực. Độ xốp của vật liệu hấp phụ cũng ảnh hưởng rất lớn đến đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Sự hấp phụ từ dung dịch tăng lên khi giảm kích thước mao quản trong chất hấp phụ xốp nhưng chỉ khi kích thước mao quản không cản trở sự đi vào của chất hấp phụ. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu cũng ảnh hưởng rất lớn đến dung lượng hấp phụ. Diện tích bề mặt riêng càng lớn, nghĩa là khả năng tiếp xúc giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ càng lớn, do đó khả năng hấp phụ tăng.
Ngoài ra, khi hấp phụ các hợp chất mang điện thì tỉ trọng điện tích bề mặt đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ.
Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, sự hấp phụ trong dung dịch giảm nhưng mức độ giảm thấp hơn so với hấp phụ khí. Đối với cấu tử có độ tan hạn chế khi tăng nhiệt độ thì khả năng hấp phụ tăng độ tan của cấu tử tăng theo nhiệt độ và nồng độ của chất bị hấp phụ trong dung dịch tăng lên.
29