Đánh giá khả năng loại bỏ Oxytetracycline (OTC) trong nước bằng than sinh học có nguồn gốc từ Lục Bình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA KỸ THUẬT THỤC PHẨM VÀ MƠI TRƯỜNG

NGUYENTATTHANH

KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LOẠI BỎ
OXYTETRACYCLINE

(OTC) TRONG NƯỚC BẰNG THAN
SINH HỌC CÓ NGUỒN

GỐC TỪ LỤC BÌNH

NGUYỄN THỊ XUÂN MAI

Tp.HCM, tháng 10 năm 2020


TĨM TẮT

Oxytetracycline là nhóm thứ hai trong nhóm kháng sinh phổ rộng tetracycline thường được
dùng trong chữa bệnh. Tuy nhiên, việc kháng kháng sinh có thể gây nguy hại đến con người và
động thực vật. Than sinh học có nguồn gốc từ lục bình là một trong những chất rắn rẻ tiền

thường được dùng trong xử lý nước.
Khóa luận này nghiên cứu khả năng hấp phụ kháng sinh oxytetracycline bằng tro lục bình ở
dạng than hoạt tính nhằm “Đánh giả khá năng loại bỏ oxytetracycline (OTC) trong nước bằng

than sinh học có nguồn gốc từ lục bình”, được thực hiện từ tháng 07 năm 2020 đến tháng 09

năm 2020. Nguyên liệu là thân cây và lá lục bình được than hóa và nghiền nhỏ đến kích thước
khoảng 300 pm để làm vật liệu hấp phụ. Tiến hành các thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh

hưởng đến quá trình hấp phụ bằng tro lục bình. Lần lượt thay đổi giá trị pH, nồng độ kháng
sinh OTC, thời gian phản ứng và hàm lượng chất hấp phụ. Ket quả thu được: Thời gian thích
họp cho việc hấp phụ kháng sinh OTC lên than sinh học lục bình là 1 tiếng. Dung lượng hấp
phụ có xu hướng giảm khi tăng nồng độ OTC ban đầu từ 82,51 % xuống còn 57, 73 %. Dung

lượng hấp phụ của OTC tăng khi tăng hàm lượng than sinh học lục bình từ 0,2 g/L đến 1,2 g/L.
Nồng độ OTC sau khi hấp phụ là 2,48 ± 0,05 mg/L. pH < 4 là thích hợp cho quá trình xử lý

OTC bằng than sinh học lục bình. Quá trình hấp phụ OTC trên than sinh học lục bình phù họp
với mơ hình hấp phụ Freundlich.


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT......................................................................... III
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... IV
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................. V
MỎ ĐẦU ....................................................................................................................... VI
1. Đặt vấn đề .................................................................................................................. vi
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................. vii
3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ vii
4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................. vii
CHƯƠNG I. TÔNG QUAN ĐÈ TÀI NGHIÊN cứu................................................. 1
1.1. Tình hình ơ nhiễm kháng sinh.............................................................................. 1
1.1.1. Trên thế giới ......................................................................................................... 1
1.1.2. Tình hình sử dụng kháng sinh tại việt nam........................................................... 2
1.2. Giói thiệu chung về kháng sinh oxytetracycline (OTC)..................................... 2
1.2.1. Khái niệm.............................................................................................................. 2

1.2.2. Cơ chế hoạt động của OTC................................................................................... 3
1.3. Giói thiệu chung về vật liệu hấp phụ....................................................................3
1.3.1. Khái niệm.............................................................................................................. 3
1.3.2. ứng dụng của lục bình......................................................................................... 5
1.4. Co' sở lý thuyết của quá trình hấp phụ............................................................... 6
1.4.1. Khái niệm............................................................................................................. 6
1.4.2. Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ ..................................................... 8
1.4.3. Động học hấp phụ................................................................................................. 8
1.4.4. Biểu diễn sự hấp phụ............................................................................................. 8
CHƯƠNG II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu............................ 10
2.1. Noi thực hiện......................................................................................................... 10
2.2. Dụng cụ, thiết bị, nguyên liệu và hóa chất......................................................... 10
2.2.1. Dụng cụ................................................................................................................ 10
2.2.2. Thiết bị.................................................................................................................. 10
2.2.3. Nguyên liệu và hóa chất...................................................................................... 11
2.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu............................................................... 12
2.4. Phương pháp phân tích....................................................................................... 12
2.4.1. Phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả biến (UV-vis)............................................ 12
2.4.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)..........................................................................13
2.4.3. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)....................................................................14
2.4.4. Diện tích bề mặt và lồ xốp (BET) ....................................................................... 15
2.4.5 Quang phổ hồng ngoại (FTIR)..............................................................................16
2.4.6. Xây dựng đẳng nhiệt hấp phụ...............................................................................16
2.5. Các thí nghiệm tiến hành..................................................................................... 17
2.5.1. Ảnh hưởng của giá trị pH ban đầu.......................................................................17


2.5.2. Ánh hưởng của thời gian hấp phụ........................................................................17
2.5.3 Ảnh hưởng của nồng độ OTC ban đầu.................................................................. 17
2.5.4. Ảnh hưởng của hàm lượng lục bình.....................................................................17

2.6. Quy trình thí nghiệm............................................................................................ 18
2.6.1. Chuẩn bị vật liệu lục bình.................................................................................... 18
2.6.2. Quy trình chuẩn bị dung dịch OTC...................................................................... 19
CHƯƠNG III. KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................. 20
3.1. Đặc trưng của lục bình....................................................................................... 20
3.1.1. SEM-EDS........................................................................................................... 20
3.1.2. BET...................................................................................................................... 21
3.1.3. FTIR..................................................................................................................... 21
3.2. Đường chuẩn của kháng sinh oxytetracycline................................................... 23
3.3. Ảnh hưởng của các điều kiện hấp phụ lên khả năng hấp phụ kháng sinh OTC
của lục bình.................................................................................................................... 23
3.3.1. Ảnh hưởng của giá trị pH ban đầu...................................................................... 23
3.3.2. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ................................................................
........................ .....................
24
3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ....................................................................... 25
3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ kháng sinh OTC ban đầu............................................. 25
3.4. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ..........................................................................26
3.4.1. Mơ hình đường đẳng nhiệt Langmuir.................................................................. 26
3.4.2. Mơ hình đường đằng nhiệt Freundlich................................................................ 27
3.4.3. Đánh giá kết quả ................................................................................................. 27
KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ....................................................................................... 29
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 31
PHỤ LỤC....................................................................................................................... 34

ii


DANH MỤC CÁC TỪ VIÉT TẮT

BET: (Nitrogen Adsorption and Desorption Isotherms), đẳng nhiệt hấp phụ - khử nitơ

EDX: (Energy Dispersive X-ray Spectrometry), phổ tán sắc năng lượng tia X

Kl: Hang so Langmuir

Kf: Hang so Freundlich

IUPAC: International Union of Pure and Apply Chemistry

qe: Dung lượng hap phụ cân bang

qmax: Dung lượng hap phụ cực đại

SEM: (Scanning Electron Microscopy), hiển vi điện tử quét

R2: Hệ số xác định

UV-Vis: (ƯV-Vis Absorption Spectroscopy), phương pháp phổ hấp phụ tử ngoại - khả

kiến


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần cây lục bình ..................................................................................5
Bảng 1.2. Thành phần hóa học trong tro lục bình ............................................................5
Bảng 1.3. So sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ..................................................... 7
Bảng 2.1. Các loại hóa chất được sử dụng trong khóa luận ........................................... 11

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Lục bình (Eichhornia crassipes solms) tại cầu chợ, quận 12........................... 1
Hình 1.2. Cấu tạo của lục bình ........................................................................................ 2
Hình 1.3. Cơ chế hoạt động của kháng sinh OTC ............................................................3
Hình 1.4. Lục bình (Eichhornia carssipes solms) tại cầu chợ, quận 12...........................4
Hình 1.5. Cấu tạo của lục bình ........................................................................................ 4
Hình 2.1. Sơ đồ nội dung và phương pháp nghiên cứu .................................................. 12
Hình 2.2. Các đường đằng nhiệt hấp phụ - khử hấp phân loại của IACU ..................... 16
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình xử lý lục bình ....................................................................... 18
Hình 3.1. SEM lục bình ................................................................................................. 20
Hình 3.2. Phố nguyên tố của lục bình trước khi hấp phụ kháng sinh OTC (a) ............. 20
Hình 3.3. Phổ nguyên tố của lục bình sau khi hấp phụ kháng sinh OTC (b) ................. 21

Hình 3.4. Phổ hồng ngoại hấp phụ của tro lục bình .......................................................22
Hình 3.5. Đường chuân của kháng sinh OTC ................................................................23
Hình 3.6. Anh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ kháng sinh OTC .......................... 23
Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kháng sinh ...................................................24
Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến quá trình hấp phụ OTC ..................... 25
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ kháng sinh ban đầu đến quá trình hấp phụ OTC ....26

Hình 3.10. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của than lục bình theo mơ hình Freundlich ...... 28
Hình 3.11. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của than lục bình theo mơ hình Langmuir....... 28

V


MỞ ĐẦU

1. ĐẶT VẤN ĐÈ

Xã hội ngày nay càng phát triển càng đồng nghĩa với việc kéo theo vô số những huệ lụy

mơi trường khơng mong muốn, mà điên hình là sự ra đời của các chất gây ô nhiễm nguồn

nước. Khơng có gì quan trọng hơn nước, nước chiếm khoảng 70% diện tích trái đất, nước
khơng chỉ được xem là sức khỏe và trái tim của mồi người mà nó cịn tác động trực tiếp

đến các vấn đề mơi trường, xã hội và nguồn lực kinh tế. Trong nhiều năm trở lại đây,
chất lượng nguồn nước đã trở thành một trong những thách thức to lớn mà toàn nhân loại
đang phải đối mặt. Bởi ô nhiễm nguồn nước đã vượt qua các ngưỡng ô nhiễm thông

thường rất nhiều lần, mà điển hình là nguồn nước bị nhiễm kháng sinh. Hầu hết, các loại
kháng sinh được phát hiện tại các kênh sông hay trong nước thải nhà máy, mà những chất

kháng sinh này đều thuộc các hợp chất khó phân hủy sinh học. Theo các nhà nghiên cứu,
thì sự có mặt của chất kháng sinh trong nước thải và nước mặt đã dần đến sự suy giảm

chất lượng nguồn nước, ít nhiều gây cản trở đến việc sản xuất vi khuân kháng kháng sinh.

Song, phải kể đến chất kháng sinh có trong nước là oxytetracycline (OTC). Đây được

biết đến như là một thành viên của kháng sinh tetracycline (TC), được kê đơn và sử dụng
rộng rãi trên toàn the giới. Sự có mặt của OTC trong nước thải nhà máy hay nước uống
có thể gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái dưới nước. Do đó,

khi phát hiện ơ nhiễm kháng sinh gia tăng trong mơi trường nước thì việc làm thế nào đe
giảm lượng kháng sinh đã trở thành một đề tài nghiên cứu mang tính thiết thực.

Trên thực tế, đã có rất nhiều nghiên cứu áp dụng cho vấn đề này. Tuy nhiên, với tình
hình dịch bệnh như hiện nay, để xây dựng được một phương pháp xử lý nước vừa tiết

kiệm chi phí lại vừa thân thiện với mơi trường thì việc sử dụng thực vật thủy sinh cũng
được xem là một lựa chọn tối ưu. Mà tiêu biểu là sử dụng cây lục bình (Eichhornia

crassipes). Với tốc độ tái sinh, sinh tồn và khả năng tăng trưởng cao thì đây được coi là
một lợi thế của lục bình trong hấp phụ.

Do đó, trong khóa luận này, em đã hướng đến đề tài: “Đánh giá khả năng loại bỏ

oxytetracycline (OTC) trong nước bằng than sinh học có nguồn gốc từ lục bình. ”

vi


2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Khảo sát khả năng hấp phụ kháng sinh OTC của than sinh học có nguồn gốc lục

bình và các yếu tố ảnh hưởng đen quá trình hấp phụ.
- Xác định diện tích bề mặt riêng của lục bình.

3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
-

Tạo than hoạt tính có nguồn gốc từ lục bình.

-

Đánh giá cấu trúc của vật liệu.

-

Đánh giá khả năng loại bỏ kháng sinh OTC trong nước bằng vật liệu than sinh
học có nguồn gốc từ lục bình dạng khử.

4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
-

Đối tượng nghiên cứu: Nước bị nhiễm kháng sinh OTC.

-

Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 14/07/2020 đến ngày 30/09/2020.

vii


CHƯƠNG I. TỊNG QUAN ĐÈ TÀI NGHIÊN cứu
1.1.

Tình hình ơ nhiễm kháng sinh

1.1.1. Trên thế giới
0 nhiễm kháng sinh có mặt ở hầu hết các quốc gia trên toàn thế giới. Theo các nhà khoa
học tại Đại học York (Vương quốc Anh) chỉ ra có hơn 14 loại kháng sinh phổ biến bị lần

trong trong nước thuộc các dịng sơng ở 72 quốc gia trên 6 lục địa (bao gồm sông

Danube, Mekong, Sein, Thames, Chao Phraya, Tiber, Tigris).

Trimethoprim là loại kháng sinh được phát hiện nhiều nhất trên các dòng sông. Đây là
loại kháng sinh thường được điều trị trong nhiễm trùng bàng quang. Cũng có một loại
kháng sinh khác là ciprloxaxin có nồng độ vượt q ngưỡng an tồn được phát hiện ở

51 khu vực khảo sát. Tại điểm khảo sát ở Bangladesh, nồng độ kháng sinh metronidazole
vượt mức an toàn tới 300 lần.

Ngoài ra, việc sử dụng kháng sinh trên toàn cầu cũng tăng đều đặn qua các năm. Điển
hình là việc tiêu thụ kháng sinh trong chăn ni đạt 63.151 tấn vào năm 2010 và được dự

đốn sẽ tăng thêm 67% vào năm 2030 [16].

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm kháng sinh là do hoạt động xả thải chưa đúng cách của
con người. Cùng với đó là việc chưa áp dụng triệt để các biện pháp xử lý nước thải bệnh
viện, nhà máy sản xuất.

Hình 1.1. Biếu đồ các khu vực sông ở Châu Âu vượt quá giới hạn an toàn cho nồng độ

kháng sinh

1


1.1.2. Tình hình sử dụng kháng sinh tại Việt Nam
Theo Tồ chức Y tế Thế Giới (WHO), thực trạng kháng kháng sinh đã trở thành thực
trạng mang tính tồn cầu, trong đó có Việt Nam. Có thể nói Việt Nam được coi là vùng

trũng của tình trạng vi khuân kháng thuốc.

Theo PGS - TS Phạm Khánh Phong Lan, Phó giám đốc Sở Y tế TP. HCM khuyến cáo,
nguyên nhân xảy ra tình trạng kháng kháng sinh là do thói quen kê đon thuốc “thừa hơn

thiếu” và thói quen tự mua thuốc mà không cần kê đơn. Theo một số thống kê cho thấy,
tại Việt Nam, sừ dụng kháng sinh chiếm đen 17 % tồng chi phí điều trị.

Đáng báo động hơn nữa khi hiện nay kháng sinh đã xâm nhập vào chuồi thức ăn và môi

trường sinh thái do việc lạm dụng kháng sinh trong chăn nuôi gia súc, gia cầm, thủy sản
và trồng trọt để điều trị, phòng chống dịch bệnh trên động vật, cũng như cho mục đích
sản xuất đã làm cho các vi sinh vật thích nghi với thuốc, tạo điều kiện cho nhiều loại vi

khuẩn trở thành kháng thuốc, làm cho thuốc kém hiệu quả.

1.2.

Giói thiệu chung về kháng sinh oxytetracycline (OTC)

1.2.1. Khái niệm

Oxytetracycline có cơng thức hóa học là C22H24N2O9, được phát hiện vào năm 1950.

OTC là sản phẩm của q trình trao đơi chất của Streptomyces rimosus và thuộc họ
kháng sinh tetracycline. OTC dễ dàng khuếch tán qua nhau thai vào tuần hoàn thai nhi và

vào dịch màn phổi. OTC dường như tập trung ở phân hay nước tiểu [10].

Hình 1.2. Cấu trúc cua OTC

2


1.2.2. Cơ chế hoạt động của OTC

OTC là một loại thuốc kháng sinh phổ rộng kìm khuân, hoạt động của OTC nhằm chống
lại nhiều loại vi sinh vật Gram dương và Gram âm. ức chế vi khuẩn tông họp protein
bằng cách liên kết với phức hợp ribosom. Ớ vi khuẩn Gram âm, OTC di chuyển qua

màng Protein và tích tụ trong thành periplasmic. OTC di chuyên qua màng qua các kênh
portein và tích tụ trong khơng gian periplasmic. Khi ở bên trong tế bào vi khuân, các mol

phân tử liên kết thuận nghịch với tiểu đơn vị 30S của ribosom và 50S. Do đó chúng có
cơng dụng ức che sự tông hợp protein của vi khuân và làm giảm khả năng tăng trưởng

của tế bào. Sự thay the hydro ở vị trí C-5 đặc trưng cho OTC [9].

Hình 1.3. Cơ chế hoạt động của kháng sinh OTC

1.3.

Giới thiệu chung về vật liệu hấp phụ

1.3.1. Khái niệm
Lục bình (Eichhornia crassipes solms) hay còn gọi là cây bèo tây, là một loại thực vật

thủy sinh (thực vật có mạch chịu nước), thân thảo, sống nôi ở nước hoặc những nơi âm

ướt. Lục bình thuộc họ Pontederiaceae, có nguồn gốc từ châu Nam Mỹ và được du nhập
vào Việt Nam vào những năm 1905 [14,15]. Nhìn chung, cây cao khoảng 30 cm, lá cây

có màu xanh lục, hình trịn, bề mặt nhằn. Gân lá có hình cung dài, dẹp, cuống lá nở phình

như bong bóng, ruột xốp. Hoa lục bình thường khơng đều màu, có màu xanh tím tùy theo
mùa.

3


Hình 1.4. Lục bình (Eichhornia crassipes solms) tại cầu chơ, quận 12.
Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của lục bình là từ 25-30°C. Ngồi ra, lục bình rất nhạy
cảm với các chất dinh dưỡng (đặc biệt là nitơ và phot pho), tốc độ tăng trường của lục

bình cao hơn gấp 8 lần so với các loại thực vật thủy sinh thơng thường.

Hoa

Cuống lá

Lá

Nhánh

Hình 1.5. Cấu tạo của lục bình

4


Trong tự nhiên, lục bình có thể được sử dụng như một lớp phủ đề làm phân hữu cơ, gạch

nhiên liệu, và để loại bở các chất dinh dường độc hại ra khỏi nước. Sự hiện diện của hệ
thống rễ xơ và lá rộng giúp lục bình hấp phụ nồng độ kim loại nặng trong nước cao
Bảng 1.1. Thành phần cây lục bình

Độ ẩm

Chất khơ

Nito' trong

Hàm lượng tro

(%)

(%)

chất khơ (%)

(%)

93.0

7.0

1.33

23.17

93.4

6.6

2.01

23.90

Mơi trường ao
hồ (nhân tạo)

Mơi trường tự
nhiên

Ngồi ra, lục bình là loài sinh sản cực nhanh, chỉ cần 60 - 90 ngày, một cây sẽ sinh ra

250.000 cây con. Trong điều kiện mơi trường và khí hậu thích hợp năng suất lục bình có
thể đạt 175 tấn lục binh khơ/ha/năm [1].
Bảng 1.2. Thành phần hóa học trong tro lục bình

Mơi trường ao hồ

Môi trường tự nhiên

(nhân tạo)

Si %

58.02

39.40

C1 %

3.55

9.23

Fe và Al %

19.35

17.00

Vơi %

2.40

5.61

Mg %

2.2

1.57

1.3.2. ứng dụng của lục bình
Đã có rất nhiều thử nghiệm về việc phơi khô và xay lục bình thành dạng bột để làm phân
bón hữu cơ, hoặc sử dụng để cải tạo đất (Srivastava và Dha,1988), cũng như có thể đốt

thành tro để sử dụng như một loại phân bón (Adeo và ctv., 2001; Sarwar và ctv., 1989).
Ngồi việc thân và lá lục bình được sử dụng làm giá thể trồng nấm thì lục bình cũng đang

được thử nghiệm để sản xuất giấy [21].

5


Các nghiên cún trong nước
Trung tâm khuyến nông An Giang: Nước thải chăn nuôi được giữ trong hồ xừ lý bằng lục

bình trong vịng 10 ngày, lượng photpho trong nước giảm khoảng 57 % đến 58 % trong

khi 44 % lượng nitơ được loại bỏ. Trong thời gian xử lý 10 ngày, BOD5 giảm khoảng 80
đen 90 %. Biện pháp xử lý nước thải này đáp ứng tiêu chuẩn nước thải tối thiểu, nước
thải ra sông hồ một cách an tồn mà khơng cần xử lý thêm [22].

Huỳnh Thị Thuận (2011) nghiên cứu khả năng xử lý của lục bình đối với nước thải của
nhà máy chế biến tinh bột khoai mì, với các thơng số của nước thải đầu vào như sau:
BOD = 273 mg/L, COD = 506 mg/L, N = 17,05 mg/L, p = 2,5 mg/L, ss = 119,5 mg/L.

Sau thời gian lưu là 7 ngày, hiệu suất xừ lý BOD đạt 82 %, hiệu suất COD, N, p, và ss

tương ứng đạt 87,93 %, 91 % và 71 %. Các chỉ tiêu đầu ra đều đạt quy chuẩn loại B
QCVN 24: 2009/BTNMT [6],

Các nghiên cúu nước ngoài
Rouf Ahmad Shah và cộng sự (2010) đã tiến hành thí nghiệm sử dụng lục bình để xử lý
nước thải dệt nhuộm (BOD đầu vào < 500 mg/L), hiệu suất xử lý chất rắn bay hơi (TDS)

đạt 38%, BOD 42 %, COD 38%, Nitơ tổng 30 %

1.4.

Co' sở lý thuyết của quá trình hấp phụ [3], [4]

1.4.1. Khái niệm:
Hấp phụ: Là một trong những kỳ thuật được áp dụng rộng rãi nhất để loại bỏ một số
chất ơ nhiễm hóa học ra khỏi nước.

Hấp phụ là q trình hút khí (hơi) hoặc lỏng trên bề mặt vật liệu xốp nhờ các lực bề mặt.

Be mặt phân cách pha có thê là: khí- lỏng, khí- rắn, lỏng- lỏng, lỏng- rắn.
Vật hấp phụ (adsorbent) là vật có bề mặt pha rắn hay lỏng thu hút và giữ ở bề mặt của

mình những chất bị hấp phụ (adsprbate) như: ion, nguyên tử, phân tử.

Đồng thời với q trình hấp phụ (adsoption) có thê xảy ra quá trình hấp thu (absorption)
là quá trình thu hút vào sâu bên trong thể tích chất hấp phụ.

6


Phân loại: Có hai loại hấp phụ chính là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học:

Hấp phụ vật lý: Chất bị hấp phụ tương tác với bề mặt hấp phụ bởi những lực vật lý (lục
Van der Waals) và khơng có sự trao đổi e- giữa hai chất này. Sự hấp phụ này ln kèm

theo một q trình ngược lại là sự phản hấp phụ.
Hấp phụ hóa học: Liên kết sè hình thành giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Bảng 1.3. So sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Hấp phụ vật lý

Loại liên kết

Hấp phụ hóa học

Tương tác vật lý khơng có Liên kết hóa học có sự trao
sự trao đổi electron.

đổi electron.

Nhiệt hấp phụ

Vài Kcal/mal.

Vài chục Kcal/mol.

Năng lượng hoạt hóa

Khơng quan trọng.

Quan trọng.

Khoảng nhiệt độ hấp phụ

Nhiệt độ thấp.

Ưu đãi ở nhiệt độ cao.

Số lóp hấp phụ

Nhiều lớp.

Một lớp.

Tính đặc thù

ít phụ thuộc vào bản chất Có tính đặc thù. Sự hấp phụ
của bề mặt, phụ thuộc vào chỉ diễn ra khi chất bị hấp
những điều kiện về nhiệt độ phụ có khả năng tạo liên kết

và áp suất.
Tính thuận nghịch

hóa học với chất hấp phụ.

Có tính thuận nghịch. Sự Thường bất thuận nghịch.
phản hấp phụ là xu hướng Quá trình giải hấp tương đối
phân bố đều đặn chất bị hấp khó vì sản phẩm giải hấp
phụ trở và mơi trường.

thường bị biến đối thành
phần hóa học.

7


1.4.2. Một sổ phương pháp tải sinh vật liệu hấp phụ [7]
- Phương pháp hóa lý: Có the thực hiện tại chồ, ngay trên cột hấp phụ nên tiết kiệm được
thời gian, không làm vờ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi được chât hấp phụ ở dạng
nguyên vẹn.

- Phương nháp nhiệt: Sử dụng cho các trường hợp hóa chất bị hấp phụ bay hơi hoặc sản
phâm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.

- Phương pháp vi sinh: Là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ
nhờ vi sinh vật.

1.4.3. Động học hấp phụ
Động học hấp phụ:

Là một bộ thông số quan trọng trong việc áp dụng các quá trình hấp phụ vào xử lý nước.
Nó dùng để dự đốn tốc độ tách chất ô nhiễm ra khỏi dung dịch nước. Tuy nhiên, các
tham số động học thực rất khó xác định vì quá trình hấp phụ rất phức tạp. Vì vậy, người
ta thường áp dụng các phương trình động học hình thức để xác định các hằng số tốc độ

biểu kiến.
Hấp phụ trong môi trường nước:

Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất nhiều
vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: Nước, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.

Hấp phụ trong môi trường nước thường có tốc độ chậm hơn so với hấp phụ trong pha khí.
Đó là do tương tác giữa chất bị hấp phụ với dung môi nước và với bề mặt chất hấp phụ

làm cho quá trình khuếch tán của các phân tử tan chậm.

Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bời pH của môi trường.

1.4.4. Biểu diễn sự hấp phụ
Sự hấp phụ được đánh giá qua các đại lượng biêu diễn hấp phụ:
Độ hấp phụ X là lượng chất bị hấp phụ (tính theo mol, mmol) trong một đơn vị diện tích

bề mặt vật hấp phụ.

8


Độ hấp phụ X là một hàm. Giản đồ hấp phụ được biểu (tính theo cm2), đó chính là hàm

lượng bề mặt cùa chất bị hấp phụ của nhiều thông số.

Hai thông số quan trọng là nhiệt độ và áp suất: X = f (P,T biểu diễn theo các đường đẳng
nhiệt (T = const), đẳng áp (P = const) và đăng lượng (x = const).

Đường đẳng nhiệt

9


CHƯƠNG II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu

2.1. Noi thực hiện

- Phịng thí nghiệm khoa Kỳ thuật Thực phẩm và Môi trường, trường Đại học Nguyền
Tất Thành.

- Viện Công nghệ Hóa Học quận 12, tp.HCM.
- Lấy mẫu lục bình tại cầu chợ An Phú Đông 10, quận 12, tp.HCM.

2.2. Dụng cụ, thiết bị, nguyên liệu và hóa chất
2.2.1. Dụng cụ:

- Chai nhựa (100 ml)

- 4 cốc nung
- 2 cốc thủy tinh (250 ml)
- Pipet ( 1 ml, 2 ml)
- 1 bóp cao su
- 1 cuvet thạch anh
- 1 bình định mức (500 ml)
- Erlen (250 ml)
- Bình tia
- Erlen 250ml
- Ống nhỏ giọt
- Muỗng
- Giấy cân, giấy lọc

2.2.2. Thiết bị:

- Tủ sấy
- Cân kỳ thuật điện tử (hãng Ohaus)
- Máy đo pH (hãng Mil)
- Tủ nung
- Máy đo quang phổ UV- VIS (hãng Dynamica - Anh)
- Máy lắc

10


2.2.3. Ngun liệu và hóa chất

- Ngun liệu: Lục bình nung ở 700°C.

- Hóa chất được sử dụng trong suốt q trình thực hiện khóa luận được tóm tắt qua bảng
2.1. Trong đó, tồn bộ nước cất được lấy từ máy chưng nước cất của khoa Kỳ thuật Thực

phẩm và Mơi trường.

Bảng 2.1. Các loại hóa chất được sử dụng trong khóa luận
STT

Tên hóa chất

Cơng thức hóa học

01

Axit clohydric

HC1

02

Natri hidroxit

NaOH

03

Oxytetracycline

C22H24N2O9

11


2.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Hình 2.1. Sơ đồ nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.4. Phương pháp phân tích
2.4.1. Phơ phản xạ khuếch tản tứ ngoại khả kiến (UY- VỈS)

Phuong pháp phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-VIS)

Dựa trên khả năng hấp thu chọn lọc các bức xạ (tử ngoại - khả kiến) chiểu vào dung dịch
của chất phân tích trong một dung mơi nhất định. Các bước sóng cực đại hấp thụ đặc
trưng cho từng chất, hoặc tỷ lệ độ hấp thụ giữa các bước sóng là cơ sở của việc phân tích

12


định tính. Độ hấp thụ các bức xạ phụ thuộc vào nồng độ của chất nghiên cứu trong dung

dịch cần đo, là cơ sở của phép phân tích định lượng.
Nguyên tắc: Khi một chùm tia đơn sắc, song song, có cường độ lo, chiếu thẳng góc lên
bề dày 1 của một môi trường hấp thụ, thỉ sau khi đi qua lóp chất hấp thụ này, cường độ

của nó giảm cịn I. Thực nghiệm cho thấy rằng sự liên hệ giữa lo và I được biểu diễn bởi
phương trình định luật hấp thụ bức xạ Lambert-Beer:

lg

ỵ+

••• = eic (2.1)

_
lo *
í
A ,A
/o.
Đại lượng Ig — được gọi là độ hâp thụ, kí hiệu là A (A = Ig
hoặc được gọi là mật độ
lo
, ị
quang, kí hiệu là D (D = A = Ig —), 1 (cm) là chiêu dày của lớp chât hâp thụ.

c (mol/1): Là nồng độ của chất hấp thụ.
e:

Là hệ số hấp thụ mol - đặc trưng cho cường độ hấp thụ của chất hấp thụ.

Phương trình (2.1) cho thấy độ hấp thụ A tỉ lệ thuận với chiều dày, nồng độ và hệ số hấp

thụ mol của chất hấp thụ. Đo độ hấp thụ A của dung dịch bằng một cuvet thạch anh ở các
bước sóng khác nhau ta được đường cong biểu diễn phổ hấp thụ của dung dịch.

Thực nghiệm: Trong luận văn này, phổ UV-Vis được đo ở bước sóng 357,2 nm bằng
cuvet thạch anh tại phịng quan trắc mơi trường, trường Đại học Nguyễn Tất Thành, quận

12.

2.4.2. Kỉnh hiển vi điện tử quét (SEM)

Phuong pháp hiển vi điện tử quét SEM :

Được sừ dụng đe nghiên cứu bề mặt của vật liệu, phương pháp này cho biết các thơng tin
về hình thái của bề mặt và kích thước hạt.

Nguyên tắc: Nguyên tắc cơ bản của phương pháp SEM là sử dụng chùm tia điện tử để
tạo ảnh mầu nghiên cứu. Ảnh đó đến màn huỳnh quang có thể đạt độ phóng đại theo yêu

cầu. Chùm tia điện tử được tạo ra từ catot (súng điện tử) qua 2 tụ quang điện tử sẽ được
hội tụ lên mầu nghiên cứu. Khi chùm điện tử đập vào mẫu nghiên cứu sẽ phát ra các
chùm điện tử phản xạ và điện tử truyền qua. Các điện tử phản xạ và truyền qua này được

13


đi qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đơi thành tín hiệu ánh sáng, tín hiệu được

khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mầu
cho một điêm tương ứng trên màn ảnh.

Kỹ thuật chuẩn bị mẫu để ghi ảnh SEM: Phân tán mầu bang ethanol, sấy khô, phủ một

lớp mầu lên giá đựng mầu, tiếp theo phủ một lớp vàng rất mỏng lên bề mặt mẫu.

Thực nghiệm: Trong luận văn này, phương pháp SEM sử dụng để xác định hình thái của
vật liệu được đo trên máy SEM tại viện Cơng nghệ Hóa Học, phường Thạnh Lộc, quận
12, tp.HCM.

2.4.3. Phô tản sac năng lượng tia X (EDS) [17]

Phổ tán sắc năng lượng tia X (phổ EDS):

Là một kỳ thuật phân tích dùng để phân tích thành phần hóa học của mầu ran dựa vào
việc ghi lại phô tia X phát ra từ mầu do tương tác với chùm điện tử có năng lượng cao
trong các kính hiển vi điện tử.

Ngun tắc: Mồi ngun tố hố học có một cấu trúc nguyên tử xác định tạo ra các phô

tia X đặc trưng riêng biệt cho nguyên tố đó. Để kích thích bức xạ đặc trưng tia X từ mầu,
một dịng năng lượng cao của các hạt tích điện như electron hay photon, hay chùm tia X
được chiếu vào mầu cần phân tích. Các nguyên tử trong mẫu này ở các trạng thái cơ bản

(chưa bị kích thích), các electron ở các mức năng lượng riêng biệt xoay quanh hạt nhân.

Khi dịng tia tới kích thích các electron ở lớp bên trong, đánh bật nó ra khỏi vỏ tạo thành
lồ trống, một electron từ lớp bên ngồi có năng lượng cao hơn nhảy vào, điền vào lồ
trống đó. Sự khác nhau năng lượng giữa lớp vỏ năng lượng cao và lớp vỏ năng lượng

thấp hơn tạo ra tia X. Cường độ của tia X phát ra từ mẫu có thể được đo bằng phổ kế tán
xạ năng lượng (energydispersive spectrometer). Từ chồ năng lượng tia X là đặc trưng cho

hiệu số năng lượng của hai lớp vỏ electron và đặc trưng cho cấu tạo của nguyên tổ phát

xạ ra tia X đó, nên cường độ của tia X này có thể dùng để đặc trưng định tính cũng như
định lượng các nguyên tố có trong mẫu. Theo định luật Mosley, tần số tia X phát ra là

đặc trưng đổi với nguyên tử của mồi chất có mặt trong chất rắn. Việc ghi nhận pho tia X

14


phát ra từ vật rắn sẽ cho thông tin về các nguyên tố hóa học có mặt trong mầu đồng thời
cho các thông tin về tỉ phần các nguyên to này.
f = V

= ^ộ(z - l)2 = (2.48 * 1015Hz)(z - l)2

(2.2)

Thực nghiệm: Trong luận văn này, phồ EDS được ghi trên máy đo EDS tại viện Cơng

nghệ Hóa Học, phường Thạnh Lộc, quận 12, tp.HCM.
2.4.4. Diện tích bề mặt và lồ xốp (BET) [8]

BET (Brunauer - Emmett - Teller): Là phương pháp đo hấp phụ - giải hấp phụ đẳng
nhiệt khí nitơ, được sử dụng rộng rãi nhất để xác định diện tích bề mặt vật liệu thơng qua
phương trình BET:

1
1
-P3
—
=
V(^-l) VmC

C— 1
VmC

_p .

+ O (2.3)
v
7

Trong đó:

p và po(atm) tương ứng là áp suất hơi và áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ ở nhiệt

độ T;
V (cm3) là thể tích chất bị hấp phụ ở áp suất tương đối p/po;

Vm (cm3) là thể tích lớp hấp phụ đơn phân tử trên toàn bộ bề mặt S;

c là hằng số liên quan đến cường độ tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Trong thực tế, đối với vật liệu mao quản trung bình đường đăng nhiệt hấp phụ và khử

hấp phụ không trùng nhau, mà thường thấy một vòng khuyết (hiện tượng trề) đặc trưng
cho hiện tượng ngưng tụ mao quản của vật liệu mao quản trung bình. Hình dạng của

đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ và vòng trề thể hiện những đặc điểm về bản
chất và hình dáng mao quản. Theo phân loại của IUPAC, có các loại đường đẳng nhiệt

hấp phụ - khử hấp phụ biểu diễn trên hình 2.2.

15


Đường đẳng nhiệt kiêu I trong hình tương ứng với vật liệu vi mao quản hoặc khơng có

mao quản. Kiêu II VÀ III là của vật liệu mao quản có mao.

Hình 2.2. Các đường đằng nhiệt hấp phụ - khử hấp phân loại của IACU

Phương pháp phân tích bề mặt BET: Hấp phụ BET được đo đạc ở viện Công nghệ Hóa
học, phường Thạnh Lộc, quận 12, tp.HCM.
2.4.5. Quang phổ hồng ngoại (FTIR)

Phổ hồng ngoại: Là một kỳ thuật được dùng để phân tích định tính sự có mặt của các

liên kết hừu cơ và vô cơ trong mầu vật liệu. Phân tích phổ hồng ngoại ta xác định vị trí
của các vân phổ, cường độ và hình dạng của vân phô. Khi chiếu ánh sang hồng ngoại

(400 - 4000 cm’1 ) qua mẫu đo, mầu đo sẽ hấp phụ chọn lọc một phần dần đến dao động
của các phân tử trong hợp chất.

Thực ngiệm: Trong luận văn này, mầu được đo phổ FTIR trên thiết bị phân tích phổ

hồng ngoại tại viện Cơng nghệ Hóa học, phường Thạnh Lộc, quận 12, tp.HCM.
2.4.6. Xây dựng đẳng nhiệt hấp phụ:
Qua một sổ nghiên cứu trước đã được thực hiện quá trình hấp phụ ion kim loại nặng trên

xỉ tro cho thấy cơ chế hấp phụ ion kim loại nặng lên xỉ tro thường phù hợp với các thuyết

Langmuir và Freundlich. Do đó luận văn này sử dụng 2 mơ hình phơ biến đê nghiên cứu

16