Phân tích đặc tính cấu trúc và bề mặt vật liệu nanosilica biến tính, zeolite và đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu để xử lý kháng sinh beta lactam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Lê Thị Mai Anh

PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH CẤU TRÚC VÀ BỀ MẶT VẬT LIỆU NANOSILICA BIẾN
TÍNH, ZEOLITE VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VẬT LIỆU ĐỂ XỬ LÝ
KHÁNG SINH BETA LACTAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Lê Thị Mai Anh

PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH CẤU TRÚC VÀ BỀ MẶT VẬT LIỆU NANOSILICA BIẾN
TÍNH, ZEOLITE VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VẬT LIỆU ĐỂ XỬ LÝ
KHÁNG SINH BETA LACTAM

Chun ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8440112.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phạm Tiến Đức

GS.TS. Lê Thanh Sơn

Hà Nội – 2020


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Tiến Đức là
ngƣời thầy đã giao đề tài, trực tiếp hƣớng dẫn và chỉ bảo, tạo mọi điều kiện thuận
lợi nhất giúp tôi hồn thành bài luận văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn GS.TS Lê Thanh Sơn, các thầy, cô trong bộ mơn
Hóa Phân tích nói riêng và khoa Hóa học nói chung đã dạy dỗ, chỉ bảo và động viên
tôi trong suốt thời gian tôi học tập và làm việc tại trƣờng Đại học Khoa học Tự
nhiên Hà Nội.
Tôi cũng cảm ơn các phịng thí nghiệm, các phịng ban chức năng khoa Hóa
học – trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong q
trình làm thí nghiệm.
Cuối cùng, tơi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, các anh chị bạn học viên,
các em sinh viên của Bộ mơn Hóa Phân tích đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và
giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện và hồn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 22 tháng 11 năm 2020
Học viên

Lê Thị Mai Anh

i


M

M CL C

MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 3
1.1. Giới thiệu về kháng sinh họ β–lactam.................................................................. 3
1.1.1. Giới thiệu chung họ kháng sinh β–lactam. ................................................... 3
1.1.2. Kháng sinh Amoxicillin ................................................................................ 3
1.2. Các phƣơng pháp phân tích kháng sinh họ β-lactam ........................................... 6
1.2.1. Phƣơng pháp phổ hấp thụ phân tử (UV–Vis) ............................................... 6
1.2.2. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại FT-IR ............................................................ 8
1.2.3. Các phƣơng pháp phân tích điện hóa............................................................ 8
1.2.4. Các phƣơng pháp sắc k lỏng ....................................................................... 9
1.2.5. Phƣơng pháp điện di mao quản .................................................................. 10
1.3. Một số phƣơng pháp xử l kháng sinh họ β-lactam trong nƣớc ........................ 11
1.3.1. Phƣơng pháp sinh học ................................................................................. 11
1.3.2. Phƣơng pháp oxi hóa tiên tiến .................................................................... 11
1.3.3. Phƣơng pháp hấp phụ ................................................................................. 13
1.4. Giới thiệu về vật liệu Silica ................................................................................ 17
1.5. Giới thiệu vật liệu CeO2 và vật liệu cấu trúc lõi vỏ CeO2@SiO2 ...................... 18
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................ 20
2.1. Đối tƣợng và mục tiêu nghiên cứu ..................................................................... 20
2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 20
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 21
2.3.1. Phƣơng pháp đánh giá vật liệu .................................................................... 21
2.3.2. Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis...................................... 22
2.3.3. Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nanosilica, nano CeO2 và vật liệu nano
CeO2@SiO2 ........................................................................................................... 24
2.4. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ........................................................... 26
2.4.1. Hóa chất ...................................................................................................... 26
2.4.2. Thiết bị ........................................................................................................ 26

ii


2.4.3. Pha chế hóa chất .......................................................................................... 27
2.5. Q trình xử l kháng sinh AMX ...................................................................... 28
CHUƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 29
3.1. Đặc trƣng của vật liệu nanosilica chế tạo từ vỏ trấu .......................................... 29
3.2. Đặc trƣng của vật liệu zeolite ............................................................................. 30
3.3. Đặc trƣng của vật liệu CeO2 và CeO2@SiO2 chế tạo từ vỏ trấu ........................ 32
3.4. Xây dựng quy trình phân tích kháng sinh Amoxicillin bằng phƣơng pháp quang
phổ UV-Vis .............................................................................................. 36
3.4.1. Chọn bƣớc sóng đo phổ .............................................................................. 36
3.4.2. Khảo sát khoảng tuyến tính ........................................................................ 37
3.4.3. Xây dựng đƣờng chuẩn ............................................................................... 37
3.4.4. Đánh giá phƣơng trình hồi quy của đƣờng chuẩn ...................................... 38
3.4.5. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lƣợng (LOQ) theo đƣờng
chuẩn ..................................................................................................................... 38
3.5. Xử l kháng sinh AMX bằng các vật liệu hấp phụ khác nhau........................... 39
3.6. Khảo sát điều kiện hấp phụ xử l kháng sinh AMX bằng CeO2@SiO2 ............ 40
3.6.1. Khảo sát thời gian hấp phụ ......................................................................... 40
3.6.2. Khảo sát ảnh hƣởng của pH ........................................................................ 41
3.6.3. Ảnh hƣởng của lƣợng chất hấp phụ tới hiệu suất xử l AMX ................... 43
3.6.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ muối nền KCl ........................................ 44
3.6.5. Hấp phụ đẳng nhiệt .................................................................................... 45
3.6.6. Động học hấp phụ ....................................................................................... 47
3.7. Cơ chế hấp phụ của AMX trên 48
3.7.1. Đánh giá sự thay đổi nhóm chức bề mặt bằng phổ hồng ngoại .................. 48
3.7.2. Đánh giá sự thay đổi điện tích bề mặt vật liệu hấp phụ bằng phƣơng pháp
đo thế zeta ............................................................................................................. 48
3.8. So sánh hiệu quả của CeO2@SiO2 và các vật liệu khác đ xử l AMX ............ 49

KẾT LUẬN ............................................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 53

iii


Tiếng Việt ................................................................................................................. 53
Tiếng Anh ................................................................................................................. 53
PH L C ................................................................................................................. 59

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Diện tích bề mặt và th tích mao quản của zeolite SSZ-13 ...................... 31
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát hiệu suất xử l AMX theo thời gian ............................ 40
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát hiệu suất xử l AMX ở các pH khác nhau .................... 42
Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của nền muối tới khả năng xử l AMX ................................. 44
Bảng 3.5. Các thông số của đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Amoxicillin (AMX) trên
CeO2@SiO2 ở các nồng độ KCl khác nhau áp dụng mơ hình Langmuir,
Freundlich và mơ hình hai bƣớc hấp phụ ................................................ 45
Bảng 3.6. Các thơng số mơ hình động học hấp phụ của AMX trên CeO2@SiO2 ... 47
Bảng 3.7. Dung lƣợng hấp phụ và hiệu suất xử l Amoxicillin sử dụng CeO2@SiO2
và các chất hấp thụ khác .......................................................................... 50

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của kháng sinh amoxicillin. ............................................ 4

Hình 1.2. Mơ phỏng cấu trúc của silica. ................................................................... 17
Hình 1.3. Các dạng liên kết của nhóm Si-O trên bề mặt silica ................................. 18
Hình 2.1. Ảnh chụp vỏ trấu (a), vỏ trấu nghiền thành bột (b) và vật liệu nanosilica
đƣợc chế tạo thành công từ vỏ trấu (c) .................................................... 25
Hình 2.2. Ảnh chụp vật liệu nano CeO2 chế tạo trong phịng thí nghiệm ............... 25
Hình 2.3. Ảnh chụp vật liệu CeO2@SiO2 đã chế tạo trong phịng thí nghiệm......... 26
Hình 3.1. Giản đồ XRD của vật liệu nanosilica chế tạo từ vỏ trấu ........................... 29
Hình 3.2. Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu nanosilica chế tạo từ vỏ trấu ............. 29
Hình 3.3. Ảnh SEM của vật liệu nanosilica chế tạo từ vỏ trấu ................................. 30
Hình 3.4. Giản đồ XRD của vật liệu SSZ-13 ............................................................ 30
Hình 3.5. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ N2 của SSZ-13 ở -196 ................................... 31
Hình 3.6. Hình ảnh SEM của mẫu SSZ-13 ............................................................... 32
Hình 3.7. Giản đồ XRD của vật liệu CeO2 (a) và CeO2@SiO2 (b)........................... 32
Hình 3.8. Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu CeO2 (a) và CeO2@SiO2 (b)............. 33
Hình 3.9. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ của N2 trên CeO2 (a) và
CeO2@SiO2 (b) ........................................................................................ 34
Hình 3.10. Ảnh SEM của CeO2 (a) và CeO2@SiO2 (b)............................................ 35
Hình 3.11. Thế ζ của vật liệu CeO2 và CeO2@SiO2 ở các giá trị pH khác nhau trong
nền điện phân KCl 1 mM......................................................................... 35
Hình 3.12. Phổ UV-Vis của kháng sinh AMX ........................................................ 36
Hình 3.13. Đồ thị khảo sát khoảng tuyến tính của kháng sinh AMX ....................... 37
Hình 3.14. Đƣờng chuẩn xác định AMX .................................................................. 38
Hình 3.15. Hiệu suất xử l

kháng sinh AMX bằng vật liệu SiO 2, CeO2 và

CeO2@SiO2 ............................................................................................. 39
Hình 3.16. Ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ tới khả năng xử lí kháng sinh AMX
sử dụng vật liệu CeO2@SiO2 ................................................................... 41

vi


Hình 3.17. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử l

AMX sử dụng vật liệu

CeO2@SiO2 ............................................................................................. 42
Hình 3.18. Ảnh hƣởng của lƣợng chất hấp phụ tới hiệu suất xử l AMX sử dụng
vật liệu 43
Hình 3.19. Ảnh hƣởng của nền muối KCl đến khả năng xử l

AMX .................... 44

Hình 3.20. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt của AMX trên CeO2@SiO2 ở các nồng độ
KCl khác nhau. Các đi m là thực nghiệm và các đƣờng đƣợc mơ tả bằng
mơ hình hai bƣớc hấp phụ ....................................................................... 46
Hình 3.21. Phổ FT-IR của CeO2@SiO2 sau khi hấp phụ AMX ............................... 48
Hình 3.22. Thế ζ của CeO2@SiO2 trƣớc và sau khi hấp phụ AMX ở pH 3 và 5 ...... 49
Hình 3.23. Hình ảnh minh họa sự hấp phụ AMX trên bề mặt CeO2@SiO2 ............. 49
Hình 3.24. Hiệu suất xử l kháng sinh AMX sử dụng vật liệu CeO2@SiO2 sau bốn
lần tái sử dụng……………………………………………………...…...51

vii


CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng việt

AMX

Amoxicillin

Kháng sinh Amoxicillin

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hoá

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

FT - IR

Fourier transform infrared

Phổ hồng ngoại biến đổi

spectroscopy

Fourier

LOD

Limit Of Detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit Of Quantity

Giới hạn định lƣợng

MWCNT

Multi-Walled Carbon

Ống nano carbon đa vách

Nanotube

ngăn

SD

Standard Deviation

Độ lệch chuẩn

SEM

Scanning Electron Microscope

Kính hi n vi điện tử quét

TEM

Transmission electron

Kính hi n vi điện tử truyền

microscopy

qua

UV – Vis

Ultraviolet Visble

Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis

XRD

X-ray Diffraction

Nhiễu xạ tia X

viii

MỞ ĐẦU
Nền cơng nghiệp hóa hiện đại hóa phát tri n đã làm nhu cầu về đời sống và
chăm sóc sức khỏe của con ngƣời đƣợc nâng cao. Ngành y dƣợc học trở thành một
trong những lĩnh vực nhận đƣợc sự quan tâm hàng đầu. Sự ra đời của kháng sinh đã
đánh dấu một kỷ nguyên mới của y học về điều trị các bệnh nhiễm khuẩn, đã cứu
sống hàng nhiều triệu ngƣời khỏi các bệnh nhiễm khuẩn nguy hi m. Kháng sinh còn
đƣợc sử dụng rộng rãi trong trồng trọt, chăn nuôi gia súc, gia cầm và thủy sản,…
Tuy nhiên, một trong những vấn đề cấp bách hiện nay là tồn dƣ chất kháng
sinh trong môi trƣờng nƣớc đang ở mức đáng báo động. Dƣ lƣợng kháng sinh gây ô
nhiễm môi trƣờng nƣớc nghiêm trọng. Ô nhiễm kháng sinh trong nguồn nƣớc là
mối hi m họa nghiêm trọng gây ra hiện tƣợng kháng thuốc kháng sinh. Các vi
khuẩn và vi sinh vật tiếp xúc lâu dài với các chất kháng sinh ở nồng độ thấp trong
môi trƣờng nƣớc sẽ phát tri n các chủng vi khuẩn kháng thuốc và duy trì các chủng
kháng thuốc. Hiện tƣợng kháng kháng sinh ngày càng gia tăng trong nhiều loài vi
khuẩn gây bệnh cho ngƣời, làm giới hạn khả năng điều trị nhiễm trùng, gây khó
khăn trong việc điều trị bệnh. Do đó, xử l nƣớc chứa dƣ lƣợng kháng sinh có ý
nghĩa rất quan trọng đối với môi trƣờng.
Amoxicillin (AMX) là kháng sinh thuộc họ β–lactam đƣợc sử dụng rất phổ
biến tại Việt Nam. Kháng sinh AMX hữu hiệu trong điều trị các bệnh nhiễm khuẩn
đƣờng hô hấp, nhiễm trùng da, nhiễm trùng đƣờng tiết niệu và nhiều loại bệnh khác.
Tuy nhiên do khả năng phân hủy sinh học kém nên AMX đƣợc phát hiện khơng chỉ
trong nƣớc thải mà cịn trong nƣớc mặt và một số môi trƣờng khác gây ra mối đe
dọa lớn đối với các sinh vật và sức khỏe của con ngƣời thông qua nƣớc uống hoặc
chuỗi thức ăn. Chính vì vậy, AMX là một trong số các kháng sinh bị kháng nhiều
nhất tại Việt Nam.
Hiện nay, nhiều phƣơng pháp đã đƣợc phát tri n đ xử l kháng sinh. Phƣơng
pháp phân hủy kháng sinh bằng quang xúc tác sử dụng vật liệu nano dƣới tác dụng
của tia tử ngoại (UV), phƣơng pháp oxi hoá tăng cƣờng sử dụng sắt hóa trị khơng
có kích thƣớc nano với H2O2, xử l bằng Fenton điện hóa, keo tụ và chiếu xạ tia
gamma,…đã đƣợc nghiên cứu đ loại bỏ AMX. Tuy nhiên, những phƣơng pháp này

có nhƣợc đi m nhƣ tiêu thụ năng lƣợng lớn, hiệu
1 quả xử l không cao và không

1


thân thiện với môi trƣờng. Phƣơng pháp hấp phụ xử l tồn dƣ kháng sinh trong môi
trƣờng nƣớc đã và đang thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong
và ngoài nƣớc. Silica (SiO2) và zeolite là các vật liệu hấp phụ phổ biến sử dụng
trong kĩ thuật mơi trƣờng và cơng nghệ hố học. Đ tăng khả năng xử l kháng
sinh, việc biến tính bề mặt vật liệu hoặc phủ các oxit kim loại hoạt hoá là cần thiết.
Oxit đất hiếm nhẹ ceri oxit (CeO2) là vật liệu có hiệu năng cao trong xúc tác và hấp
phụ. Nano CeO2 với diện tích bề mặt lớn đã đƣợc chế tạo và ứng dụng đ xử l
nhiều chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ. Tuy nhiên, một trong những hạn chế của vật
liệu CeO2 là giá thành cao so với các oxit kim loại thông thƣờng. Mặt khác vật liệu
SiO2 hay zeolite mang điện tích âm, diện tích bề mặt thấp nên xử l trực tiếp kháng
sinh mang điện tích âm khơng cao. Bởi vậy việc chế tạo vật liệu nano cấu trúc lõi
vỏ CeO2@SiO2 có hiệu quả cao, tiết kiệm chi phí do SiO2 có th dễ dàng chế tạo từ
phụ phẩm nông nghiệp nhƣ vỏ trấu. Đây là hƣớng nghiên cứu phù hợp đối với các
nƣớc đang phát tri n nhƣ Việt Nam khi sử dụng các nguồn nguyên liệu rẻ tiền hay
vật liệu hấp phụ tự nhiên.
Hấp phụ và xử l kháng sinh AMX trên vật liệu silica chế tạo từ vỏ trấu và
đƣợc phủ trên bề mặt CeO2 là một hƣớng nghiên cứu mới chƣa đƣợc cơng bố trong
và ngồi nƣớc. Trên cơ sở đó, luận văn tập trung nghiên cứu: “Phân tích đặc tính
cấu trúc và bề mặt vật liệu nanosilica biến tính, zeolite và đánh giá khả năng ứng
dụng vật liệu để xử lý kháng sinh beta lactam”.

2

2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về kháng sinh họ β–lactam
1.1.1. Giới thiệu chung họ kháng sinh β–lactam
Kháng sinh (antibiotics) là những chất kháng khuẩn (antibacterial substances) ,
đƣợc chiết xuất từ các vi sinh vật, nấm, đƣợc tổng hợp hoặc bán tổng hợp, có khả
năng tiêu diệt vi khuẩn hay kìm hãm sự phát tri n của vi khuẩn một cách đặc hiệu.
Kháng sinh có tác dụng lên vi khuẩn ở cấp độ phân tử, các vi khuẩn hay một phản
ứng trong quá trình phát tri n của vi khuẩn có tác dụng ức chế sự phát tri n của các
vi sinh vật khác.
Nhóm β–lactam là một trong những họ kháng sinh lớn nhất bao gồm các
kháng sinh có cấu trúc hóa học chứa vịng β–lactam gắn với các nhóm chức khác
nhau ở vị trí β. Khi vịng này liên kết với một cấu trúc vịng khác hình thành các
phân nhóm lớn tiếp theo: nhóm Penicillin, nhóm Cephalosporin, Monobactam,
Cacbapenem. Trong đó hai nhóm sử dụng phổ biến và lớn nhất là Penicillin và
Cephalosporin.
1.1.2. Kháng sinh Amoxicillin
Amoxicillin (AMX) là kháng sinh của nhóm Penicillin thuộc họ β–lactam, là
nhóm kháng sinh có cấu trúc phân tử chứa khung β–lactam. Amoxicillin đƣợc phát
hiện vào năm 1958, sử dụng vào năm 1972 và là loại kháng sinh đƣợc nằm trong
danh sách các loại thuốc thiết yếu của Tổ chức Y tế Thế giới, hay nhóm các loại
thuốc hiệu quả và an tồn nhất cần thiết trong một hệ thống y tế. Đây là một trong
những loại kháng sinh đƣợc kê toa phổ biến nhất ở trẻ em.
Amoxicillin dùng đ điều trị nhiễm khuẩn đƣờng hô hấp trên, đƣờng hô hấp
dƣới do liên cầu khuẩn, phế cầu khuẩn, tụ cầu khuẩn không tiết penicilinase và H.
Influenzae, nhiễm khuẩn đƣờng tiết niệu, đƣờng mật, nhiễm khuẩn da, cơ do liên
cầu khuẩn, tụ cầu khuẩn, E. coli nhạy cảm với AMX, bệnh lậu,...[3]
Các nhóm thuốc chứa AMX bao gồm thuốc trị k sinh trùng, chống nhiễm
khuẩn, kháng virus, kháng nấm.

3

3


Các biệt dƣợc chứa AMX bao gồm: Amoxicillin, Amitron, Amoxfap, Fleming
Infection, Euromox.
Tên danh pháp quốc tế (IUPAC) của AMX là: (2S,5R,6R)-6-{[(2R)-2-amino2-(4-hydroxiphenyl)- acetyl]amino}-3,3-dimethyl-7-oxo- 4-thia- azabicyclo [3.2.0]
heptane- 2-carboxilic axit [2]. Công thức phân tử của AMX là C16H19N3O5S. Khối
lƣợng phân tử: 365,4 g/mol. Công thức cấu tạo của AMX đƣợc chỉ ra ở Hình 1.1.

Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của kháng sinh amoxicillin
1.1.2.1. Phổ tác dụng
Amoxicillin là Aminopenicilin, bền trong môi trƣờng axit, có phổ tác dụng
rộng hơn benzylpenicilin, đặc biệt có tác dụng chống trực khuẩn Gram âm. Tƣơng
tự các Penicilin khác, AMX có tác dụng diệt khuẩn, do thuốc gắn vào một hoặc
nhiều protein gắn Penicillin của vi khuẩn đ ức chế sinh tổng hợp peptidoglycan, là
một thành phần quan trọng của thành tế bào vi khuẩn. Cuối cùng vi khuẩn tự phân
hủy do các enzym tự hủy của thành tế bào vi khuẩn (autolysin và murein hydrolase)
[3].
Amoxicillin là một kháng sinh dạng bán tổng hợp, có phổ kháng khuẩn rộng.
Kháng sinh AMX cũng nhƣ các aminopenicilin khác, có hoạt tính in vitro chống đa
số cầu khuẩn ƣa khí Gram dƣơng và Gram âm (trừ các chủng tạo penicilinase), một
số trực khuẩn ƣa khí và kỵ khí Gram dƣơng và một số xoắn khuẩn. Thuốc cũng có
hoạt tính in vitro chống một vài trực khuẩn ƣa khí và kỵ khí Gram âm, thuốc có tác
dụng chống Mycoplasma, Rickettsia, nấm và virut [3].
1.1.2.2. Dược động học

4

4


Amoxicilin bền vững trong môi trƣờng axit dịch vị. Hấp thu AMX không bị
ảnh hƣởng bởi thức ăn, AMX hấp thu nhanh và nhiều hơn qua đƣờng tiêu hóa so
với Ampicillin, khoảng 74 – 92% liều đơn sau khi uống đƣợc hấp thu. Khi uống
cùng liều lƣợng nhƣ Ampicilin, nồng độ đỉnh AMX trong huyết tƣơng cao hơn từ 2
- 2,5 lần.
Sau khi uống liều 250 mg hoặc 500 mg Amoxicillin 1 - 2 giờ, nồng độ đỉnh
AMX trong máu đạt lần lƣợt khoảng 3,5 - 5 g/ml hoặc 5,5 - 11 g/ml và nồng độ
thuốc trong huyết thanh giảm thấp hoặc không phát hiện đƣợc sau 6 - 8 giờ. Kháng
sinh AMX uống hay tiêm đều cho những nồng độ thuốc nhƣ nhau trong huyết
tƣơng. Nồng độ thuốc tối đa trong máu và diện tích dƣới đƣờng cong nồng độ - thời
gian tăng tuyến tính với mức tăng liều dùng.
Amoxicillin phân bố nhanh vào hầu hết các mô và dịch trong cơ th , trừ mô
não và dịch não tủy, nhƣng khi màng não bị viêm thì AMX lại khuếch tán vào dễ
dàng. Thuốc đi qua hàng rào nhau thai và lƣợng nhỏ phân bố trong sữa mẹ.
Amoxicillin đƣợc chuy n hóa một phần thành axit penicilloic khơng có hoạt
tính chống vi khuẩn. Ở ngƣời lớn với chức năng thận bình thƣờng, hệ số thanh thải
AMX huyết thanh là 283 ml/phút. Khoảng 43 - 80% liều uống AMX thải nguyên
dạng ra nƣớc ti u trong vòng 6 - 8 giờ, với 5 - 10% liều uống phân bố vào trong
mật. AMX bị loại bỏ khi thẩm phân máu, quá trình thẩm phân từ 4 -6 giờ sẽ loại bỏ
30 - 40% liều uống hoặc liều tiêm [3].
1.1.2.3. Tính chất vật lí – hóa học
Amoxicillin có dạng bột tinh th màu trắng, khó tan trong nƣớc và rất khó tan
trong Ethanol 96%, thực tế không tan trong dầu béo. Tan trong các dung dịch axit
loãng và dung dịch kiềm loãng do chứa đồng thời nhóm –COOH và –NH2, tan đƣợc
trong Metanol và dung môi hữu cơ phân cực vừa phải. Dạng axit ít tan trong nƣớc,
dạng muối natri hoặc kali dễ tan trong nƣớc. Dễ bị phân hủy nhanh ở độ ẩm cao và

nhiệt độ trên 37oC. Cực đại hấp thụ chủ yếu do nhân phenyl, tùy vào cấu trúc khác
làm dạng phổ thay đổi (đỉnh phụ và vai phổ dịch chuy n sang bƣớc sóng ngắn hoặc
dài do đó giảm độ hấp thụ quang) [2].

5

5


Amoxicillin có tính axit với nhóm –COOH có pKa lần lƣợt là 2,4 ; 7,4 và 9,6
tùy thuộc vào cấu trúc phân tử. Trong môi trƣờng axit hoặc kiềm mạnh bị tác dụng
phân cắt khung phân tử, mở vòng β–lactam làm kháng sinh mất tác dụng.
1.1.2.4. Tính chất quang học
Các β–lactam đều là những hợp chất khơng màu, có khả năng hấp thụ ánh
sáng trong vùng UV, cụ th nhóm Penicillin thì đa số các gốc R axyl hóa trên axit 6amino Penicillanic đều là vòng thơm nên cho phổ hấp thụ ở vùng UV.
Phổ hồng ngoại (IR) ở vùng 1600-1800 cm-1 có các đỉnh đặc trƣng với các
nhóm sau đây: nhóm lactam ở giữa 1760 và 1730 cm-1, nhóm chức amit ngoại
vịng giữa 1700 và 1650 cm-1, nhóm chức carbonyl ở khoảng 1600 cm-1[4].
1.1.2.5. Độc tính
Khi sử dụng Amoxicillin với một hàm lƣợng vƣợt mức cho phép hoặc do dị
ứng với thuốc, AMX lại có th gây ra một số ảnh hƣởng đối với sức khỏe nhƣ
choáng phản vệ, khó thở, trụy tim mạch, các bệnh ngồi da (mề đay, phát ban), các
triệu chứng tâm thần kinh, thận (đi ti u ra tinh th ) và rối loạn tiêu hóa [3].
1.2. Các phƣơng pháp phân tích kháng sinh họ β-lactam
1.2.1. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV–Vis)
Phổ hấp thụ quang phân tử UV-Vis là phổ đám, có các cực đại và cực ti u của
phổ nằm ở những vùng sóng nhất định tùy theo cấu trúc và các loại liên kết của
phân tử hay nhóm nguyên tử . Phổ chủ yếu nằm trong vùng sóng từ 190 – 900 nm
[8]. Đ đo đƣợc quang phổ UV-Vis, sử dụng thiết bị quang phổ UV-Vis giúp xác
định đƣợc khả năng hấp thụ ánh sáng của một vật chất bất kỳ.

Phƣơng pháp phân tích dựa trên tính chất quang học của chất cần phân tích
nhƣ khả năng hấp thụ quang, khả năng truyền qua của ánh sáng,... Phƣơng pháp đơn
giản, dễ tiến hành, thông dụng, ứng dụng nhiều khi xác định β–lactam, đặc biệt
trong dƣợc phẩm. Các β–lactam hấp thụ ánh sáng UV nhƣng không nhiều cực đại
hấp thụ. Chúng tạo thành phức chất với một số ion kim loại hoặc tham gia phản ứng
quang hóa giúp nâng cao độ nhạy.

6

6


Tác giả Mazaher Ahmadi và cộng sự đã công bố cơng trình về xác định AMX
bằng phƣơng pháp UV-Vis dựa trên sự hình thành một dẫn xuất azo có màu của
AMX. Khoảng tuyến tính 5,0 - 1000,0 ng/mL, LOD là 3,0 ng/mL [12].
Tác giả F- Belal và nhóm nghiên cứu xác định AMX và Ampicillin trong
thuốc uống bằng phƣơng pháp UV-Vis cải tiến. Phƣơng pháp cải tiến sự thủy phân
các kháng sinh với HCl 1M, NaOH 1M sau đó thêm PdCl2, KCl 2M. Dung dịch tạo
ra có màu vàng và đƣợc đo tại bƣớc sóng 335 nm. Khoảng tuyến tính từ 8 – 40
mg/L; LOD của AMX là 0,73 mg/L và của Ampicillin là 0,76 mg/L [24].
Trong một nghiên cứu khác, Al-Abachi và cộng sự đã xác định AMX trong
nƣớc và trong các chế phẩm dƣợc phẩm. Các phƣơng pháp dựa trên phản ứng của
AMX với N, N-đimetyl-p-phenylenediamine, kali hexacyanoferrat (III) trong mơi
trƣờng kiềm. Sản phẩm có màu xanh lam tan trong nƣớc đƣợc đo ở bƣớc sóng λmax
660 nm. Khoảng tuyến tính từ 2–40 và 10–700 g/mL, MDL là 0,637 và 4,90 g/mL
đối với mẫu nƣớc và chế phẩm dƣợc phẩm [13].
Tại Việt Nam, tác giả Trần Thúc Bình đã nghiên cứu phân tích AMX và
Clavulanic axit trong mẫu thuốc bằng phƣơng pháp UV-Vis kết hợp Chemometrics
. Khoảng tuyến tính của AMX là 6,40-33,6 µg/mL, Clavulanic axit là 0,20-8,5
µg/mL; độ thu hồi tốt đối với cả 2 chỉ tiêu phân tích trong phân tích mẫu thực tế:

AMX, Rev là 97,34 %; Clavulanic axit, Rev là 107,33%. Trong mẫu thuốc, AMX
với RSD là 2,04%, Clavulanic axit với RSD là 4,37% [1].
Tác giả Vũ Tùng Lâm đã xác định đồng thời kháng sinh AMX và Cloxacillin
bằng phƣơng pháp UV-Vis kết hợp đạo hàm phổ tỷ số phổ. Khoảng tuyến tính
AMX từ 60 mg/L đến 140 mg/L [7].
Phƣơng pháp UV-Vis có khả năng phân tích nhanh, chi phí thấp tuy nhiên độ
nhạy và độ chọn lọc không cao. Nếu không kết hợp với các phƣơng pháp khác hoặc
các thuật tốn thì phƣơng pháp UV-Vis chủ yếu chỉ dùng đ xác định riêng từng
chất kháng sinh trong nền mẫu không quá phức tạp. Trong các đối tƣợng mẫu có
nhiều yếu tố ảnh hƣởng hay chất tƣơng tự chất phân tích, việc xác định sẽ kém
chính xác. Ngồi ra, nhiều trƣờng hợp chất phân tích cần thủy phân hoặc dẫn xuất

7

7


mới phát hiện đƣợc cũng là sự hạn chế của phƣơng pháp này. Tuy nhiên, khi phân
tích các dung dịch mẫu trƣớc và sau khi hấp phụ kháng sinh đ đánh giá khả năng
xử lý thì phƣơng pháp UV-Vis có th đáp ứng do có th xác định nhanh trong
khoảng nồng độ cỡ mg/L.
1.2.2. Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR
Phƣơng pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) là một trong những kĩ
thuật phân tích kháng sinh hiệu quả khi khơng khơng địi hỏi xử l mẫu phức tạp.
Kháng sinh họ beta-lactam có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ
các bức xạ hồng ngoại, các phân tử kháng sinh dao động với nhiều tần số dao động
và xuất hiện dải phổ hấp thụ đặc trƣng. Các đám phổ khác nhau đặc trƣng cho các
nhóm và liên kết có trong phân tử.
Tác giả Mehmet Lütfi Yola đã xác định AMX trong trứng gà và huyết tƣơng
ngƣời bằng phƣơng pháp FT-IR sử dụng phép đo ellipsometry và đo góc tiếp xúc.

Khoảng tuyến tính và LOD lần lƣợt là 0,1–2,0 ng/mL và 0,022 ng/mL [49].
1.2.3. Các phương pháp phân tích điện hóa
Phƣơng pháp phân tích điện hóa có tính chọn lọc, cho phép xác định hàm
lƣợng chất cần phân tích với hàm lƣợng nhỏ và vết, có th phân tích trong thời gian
ngắn. Phƣơng pháp này có ƣu đi m là thuận tiện và chi phí thấp. Tuy nhiên, nhƣợc
đi m là tiêu hao năng lƣợng (điện năng) khá lớn và độ chọn lọc khơng cao khi phân
tích trực tiếp nên phƣơng pháp này không đƣợc sử dụng phổ khi phân tích kháng
sinh.
Daniela P.Santos và cộng sự đã sử dụng phƣơng pháp Von-ampe đ phân tích
AMX, phƣơng pháp đƣợc phát tri n sử dụng một điện cực cacbon thủy tinh biến
tính axit polyglutamic liên kết chéo với glutaraldehyde. Khoảng tuyến tính, độ nhạy
và LOD lần lƣợt là 2,0–25,0; 1,06 và 0,92 mol/L đối với AMX trong môi trƣờng
đệm Axetat 0,1 mol/L, pH 5,2, thời gian làm giàu 60s và thế đo +1,0 V [42].
Tác giả Ali Asghar Ensafi và cộng sự đã nghiên cứu thành cơng sensor điện
hóa sử dụng ống nano cacbon đa vách ngăn (MWCTs) - nano FeCr2O4 ứng dụng đ

8

8


phân tích AMX. Các hạt nano FeCr2O4 – MWCNTs tổng hợp đƣợc tối ƣu điều kiện
ở pH 7,5. Khoảng tuyến tính rộng từ 0,1–70,0 mol/L, LOD 0,05 mol/L [25].
1.2.4. Các phương pháp sắc ký l ng
Phƣơng pháp sắc kí lỏng tách các chất dựa trên sự phân bố khác nhau của
chúng giữa hai pha khơng trộn lẫn, trong đó pha động là một chất lỏng chảy qua pha
tĩnh chứa trong cột. Sắc k lỏng đƣợc tiến hành chủ yếu dựa trên cơ chế hấp phụ,
phân bố khối lƣợng, trao đổi ion, sàng lọc theo kích thƣớc hoặc tƣơng tác hóa học
lập th [2].
Tác giả Valentina Gamba đã xác định và định lƣợng Penicillin, AMX và

Ampicillin, trong thức ăn bằng phƣơng pháp sắc k lỏng. Các mẫu thức ăn sử dụng
nƣớc – axetonitril (75 : 25, v / v) và tạo dẫn xuất với dung dịch fomanđehit trong
môi trƣờng axit ở 100 ◦C trong 30 phút. Các dẫn xuất huỳnh quang đƣợc phân tích
bằng sắc k pha đảo trên cột C18-ODS (150 mm × 4,6 mm; 5 m). Trong khoảng
nồng độ 200 – 500 mg/kg, độ lặp lại dƣới 15% R.S.D. MDL đối với AMX và
Ampicillin là 3 và 5 mg/kg [26].
Phƣơng pháp sắc k lỏng hiệu năng cao (HPLC) là một phƣơng pháp tách và
định lƣợng các thành phần các chất trong hỗn hợp dựa trên ái lực khác nhau giữa
các chất với 2 pha luôn tiếp xúc nhƣng không hòa lẫn vào nhau: Pha tĩnh (trong cột
sắc k ) và pha động (dung môi rửa giải). Khi dung dịch của hỗn hợp các chất cần
phân tích đƣa vào cột tách, chúng sẽ đƣợc hấp phụ hoặc phân bố vào pha tĩnh tùy
thuộc vào bản chất của cột và của chất cần phân tích. Khi dung mơi pha động đƣợc
bơm vào cột tách thì tùy thuộc vào ái lực của các chất với hai pha, chúng sẽ di
chuy n qua cột với vận tốc khác nhau dẫn đến sự phân tách.
HPLC thƣờng đƣợc sử dụng đ phân tích kháng sinh do tính linh hoạt cao nhờ
cơ chế tách, pha động và pha tĩnh đa dạng, độ nhạy cao, hiệu suất tách tốt và tốn ít
thời gian cũng nhƣ tốn ít mẫu.
Tác giả Nguyễn Sao Mai đã xây dựng phƣơng pháp phân tích sắc k lỏng hiệu
năng cao – HPLC đ xác định đồng thời kháng sinh Norfloxacin và AMX trong
nƣớc thải sử dụng: Cột sắc k Nova-Pak C18, Detector DAD (Diode array) với

9

9


bƣớc sóng 228 nm (AMX) và 273 nm (Norfloxacin). AMX có khoảng tuyến tính từ
0,05–1,5 mg/L, LOD 0,03 mg/L, LOQ 0,1 mg/L, hiệu suất thu hồi cao 98,1–102,2
% [9].
Trong một nghiên cứu khác, E.Benito – Pena và các cộng sự đã sử dụng

phƣơng pháp HPLC với detector UV đ phân tích đồng thời các kháng sinh β
(Penicilin G, AMX, Ampicillin, Penicilin V, Oxacilin, Cloxacillin, Dicloxacillin và
Nafcillin) có trong nƣớc thải. Các Penicillin đã đƣợc tách ra bằng cột LUNA C18
(150mm x 4,6mm, 5µm), rửa giải gradient với pha động gồm các axit trifuoroacetic,
nƣớc và acetonitril tại bƣớc sóng 220nm. Hiệu suất thu hồi đạt trong khoẳng 8297% (RSD 2-9%) cho tất cả các kháng sinh trừ AMX (52%, RSD), LOD trong
khoảng 8-24 mg/L [22].
Tác giả J.M.Cha và các cộng sự cũng đã dùng phƣơng pháp HPLC với
detector MS đ xác định lƣợng vết của thuốc kháng sinh β-lactam trong mẫu nƣớc
tự nhiên và nƣớc thải. Mẫu nƣớc đƣợc làm giàu bằng chiết pha rắn sử dụng cột
Xterra MS C18 (2,1mm x 50mm, 2,5 µm), pha động gồm axit focmic, metanol và
acetonitil. Các chất phân tích bao gồm AMX, Ampicillin, Oxacillin, Cloxacillin và
Cephalospinrin. Hiệu suất thu hồi trung bình trong các mẫu thƣờng trên 75% (trừ
AMX) với độ lệch chuẩn thấp hơn 10% trong các mẫu nƣớc. Hiệu suất thu hồi
AMX kém (dƣới 40%). LOD đƣợc ƣớc tính khoảng từ 8-10mg/L với nƣớc bề mặt,
13-18 mg/L với nƣớc thải xử l và 8-15 mg/L nƣớc thải sau xử l của một nhà máy
xử l nƣớc thải [36].
1.2.5. Phương pháp điện di mao quản
Phƣơng pháp điện di mao quản (Capillary Electropherosis-CE) là phƣơng
pháp tách các chất dựa vào sự khác nhau về tốc độ chuy n động của chúng dƣới tác
dụng của lực điện trƣờng trong một mao quản hẹp.
Biyang Deng và cộng sự đã sử dụng CE với Detector quang điện hóa xác định
AMX trong nƣớc ti u ngƣời, giới hạn xác định thấp 0,31µg/l, khoảng tuyến tính
rộng 1-8 µg/l, độ thu hồi cao 95,77%, độ lệch chuẩn tƣơng đối không lớn hơn 2,2%
và thời gian phân tích ngắn 6 phút/mẫu [20].

1
0
10

M.I.Bailon-Perez và cộng sự sử dụng phƣơng pháp điện di mao quản vùng
(CZE) và detector DAD, pha động dùng hệ đệm tris 175 mM pH=8 và 20% (v/v)
Ethanol, sử dụng kỹ thuật chiết pha rắn làm sạch và làm giàu mẫu ứng dụng phân
tích đồng thời Ampicillin, Amoxicillin, Cloxacillin, Oxacillin, Pencillin trong nền
mẫu nƣớc (nƣớc sông, nƣớc thải…). LOD tƣơng ứng 0,8; 0,8; 0,30; 0,30; 0,9 µg/l
cùng độ thu hồi đạt 94-99% với độ lệch chuẩn tƣơng đối thấp hơn 10% [17].
1.3. Một số phƣơng pháp xử lý kháng sinh họ β-lactam trong nƣớc
1.3.1. Phương pháp sinh học
- Phƣơng pháp xử l yếm khí: Q trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ là
q trình sinh hóa phức tạp tạo ra rất nhiều sản phẩm trung gian và phản ứng trung
gian. Tuy nhiên phƣơng trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí có th bi u
diễn đơn giản nhƣ sau:
Vi sinh vật + Chất hữu cơ

CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới

- Phƣơng pháp xử l hiếu khí: Các q trình xử l sinh học bằng phƣơng pháp
hiếu khí trong b xử l nƣớc thải có th xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo.
Trong các cơng trình xử l nhân tạo, cần tạo ra điều kiện tối ƣu cho q trình oxi
hóa sinh hóa nên q trình xử l có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều.
1.3.2. Phương pháp oxi hóa tiên tiến
Nƣớc thải ngành dƣợc có các hợp chất khó bị tác động bởi phƣơng pháp xử l
thông thƣờng. Tuy nhiên, hầu hết các chất này có th đƣợc xử l bằng phƣơng pháp
oxi hóa tiên tiến (advanced oxidation). Mục đích của oxi hóa tiên tiến là tạo ra gốc
hydroxyl tự do (OH*), một tác nhân oxi hóa mạnh dễ phản ứng phá hủy hầu hết
chất hữu cơ trong nƣớc. Dƣới đây là một số phƣơng pháp đã đƣợc nghiên cứu và sử
dụng kĩ thuật oxi hoá tiên tiến:
* Xử l bằng tác nhân O3/H2O2: Q trình oxi hóa của ozon với sự có mặt của
hydropeoxit (O3/H2O2) đƣợc gọi là quá trình peroxon hoặc perozon, q trình
peroxon thực hiện sự oxi hóa chất ơ nhiễm chủ yếu là gián tiếp thông qua gốc

hydroxyl đƣợc tạo ra từ ozon. Quá trình peroxon đƣợc sử dụng rất phổ biến và phát
tri n mạnh nhiều năm gần đây đ xử l những 1hữ cơ khó bị oxi hóa trong nƣớc

1
11


uống và nƣớc thải. Tuy vậy, phƣơng pháp này thƣờng đƣợc dừng lại ở mức độ phân
hủy, nhằm chuy n hóa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành những chất
hữu cơ có khả năng dễ bị phân hủy sinh học, làm cải thiện tỷ số BOD/COD trong
nƣớc thải theo chiều thuận lợi đ thực hiện quá trình sử l sinh học.
* Phƣơng pháp Fenton:
Gồm 4 giai đoạn:
+ Điều chỉnh pH: Sử dụng các chất xúc tác nhƣ cát có chứa sắt, hoặc sắt trên
chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính, Fe/Zeolit... pH thích hợp vùng axit.
+ Phản ứng oxi hóa: Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hình thành gốc
OH* hoạt tính và phản ứng oxi hóa chất hữu cơ.
Fe2+

+

Fe3+ + *OH + OH–

H2 O2

Chất hữu cơ A + HO*

Chất hữu cơ B + CO2 + H2O + OH– (MA > MB)

+ Trung hòa và keo tụ: Sau khi xảy ra quá trình oxi hóa cần nâng pH dung

dịch lên > 7 đ thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành:
Fe3+

+

3OH –

Fe(OH)3

Kết tủa mới hình thành sẽ đƣợc thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp phụ
một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử.
+ Q trình sa lắng: Các bơng keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống làm giảm
COD, màu, mùi trong nƣớc thải. Sau q trình lắng các chất hữu cơ cịn lại (nếu có)
trong nƣớc thải chủ yếu là các chất hữu cơ có khối lƣợng phân tử thấp sẽ đƣợc xử l
bổ sung bằng phƣơng pháp sinh học hoặc bằng các phƣơng pháp khác.
* Phƣơng pháp quang xúc tác: Quang xúc tác là q trình kích thích các phản
ứng quang hoá bằng chất xúc tác dựa trên nguyên tắc: Chất xúc tác quang (CAT)
nhận năng lƣợng ánh sáng thích hợp sẽ chuy n sang dạng hoạt chất *CAT, sau đó
*CAT sẽ chuy n năng lƣợng sang cho chất thải và chất thải sẽ bị biến đổi sang dạng
mong muốn.
Một số chất bán dẫn thƣờng đƣợc sử dụng làm chất quang xúc tác trong đó có
kẽm oxit ZnO, titan đioxit TiO2, kẽm tianat Zn2TiO2,...

1
2
12


1.3.3. Phương pháp hấp phụ
Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc ứng dụng phổ biến trong việc làm sạch nƣớc bị ô

nhiễm. Đa phần nƣớc ô nhiễm chứa nhiều chất hữu cơ phát sinh từ nƣớc thải sinh
hoạt, nƣớc thải sản xuất,...mà các phƣơng pháp khác khơng th xử lí triệt đ . Ƣu
đi m phƣơng pháp này còn ở chỗ giá thành xử lí thấp, hiệu suất xử lí cao.
1.3.3.1. Cơ sở lý thuyết quá trình hấp phụ
a. Bản chất của q trình hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy vật chất lên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng –
rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất
hấp phụ, chất đƣợc tích lũy trên bề mặt gọi là chất bị hấp phụ. Trong một số trƣờng
hợp, chất bị hấp phụ có th

xuyên qua lớp bề mặt và đi vào th tích của chất hấp

phụ, hiện tƣợng này gọi là sự hấp phụ.
Ngƣợc với quá trình hấp phụ, q trình giải phóng của chất bị hấp phụ khỏi
lớp bề mặt gọi là quá trình giải hấp [10].
b. Phân loại hấp phụ
Tùy theo bản chất của lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, chia
thành hai loại hấp phụ vật l và hấp phụ hóa học.
+ Hấp phụ vật l : gây ra bởi lực Van der walls (tƣơng tác yếu).
+ Hấp phụ hóa học: gây ra bởi lực liên kết hóa học (tƣơng tác mạnh).
Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật l và hấp phụ hóa học chỉ là tƣơng đối
vì ranh giới giữa chúng khơng thật sự rõ rệt do một số trƣờng hợp rất khó phân biệt
sự xê dịch của mật độ electron trong hấp phụ vật l và sự dùng chung electron trong
hấp phụ hóa học. Đ phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, một số tiêu chuẩn
đƣa ra nhƣ sau:
+ Nhiệt hấp phụ: Hấp phụ vật l , lƣợng nhiệt tỏa ra là 2- 6 kcal/mol. Nhiệt hấp
phụ hóa học ít khi nhỏ hơn 22 kcal/mol
+ Tốc độ hấp phụ: Hấp phụ vật l khơng địi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy
ra nhanh, ngƣợc lại hấp phụ hóa học xảy ra chậm hơn.

1
3
13


+ Nhiệt độ hấp phụ: Hấp phụ vật l thƣờng xảy ra ở nhiệt độ thấp (gần nhiệt
độ sôi của chất bị hấp phụ), trong khi hấp phụ hóa học xảy ra ở nhiệt độ cao hơn
nhiệt độ sơi.
+ Tính đặc thù: Hấp phụ vật l ít phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt cịn
hấp phụ hóa học địi hỏi phải có ái lực hóa học giữa bề mặt và chất hấp phụ, do đó
hấp phụ hóa học mang tính đặc thù rõ rệt [5].
c. Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
+ Phƣơng trình Freundlich là phƣơng trình thực nghiệm áp dụng cho sự hấp
phụ khí hoặc chất tan trên bề mặt chất hấp phụ rắn.

1
n
Qe = K Ce
f

(1.1)

Logarit hai vế của phƣơng trình trên ta đƣợc phƣơng trình bậc nhất có dạng:
y= ax+b

logQe = logK f +

1
logCe
n

(1.2)

Trong đó:
Q: độ hấp phụ riêng, số gam chất bị hấp phụ trên 1g chất hấp phụ (mg/g).
Kf, n: là hệ số thực nghiệm với n > 1.
+ Phƣơng trình hấp phụ Langmuir:

Ce
Ce
1
=
+
qe
K.q max
q max

(1.3)

Trong đó:
qe: Độ hấp phụ riêng, là số mg chất bị hấp phụ trên 1gam chất hấp phụ ở thời
đi m cân bằng (mg/g)
qmax: Dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g).
Ce: Nồng độ chất bị hấp phụ tại thời đi m cân bằng (mg/l).
K: Hằng số Langmuir
Nếu đặt a =

1
q max

và b =

1
Kq max

thì phƣơng trình trên có dạng y = ax + b.

1
4
14


Từ thực nghiệm có th tính hằng số K và dung tích hấp thụ cực đại qmax.
d. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt
chất rắn
+ Ảnh hƣởng của dung môi: Hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh,
chất tan hấp phụ càng mạnh thì dung mơi hấp phụ càng yếu và ngƣợc lại. Chất hoạt
động bề mặt là chất có sức căng bề mặt nhỏ nên dung mơi có bề mặt càng lớn thì
chất tan càng dễ hấp phụ. Vì vậy, đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch thì dung
mơi nƣớc sẽ tốt hơn so với dung môi hữu cơ.
+ Ảnh hƣởng của chất hấp phụ và bị hấp phụ: Các chất phân cực dễ hấp phụ
trên bề mặt phân cực, cịn chất khơng phân cực lại dễ hấp phụ trên bề mặt không
phân cực. Độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật
liệu. Khi giảm kích thƣớc mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ trong
dung dịch thƣờng tăng lên nhƣng chỉ trong chừng mực kích thƣớc mao quản khơng
cản trở sự đi vào của chất bị hấp phụ. Nếu kích thƣớc mao quản bé hơn kích thƣớc
phân tử bị hấp phụ thì sự hấp phụ bị cản trở. Với hấp phụ bề mặt, dung lƣợng hấp
phụ phụ thuộc nhiều vào diện tích bề mặt vật liệu hấp phụ. Diện tích bề mặt càng
lớn thì phần tiếp xúc giữa chất tan và chất hấp phụ càng lớn, chất tan lƣu lại trên bề
mặt càng nhiều.

+ Ảnh hƣởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, sự hấp phụ trong dung dịch
giảm, nhƣng ở mức độ thấp hơn so với hấp phụ khí. Tuy nhiên, đối với cấu tử hòa
tan hạn chế mà khi tăng nhiệt độ độ tan tăng lên thì khả năng hấp phụ cũng có th
tăng lên, vì nồng độ của nó trong dung dịch đƣợc tăng lên [10].
1.3.3.2. Lý thuyết mơ hình 2 bước hấp phụ
Mơ hình 2 bƣớc hấp phụ đƣợc thiết lập từ quá trình hấp phụ xảy ra theo 2 giai
đoạn. Sự hấp phụ có th xảy ra trên bề mặt chất hấp phụ rắn và chất bị hấp phụ dạng
lỏng.
Phƣơng trình hấp phụ cơ bản có dạng:

1
5
15