Luận án: Ứng dụng hệ oxy hóa Fe(0) và UV xử lý kháng sinh trong nước
Nghiên cứu ứng dụng Fe0/UV xử lý kháng sinh trong nước. Luận án tiến sĩ phân tích hiệu quả hệ oxi hóa đa thành phần.
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
155
Thời gian đọc
24 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Ô nhiễm Kháng sinh và nhu cầu Xử lý nước hiệu quả
- Số trang:
- 155 trang
- Trường:
- Học viện Khoa học và Công nghệ
- Chuyên ngành:
- Kỹ thuật Môi trường
- Tác giả:
- Nguyễn Thanh Hòa
- Năm:
- 2022
Tóm tắt nội dung luận án
I. Ô nhiễm Kháng sinh và nhu cầu Xử lý nước hiệu quả
Ô nhiễm kháng sinh trong nước trở thành vấn đề môi trường toàn cầu. Nhiều loại kháng sinh phát hiện trong nước thải, nước mặt và thậm chí nước uống. Kháng sinh như Ciprofloxacin (CIP) và Amoxicillin (AMO) được sử dụng rộng rãi. Chúng thải ra môi trường qua nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Sự hiện diện của chúng gây lo ngại lớn. Ô nhiễm kháng sinh đe dọa sức khỏe con người và hệ sinh thái. Cần có giải pháp xử lý hiệu quả. Kháng sinh trong nước thải gây ra nhiều tác động tiêu cực. Chúng góp phần vào sự phát triển kháng thuốc của vi khuẩn. Đây là mối đe dọa nghiêm trọng đối với y tế công cộng. Kháng sinh cũng ảnh hưởng đến các sinh vật thủy sinh. Chúng có thể gây rối loạn hệ sinh thái nước. Việc thải bỏ không đúng cách làm tăng mức độ ô nhiễm. Do đó, cần có các phương pháp tiên tiến để loại bỏ chúng. Nhu cầu về công nghệ xử lý nước hiệu quả ngày càng cao. Các phương pháp truyền thống không đủ loại bỏ kháng sinh hoàn toàn. Cần phát triển các công nghệ mới. Mục tiêu là xử lý kháng sinh trong nước đạt hiệu suất cao. Công nghệ xử lý nước phải đảm bảo an toàn cho môi trường. Nghiên cứu tập trung vào các quy trình oxy hóa nâng cao (AOPs). AOPs cung cấp giải pháp tiềm năng cho vấn đề này.
1.1. Thực trạng Ô nhiễm kháng sinh trong môi trường nước
Ô nhiễm kháng sinh trong nước là một thách thức môi trường. Nhiều loại kháng sinh, như Ciprofloxacin và Amoxicillin, tồn tại trong các nguồn nước. Chúng đến từ nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Kháng sinh trong nước gây rủi ro đáng kể. Chúng ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Chúng cũng tác động tiêu cực đến hệ sinh thái thủy sinh. Việc giám sát và xử lý ô nhiễm kháng sinh là cần thiết.
1.2. Hậu quả của Kháng sinh trong nước thải
Kháng sinh trong nước thải thúc đẩy sự kháng thuốc của vi khuẩn. Điều này làm giảm hiệu quả của các loại thuốc kháng sinh. Nó tạo ra mối đe dọa toàn cầu đối với y tế. Kháng sinh cũng độc hại đối với các sinh vật dưới nước. Chúng phá vỡ cân bằng sinh thái. Sự tích tụ kháng sinh trong chuỗi thức ăn cũng là một mối lo ngại. Cần có các biện pháp xử lý nước thải hiệu quả để giảm thiểu những tác động này.
1.3. Nhu cầu cấp bách về Công nghệ xử lý nước
Công nghệ xử lý nước truyền thống thường không loại bỏ được kháng sinh. Nhu cầu về các phương pháp xử lý mới ngày càng tăng. Các công nghệ mới cần phải hiệu quả và bền vững. Mục tiêu là loại bỏ hoàn toàn kháng sinh khỏi nước. Quy trình oxy hóa nâng cao (AOPs) là một lựa chọn đầy hứa hẹn. AOPs cung cấp khả năng phân hủy triệt để các chất ô nhiễm. Chúng là giải pháp tiềm năng cho vấn đề ô nhiễm kháng sinh.
II. Công nghệ Oxy hóa nâng cao AOPs loại bỏ Kháng sinh
Quy trình oxy hóa nâng cao (AOPs) là nhóm công nghệ xử lý nước tiên tiến. AOPs tạo ra các gốc tự do mạnh. Các gốc này có khả năng oxy hóa cao. Chúng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy. Hydroxyl (HO•) và sulfat (SO4•-) là những gốc tự do chính. AOPs đã chứng minh hiệu quả trong việc loại bỏ nhiều loại kháng sinh. Công nghệ này có tiềm năng lớn trong xử lý nước thải. Hydrogen peroxide (H2O2) và persulfate (S2O82-) là các tác nhân oxy hóa phổ biến trong AOPs. Chúng cần được hoạt hóa để tạo ra gốc tự do. Hoạt hóa bằng kim loại, nhiệt hoặc UV. H2O2 tạo ra gốc hydroxyl. Persulfate tạo ra gốc sulfat. Các gốc này tấn công cấu trúc phân tử kháng sinh. Chúng phá vỡ các liên kết hóa học. Quá trình này dẫn đến phân hủy hoàn toàn kháng sinh. Tối ưu hóa các hệ AOPs là rất quan trọng. Mục tiêu là đạt hiệu quả xử lý cao nhất. Điều này bao gồm việc lựa chọn tác nhân oxy hóa. Cần xác định nồng độ tối ưu. Các yếu tố như pH, nhiệt độ cũng ảnh hưởng. Việc kết hợp nhiều thành phần có thể tăng cường hiệu quả. Ví dụ, kết hợp H2O2, persulfate và Fe(0)/UV. Nghiên cứu này khám phá các hệ đa thành phần. Chúng nhằm cải thiện khả năng loại bỏ kháng sinh trong nước.
2.1. Giới thiệu về Quy trình oxy hóa nâng cao AOPs
Quy trình oxy hóa nâng cao (AOPs) là phương pháp xử lý nước hiệu quả. AOPs tạo ra các gốc tự do mạnh. Các gốc này như hydroxyl (HO•) và sulfat (SO4•-). Chúng có khả năng oxy hóa cao. AOPs phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ. Chúng đặc biệt hiệu quả với các hợp chất khó phân hủy. Công nghệ này đang được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Mục tiêu là loại bỏ các vi ô nhiễm, bao gồm kháng sinh trong nước.
2.2. Vai trò của H2O2 và Persulfate trong AOPs
Hydrogen peroxide (H2O2) và persulfate (S2O82-) là các tác nhân oxy hóa chính. Chúng cần được hoạt hóa để tạo ra gốc tự do. Quá trình hoạt hóa có thể dùng Fe(0), UV hoặc nhiệt. H2O2 tạo gốc hydroxyl. Persulfate tạo gốc sulfat. Các gốc này có tính oxy hóa mạnh. Chúng phá hủy cấu trúc phân tử kháng sinh. Việc lựa chọn và tối ưu hóa nồng độ tác nhân là quan trọng.
2.3. Tối ưu hóa AOPs cho Xử lý nước
Tối ưu hóa các hệ AOPs là cần thiết để đạt hiệu quả cao. Điều này bao gồm việc điều chỉnh pH và nồng độ hóa chất. Kết hợp nhiều tác nhân có thể cải thiện hiệu suất. Ví dụ, hệ oxy hóa Fe(0) kết hợp với UV. Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng là quan trọng. Mục tiêu là phát triển các hệ thống xử lý kháng sinh hiệu quả. AOPs cung cấp giải pháp mạnh mẽ cho Công nghệ xử lý nước.
III. Hệ Oxy hóa Fe 0 UV Cơ chế xử lý Kháng sinh
Sắt không hóa trị (Fe(0)), hay Zero-Valent Iron (ZVI), là chất khử mạnh. Fe(0) được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Nó có khả năng hoạt hóa các tác nhân oxy hóa. Fe(0) phản ứng với H2O2 hoặc persulfate. Phản ứng này tạo ra các gốc tự do có tính oxy hóa cao. Cơ chế hoạt động của Fe(0) bao gồm cả quá trình khử và oxy hóa. Fe(0) là vật liệu thân thiện với môi trường. Fe(0) còn có khả năng hấp phụ. Fe(0) là thành phần then chốt trong nhiều hệ AOPs. Chiếu xạ UV (UltraViolet) là phương pháp vật lý trong xử lý nước. UV có khả năng phân hủy trực tiếp một số chất ô nhiễm. Nó cũng có thể hoạt hóa các tác nhân hóa học. UV phân hủy H2O2 và persulfate. Quá trình này tạo ra các gốc tự do mạnh mẽ. Khi kết hợp với các hóa chất, UV tăng cường hiệu quả oxy hóa. Đây gọi là quang phân tăng cường. Chiếu xạ UV bổ sung năng lượng cho hệ thống. Nó thúc đẩy quá trình oxy hóa kháng sinh. Hệ Fe(0)/UV kết hợp ưu điểm của cả hai công nghệ. Fe(0) hoạt hóa H2O2 hoặc persulfate. UV tăng cường quá trình này. UV có thể tái tạo Fe(II) từ Fe(III). Điều này duy trì hoạt tính của Fe(0). Hệ Fe(0)/UV tạo ra nhiều gốc hydroxyl và sulfat hơn. Các gốc này tấn công kháng sinh Ciprofloxacin và Amoxicillin. Chúng phá hủy cấu trúc phân tử kháng sinh. Quá trình oxy hóa Fe(0) và quang phân UV phối hợp. Điều này giúp loại bỏ kháng sinh hiệu quả hơn. Hệ này là một quy trình oxy hóa nâng cao mạnh mẽ.
3.1. Sắt không hóa trị Fe 0 trong AOPs
Sắt không hóa trị (Fe(0)) là một vật liệu phản ứng mạnh. Fe(0) hoạt hóa hiệu quả H2O2 và persulfate. Nó tạo ra các gốc hydroxyl và sulfat. Các gốc này có khả năng oxy hóa cao. Fe(0) đóng vai trò chất xúc tác. Nó thúc đẩy quá trình phân hủy chất ô nhiễm. Sắt không hóa trị là một thành phần quan trọng. Nó được sử dụng trong Quy trình oxy hóa nâng cao (AOPs) để xử lý kháng sinh trong nước.
3.2. Vai trò của Chiếu xạ UV trong quang phân
Chiếu xạ UV là công nghệ xử lý nước được sử dụng rộng rãi. UV trực tiếp phân hủy các chất ô nhiễm. Nó cũng hoạt hóa các tác nhân oxy hóa. UV phân hủy H2O2 và persulfate. Quá trình này tạo ra các gốc tự do mạnh mẽ. Quang phân UV tăng cường hiệu quả của các hệ oxy hóa. Nó cung cấp năng lượng cần thiết cho các phản ứng hóa học. UV là yếu tố quan trọng trong Hệ Fe(0)/UV.
3.3. Cơ chế hoạt động của Hệ Fe 0 UV
Hệ Fe(0)/UV tận dụng sức mạnh tổng hợp. Fe(0) hoạt hóa H2O2 và persulfate. UV tăng cường quá trình này. UV tái tạo Fe(II). Điều này duy trì hiệu quả xúc tác của Fe(0). Hệ thống tạo ra nhiều gốc hydroxyl và sulfat. Các gốc này tấn công mạnh mẽ kháng sinh. Cơ chế oxy hóa Fe(0) và quang phân UV phối hợp. Điều này giúp loại bỏ Kháng sinh trong nước đạt hiệu suất cao.
IV. Nghiên cứu Thực nghiệm và Phương pháp phân tích
Đối tượng nghiên cứu là hai loại kháng sinh phổ biến: Ciprofloxacin (CIP) và Amoxicillin (AMO). Các kháng sinh này thường xuyên được tìm thấy trong môi trường nước. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khả năng xử lý chúng. Nghiên cứu đánh giá các hệ oxy hóa đa thành phần. Các hệ này hoạt hóa bởi Fe(0) và UV. Mục tiêu là xác định hiệu quả phân hủy kháng sinh. Nghiên cứu sử dụng các hóa chất phân tích tinh khiết. Chúng bao gồm H2O2, persulfate, và các loại sắt không hóa trị (ZVI, ZVA, ZVC). Thiết bị thí nghiệm bao gồm lò phản ứng UV và các thiết bị khuấy trộn. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như pH, nồng độ tác nhân. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe(0) và tác nhân oxy hóa. Hiệu quả xử lý được đánh giá bằng nhiều phương pháp phân tích. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) được sử dụng để định lượng kháng sinh. Phương pháp LC/MS/MS xác định sản phẩm phân hủy. Các thông số chất lượng nước như TOC, COD cũng được đo. Phân tích XRD và FTIR xác định đặc tính vật liệu Fe(0). Các phương pháp này đảm bảo tính chính xác và toàn diện của kết quả.
4.1. Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu Kháng sinh
Nghiên cứu tập trung vào việc xử lý Ciprofloxacin (CIP) và Amoxicillin (AMO). Đây là các kháng sinh phổ biến trong ô nhiễm môi trường nước. Phạm vi bao gồm việc đánh giá các hệ oxy hóa nâng cao. Các hệ này được hoạt hóa bởi Fe(0) và UV. Mục tiêu là xác định khả năng phân hủy hiệu quả các chất này. Nghiên cứu đóng góp vào Công nghệ xử lý nước thải.
4.2. Hóa chất Thiết bị và Phương pháp thí nghiệm
Các hóa chất sử dụng có độ tinh khiết cao. Chúng bao gồm H2O2, persulfate và các loại Sắt không hóa trị (Fe(0)). Thiết bị thí nghiệm tiên tiến, bao gồm đèn UV và hệ thống khuấy. Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt. Điều này giúp đánh giá chính xác các yếu tố ảnh hưởng. Phương pháp thực nghiệm được thiết kế để tối ưu hóa Quy trình oxy hóa nâng cao (AOPs).
4.3. Kỹ thuật phân tích Kháng sinh và chất lượng nước
Phân tích kháng sinh được thực hiện bằng HPLC và LC/MS/MS. Các phương pháp này đảm bảo định lượng chính xác. Các thông số chất lượng nước như TOC, COD cũng được đo. XRD và FTIR dùng để đặc trưng vật liệu Fe(0). Các kỹ thuật này cung cấp dữ liệu toàn diện. Chúng giúp đánh giá hiệu quả xử lý Kháng sinh trong nước một cách khoa học.
V. Kết quả Xử lý Kháng sinh bằng hệ Fe 0 UV
Nghiên cứu đã chỉ ra Fe(0) hoạt hóa hiệu quả persulfate. Sắt không hóa trị (ZVI, ZVA, ZVC) tạo ra gốc sulfat. Các gốc này phân hủy Ciprofloxacin nhanh chóng. pH ban đầu của dung dịch ảnh hưởng lớn đến hiệu quả. Nồng độ Fe(0) và persulfate tối ưu được xác định. Hiệu quả xử lý kháng sinh tăng khi nồng độ các tác nhân tăng. Điều này khẳng định vai trò xúc tác của Fe(0). Các yếu tố như pH ban đầu, nồng độ Fe(0), nồng độ tác nhân oxy hóa và nồng độ kháng sinh đều được khảo sát. pH tối ưu cho các hệ khác nhau. Nồng độ Fe(0) và persulfate/H2O2 cần được cân bằng. Nồng độ kháng sinh ban đầu cao hơn đòi hỏi thời gian xử lý dài hơn. Sự hiện diện của các gốc tự do như HO• và SO4•- là yếu tố quyết định. Hệ Fe(0)/UV tối ưu hóa các điều kiện này. Các hệ oxy hóa nâng cao (AOPs) đã thể hiện khả năng phân hủy CIP và AMO. Hệ H2O2/ZVI, S2O82-/ZVI đều có hiệu quả. Tuy nhiên, việc kết hợp với UV tăng cường đáng kể hiệu suất. Hệ H2O2/ZVI/UV và S2O82-/ZVI/UV cho thấy hiệu quả vượt trội. Đặc biệt, hệ đa thành phần H2O2/S2O82-/ZVI/UV đạt hiệu quả xử lý cao nhất. Kháng sinh trong nước bị phân hủy gần như hoàn toàn. Điều này minh chứng tiềm năng của công nghệ.
5.1. Hiệu quả hoạt hóa Persulfate bằng Sắt không hóa trị Fe 0
Nghiên cứu chứng minh Sắt không hóa trị (Fe(0)) là chất hoạt hóa persulfate hiệu quả. Fe(0) tạo ra các gốc sulfat mạnh. Các gốc này phân hủy Ciprofloxacin. Hiệu quả xử lý tăng khi tăng nồng độ Fe(0) và persulfate. pH ban đầu là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Các vật liệu Fe(0) khác nhau cũng cho thấy khả năng hoạt hóa khác nhau. Oxy hóa Fe(0) đóng vai trò chính trong hệ thống.
5.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến Xử lý kháng sinh
Nghiên cứu khảo sát nhiều yếu tố ảnh hưởng. pH ban đầu của dung dịch, nồng độ Fe(0), và nồng độ tác nhân oxy hóa. Nồng độ kháng sinh ban đầu cũng được đánh giá. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là cần thiết. Nó giúp đạt hiệu quả phân hủy kháng sinh cao nhất. Sự tương tác giữa các yếu tố ảnh hưởng đến Quy trình oxy hóa nâng cao (AOPs).
5.3. Khả năng phân hủy CIP và AMO trong hệ AOPs
Các hệ AOPs, bao gồm H2O2/ZVI và S2O82-/ZVI, đã phân hủy CIP và AMO. Việc bổ sung Chiếu xạ UV tăng cường đáng kể hiệu quả. Hệ Fe(0)/UV và các hệ đa thành phần cho thấy khả năng vượt trội. Kháng sinh trong nước bị loại bỏ gần như hoàn toàn. Điều này khẳng định tiềm năng của công nghệ. Đặc biệt, hệ H2O2/S2O82-/ZVI/UV đạt hiệu quả xử lý cao nhất.
VI. Hiệu quả Ứng dụng hệ AOPs đa thành phần
Nghiên cứu đã so sánh nhiều cấu hình AOPs. Các hệ bao gồm H2O2/ZVI, S2O82-/ZVI. Các hệ tăng cường bằng UV như H2O2/ZVI/UV, S2O82-/ZVI/UV cũng được đánh giá. Hệ đa thành phần H2O2/S2O82-/ZVI/UV cho thấy hiệu quả xử lý vượt trội. Sự kết hợp Fe(0) và UV tối ưu hóa quá trình tạo gốc tự do. Điều này dẫn đến khả năng phân hủy kháng sinh cao hơn. Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu suất. Phân tích cho thấy sự hình thành của gốc hydroxyl (HO•) và gốc sulfat (SO4•-). Đây là các tác nhân oxy hóa chính. Cơ chế phản ứng bao gồm quá trình oxy hóa Fe(0) tạo Fe(II). Fe(II) hoạt hóa H2O2 và persulfate. Chiếu xạ UV cũng trực tiếp phân hủy tác nhân oxy hóa. Nó còn có thể tái tạo Fe(II). Các gốc tự do này tấn công mạnh mẽ các phân tử kháng sinh. Phân tích các sản phẩm trung gian cũng được thực hiện. Điều này giúp hiểu rõ hơn con đường phân hủy. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa ứng dụng thực tiễn cao. Hệ AOPs đa thành phần có thể xử lý hiệu quả kháng sinh. Đặc biệt, có tiềm năng ứng dụng cho nước thải bệnh viện. Nước thải bệnh viện thường chứa nồng độ kháng sinh cao. Công nghệ này cung cấp giải pháp bền vững. Nó giúp giảm thiểu ô nhiễm kháng sinh ra môi trường. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy mô lớn hơn.
6.1. So sánh các hệ oxy hóa tăng cường
Nhiều hệ AOPs đã được so sánh. Các hệ đơn lẻ như H2O2/ZVI và S2O82-/ZVI. Các hệ kết hợp UV như H2O2/ZVI/UV. Hiệu quả được đánh giá thông qua khả năng phân hủy kháng sinh. Hệ đa thành phần H2O2/S2O82-/ZVI/UV cho thấy hiệu suất cao nhất. Sự phối hợp giữa Oxy hóa Fe(0) và Chiếu xạ UV là chìa khóa. Điều này giúp tối ưu hóa việc loại bỏ Kháng sinh trong nước.
6.2. Xác định gốc tự do và Cơ chế phản ứng
Nghiên cứu đã xác định các gốc tự do hình thành. Gốc hydroxyl và gốc sulfat là tác nhân oxy hóa chính. Cơ chế phản ứng bao gồm hoạt hóa tác nhân oxy hóa bằng Fe(0) và UV. Các gốc này tấn công cấu trúc kháng sinh. Phân tích sản phẩm phân hủy cung cấp cái nhìn sâu sắc. Nó giúp hiểu rõ con đường phân hủy kháng sinh. Điều này là cơ sở để phát triển Công nghệ xử lý nước.
6.3. Ứng dụng thực tế cho nước thải bệnh viện
Kết quả nghiên cứu có tiềm năng ứng dụng lớn. Hệ AOPs đa thành phần là giải pháp hiệu quả. Đặc biệt phù hợp cho xử lý nước thải bệnh viện. Nước thải bệnh viện thường chứa nhiều ô nhiễm kháng sinh. Công nghệ này giúp giảm thiểu Ô nhiễm kháng sinh ra môi trường. Nó góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Cần triển khai các nghiên cứu tiếp theo để mở rộng ứng dụng.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (155 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN THANH HÒA NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC HỆ OXI HÓA ĐA THÀNH PHẦN ĐƯỢC HOẠT HÓA BỞI Fe(0) VÀ UV ĐỂ XỬ LÝ MỘT SỐ KHÁNG SINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Thanh Hòa NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC HỆ OXI HÓA ĐA THÀNH PHẦN ĐƯỢC HOẠT HÓA BỞI Fe(0) VÀ UV ĐỂ XỬ LÝ MỘT SỐ KHÁNG SINH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9 52 03 20 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Vũ Đức Lợi Hà Nội – 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa sử dụng để bảo vệ một học vị nào, chưa từng được công bố trên bất kỳ tạp chí nào ngoài những công trình của tác giả. Hà Nội, ngày 28 tháng 2 năm 2022 Tác giả luận án NCS.
Nguyễn Thanh Hòa ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn tới GS. Đỗ Ngọc Khuê và PGS. Vũ Đức Lợi – những người đã tận tâm hướng dẫn khoa học, định hướng nghiên cứu, luôn động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Học Viện Khoa Học và Công Nghệ, Viện Hóa Học, Viện Công nghệ Môi Trường – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giảng dạy, chỉ bảo, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Ban giám hiệu; Ban Chủ nhiệm Khoa Hóa và Môi Trường, bạn bè đồng nghiệp trong Khoa Hóa học và Môi Trường – Trường Đại học Thủy Lợi đã quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi về cơ sở vật chất cũng như thời gian để tôi chuyên tâm nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Công nghệ Mới, Viện Hóa học - Vật liệu - Học Viện Khoa học và Công nghệ Quân Sự, Trung tâm nhiệt đới Việt - Nga đã giúp đỡ tôi các máy móc phân tích trong quá trình hoàn thành luận án. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn chia sẻ, động viên và tiếp sức cho tôi có thêm nghị lực để tôi vững bước và vượt qua mọi khó khăn trong cuộc sống để hoàn thành bản luận án này. Nguyễn Thanh Hòa iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC.
iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .vii DANH MỤC CÁC BẢNG. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .xi MỞ ĐẦU. Tổng quan về hệ oxy hóa nâng cao tăng cường. Quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) dựa trên gốc tự do HO* và SO4*-.
Một số phương pháp hoạt hóa H2O2 và persulfate (S2O82-) tạo ra HO* và SO4*-. Hiện trạng ô nhiễm kháng sinh (Ciprofloxacin và Amoxicillin) trong môi trường nước. Giới thiệu về kháng sinh Ciprofloxacin (CIP) và Amoxicillin (AMO). Ô nhiễm kháng sinh CIP và AMO và ảnh hưởng kháng sinh tới môi trường.
Hiện trạng nghiên cứu áp dụng hệ AOP đa thành phần (H2O2 và S2O82-) vào xử lý kháng sinh trong nước. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Hóa chất và thiết bị.
Phương pháp phân tích. Phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC. Phương pháp phân tích LC/MS/MS. Phương pháp phân tích đo chất lượng nước.
Phương pháp xác định các thông số đặc trưng vật liệu. Phương pháp thực nghiệm. Nghiên cứu khả năng hoạt hóa persulfate bằng kim loại hóa trị 0 (ZVI, ZVA và ZVC) để xử lý Ciprofloxacin trong nước. Nghiên cứu khả năng xử lý ciprofloxacin hydrochloride (CIP), amoxicillin (AMO) bằng hệ H2O2/ZVI, S2O82-/ZVI, H2O2/S2O82-/ZVI, H2O2/ZVI/UV, S2O82- /ZVI/UV và H2O2/S2O82-/ZVI/UV.
Nghiên cứu xử lý NTBV nhiễm CIP và AMO bằng hệ AOP H2O2/S2O82- /ZVI/UV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Nghiên cứu khả năng hoạt hóa hệ oxy hóa persulfate bằng kim loại hóa trị 0 (ZVI, ZVA và ZVC) để xử lý Ciprofloxacin (CIP) trong nước. Ảnh hưởng của pH ban đầu của dung dịch.
Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu ZVMs (ZVI, ZVA, ZVC). Ảnh hưởng của nồng độ persulfate (S2O82-). Ảnh hưởng của nồng độ CIP ban đầu. Xác định các gốc tự do trong hệ oxy hóa persulfate hoạt hóa bằng ZVM 55 3.
Phân tích các ion kim loại bằng XRD và FTIR. Khả năng xử lý ciprofloxacin hydrochloride (CIP), amoxicillin (AMO) bằng hệ H2O2/ZVI, S2O82-/ZVI, H2O2/S2O82-/ZVI, H2O2/ZVI/UV, S2O82-/ZVI/UV và H2O2/S2O82-/ZVI/UV. Khảo sát hiệu quả xử lý CIP, AMO bằng hệ oxy hóa nâng cao CIP/H2O2/ZVI và AMO/H2O2/ZVI. Nghiên cứu xử lý CIP, AMO bằng hệ persulfate hoạt hoá bằng ZVI (CIP/S2O82-/ZVI, AMO/ S2O82-/ZVI).
Nghiên cứu xử lý CIP, AMO bằng hệ oxy hóa nâng cao tăng cường. Khảo sát hiệu quả xử lý CIP, AMO bằng hệ oxy hóa nâng cao CIP/H2O2/ZVI/UV và AMO/H2O2/ZVI/UV. Nghiên cứu khả năng xử lý CIP, AMO bằng hệ oxy hóa nâng cao CIP/S2O82- /ZVI/UV và AMO/ S2O82-/ZVI/UV. Nghiên cứu khả năng xử lý CIP và AMO bằng hệ oxy hóa tăng cường hoạt hóa bằng ZVI dưới tác động tia UV.
Ảnh hưởng các anion đến khả năng phân hủy CIP và AMO bằng hệ oxy hóa tăng cường kết hợp tia UV (CIP/H2O2/S2O82-/ZVI/UV, AMO/H2O2/S2O82-/ZVI/UV). Nghiên cứu xác định các sản phẩm phản ứng phân hủy CIP và AMO bằng các hệ oxy hóa tăng cường kết hợp tia UV (CIP/ H2O2/S2O82-/ZVI/UV, AMO/ H2O2/S2O82-/ZVI/UV). Nghiên cứu thử nghiệm xử lý kháng sinh (CIP, AMO) trong mẫu nước thải bệnh viện (NTBV) bằng hệ oxy hóa tăng cường kết hợp tia UV. Ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý CIP và AMO trong NTBV bằng hệ AOP H2O2/S2O82-/ZVI/UV.
Tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý CIP và AMO trong NTBV hệ AOP UV/H2O2/S2O82-/ZVI. Đánh giá khả năng khoáng hóa NTBV qua chỉ tiêu TOC bằng hệ H2O2/S2O82-/ZVI/UV. Khảo sát khả năng tái sử dụng ZVI. Đề xuất mô hình xử lý NTBV nhiễm các chất kháng sinh.
Tính toán các hạng mục công trình chủ yếu xử lý NTBV nhiễm kháng sinh CIP và AMO. 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 117 vi DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
139 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AMO Amoxcillin Amoxcillin AOP Advanced oxidation process Oxy hóa nâng cao ARB Antibiotics residual bacteria Vi khuẩn kháng kháng sinh ARG Antibiotics residual genetic Gen kháng kháng sinh CIP Ciprofloxacin Ciprofloxacin COD Chemical oxygen demand Nhu cầu oxy hóa học Cs. Cộng sự Đkpư Experimental condition Điều kiện phản ứng IR Infrared Quang phổ hồng ngoại k.c not significant Không tin cậy k.h Non-detected Không xuất hiện KS Antibiotics Kháng sinh MPN Most probable number Số xác xuất lớn nhất OXH Oxidants Chất oxy hóa PMS Peroxymonosulfate Peroxymonosulfate SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TOC Total organic compound Tổng carbon hữu cơ XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X VSV Microogranims Vi sinh vật ZVA Zero valent alluminium Nhôm hóa trị 0 ZVC Zero valent copper Đồng hóa trị 0 ZVI Zero valent iron Sắt hóa trị 0 ZVM Zero valent metal Kim loại hóa trị 0 viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thế khử tiêu chuẩn của các gốc oxy hóa trong các môi trường khác nhau [9] 4 Bảng 1. Tính chất hóa lý của CIP và AMO .Các kháng sinh trong NTBV [46][47] .4 Sự xuất hiện của CIP và AMO trong các vùng nước khác nhau ở các quốc gia khác nhau trên thế giới .5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước áp dụng hệ AOP kết hợp H2O2 và S2O82- xử lý các chất ô nhiễm.1 Sự phụ thuộc của diện tích pic (mAu.phút) vào nồng độ CIP (mg/L) .2 Sự phụ thuộc của diện tích pic (mAu.phút) vào nồng độ AMO (mg/L) .3 Điều kiện phản ứng của nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xử lý CIP bằng hệ ZVI/S2O82-, ZVA/S2O82- và ZVC/S2O82- .4 Chất lượng nước ban đầu của NTBV .5 Bảng ma trận thực nghiệm .6 Quy hoạch thực nghiệm 5 yếu tố khi xử lý CIP và AMO trong NTBV bằng AOP H2O2/S2O82-/ZVI/UV .1 Hằng số tốc độ biểu kiến và pH sau phản ứng của quá trình xử lý CIP bằng các CIP/S2O82-/ZVI, CIP/S2O82-/ZVA và CIP/S2O82-/ZVC khi thay đổi pH .2 Phần trăm (%) persulfate được tiêu thụ khi xử lý CIP bằng các hệ AOP CIP/S2O82-/ZVI, CIP/S2O82-/ZVA và CIP/S2O82-/ZVC khi thay đổi nồng độ chất oxy hóa S2O82-. Ảnh hưởng của nồng độ CIP ban đầu đến hằng số tốc độ xử lý CIP sử dụng CIP/S2O82-/ZVI, CIP/S2O82-/ZVA và CIP/S2O82-/ZVC.
Ảnh hưởng của MeOH và TBA đến hiệu suất xử lý CIP trong 3 hệ: CIP/S2O82- /ZVI, CIP/S2O82-/ZVA và CIP/S2O82-/ZVC. Điều kiện thí nghiệm: [CIP]o = 30 µM, [S2O82-] = 2,25 mM và ZVI = 126 mg/L, ZVA = 81 mg/L, ZVC = 192 mg/L.5 Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến k của quá trình phân hủy CIP và AMO trong hệ CIP/H2O2/ZVI và AMO/H2O2/ZVI.6 Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến kbk của phản ứng của CIP và AMO trong hệ CIP/S2O82-/ZVI và AMO/ S2O82-/ZVI .7 Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến kbk của phản ứng của CIP và AMO trong hệ CIP/H2O2/S2O82-/ZVI và AMO/ H2O2/S2O82-/ZVI .8 Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến kbk của phản ứng của CIP và AMO trong hệ CIP/H2O2/ZVI/UV và AMO/ H2O2/ZVI/UV. Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến kbk của phản ứng của CIP và AMO trong hệ CIP/S2O82-/ZVI/UV và AMO/ S2O82-/ZVI/UV .10 Hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến kbk của phản ứng phân hủy CIP và AMO trong hệ CIP/ H2O2/S2O82-/ZVI/UV và AMO/ H2O2/ S2O82-/ZVI/UV (đkpứ: [AMO]= 1,2 µM ; pH=3, công suất đèn UV=11W). Sự thay đổi pH, nồng độ chất oxy hóa và chất hoạt hóa sau quá trình xử lý CIP và AMO bằng hệ H2O2/S2O82-/ZVI/UV .12 So sánh khả năng xử lý CIP và AMO bằng 6 hệ oxy hóa nâng cao .13 Các sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy AMO bằng hệ AOP AMO/H2O2/S2O82-/ZVI/UV .14 Các sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy CIP bằng hệ AOP CIP/H2O2/S2O82-/ZVI/UV .15 Kết quả xác định hiệu quả xử lý CIP và AMO bằng hệ oxy hóa nâng cao H2O2/S2O82-/ZVI/UV .16 Phân tích phương sai ANOVA cho hiệu xuất xử lý CIP.
Phân tích phương sai ANOVA cho hiệu xuất xử lý AMO .
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Nguyễn Thanh Hòa (2022). Xử lý kháng sinh trong nước bằng hệ oxy hóa Fe(0) và UV [Luận án tiến sĩ, Học viện Khoa học và Công nghệ]. LuanAn.net. https://luanan.net/hoa-hoc/fe0-va-uv-de-xu-ly-mot-so-khang-sinh-trong-moi-truong-nuoc
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Xử lý kháng sinh trong nước bằng hệ oxy hóa Fe(0) và UV" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu ứng dụng Fe0/UV xử lý kháng sinh trong nước. Luận án tiến sĩ phân tích hiệu quả hệ oxi hóa đa thành phần.
Luận án "Xử lý kháng sinh trong nước bằng hệ oxy hóa Fe(0) và UV" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Học viện Khoa học và Công nghệ. Năm bảo vệ: 2022.
Luận án "Xử lý kháng sinh trong nước bằng hệ oxy hóa Fe(0) và UV" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Xử lý kháng sinh trong nước bằng hệ oxy hóa Fe(0) và UV" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật môi trường. Danh mục: Hóa Học.
Luận án "Xử lý kháng sinh trong nước bằng hệ oxy hóa Fe(0) và UV" có bao nhiêu trang?
Luận án "Xử lý kháng sinh trong nước bằng hệ oxy hóa Fe(0) và UV" có 155 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Xử lý kháng sinh trong nước bằng hệ oxy hóa Fe(0) và UV" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.