CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1. Tính cấp thiết của đề tài Dư lượng dược phẩm là một trong những hợp chất gây ô nhiễm mới nổi (ECs) trong nước do chúng được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe con người [1]. Trong số đó, thuốc giảm đau đóng góp một tỷ trọng đáng kể trong lượng thuốc tiêu thụ của cả người và vật nuôi. Tại Pháp, thuốc giảm đau chiếm 22% thị phần thuốc chữa bệnh trong năm 2013 [2].
Dư lượng của chúng được phát hiện rộng rãi trong nhiều nguồn nước khác nhau, và có thể gây tác động tiêu cực lớn đến nhiều mặt của cuộc sống của con người. Paracetamol (PRC) - một loại thuốc giảm đau - là một trong những hợp chất nổi bật được phát hiện trong nguồn nước thải. Tại thành phố Hồ Chí Minh tỉ lệ tiêu thụ là 320g/ngày/1000 người và chỉ 10% nước thải có chứa PRC được xử lý trước khi xả vào môi trường [3]. Từ đó chúng mang đến những tác động tiêu cực đối với các sinh vật sống, hệ sinh thái và cả sức khỏe cộng đồng [4].
Vì vậy, việc loại bỏ dư lượng PRC trong nước là một vấn đề quan trọng và cần được quan tâm hiện nay. Để giải quyết vấn đề này, nhiều phương pháp và quá trình khác nhau đã được phát triển để loại bỏ PRC từ các quá trình thông thường như hấp phụ [5, 6], các quá trình sinh học [7], đến các phương pháp mới và tiên tiến hơn bao gồm các quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) sử dụng O3, O3/H2O2, UV/H2O2 [8, 9, 10], Fenton [11] và Fenton-like [12]. Tuy nhiên, các quy trình này vẫn có một số hạn chế như chi phí vận hành đắt đỏ, lượng bùn thải sinh ra trong quá trình xử lý Trong số tất cả các cách tiếp cận này, sử dụng than hoạt tính (ACs) làm chất hấp phụ để loại bỏ dư lượng kháng sinh dường như khắc phục được những nhược điểm đã nêu do chi phí thấp, sử dụng nguyên liệu phụ thân thiện với môi trường, điều kiện vận hành đơn giản và không sinh ra thêm bùn thải.1 Một số nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác trong việc xử lý chất ô nhiễm Nguyên liệu Chất ô nhiễm Qe (mg/g) Tài liệu tham khảo Diclofenac (chất giảm Vỏ cam 1250 [13] đau) Phân gia súc Methylene Blue 259.5 [14] Waste biomass Paracetamol 356,22 [15] 1 Các nghiên cứu trên cho thấy tiềm năng của vật liệu than sinh học có nguồn gốc từ phế phẩm nông nghiệp trong việc xử lý PRA. Trong nghiên cứu này vật liệu được tổng hợp từ bã đậu nành, một sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất đậu nành, bằng sự kết hợp của các phương pháp hoạt hóa vật lý và hóa học.
Dựa trên diện tích bề mặt cao (151,5 2 m /g) đạt được từ nghiên cứu trước, than hoạt tính có nguồn gốc từ bã đậu nành đã cho thấy tiềm năng trong việc hấp phụ PRC [16, 17]. Nghiên cứu này hướng tới việc tổng hợp vật liệu chi phí thấp từ bã đậu nành, vật liệu này có vai trò là chất hấp phụ nhằm loại bỏ PRC ra khỏi dung dịch nước. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định điều kiện tối ưu (KOH:tỷ lệ than sinh học và nhiệt độ nhiệt phân) để tổng hợp chất hấp phụ từ sữa đông đậu nành để loại bỏ TCH và PRC trong nước. - Khảo sát các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ, bao gồm pH dung dịch, thời gian tiếp xúc, nồng độ và nhiệt độ ban đầu của chất hấp phụ.
- Xác định các đại lượng nhiệt động lực họ và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ của phản ứng. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu Vật liệu composite được tổng hợp từ bã đậu nành và bùn thải từ quá trình xử lý nước cấp sử dụng phèn sắt.1 Bã đậu nành 2 Bã đậu nành (Hình 1.1) là một loại phế phẩm sau quá trình làm đậu phụ hay sữa đậu nành. Bã thường có màu trắng sữa hoặc hơi ngà và có độ mịn nhất định.
Thông thường, bã đậu nành thường được dùng để làm nguyên liệu chế biến thức ăn chăn nuôi. Ngoài ra, bã đậu nành còn có công dụng khác là làm phân bón cho cây trồng. Tuy nhiên phần lớn chúng được thải vào các bãi chôn lấp, một cách lãng phí và không mang lại nhiều giá trị kinh tế. Để tận dụng giá trị của chúng, Fikriyyah và các cộng sự đã tổng hợp thành công than hoạt tính (AC) từ bã đậu nành và thu được vật liệu có diện tích bề mặt là 2 151,5 m /g.
Vật liệu này tương đồng với AC thương mại về thể tích lỗ, đường kính lỗ trung bình và khả năng hấp phụ. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với các đối tượng nghiên cứu bao gồm bã đậu nành và PRC. Nước thải chứa PRC trong nghiên cứu này được pha từ nước cấp và dung dịch PRC gốc của hãng 1. Phương pháp nghiên cứu Dựa trên các nguồn tài liệu khoa học chính thống như sách, bài báo khoa học trong nước và quốc tế, phương tiện truyền thông có uy tín… để tìm hiểu về tình hình ô nhiễm nước thải do dư lượng sử dụng hiện nay và tác hại của nó đối với con người và môi trường.
Tìm hiểu về phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ cùng với các phương pháp điều chế vật liệu. Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, các thao tác thí nghiệm phải được thực hiện cẩn thận, hợp lý, chi tiết, tỉ mỉ trong việc mang lại kết quả nghiên cứu chính xác nhất. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài được coi là cơ sở khoa học cho việc biến các loại chất thải rắn (bã đậu nành) thành các loại vật liệu có ích cho môi trường, nhất là trong việc xử lý nước thải.
Với khả năng hấp phụ PRC trong nước thải thông qua quá trình hấp phụ, nghiên cứu này cho thấy tính ứng dụng cao và góp phần tạo dựng nền tảng vững chắc cho các loại vật liệu hấp phụ có thể được tạo ra từ vật liệu rẻ tiền và thân thiện với môi trường trong tương lai 3 1. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài có tính thực tiễn cao khi tận dụng nguồn nguyên liệu là bã đậu nành đã qua sử dụng, ngoài việc góp phần giảm thiểu lượng chất thải ra môi trường, tốn các chi phí xử lý loại chất thải này, còn được ứng dụng để xử lý nước thải PRC, một loại nước thải có nồng độ các chất ô nhiễm khó phân hủy sinh học cao, khó xử lý bằng các phương pháp thông thường, qua đó đề cao tính tái sử dụng chất thải trong thực tiễn. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Chất gây ô nhiễm mới nổi (ECs) - Dư lượng dược phẩm Các chất gây ô nhiễm mới nổi được định nghĩa là các chất hóa học hiện chưa (hoặc chỉ mới được quản lý gần đây) và có những lo ngại về tác động của chúng đối với sức khỏe con người hoặc sinh thái. Nổi bậc trong số đó, dược phẩm và các sản phẩm châm sóc sức khỏe ngày càng được chú ý nhiều hơn bởi sự tăng trường không ngừng và những tác hại của chúng đến con người và sinh vật.
Dược phẩm và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe đã và đang được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích khác nhau như chẩn đoán điều trị, phòng bệnh và chữa bệnh cho cả con người và động vật. Với sự gia tăng dân số hiện nay, khối lượng dược phẩm được sử dụng ngày càng nhiều, tuy nhiên cơ thể con người chỉ có thể hấp thu 1 phần nhỏ của chúng (20-30%), và phần còn lại sẽ được cơ thể đào thải ra môi trường thông qua quá trình bài tiết. Theo Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA), các sản phẩm dược phẩm cần phải duy trì cấu trúc và đảm bảo tính ổn định của các thành phần hoạt tính của chúng các điều kiện khác nhau [19]. Do tính chất bền trong môi trường, chúng có thể tồn tại lâu dài khi xuất hiện ngoài môi trường tự nhiên.
Hơn nữa, ngành công nghiệp dược phẩm toàn cầu đang không ngừng tăng trưởng do nhu cầu cao của con người cũng góp phần gây ra nhiều rủi ro cho hệ sinh thái. Theo báo cáo của Kanton và cộng sự, từ năm 1999– 2000 đến 2011–2012, tỷ lệ người lớn sử dụng thuốc theo đơn được báo cáo đã tăng từ khoảng 51% lên 59% [20]. Với công nghệ tiên tiến trong sản xuất dược phẩm, số lượng các hợp chất có hoạt tính này được dự đoán sẽ tiếp tục tăng trong tương lai. Điều này làm dấy lên lo ngại về các tác động độc hại tiềm tàng dược phẩm đối với các sinh vật sống vì lượng dược phẩm không được các đối tượng sử dụng hấp thụ hoàn toàn vào cơ thể và từ đó xâm nhập vào môi trường.
Trong số các dư lượng thực phẩm này, thuốc giảm đau, chống viêm, chống động kinh và kháng sinh được coi là những chất khó phân hủy, ngay cả ở một nồng độ nhỏ, và có thể gây rủi ro cao cho hệ sinh thái và sức khỏe con người. Mặc dù nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ thấp của dư lượng dược phẩm trong các thủy vực không có tác dụng độc cấp tính [21], nhưng việc tiếp xúc liên tục với các hợp chất này có thể tích 5 tụ và dẫn đến ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe con người và sự phát triển bền vững của các sinh vật thủy sinh.1 Các tác động có hại của dư lượng dược phẩm Mặc dù đóng vai trò thiết yếu trong thế giới hiện đại của chúng ta, dược phẩm cũng đóng góp đáng kể vào sản xuất nông nghiệp do các chất tồn dư. Ban đầu, dư lượng thuốc có thể gây ô nhiễm bất kỳ nguồn nào mà chúng tiếp xúc. Trong các nguồn nước tự nhiên của Việt Nam như kênh rạch và hồ đô thị, nồng độ kháng sinh trung bình từ 100 ng/L đến hơn 1000 ng/L, tùy thuộc vào các loại kháng sinh khác nhau và tính năng của thủy vực [22].
Và nồng độ paracetamol từ 11 µg/L đến 27 µg/L [23]. Nước chảy ra từ các hoạt động nông nghiệp như chăn nuôi gia súc, trồng rau, nuôi trồng thủy sản có thể là một nguồn đáng kể gây ra vấn đề này, đặc biệt là khi người nông dân Việt Nam dường như chưa hiểu hết những rủi ro nghiêm trọng của việc lạm dụng các sản phẩm dược phẩm đó 2.