Nghiên cứu khả năng hấp phụ tetracycline và ciprofloxacin trên bề mặt graphene oxide

• Tác giả: Nguyễn Trần Gia Bảo
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tiến Trung
• Trường học: Trường Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và Hóa lí
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ tetracycline và ciprofloxacin trên bề mặt graphene oxide
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ hóa học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Tổng quan tài liệu và tình hình nghiên cứu
• 1.3. Mục đích nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.7. Cấu trúc luận văn
• 2. CƠ SỞ LÍ THUYẾT HÓA HỌC LƯỢNG TỬ
• 2.1. Phương trình Schrödinger
• 2.2. Sự gần đúng Born-Oppenheimer
• 2.3. Nguyên lý loại trừ Pauli hay nguyên lý phản đối xứng
• 2.4. Hàm sóng của hệ nhiều electron
• 2.5. Cấu hình electron và trạng thái hệ nhiều electron. Bộ hàm cơ sở
• 2.6. Một số khái niệm về bộ hàm cơ sở
• 2.7. Phân loại bộ hàm cơ sở
• 2.8. Sóng phẳng và giả thế trong nghiên cứu hệ vật liệu tuần hoàn
• 2.9. Các phương pháp gần đúng hoá học lượng tử
• 2.9.1. Phương pháp bán kinh nghiệm
• 2.9.2. Phương pháp Hartree–Fock và phương trình Roothaan
• 2.9.3. Phương pháp nhiễu loạn Møller-Plesset (MPn)
• 2.9.4. Phương pháp chùm tương tác (Coupled-Cluster-CC)
• 2.9.5. Phương pháp tương tác cấu hình
• 2.9.6. Thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory-DFT)
• 2.10. Orbital phân tử khu trú (LMO), orbital thích hợp (NO), orbital nguyên tử thích hợp (NAO) và orbital liên kết thích hợp (NBO)
• 2.10.1. Orbital phân tử khu trú (LMO)
• 2.10.2. Orbital thích hợp (NO), orbital nguyên tử thích hợp (NAO) và orbital liên kết thích hợp (NBO)
• 3. TỔNG QUAN VỀ HẤP PHỤ, TƯƠNG TÁC YẾU VÀ HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU
• 3.1. Lý thuyết hấp phụ
• 3.2. Một số khái niệm
• 3.3. Đẳng nhiệt hấp phụ
• 3.4. Liên kết hydrogen
• 3.5. Tương tác van der Waals
• 3.6. Tương tác acid-base Lewis
• 3.7. Tương tác tĩnh điện
• 3.8. Hệ chất nghiên cứu. Giới thiệu chung hệ chất nghiên cứu
• 3.9. Phương pháp nghiên cứu
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả tối ưu các phân tử, ái lực proton (PA), năng lượng tách proton (DPE) của các liên kết, phân tích MEP đối với các kháng sinh TC, CIP
• 4.2. Kết quả tối ưu hình học các kháng sinh TC, CIP. Phân tích MEP đối với các phân tử kháng sinh
• 4.3. Năng lượng tách proton (DPE) của các liên kết và ái lực proton (PA) tại các vị trí O-H, N-H, C-H của các phân tử kháng sinh
• 4.4. Cấu trúc hình học của hệ phức tương tác của kháng sinh TC, CIP với bề mặt rGO
• 4.5. Kết quả tối ưu hình học của hai bề mặt rGO được xây dựng
• 4.6. Cấu trúc hình học của hệ phức tương tác giữa kháng sinh TC, CIP với bề mặt rGO
• 4.7. Năng lượng hấp phụ và năng lượng tương tác
• 4.8. Vai trò và bản chất của tương tác bề mặt
• 4.9. Cấu trúc hình học của hệ phức tương tác của kháng sinh TC, CIP với bề mặt GO
• 4.10. Kết quả tối ưu hình học của hai bề mặt GO được xây dựng
• 4.11. Cấu trúc hình học của hệ phức tương tác của kháng sinh TC, CIP với bề mặt GO
• 4.12. Năng lượng hấp phụ và năng lượng tương tác
• 4.13. Vai trò và bản chất của tương tác bề mặt
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu hấp phụ tetracycline và ciprofloxacin

Nghiên cứu hấp phụ tetracycline và ciprofloxacin trên bề mặt graphene oxide (GO) đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực hóa học môi trường. Tetracycline và ciprofloxacin là hai loại kháng sinh phổ biến, nhưng chúng gây ô nhiễm nghiêm trọng trong môi trường nước. Việc tìm hiểu khả năng hấp phụ của chúng trên GO có thể giúp phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả hơn.

1.1. Tình hình ô nhiễm tetracycline và ciprofloxacin

Tetracycline và ciprofloxacin đã được phát hiện với nồng độ cao trong nước thải và môi trường tự nhiên. Nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ của chúng trong các dòng sông có thể lên tới hàng trăm ng/L, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.

1.2. Graphene oxide và tiềm năng hấp phụ

Graphene oxide (GO) là một vật liệu nano có diện tích bề mặt lớn và khả năng tạo ra các tương tác bề mặt mạnh mẽ. Những đặc tính này khiến GO trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho việc hấp phụ các chất ô nhiễm như tetracycline và ciprofloxacin.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hấp phụ

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về khả năng hấp phụ của GO, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Một trong những vấn đề chính là sự hiểu biết chưa đầy đủ về cơ chế hấp phụ và các tương tác bề mặt giữa GO và các phân tử kháng sinh.

2.1. Thiếu thông tin về cơ chế hấp phụ

Nhiều nghiên cứu hiện tại chưa phân tích chi tiết về cơ chế hấp phụ của tetracycline và ciprofloxacin trên GO. Việc thiếu thông tin này có thể dẫn đến việc phát triển các phương pháp xử lý không hiệu quả.

2.2. Tính chọn lọc trong hấp phụ

Tính chọn lọc của GO trong việc hấp phụ các loại kháng sinh khác nhau vẫn chưa được làm rõ. Điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng của GO trong xử lý nước thải.

III. Phương pháp nghiên cứu hấp phụ tetracycline và ciprofloxacin

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hóa học tính toán để khảo sát khả năng hấp phụ của tetracycline và ciprofloxacin trên bề mặt GO. Các mô hình tính toán sẽ giúp hiểu rõ hơn về các tương tác bề mặt và năng lượng hấp phụ.

3.1. Phương pháp hóa học tính toán

Sử dụng các phần mềm như Gaussian 09 và VASP, nghiên cứu sẽ thực hiện các tính toán về cấu trúc tối ưu và năng lượng tương tác giữa các phân tử kháng sinh và bề mặt GO.

3.2. Mô hình hóa bề mặt graphene oxide

Mô hình hóa bề mặt GO sẽ được thực hiện để đánh giá khả năng hấp phụ của tetracycline và ciprofloxacin. Các mô hình này sẽ giúp xác định các cấu trúc bền và năng lượng hấp phụ tối ưu.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy GO có khả năng hấp phụ tốt đối với cả tetracycline và ciprofloxacin. Năng lượng hấp phụ và các tương tác bề mặt đã được phân tích chi tiết, cung cấp thông tin quý giá cho việc phát triển các phương pháp xử lý nước thải hiệu quả.

4.1. Năng lượng hấp phụ của tetracycline và ciprofloxacin

Nghiên cứu chỉ ra rằng năng lượng hấp phụ của tetracycline trên GO cao hơn so với ciprofloxacin, cho thấy GO có khả năng hấp phụ tốt hơn đối với tetracycline.

4.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc phát triển các hệ thống xử lý nước thải hiệu quả, giúp giảm thiểu ô nhiễm từ các kháng sinh trong môi trường.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu khả năng hấp phụ tetracycline và ciprofloxacin trên bề mặt graphene oxide đã mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Các kết quả đạt được không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp xử lý nước.

5.1. Tóm tắt kết quả chính

Kết quả nghiên cứu đã xác định được khả năng hấp phụ của GO đối với tetracycline và ciprofloxacin, đồng thời phân tích các tương tác bề mặt quan trọng.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc bề mặt GO và khảo sát khả năng hấp phụ của các loại kháng sinh khác để mở rộng ứng dụng trong xử lý nước thải.