Nghiên cứu hấp thụ tetracycline và ciprofloxacin trên graphene oxide

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC 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

2.6. Bộ hàm cơ sở

2.7. Một số khái niệm về bộ hàm cơ sở

2.8. Phân loại bộ hàm cơ sở

2.9. Sóng phẳng và giả thế trong nghiên cứu hệ vật liệu tuần hoàn

2.10. Các phương pháp gần đúng hoá học lượng tử

2.10.1. Phương pháp bán kinh nghiệm

2.10.2. Phương pháp Hartree–Fock và phương trình Roothaan

2.10.3. Phương pháp nhiễu loạn Møller-Plesset (MPn)

2.10.4. Phương pháp chùm tương tác (Coupled-Cluster-CC)

2.10.5. Phương pháp tương tác cấu hình

2.10.6. Thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory-DFT)

2.11. Orbital phân tử khu trú (LMO), 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

3.8.1. Giới thiệu chung hệ chất nghiên cứu

3.8.2. 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

4.3. Phân tích MEP đối với các phân tử kháng sinh

4.4. 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

4.5. Cấu trúc hình học của hệ phức tương tác của kháng sinh TC, CIP với bề mặt rGO

4.6. Kết quả tối ưu hình học của hai bề mặt rGO được xây dựng

4.7. Cấu trúc hình học của hệ phức tương tác giữa kháng sinh TC, CIP với bề mặt rGO

4.8. Năng lượng hấp phụ và năng lượng tương tác

4.9. Vai trò và bản chất của tương tác bề mặt

4.10. Cấu trúc hình học của hệ phức tương tác của kháng sinh TC, CIP với bề mặt GO

4.11. Kết quả tối ưu hình học của hai bề mặt GO được xây dựng

4.12. Cấu trúc hình học của hệ phức tương tác của kháng sinh TC, CIP với bề mặt GO

4.13. Năng lượng hấp phụ và năng lượng tương tác

4.14. Vai trò và bản chất của tương tác bề mặt

5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu hấp thụ tetracycline và ciprofloxacin trên graphene oxide

Nghiên cứu hấp thụ tetracycline (TC) và ciprofloxacin (CIP) trên bề mặt graphene oxide (GO) đang thu hút sự chú ý của các nhà khoa học. Các kháng sinh này có mặt trong môi trường nước và gây ra nhiều vấn đề về ô nhiễm. Việc hiểu rõ khả năng hấp thụ của chúng trên GO có thể giúp phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả hơn.

1.1. Tình hình ô nhiễm kháng sinh trong môi trường nước

Dư lượng kháng sinh như TC và CIP đang gia tăng trong các nguồn nước, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái. Nghiên cứu cho thấy nồng độ TC và CIP cao ở nhiều khu vực, đặc biệt là ở các dòng sông lớn.

1.2. Graphene oxide và tiềm năng hấp thụ

Graphene oxide (GO) được biết đến với diện tích bề mặt lớn và khả năng tạo ra các tương tác bề mặt mạnh mẽ. Điều này làm cho GO trở thành một vật liệu hấp phụ tiềm năng cho các chất ô nhiễm như kháng sinh.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hấp thụ kháng sinh

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về khả năng hấp thụ của GO, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc hiểu rõ các tương tác bề mặt giữa GO và các phân tử kháng sinh. Việc thiếu thông tin chi tiết về cơ chế hấp thụ làm cho việc phát triển các ứng dụng thực tiễn gặp khó khăn.

2.1. Thiếu thông tin về tương tác bề mặt

Nhiều nghiên cứu chưa phân tích rõ ràng các tương tác bề mặt giữa GO và các phân tử kháng sinh, điều này gây khó khăn trong việc tối ưu hóa quy trình hấp phụ.

2.2. Khó khăn trong việc so sánh giữa các bề mặt

Việc so sánh khả năng hấp thụ giữa GO và rGO vẫn chưa được thực hiện đầy đủ, dẫn đến việc chưa xác định được bề mặt nào là tối ưu cho việc hấp phụ các kháng sinh.

III. Phương pháp nghiên cứu hấp thụ tetracycline và ciprofloxacin

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp hóa học tính toán để xác định cấu trúc bền và năng lượng hấp phụ của TC và CIP trên bề mặt GO. Các phương pháp này cho phép mô phỏng các tương tác bề mặt một cách chi tiết.

3.1. Phương pháp hóa học tính toán

Sử dụng các chương trình tính toán như Gaussian 09 và VASP để tối ưu hóa cấu trúc và tính toán năng lượng tương tác giữa các phân tử kháng sinh và bề mặt GO.

3.2. Đánh giá năng lượng hấp phụ

Năng lượng hấp phụ được tính toán để đánh giá khả năng hấp thụ của TC và CIP trên bề mặt GO, từ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ.

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 TC và CIP. Các tương tác bề mặt giữa GO và các phân tử kháng sinh được phân tích chi tiết, mở ra hướng đi mới cho việc xử lý ô nhiễm nước.

4.1. Khả năng hấp phụ của graphene oxide

Nghiên cứu chỉ ra rằng GO có khả năng hấp phụ mạnh mẽ đối với TC và CIP, nhờ vào các tương tác π-π và lực tĩnh điện giữa các phân tử.

4.2. Ứng dụng trong xử lý ô nhiễm

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

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

Nghiên cứu khả năng hấp phụ của TC và CIP trên bề mặt GO mở ra nhiều triển vọng cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc hiểu rõ các tương tác bề mặt sẽ giúp tối ưu hóa quy trình xử lý ô nhiễm nước.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về khả năng hấp phụ mà còn giúp hiểu rõ hơn về các cơ chế tương tác bề mặt, từ đó định hướng cho các nghiên cứu thực nghiệm.

5.2. Hướng đi cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các bề mặt khác nhau của graphene và các vật liệu hấp phụ mới để nâng cao hiệu quả xử lý ô nhiễm kháng sinh trong môi trường.

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