CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Bối cảnh và động lực Dư lượng dược phẩm được xem là chất gây ô nhiễm mới nổi (EC) trong các thủy vực vì thuốc được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới cho sức khỏe con người và thú y [1] và do đó, gây ra các mối đe dọa có hại cho môi trường nước [2]. Thuốc kháng sinh được sử dụng thường xuyên và đóng góp một tỷ trọng đáng kể trong lượng thuốc tiêu thụ của cả người và vật nuôi, theo ước tính được ghi nhận ở châu Âu có khoảng 5393 tấn, chiếm gần 97% lượng thuốc dùng để sản xuất thịt [3]. Do lạm dụng, xử lý không đúng quy trình và quá liều lượng, dư lượng của chúng được phát hiện rộng rãi trong nhiều nguồn nước mặt khác nhau, có thể gây tác động tiêu cực lớn đến nhiều mặt trong cuộc sống của chúng ta.
Ví dụ, mối tương quan có ý nghĩa (R2 = 0,83, p <0,05) được quan sát thấy giữa nồng độ tetracycline (TCH) trong nước thải và số lượng vi khuẩn kháng kháng sinh (ARB), trong trường hợp này là vi khuẩn kháng tetracycline [4]. Nếu những chủng vi khuẩn này xâm nhập vào cơ thể người, nó có thể gây ra các mối đe dọa nghiêm trọng bằng cách hạn chế hiệu quả của các loại thuốc kê đơn [5]. Vì vậy, loại bỏ chất ô nhiễm có hại này là rất quan trọng để ngăn ngừa các tác động xấu. Để giải quyết vấn đề này, nhiều phương pháp và quy trình khác nhau đã được nghiên cứu và phát triển để loại bỏ TCH, từ các quá trình thông thường như hấp phụ [6, 7, 8].
Sử dụng than hoạt tính làm chất hấp phụ để loại bỏ dư lượng kháng sinh trong nước là phương pháp có chi phí thấp, sử dụng nguyên liệu phụ thân thiện với môi trường và điều kiện vận hành đơn giản. Chất hấp phụ được sử dụng trong nghiên cứu này được tổng hợp từ bã đậu nành, một sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất đậu phụ, thông qua sự kết hợp của các phương pháp hoạt hóa vật lý và hóa học. Dựa trên diện tích bề mặt cao (151.5 m2/g) được ghi nhận theo các nghiên cứu trước đó, AC có nguồn gốc từ bã đậu nành đã cho thấy tiềm năng đầy hứa hẹn được sử dụng làm vật liệu hỗ trợ của composite [9,10]. Để kết luận, chúng tôi đang hướng tới việc tổng hợp một vật liệu rẻ tiền và thân thiện với môi trường có nguồn gốc từ bã đậu nành vật liệu trước đây có thể đóng vai trò là chất 2 hấp phụ trong quá trình hấp phụ, và vật liệu sau là chất xúc tác tham gia vào quá trình oxy hóa phản ứng để phân hủy hoàn toàn TCH.
Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu là: - Xác định điều kiện tối ưu (KOH: tỷ lệ than sinh học và nhiệt độ nhiệt phân) để tổng hợp chất hấp phụ từ bã đậu nành để loại bỏ TCH trong dung dịch 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. 3 CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH 2. Chất gây ô nhiễm mới nổi (EC) - dư lượng dược phẩm Dược phẩm (trong nghiên cứu này còn được gọi là dược phẩm, thuốc chữa bệnh, thuốc chữa bệnh) đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều mục đích khác nhau như chẩn đoán điều trị, chữa bệnh, phòng ngừa các vấn đề sức khỏe cho cả con người và sinh vật, kể cả động vật trong chăn nuôi và cây trồng trong nông nghiệp.
Đối với con người, có một số phân loại để phân biệt các sản phẩm y tế dựa trên công dụng y tế, đó là (i) các tác nhân dược lực học ảnh hưởng đến các chức năng sinh lý bên trong cơ thể (thuốc giảm đau, thuốc an thần, thuốc hạ sốt và chống đau, và thuốc chống dị ứng; thuốc tim mạch, adrenergic và chất cholinergic; thuốc kháng axit, thuốc ức chế bơm proton và chất thúc đẩy, v.), (ii) thuốc điều trị nhiễm trùng (sulfonamid, kháng sinh, kháng khuẩn, thuốc kháng vi-rút và thuốc chống nấm, v.), (iii) thuốc chuyên dụng cho trung ương tác nhân hệ thần kinh (thuốc gây mê, thuốc chống trầm cảm, thuốc thôi miên, v.), và (iv) thuốc bổ sung (vitamin, khoáng chất, thực vật và thực phẩm chức năng, v. Thuốc được tổng hợp để chống lại các nguồn đe dọa đến sức khỏe thể chất và tinh thần của chúng ta hoặc để giảm bớt sự đau đớn và khó chịu mà chúng ta có thể phải đối mặt. Do tính chất quan trọng trong mục đích sử dụng, chất lượng của thuốc phải được phê duyệt bao gồm các đặc tính liên quan nhất định để đảm bảo tạo ra được các lợi ích về sức khỏe. Theo Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA), việc xem xét và kiểm tra kỹ lưỡng phải được thực hiện để xác nhận chất lượng của bất kỳ loại thuốc mới nào, đảm bảo sự nhất quán giữa các đặc tính an toàn và hiệu quả cũng như hoạt động của chúng trên cơ thể sống.
Các sản phẩm y tế cuối cùng cần phải duy trì cấu trúc và đảm bảo tính ổn định của các thành phần dược hoạt tính [12], và cung cấp thêm lượng dược chất cần thiết trong phạm vi tham chiếu của hành vi rửa trôi hoặc phân hủy ở các điều kiện khác nhau [13]. Điều này có thể dẫn đến sự tồn tại của chúng khi vô tình xuất hiện trong môi trường nước và đất. 4 Hơn nữa, ngành công nghiệp dược phẩm toàn cầu không ngừng tăng trưởng do nhu cầu cao về thuốc cũng góp phần gây ra rủi ro cho hệ sinh thái. Như Kanton và nhóm của ông đã phát hiện ra trong nghiên cứu, từ năm 1999–2000 đến 2011–2012, tỷ lệ người lớn sử dụng thuốc theo đơn được ghi nhận đã tăng từ khoảng 51% lên 59% [1].
Và với công nghệ tiên tiến trong sản xuất dược phẩm, số lượng các hợp chất có hoạt tính cao 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 đối với các sinh vật sống khi chúng không được các đối tượng mục tiêu hấp thụ hoàn toàn và xâm nhập vào môi trường. Trong số các EC 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 [14]. 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 [15], nhưng việc tiếp xúc liên tục với các hợp chất này có thể tích tụ và dẫn đến ảnh hưởng lâu dài đến tính bền vững và dân số.
của các sinh vật dưới nước [5, 14]. Tổng quan về thuốc kháng sinh Thuốc kháng sinh là tác nhân nhằm tiêu diệt hoặc ức chế sự phát triển của các vi sinh vật không mong muốn, bao gồm vi khuẩn, vi rút và nấm đối với người và vật nuôi. Đối với con người, kháng sinh được sử dụng chỉ được chuyển hóa một phần trong cơ thể, do đó một phần đáng kể trong số đó (dao động từ 50-80%) được bài tiết vào hệ sinh thái qua phân và nước tiểu [15, 17]. Trong nước thải bệnh viện và thành phố trong trường hợp được xử lý kém sẽ có chứa các EC này, là một số nguồn chính tạo ra ô nhiễm kháng sinh trong hệ sinh thái [18,19].1 Dữ liệu phân phối thuốc kháng vi khuẩn ở Hoa Kỳ năm 2009-2018 được điều chỉnh từ [20].
Ngoài ra, trong sản xuất thủy sản, người nuôi tiếp tục trộn kháng sinh vào thức ăn sau đó cho vào nước để ngăn ngừa và kiểm soát các bệnh truyền nhiễm nhằm nâng cao sản lượng trong nuôi trồng thủy sản [21,22,23]. Lượng kháng sinh quá mức trong nước có thể lây lan. Hơn nữa, như thể hiện trong Hình 2.1, tiêu thụ thuốc kháng sinh ở động vật sản xuất thực phẩm ở Hoa Kỳ đã tăng 9% từ năm 2017 đến năm 2018, cụ thể là tetracycline, đại diện cho khối lượng lớn nhất trong tất cả các loại kháng sinh, đã tăng 12% trong giai đoạn đó. Do cộng đồng vi sinh vật trong nước thường xuyên tiếp xúc với các chất gây ô nhiễm này, vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh có thể phát triển và chuyển các gen kháng thuốc sang thế hệ tiếp theo và làm giảm hiệu quả của các loại thuốc kê đơn 2.
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, có rất nhiều nồng độ kháng sinh trung bình từ 6 dưới 100 ng/L đến hơn 1000 ng/L, tùy thuộc vào các loại kháng sinh khác nhau và tính năng của thủy vực [24]. 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.
Kết quả cho thấy nước thải từ các trang trại chăn nuôi chứa nồng độ tetracycline cao (275 ng/L), đặc biệt là gần các trang trại chăn nuôi lợn [25]. Bã thuốc là chất gây ô nhiễm môi trường nước, không chỉ chất lượng nguồn nước như đại dương, sông hồ mà cả sinh vật sống phụ thuộc sâu vào môi trường sống ở đó cũng có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Nghiên cứu được thực hiện vào năm 2002 chỉ ra rằng kháng sinh trong nước, với giá trị một nửa nồng độ hiệu quả tối đa (EC50) dưới 0,1 mg/L, cực kỳ độc đối với vi sinh vật và rất độc đối với tảo (EC50 dao động từ 0,1 đến 1 mg/L) [26]. Tác động nghiêm trọng của sự hiện diện của thuốc kháng sinh ảnh hưởng trực tiếp đến động vật có xương sống tiêu thụ tảo; tuy nhiên, tảo là nhà sản xuất chính cho lưới thức ăn thủy sản.
Do đó, sự suy giảm số lượng loài của nguồn cung cấp thực phẩm và năng lượng tối cao này có thể gây ảnh hưởng không chỉ đến sinh vật biển mà còn cả con người do giảm lượng cá cung cấp. Lượng quá nhiều những chất này trong nước có thể tạo ra nguy cơ có hại cho các sinh vật sống dưới nước và có khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe con người khi chúng xâm nhập vào chuỗi thức ăn.