Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu cấu trúc tương tác tetracycline và ciprofloxacin trên bề mặt carbon hoạt tính

• Tác giả: Nguyễn Thị Mai Hoa
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tiến Trung
• Trường học: Trường Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Hóa vô cơ
• Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc, tương tác của Tetracycline và Ciprofloxacin trên bề mặt vật liệu carbon hoạt tính bằng phương pháp hóa học tính toán
• Loại tài liệu: Đề án thạc sĩ hóa học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Bình Định

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
• 2. DANH MỤC CÁC BẢNG
• 3. DANH MỤC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Tổng quan tài liệu và tình hình nghiên cứu
• 0.3. Mục đích nghiên cứu
• 0.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.5. Phương pháp nghiên cứu
• 0.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 0.7. Cấu trúc luận của văn
• 1. CƠ SỞ LÍ THUYẾT HÓA HỌC LƯỢNG TỬ
• 1.1. Phương trình Schrödinger
• 1.2. Sự gần đúng Born − Oppenheimer và nguyên lí không phân biệt các hạt đồng nhất
• 1.3. Sự gần đúng Born – Oppenheimer
• 1.4. Nguyên lý không phân biệt các hạt đồng nhất và mô hình các hạt độc lập
• 1.5. Nguyên lý loại trừ Pauli hay nguyên lý phản đối xứng
• 1.6. Hàm sóng của hệ nhiều electron
• 1.7. Cấu hình electron và trạng thái hệ nhiều electron
• 1.8. Bộ hàm cơ sở
• 1.8.1. Một số khái niệm về bộ hàm cơ sở
• 1.8.2. Phân loại bộ hàm cơ sở
• 1.9. Các phương pháp gần đúng hóa học lượng tử
• 1.9.1. Phương pháp bán kinh nghiệm
• 1.9.2. Phương pháp Hatree-Fock và phương trình Roothaan
• 1.9.3. Phương pháp nhiễu loạn Moller-Plesset (MPn)
• 1.9.4. Phương pháp tương tác cấu hình (Condiguration Interaction − CI)
• 1.9.5. Phương pháp chùm tương tác (Couple-Cluster-CC)
• 1.9.6. Thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory – DFT)
• 1.10. Sai số do chồng chất bộ hàm cơ sở (BSSE)
• 1.11. Thuyết nguyên tử trong phân tử (AIM)
• 1.12. Orbital phân tử khu trú (LMO), orbital thích hợp (NO), orbital nguyên tử thích hợp (NAO) và orbital liên kết thích hợp (NBO)
• 1.12.1. Orbital phân tử khu trú (LMO)
• 1.12.2. Orbital thích hợp (NO), orbital nguyên tử thích hợp (NAO) và orbital liên kết thích hợp (NBO)
• 2. TỔNG QUAN VỀ HẤP PHỤ, TƯƠNG TÁC YẾU, HỆ CHẤT NGHIÊN CỨU
• 2.1. Lý thuyết hấp phụ. Một số khái niệm
• 2.2. Hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học
• 2.3. Các tương tác yếu trong hóa học. Liên kết hydrogen
• 2.4. Tương tác van der Waals
• 2.5. Tương tác acid-base Lewis
• 2.6. Tương tác tĩnh điện
• 2.7. Hệ chất nghiên cứu. Sơ lược về kháng sinh TC và CIP
• 2.8. Vật liệu carbon hoạt tính
• 2.9. Phương pháp tính trong hệ nghiên cứu
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Cấu trúc tối ưu và một số đặc trưng của các phân tử CIP, TC và bề mặt AC
• 3.2. Kết quả tối ưu hình học các kháng sinh TC, CIP
• 3.3. Phân tích giản đồ thế năng tĩnh điện đối với các phân tử kháng sinh
• 3.4. Sự hấp phụ các phân tử kháng sinh TC, CIP trên các mô hình bề mặt carbon hoạt tính (AC1, AC2)
• 3.5. Cấu hình hấp phụ bền
• 3.6. Sự hình thành và vai trò các tương tác ngoại phân tử
• 3.7. Nhận xét chung
• 3.8. Sự hấp phụ các phân tử TC, CIP trên bề mặt AC1, AC2 có bổ sung cation Ca2+
• 3.9. Cấu trúc phức bền
• 3.10. Năng lượng quá trình hấp phụ TC, CIP lên AC1a và AC2a
• 3.11. Vai trò và bản chất của tương tác bề mặt
• 3.12. Nhận xét chung
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về tetracycline và ciprofloxacin

Tetracycline (TC) và ciprofloxacin (CIP) là hai loại kháng sinh phổ biến được sử dụng rộng rãi trong y học và nông nghiệp. TC thuộc họ kháng sinh tetracycline, có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn bằng cách ngăn chặn tổng hợp protein. CIP là một loại kháng sinh thuộc nhóm fluoroquinolone, có tác dụng diệt khuẩn bằng cách ức chế enzyme DNA gyrase. Nghiên cứu về tương tác giữa TC và CIP trên bề mặt carbon hoạt tính (AC) giúp hiểu rõ hơn về khả năng hấp phụ và tác động sinh học của chúng. Theo một nghiên cứu gần đây, TC và CIP có nồng độ cao trong nước thải, gây ra mối lo ngại về ô nhiễm môi trường. Việc tìm hiểu các tương tác giữa chúng và vật liệu hấp phụ như AC là cần thiết để phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả hơn.

1.1. Tính chất và ứng dụng của tetracycline và ciprofloxacin

TC và CIP có tính chất hóa học đặc trưng cho phép chúng tương tác với các bề mặt khác nhau. TC có cấu trúc vòng thơm, cho phép hình thành các tương tác π-π với AC, trong khi CIP có nhóm thế amine có thể tạo ra các tương tác ion với bề mặt AC. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng AC làm vật liệu hấp phụ có thể giúp loại bỏ hiệu quả TC và CIP khỏi môi trường nước. Những nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

II. Tính chất và khả năng hấp phụ của carbon hoạt tính

Carbon hoạt tính là một vật liệu hấp phụ hiệu quả, nhờ vào diện tích bề mặt lớn và khả năng tạo ra các tương tác mạnh với các phân tử. Các nghiên cứu cho thấy carbon hoạt tính có thể hấp phụ tốt các kháng sinh như TC và CIP thông qua các cơ chế khác nhau, bao gồm tương tác tĩnh điện, tương tác van der Waals, và tương tác hydrogen. Việc nghiên cứu cấu trúc bề mặt và tính chất vật lý của carbon hoạt tính là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về khả năng hấp phụ của nó. Các yếu tố như pH, nhiệt độ và nồng độ của các kháng sinh cũng ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ. Theo nghiên cứu của Duverger, carbon hoạt tính có thể hấp phụ CIP với hiệu suất cao, điều này mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm nước.

2.1. Cơ chế hấp phụ của carbon hoạt tính

Cơ chế hấp phụ của carbon hoạt tính đối với TC và CIP chủ yếu dựa trên các tương tác giữa các phân tử kháng sinh và bề mặt của vật liệu. Các tương tác này bao gồm tương tác tĩnh điện giữa nhóm amine của CIP và các nhóm chức trên bề mặt carbon, cũng như tương tác π-π giữa các vòng thơm của TC và carbon. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa cấu trúc bề mặt carbon có thể nâng cao khả năng hấp phụ. Hơn nữa, việc hiểu rõ các cơ chế này có thể giúp phát triển các vật liệu hấp phụ mới với hiệu suất cao hơn trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm từ nước.

III. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp hóa học tính toán để khảo sát sự hấp phụ của TC và CIP trên bề mặt carbon hoạt tính. Các chương trình tính toán như Gaussian 09 được sử dụng để tối ưu hóa cấu trúc và tính toán năng lượng tương tác giữa các phân tử kháng sinh và bề mặt AC. Kết quả cho thấy rằng cả TC và CIP đều có khả năng hấp phụ tốt trên bề mặt carbon hoạt tính, với năng lượng hấp phụ cao. Các tương tác giữa các phân tử kháng sinh và bề mặt carbon được phân tích chi tiết, cho thấy rằng các tương tác này phụ thuộc vào cấu trúc và tính chất của từng loại kháng sinh.

3.1. Kết quả tối ưu hóa cấu trúc

Kết quả tối ưu hóa cấu trúc cho thấy rằng TC và CIP có cấu trúc ổn định khi hấp phụ trên bề mặt carbon hoạt tính. Các năng lượng hấp phụ được tính toán cho thấy rằng việc hấp phụ TC trên bề mặt AC1 có năng lượng cao hơn so với CIP, cho thấy rằng TC có khả năng tương tác mạnh hơn với bề mặt carbon. Điều này có thể giải thích bởi cấu trúc hóa học của TC, với nhiều nhóm chức có khả năng tạo ra các tương tác mạnh mẽ hơn với carbon. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về khả năng hấp phụ mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả hơn trong tương lai.

IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu về tương tác giữa TC, CIP và carbon hoạt tính không chỉ có giá trị trong việc hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc phát triển các công nghệ xử lý ô nhiễm nước. Kết quả nghiên cứu có thể giúp các nhà khoa học và kỹ sư thiết kế các hệ thống xử lý nước thải hiệu quả hơn, nhằm loại bỏ các kháng sinh độc hại khỏi môi trường. Hơn nữa, nghiên cứu này cũng góp phần nâng cao hiểu biết về các tương tác hóa học trong các hệ thống phức tạp, từ đó mở rộng ứng dụng của carbon hoạt tính trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

4.1. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc của carbon hoạt tính để nâng cao khả năng hấp phụ. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu sâu hơn về các tương tác giữa các phân tử khác nhau trên bề mặt carbon cũng cần được thực hiện. Các phương pháp tính toán hiện đại có thể được áp dụng để khám phá các cơ chế hấp phụ phức tạp hơn, từ đó mở ra nhiều cơ hội mới trong việc phát triển vật liệu hấp phụ hiệu quả cho các ứng dụng trong xử lý môi trường.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ô nhiễm môi trường do dư lượng kháng sinh ngày càng gia tăng, việc xử lý các chất kháng sinh như tetracycline (TC) và ciprofloxacin (CIP) trong nguồn nước thải trở thành vấn đề cấp bách. Theo báo cáo của ngành, nồng độ TC và CIP trong các nguồn nước thải có thể đạt mức cao đáng kể, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là khảo sát cấu trúc và tương tác của hai phân tử kháng sinh này trên bề mặt vật liệu carbon hoạt tính (AC) bằng phương pháp hóa học tính toán, nhằm đánh giá khả năng hấp phụ và vai trò của các tương tác bề mặt ở cấp độ phân tử. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi các mô hình bề mặt AC chứa các vòng carbon 5, 6 và 7 cạnh, sử dụng các phương pháp tính toán lượng tử hiện đại với dữ liệu thu thập và phân tích trong năm 2023 tại Trường Đại học Quy Nhơn. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn vật liệu hấp phụ hiệu quả, góp phần định hướng các nghiên cứu thực nghiệm và ứng dụng trong xử lý ô nhiễm kháng sinh, đặc biệt trong ngành nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình hóa học lượng tử hiện đại để phân tích tương tác giữa phân tử kháng sinh và bề mặt carbon hoạt tính. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Phương trình Schrödinger và các phương pháp gần đúng: Sử dụng phương trình Schrödinger không phụ thuộc thời gian để mô tả trạng thái lượng tử của hệ phân tử, kết hợp với sự gần đúng Born-Oppenheimer nhằm tách chuyển động hạt nhân và electron. Các phương pháp gần đúng như Hartree-Fock (HF), phương pháp nhiễu loạn Møller-Plesset bậc 2 (MP2), và thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) với phiếm hàm PBE được sử dụng để tính toán cấu trúc và năng lượng.

• Thuyết nguyên tử trong phân tử (AIM): Phân tích mật độ electron tại các điểm tới hạn liên kết (BCP) để đánh giá bản chất và độ bền của các tương tác yếu như liên kết hydrogen, tương tác van der Waals, và tương tác tĩnh điện.

• Phân tích orbital thích hợp (NBO, NAO, LMO): Giúp xác định sự chuyển mật độ electron và các orbital liên kết thích hợp, từ đó hiểu rõ hơn về cơ chế tương tác giữa phân tử kháng sinh và bề mặt AC.

Các khái niệm chính bao gồm năng lượng hấp phụ (EA), năng lượng tương tác (Einter), năng lượng biến dạng phân tử và bề mặt (ED-mol, ED-sur), cùng các thông số hình học và điện tử đặc trưng của phức hợp hấp phụ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mô hình cấu trúc phân tử TC, CIP và các mô hình bề mặt carbon hoạt tính được xây dựng và tối ưu hóa bằng phần mềm Gaussian 09. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các cấu trúc bề mặt AC với các vòng carbon 5, 6, 7 cạnh, có và không có bổ sung cation Ca2+. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng cấu trúc tối ưu nhằm tìm ra trạng thái bền nhất của phức hợp hấp phụ.

Phân tích được thực hiện qua các bước:

• Tối ưu hóa hình học các phân tử và bề mặt ở mức lý thuyết PBEPBE/6-31G(d,p) và LanL2DZ.

• Tính toán năng lượng hấp phụ, năng lượng tương tác, năng lượng biến dạng.

• Phân tích mật độ electron, Laplacian, mật độ thế năng và động năng tại các điểm tới hạn liên kết bằng phần mềm AIMAll.

• Phân tích chuyển mật độ electron và năng lượng siêu liên hợp bằng chương trình NBO 5.0.

• Sử dụng các công cụ hỗ trợ như GaussView 6.0 để trực quan hóa cấu trúc và tương tác.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2023, tập trung vào việc mô phỏng và phân tích các tương tác bề mặt ở cấp độ phân tử nhằm cung cấp dữ liệu định lượng và định tính cho các ứng dụng thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cấu trúc tối ưu của phân tử TC và CIP: Các phân tử kháng sinh TC và CIP được tối ưu hóa với sai số độ dài liên kết so với thực nghiệm chỉ khoảng 0,003–0,026 Å, góc liên kết sai lệch trong khoảng 0,3–0,8°, chứng tỏ mức lý thuyết sử dụng phù hợp và đáng tin cậy.

2. Năng lượng hấp phụ trên bề mặt AC: Năng lượng hấp phụ của TC và CIP trên các bề mặt AC dao động trong khoảng từ -20 đến -40 kcal.mol⁻¹, trong đó TC có xu hướng hấp phụ mạnh hơn CIP khoảng 10–15%. Việc bổ sung cation Ca2+ trên bề mặt AC làm tăng năng lượng hấp phụ lên khoảng 5–8 kcal.mol⁻¹, cho thấy vai trò quan trọng của các ion kim loại trong tăng cường tương tác.

3. Bản chất các tương tác bề mặt: Phân tích AIM cho thấy các điểm tới hạn liên kết (BCP) giữa TC, CIP và bề mặt AC có mật độ electron ρ(r) trong khoảng 0.01–0.03 au, Laplacian ∇²ρ(r) dương, và tổng năng lượng electron H(r) âm nhẹ, đặc trưng cho các liên kết hydrogen yếu và tương tác van der Waals. Năng lượng liên kết hydrogen ước tính theo công thức kinh nghiệm dao động từ 4 đến 20 kJ.mol⁻¹, phù hợp với phân loại liên kết hydrogen yếu đến trung bình.

4. Chuyển mật độ electron và tương tác siêu liên hợp: Phân tích NBO cho thấy sự chuyển mật độ electron từ các orbital lone pair của bề mặt AC sang các orbital antibonding của TC và CIP, với giá trị EDT khoảng 0.02–0.05 e, góp phần làm bền phức hấp phụ. Năng lượng siêu liên hợp Einter đạt giá trị từ -5 đến -15 kcal.mol⁻¹, phản ánh sự ổn định của các phức hợp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân TC hấp phụ mạnh hơn CIP có thể do cấu trúc phân tử TC với nhiều nhóm chức có khả năng tạo liên kết hydrogen và tương tác π-π với bề mặt AC. Việc bổ sung cation Ca2+ làm tăng lực tương tác tĩnh điện và tạo điều kiện thuận lợi cho sự hấp phụ, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của ion kim loại trong hấp phụ kháng sinh.

So sánh với các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng khác, kết quả năng lượng hấp phụ và các thông số AIM, NBO đều nằm trong phạm vi hợp lý, khẳng định tính chính xác của phương pháp hóa học tính toán được áp dụng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh năng lượng hấp phụ giữa TC và CIP trên các bề mặt AC khác nhau, bảng tổng hợp các thông số AIM và NBO để minh họa sự khác biệt về bản chất tương tác.

Ý nghĩa của kết quả là cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn vật liệu carbon hoạt tính phù hợp trong xử lý ô nhiễm kháng sinh, đồng thời làm rõ vai trò của các tương tác yếu trong quá trình hấp phụ, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý môi trường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường nghiên cứu thực nghiệm kết hợp mô phỏng: Khuyến nghị các nhà nghiên cứu thực hiện các thí nghiệm hấp phụ TC và CIP trên các loại carbon hoạt tính có bổ sung ion kim loại như Ca2+ trong vòng 12 tháng tới nhằm xác nhận và mở rộng kết quả mô phỏng.

2. Phát triển vật liệu carbon hoạt tính cải tiến: Đề xuất thiết kế và tổng hợp các vật liệu carbon hoạt tính có cấu trúc bề mặt chứa nhiều nhóm chức năng tạo liên kết hydrogen và tương tác π-π, nhằm tăng cường hiệu quả hấp phụ kháng sinh, với mục tiêu nâng cao chỉ số hấp phụ (adsorption capacity) lên ít nhất 20% trong 2 năm.

3. Ứng dụng trong xử lý nước thải ngành nuôi trồng thủy sản: Khuyến nghị các cơ sở xử lý nước thải tại các vùng nuôi tôm, cá áp dụng vật liệu carbon hoạt tính được cải tiến để giảm dư lượng TC và CIP xuống dưới ngưỡng an toàn trong vòng 18 tháng.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Đề xuất tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về hóa học tính toán và ứng dụng mô phỏng trong nghiên cứu vật liệu hấp phụ cho cán bộ nghiên cứu và kỹ thuật viên trong 6 tháng tới, nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên hóa học lượng tử, hóa vô cơ: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về phương pháp tính toán lượng tử, phân tích tương tác yếu, giúp nâng cao hiểu biết và ứng dụng trong nghiên cứu khoa học.

2. Chuyên gia môi trường và kỹ sư xử lý nước thải: Thông tin về khả năng hấp phụ kháng sinh trên vật liệu carbon hoạt tính hỗ trợ trong việc lựa chọn và phát triển công nghệ xử lý ô nhiễm nước.

3. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu hấp phụ: Cơ sở dữ liệu về cấu trúc và tương tác phân tử giúp thiết kế vật liệu mới có hiệu suất cao, đáp ứng nhu cầu thị trường và tiêu chuẩn môi trường.

4. Sinh viên cao học và nghiên cứu sinh ngành hóa học, môi trường: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc học tập, nghiên cứu luận văn, đặc biệt trong lĩnh vực hóa học tính toán và ứng dụng môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp hóa học tính toán có ưu điểm gì trong nghiên cứu hấp phụ?
   Phương pháp này cho phép mô phỏng chi tiết cấu trúc và tương tác ở cấp độ phân tử, giúp hiểu rõ bản chất các lực hấp phụ mà không cần thí nghiệm tốn kém. Ví dụ, phân tích AIM và NBO giúp xác định các liên kết hydrogen và chuyển mật độ electron.

2. Tại sao chọn carbon hoạt tính làm vật liệu hấp phụ?
   Carbon hoạt tính có diện tích bề mặt lớn, nhiều nhóm chức năng và khả năng tạo tương tác π-π, tĩnh điện tốt, giúp hấp phụ hiệu quả các phân tử hữu cơ như kháng sinh. Nghiên cứu cho thấy AC hấp phụ TC và CIP với năng lượng hấp phụ lên đến -40 kcal.mol⁻¹.

3. Vai trò của cation Ca2+ trong quá trình hấp phụ là gì?
   Cation Ca2+ tăng cường tương tác tĩnh điện giữa phân tử kháng sinh và bề mặt AC, làm tăng năng lượng hấp phụ khoảng 5–8 kcal.mol⁻¹, giúp cải thiện hiệu quả loại bỏ kháng sinh trong môi trường nước.

4. Liên kết hydrogen yếu ảnh hưởng thế nào đến hấp phụ?
   Liên kết hydrogen yếu (năng lượng 4–20 kJ.mol⁻¹) tạo điều kiện cho sự hấp phụ ổn định nhưng không quá bền, giúp quá trình hấp phụ và giải hấp phụ diễn ra thuận lợi, phù hợp cho ứng dụng xử lý nước tái sử dụng.

5. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng thực tiễn ra sao?
   Kết quả giúp thiết kế vật liệu carbon hoạt tính tối ưu cho xử lý nước thải chứa kháng sinh, đặc biệt trong nuôi trồng thủy sản, góp phần giảm ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Kết luận

• Đã xác định được cấu trúc tối ưu và các thông số hình học của phân tử TC, CIP và bề mặt carbon hoạt tính phù hợp với dữ liệu thực nghiệm.
• Năng lượng hấp phụ TC trên bề mặt AC cao hơn CIP khoảng 10–15%, với sự gia tăng đáng kể khi có bổ sung cation Ca2+.
• Các tương tác bề mặt chủ yếu là liên kết hydrogen yếu, tương tác van der Waals và tương tác tĩnh điện, được phân tích chi tiết qua các phương pháp AIM và NBO.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển vật liệu hấp phụ hiệu quả và định hướng nghiên cứu thực nghiệm trong xử lý ô nhiễm kháng sinh.
• Đề xuất các giải pháp ứng dụng và đào tạo nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và chuyển giao công nghệ trong ngành môi trường và nuôi trồng thủy sản.

Next steps: Triển khai nghiên cứu thực nghiệm bổ sung, phát triển vật liệu cải tiến và mở rộng ứng dụng trong xử lý nước thải.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích hợp tác để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.