I. Tổng Quan Nghiên Cứu Xử Lý Dược Phẩm trong Nước Thải 55
Nước sạch là vấn đề cấp bách toàn cầu. Ô nhiễm do các chất truyền thống như COD, BOD đã nhức nhối, nay thêm ô nhiễm bởi dược phẩm ngày càng được quan tâm. Nghiên cứu chỉ ra 60-85% thuốc kháng sinh bài tiết qua phân vẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu. Tại Việt Nam, việc sử dụng thuốc, đặc biệt là paracetamol (PAR) và diclofenac (DIC) tăng cao trong dịch COVID-19. Sự xuất hiện của các dược chất này trong nước gây tác động xấu tới sức khỏe con người và sinh vật, làm tăng khả năng kháng kháng sinh của vi sinh vật. Do đó, ô nhiễm nước do dược phẩm là vấn đề cần được giải quyết, cần phương pháp xử lý nước thải dược phẩm để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và cải thiện môi trường sinh thái.
1.1. Nguồn gốc và thành phần ô nhiễm dược phẩm trong nước
Dược phẩm có mặt trong nước thải sinh hoạt, y tế, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và nhà máy sản xuất dược phẩm. Nước thải sinh hoạt và y tế là nguồn đáng kể nhất. Các hợp chất dược phẩm này có thể ở dạng ban đầu hoặc chất chuyển hóa. Các nghiên cứu trên thế giới đã phát hiện hơn 100 loại thuốc khác nhau trong môi trường nước. Đáng chú ý, các thuốc kháng viêm, hạ sốt như PAR và DIC gia tăng đột biến trong thời kỳ dịch bệnh. Việc xác định nguồn gốc và thành phần giúp định hướng phương pháp xử lý phù hợp.
1.2. Tác động tiêu cực của ô nhiễm dược phẩm đến môi trường
Sự hiện diện của dược phẩm trong nước có thể gây ra các tác động xấu như tăng khả năng kháng kháng sinh của vi sinh vật, tích tụ và gây ảnh hưởng cho động vật thủy sinh và con người. Ô nhiễm dược phẩm trong nước mặt cũng gây nguy cơ cao đối với nguồn nước sinh hoạt. Điều này đòi hỏi các giải pháp xử lý ô nhiễm dược phẩm trong nước hiệu quả để giảm thiểu tác động tiêu cực lên hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Một trong các tác hại đó là ô nhiễm nguồn nước do dược phẩm
II. Thách Thức Xử Lý Paracetamol Diclofenac Trong Nước Thải 58
Nước thải sinh hoạt và y tế thường được xử lý bằng phương pháp sinh học. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý các chất dược phẩm của phương pháp sinh học không cao (chỉ đạt 25-50%). Do đó, cần các phương pháp tiên tiến hơn để loại bỏ paracetamol và diclofenac trong nước thải. Phương pháp oxy hóa tiên tiến (AOPs) sử dụng vật liệu TiO2 nhận được nhiều sự quan tâm. Tuy nhiên, diện tích bề mặt riêng của vật liệu xúc tác quang hóa TiO2 thấp, làm giới hạn số tâm hấp phụ các phân tử chất ô nhiễm trên bề mặt TiO2. Cần phải có giải pháp.
2.1. Hạn chế của phương pháp xử lý nước thải sinh học hiện tại
Các phương pháp xử lý sinh học (yếm khí, thiếu khí, hiếu khí) thường được áp dụng cho nước thải sinh hoạt và y tế. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ các dược phẩm như paracetamol và diclofenac còn hạn chế. Điều này dẫn đến nguy cơ các chất này vẫn tồn tại trong nguồn nước sau xử lý và gây ra các tác động không mong muốn đến môi trường và sức khỏe con người. Điều này đòi hỏi có thêm những nghiên cứu về các cách xử lý nước thải hiệu quả hơn.
2.2. Sự cần thiết của vật liệu quang xúc tác TiO2 hiệu quả cao
Vật liệu quang xúc tác TiO2 có tiềm năng lớn trong việc phân hủy paracetamol và diclofenac. Tuy nhiên, diện tích bề mặt riêng thấp của TiO2 thông thường là một hạn chế. Việc tăng diện tích bề mặt sẽ giúp tăng cường khả năng hấp phụ và phân hủy chất ô nhiễm. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu TiO2 có diện tích bề mặt lớn, cấu trúc tối ưu là rất cần thiết.
2.3. Vấn đề ô nhiễm do các chất dược phẩm mới trong nước
Ô nhiễm do các chất dược phẩm mới nổi như paracetamol và diclofenac đang trở thành một vấn đề toàn cầu. Sự gia tăng sử dụng các loại thuốc này, đặc biệt trong bối cảnh dịch bệnh, dẫn đến sự gia tăng nồng độ của chúng trong nước thải và các nguồn nước. Việc phát triển các công nghệ xử lý nước thải dược phẩm hiệu quả là vô cùng quan trọng để bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.
III. TiO2 Mao Quản Trung Bình Giải Pháp Xử Lý Hiệu Quả 56
Để tăng diện tích bề mặt TiO2, nhiều nghiên cứu chế tạo vật liệu TiO2 dạng mao quản trung bình đã được thực hiện. Đây là vật liệu có hệ mao quản đồng đều, kích thước mao quản cỡ 2,5 - 5,0 nm, hình lục lăng, một chiều, sắp xếp sít nhau, tạo nên cấu trúc tổ ong với diện tích bề mặt lớn. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu TiO2 mao quản trung bình (MQTB) lên tới 430 m2/g, lớn hơn gấp 4 - 5 lần so với vật liệu nano TiO2 thông thường. TiO2 MQTB là một trong những vật liệu được ưa chuộng nhất vì khuôn khổ hạt liên tục, hiệu suất lượng tử cao, diện tích bề mặt cao, tinh thể nano, ổn định lâu dài, không độc hại và tương hợp sinh học tốt.
3.1. Ưu điểm vượt trội của vật liệu TiO2 mao quản trung bình MQTB
TiO2 MQTB có diện tích bề mặt lớn, cấu trúc mao quản đồng đều giúp tăng cường khả năng hấp phụ và phân hủy các chất ô nhiễm như paracetamol và diclofenac. Ngoài ra, vật liệu này còn có độ ổn định cao, không độc hại và tương hợp sinh học tốt, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho xử lý nước thải.
3.2. Cơ chế quang xúc tác của TiO2 MQTB trong xử lý ô nhiễm
Cơ chế quang xúc tác của TiO2 MQTB liên quan đến việc hấp thụ ánh sáng, tạo ra các electron và lỗ trống. Các electron và lỗ trống này sẽ tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử, phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ như paracetamol và diclofenac thành các sản phẩm vô hại. Quá trình này diễn ra hiệu quả hơn với TiO2 MQTB nhờ diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp thụ ánh sáng tốt.
3.3. Các phương pháp tổng hợp vật liệu TiO2 mao quản trung bình
Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu TiO2 mao quản trung bình, bao gồm phương pháp sol-gel, phương pháp thủy nhiệt, và phương pháp sử dụng khuôn mẫu. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.
IV. Ứng Dụng TiO2 Mao Quản Xử Lý Paracetamol Diclofenac 54
Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp vật liệu quang xúc tác TiO2 mao quản trung bình và đánh giá khả năng xử lý, loại bỏ dư lượng kháng sinh paracetamol và diclofenac trong nước thải bằng vật liệu TiO2 mao quản trung bình chế tạo được. Nghiên cứu bao gồm các nội dung: nghiên cứu tổng hợp vật liệu TiO2 mao quản trung bình và đánh giá đặc tính của vật liệu; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng phân hủy paracetamol và diclofenac; thử nghiệm xử lý paracetamol và diclofenac trong nền nước thải sinh hoạt sau hệ MBR.
4.1. Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá đặc tính của vật liệu
Quá trình tổng hợp vật liệu TiO2 MQTB cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo vật liệu có cấu trúc mao quản đồng đều, diện tích bề mặt lớn và độ tinh khiết cao. Sau khi tổng hợp, các đặc tính của vật liệu như kích thước mao quản, diện tích bề mặt riêng, cấu trúc tinh thể cần được đánh giá bằng các phương pháp phân tích phù hợp.
4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý
Hiệu quả xử lý paracetamol và diclofenac bằng TiO2 MQTB có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thời gian xúc tác quang, thời gian hấp phụ, cường độ chiếu sáng và hàm lượng chất xúc tác. Việc khảo sát các yếu tố này giúp tối ưu hóa quá trình xử lý và đạt được hiệu quả cao nhất.
4.3. Thử nghiệm xử lý thực tế trong nước thải sinh hoạt
Việc thử nghiệm xử lý paracetamol và diclofenac trong nước thải sinh hoạt thực tế là rất quan trọng để đánh giá khả năng ứng dụng của TiO2 MQTB trong điều kiện thực tế. Kết quả của thử nghiệm này sẽ cung cấp thông tin quan trọng để phát triển các hệ thống xử lý nước thải hiệu quả và bền vững.
V. Kết Quả Xử Lý Paracetamol Diclofenac Bằng TiO2 MQTB 59
Kết quả nghiên cứu cho thấy TiO2 mao quản trung bình có khả năng xử lý hiệu quả paracetamol và diclofenac trong nước thải. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lượng chất hấp phụ TiO2 mao quản trung bình, cường độ đèn và mật độ chiếu, thời gian hấp phụ và xúc tác, nhiệt độ và hàm lượng chất phản ứng. Nghiên cứu cũng đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chứa PAR và DIC bằng vật liệu TiO2 mao quản trung bình.
5.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng xử lý
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng lượng chất hấp phụ TiO2 mao quản trung bình, cường độ đèn UV, thời gian xúc tác và nhiệt độ đều ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý paracetamol và diclofenac. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để đạt được hiệu quả xử lý cao nhất.
5.2. Đánh giá hiệu quả xử lý trong nước thải thực tế
Việc đánh giá hiệu quả xử lý paracetamol và diclofenac trong nước thải thực tế là quan trọng để xác định khả năng ứng dụng của TiO2 mao quản trung bình trong các hệ thống xử lý nước thải. Kết quả cho thấy TiO2 mao quản trung bình có tiềm năng lớn trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm này từ nước thải.
VI. Tiềm Năng Ứng Dụng và Nghiên Cứu Phát Triển TiO2 56
Nghiên cứu về xử lý paracetamol và diclofenac trong nước thải bằng vật liệu TiO2 mao quản trung bình mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong thực tế. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình tổng hợp vật liệu, nâng cao hiệu quả xử lý và giảm chi phí. Bên cạnh đó, cần nghiên cứu ứng dụng TiO2 mao quản trung bình trong xử lý các loại ô nhiễm khác trong nước thải.
6.1. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp và nâng cao hiệu quả
Việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp TiO2 mao quản trung bình là rất quan trọng để giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả xử lý. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp đơn giản, hiệu quả và thân thiện với môi trường.
6.2. Ứng dụng TiO2 MQTB trong xử lý các loại ô nhiễm khác
TiO2 mao quản trung bình có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý các loại ô nhiễm khác trong nước thải, bao gồm các chất hữu cơ khó phân hủy, kim loại nặng và vi sinh vật gây bệnh. Việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng này sẽ góp phần bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.
6.3. Đánh giá kinh tế và môi trường của công nghệ xử lý
Việc đánh giá kinh tế và môi trường của công nghệ xử lý bằng TiO2 mao quản trung bình là cần thiết để đảm bảo tính bền vững của công nghệ. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc đánh giá chi phí đầu tư, chi phí vận hành, hiệu quả xử lý và tác động môi trường của công nghệ.
