NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ KHÁNG SINH TETRACYCLIN TRONG NƯỚC CỦA VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG WO3 VÀ WO3 PHA TẠP BẰNG NI

• Tác giả: Nguyễn Viết Khoa
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Đồng
• Trường học: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng xử lý kháng sinh Tetracyclin trong nước của vật liệu xúc tác quang WO3 và WO3 pha tạp Ni
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về kháng sinh và ô nhiễm kháng sinh trong môi trường nước
• 1.2. Tổng quan về kháng sinh Tetracyclin
• 1.3. Tác hại của ô nhiễm kháng sinh trong môi trường
• 1.4. Các phương pháp xứ lý kháng sinh trong nước
• 1.4.1. Phương pháp hấp phụ
• 1.4.2. Phương pháp sinh học
• 1.4.3. Phương pháp Oxi hóa nâng cao
• 1.4.4. Phương pháp xúc tác quang dị thể
• 1.5. Tổng quan về vật liệu WO3
• 1.5.1. Tổng quan về WO3
• 1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xúc tác quang của WO3
• 1.5.3. Một số phương pháp tăng cường khả năng xúc tác quang của WO3
• 1.6. Tổng quan về vật liệu Ni-WO3
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
• 2.3.1. Hóa chất sử dụng
• 2.3.2. Pha chế hóa chất
• 2.3.3. Dụng cụ thí nghiệm
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Tổng hợp vật liệu WO3
• 2.4.2. Tổng hợp vật liệu Ni – WO3
• 2.4.3. Các phương pháp đánh giá đặc trưng tính chất và cấu trúc vật liệu
• 2.4.4. Đánh giá, khảo sát khả năng xử lý TC của các vật liệu tổng hợp
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc trưng vật liệu WO3 và Ni – WO3
• 3.1.1. Đặc trưng vật liệu WO3
• 3.1.2. Đặc trưng vật liệu Ni – WO3
• 3.2. Khả năng xúc tác của vật liệu WO3 và Ni – WO3 đối với TC
• 3.2.1. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp vật liệu
• 3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ pha tạp
• 3.2.3. Ảnh hưởng của pH
• 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ TC
• 3.2.5. Ảnh hưởng của lượng chất xúc tác
• 3.2.6. Khả năng tái sinh của vật liệu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Ô Nhiễm Tetracyclin Tác Hại Nguồn Gốc

Ô nhiễm tetracyclin (TC) là một vấn đề môi trường cấp bách. TC được sử dụng rộng rãi trong y tế và chăn nuôi. Việc lạm dụng kháng sinh dẫn đến sự gia tăng nồng độ TC trong môi trường nước. Ô nhiễm Tetracyclin gây ra nhiều tác hại. Nó thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn kháng kháng sinh. Các sản phẩm phân hủy của TC còn độc hại hơn cả TC ban đầu. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Nguồn gốc chính của ô nhiễm tetracyclin là từ nước thải chăn nuôi và sinh hoạt. Các quy định về sử dụng kháng sinh còn lỏng lẻo, tạo điều kiện cho việc xả thải trực tiếp ra môi trường. Điều này đòi hỏi các giải pháp xử lý tetracyclin hiệu quả và bền vững.

1.1. Nguồn Gốc Chính Của Ô Nhiễm Kháng Sinh Tetracyclin

Nguồn gốc chủ yếu của sự ô nhiễm tetracyclin đến từ hoạt động chăn nuôi và sinh hoạt. Theo nghiên cứu, lượng lớn tetracyclin được thải ra từ vật nuôi và con người do khả năng hấp thụ kém và quá trình bài tiết. Tình trạng này càng trở nên nghiêm trọng hơn do thiếu các biện pháp xử lý nước thải hiệu quả trước khi thải ra môi trường. Bảng 1 trong tài liệu gốc chỉ ra rằng nguồn kháng sinh TC trong nước chủ yếu đến từ chăn nuôi và hộ gia đình.

1.2. Tác Hại Của Tetracyclin Đến Sức Khỏe Và Môi Trường

Tetracyclin gây ra nhiều tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường. Việc tiếp xúc với TC có thể gây dị ứng, làm suy yếu hệ vi sinh vật có lợi và dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn kháng thuốc. Ngoài ra, sản phẩm phân hủy của tetracyclin còn có độc tính cao hơn, gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường và ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Nghiên cứu của Dongmei Su và cộng sự cho thấy TC ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo, làm suy yếu chức năng sinh lý của tế bào.

II. Thách Thức Xử Lý Tetracyclin Phương Pháp Hiện Tại Hạn Chế

Việc xử lý tetracyclin trong nước thải là một thách thức lớn. Các phương pháp truyền thống như hấp phụ, sinh học và oxy hóa nâng cao có những hạn chế nhất định. Phương pháp hấp phụ chỉ chuyển TC từ pha lỏng sang pha rắn, không loại bỏ hoàn toàn. Phương pháp sinh học chậm và kém hiệu quả với nồng độ TC cao. Các phương pháp oxy hóa nâng cao có thể tạo ra các sản phẩm phụ độc hại. Do đó, cần phát triển các phương pháp xử lý tetracyclin tiên tiến hơn. Vật liệu xúc tác quang là một giải pháp tiềm năng. WO3 và Ni-WO3 hứa hẹn hiệu quả xử lý TC cao hơn và thân thiện với môi trường.

2.1. Tổng Quan Các Phương Pháp Xử Lý Kháng Sinh Trong Nước

Các phương pháp hiện nay để xử lý kháng sinh trong nước bao gồm: hấp phụ, sinh học và oxy hóa nâng cao. Phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu hấp phụ để loại bỏ TC, nhưng không phân hủy nó. Phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy TC, nhưng hiệu quả chậm. Phương pháp oxy hóa nâng cao (AOP) sử dụng các chất oxy hóa mạnh để phân hủy TC, nhưng có thể tạo ra sản phẩm phụ độc hại.

2.2. Hạn Chế Của Các Phương Pháp Xử Lý Tetracyclin Truyền Thống

Các phương pháp xử lý tetracyclin truyền thống gặp nhiều hạn chế. Hấp phụ chỉ chuyển TC từ nước sang vật liệu hấp phụ, không phân hủy TC. Xử lý sinh học chậm và không hiệu quả với nồng độ TC cao. AOP có thể tạo ra sản phẩm phụ độc hại, gây ô nhiễm thứ cấp. Các phương pháp này chưa đáp ứng được yêu cầu xử lý TC hiệu quả và bền vững.

III. Xúc Tác Quang WO3 và Ni WO3 Giải Pháp Xử Lý Tetracyclin

Vật liệu xúc tác quang WO3 và Ni-WO3 là một giải pháp đầy hứa hẹn để xử lý tetracyclin. WO3 có giá thành rẻ, bền nhiệt và hấp thụ ánh sáng khả kiến. Ni-WO3 còn có khả năng tăng cường hiệu quả xúc tác quang nhờ giảm năng lượng vùng cấm và giảm tốc độ tái tổ hợp electron-lỗ trống. Quá trình xúc tác quang sử dụng ánh sáng để kích hoạt các phản ứng oxy hóa khử. TC sẽ bị phân hủy thành các chất vô hại như CO2 và H2O. Phương pháp này có tiềm năng xử lý TC hoàn toàn và thân thiện với môi trường.

3.1. Tổng Quan Về Vật Liệu Xúc Tác Quang WO3

WO3 là vật liệu xúc tác quang được quan tâm nhờ giá thành rẻ, bền nhiệt và khả năng hấp thụ ánh sáng khả kiến. WO3 có năng lượng vùng cấm thấp (~2.8 eV), cho phép quá trình xúc tác quang diễn ra dưới ánh sáng khả kiến. Tuy nhiên, WO3 có tốc độ tái tổ hợp electron-lỗ trống cao, làm giảm hiệu quả xúc tác quang.

3.2. Ưu Điểm Của Vật Liệu Ni WO3 Trong Xử Lý Tetracyclin

Ni-WO3 là vật liệu WO3 được pha tạp với niken (Ni). Việc pha tạp Ni giúp giảm năng lượng vùng cấm và giảm tốc độ tái tổ hợp electron-lỗ trống, tăng cường hiệu quả xúc tác quang. Niken có bán kính ion tương đồng với W, có thể thay thế W trong mạng tinh thể WO3, thay đổi hình thái bề mặt và khả năng xúc tác quang.

3.3. Cơ Chế Xúc Tác Quang Phân Hủy Tetracyclin Bằng WO3 và Ni WO3

Quá trình xúc tác quang phân hủy tetracyclin bằng WO3 và Ni-WO3 diễn ra khi vật liệu hấp thụ ánh sáng, tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Các electron và lỗ trống này di chuyển đến bề mặt vật liệu, tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử. Tetracyclin bị oxy hóa và phân hủy thành các chất ít độc hại hơn, cuối cùng là CO2 và H2O. Ni-WO3 tăng cường quá trình này bằng cách giảm tốc độ tái tổ hợp electron-lỗ trống, kéo dài thời gian tồn tại của chúng và tăng khả năng phản ứng.

IV. Nghiên Cứu Thực Nghiệm Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý Tetracyclin

Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý tetracyclin bằng WO3 và Ni-WO3 trong điều kiện khác nhau. Các yếu tố như tỉ lệ pha tạp Ni, pH, nồng độ TC và lượng chất xúc tác được khảo sát. Kết quả cho thấy Ni-WO3 có hiệu quả xử lý TC cao hơn WO3. Tỉ lệ pha tạp Ni tối ưu, pH và lượng chất xúc tác phù hợp giúp tăng cường hiệu quả xử lý TC. Nghiên cứu cũng đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu xúc tác, cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế của phương pháp này.

4.1. Ảnh Hưởng Của Tỉ Lệ Pha Tạp Ni Đến Khả Năng Xúc Tác Quang

Tỉ lệ pha tạp Ni ảnh hưởng đáng kể đến khả năng xúc tác quang của Ni-WO3. Nghiên cứu cho thấy có một tỉ lệ pha tạp Ni tối ưu. Khi tỉ lệ Ni quá thấp, hiệu quả xúc tác không cao. Khi tỉ lệ Ni quá cao, hiệu quả xúc tác cũng giảm do tạo ra các khuyết tật trong cấu trúc vật liệu. Việc tìm ra tỉ lệ pha tạp Ni tối ưu là rất quan trọng để tối đa hóa hiệu quả xử lý TC.

4.2. Tác Động Của pH Đến Quá Trình Xử Lý Tetracyclin Bằng Ni WO3

pH của dung dịch ảnh hưởng đến khả năng xử lý tetracyclin bằng Ni-WO3. Ở pH thấp, bề mặt vật liệu tích điện dương, hút các anion TC. Ở pH cao, bề mặt vật liệu tích điện âm, đẩy các anion TC. Có một giá trị pH tối ưu để TC hấp phụ tốt nhất trên bề mặt vật liệu, tăng hiệu quả xúc tác quang.

4.3. Đánh Giá Khả Năng Tái Sử Dụng Của Vật Liệu Xúc Tác Ni WO3

Khả năng tái sử dụng là một yếu tố quan trọng để đánh giá tính bền vững của vật liệu xúc tác. Nghiên cứu đánh giá khả năng tái sử dụng của Ni-WO3 qua nhiều chu kỳ xúc tác. Kết quả cho thấy Ni-WO3 vẫn duy trì được hiệu quả xúc tác đáng kể sau nhiều chu kỳ, chứng tỏ tính bền vững và tiềm năng ứng dụng thực tế.

V. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Mới Ứng Dụng Thực Tế

Nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng của WO3 và Ni-WO3 trong xử lý tetracyclin. Ni-WO3 cho thấy hiệu quả xử lý TC cao hơn WO3 trong điều kiện ánh sáng khả kiến. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào tối ưu hóa vật liệu xúc tác và quy trình xử lý. Nghiên cứu ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải công nghiệp chứa TC là cần thiết. Việc kết hợp WO3 và Ni-WO3 với các phương pháp xử lý khác có thể mang lại hiệu quả cao hơn.

5.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Tổng Hợp Vật Liệu Xúc Tác Quang

Việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp vật liệu xúc tác quang là rất quan trọng để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu cần tập trung vào các yếu tố như nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ pha tạp và phương pháp tổng hợp để tạo ra vật liệu xúc tác quang có cấu trúc tốt, diện tích bề mặt lớn và hoạt tính cao.

5.2. Nghiên Cứu Ứng Dụng Thực Tế Trong Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp

Nghiên cứu cần mở rộng sang ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải công nghiệp chứa tetracyclin. Các thử nghiệm nên được thực hiện với nước thải thực tế để đánh giá hiệu quả của vật liệu xúc tác quang trong điều kiện phức tạp. Cần xem xét các yếu tố như độ đục, thành phần hóa học và các chất ô nhiễm khác có thể ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác quang.

5.3. Kết Hợp Vật Liệu Xúc Tác Với Các Phương Pháp Xử Lý Khác

Việc kết hợp vật liệu xúc tác quang với các phương pháp xử lý khác có thể mang lại hiệu quả cao hơn. Ví dụ, kết hợp xúc tác quang với hấp phụ hoặc lọc màng có thể loại bỏ tetracyclin và các sản phẩm phân hủy một cách hiệu quả. Nghiên cứu cần khám phá các phương pháp kết hợp khác nhau để tìm ra giải pháp xử lý tetracyclin tối ưu.

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường nước do kháng sinh là vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Trong đó, kháng sinh Tetracyclin (TC) được sử dụng phổ biến trong y tế và chăn nuôi, dẫn đến sự tồn dư ngày càng tăng trong nguồn nước. Ước tính, TC có thời gian bán hủy trong môi trường nước từ 34 đến 329 giờ, đồng thời các sản phẩm phân hủy của TC còn có độc tính cao hơn bản thân kháng sinh. Tại Việt Nam, dấu vết TC được phát hiện rộng rãi trong các hệ thống nước mặt như sông, hồ, ao, suối, chủ yếu từ nguồn thải chăn nuôi và sinh hoạt. Việc lạm dụng kháng sinh không kiểm soát đã làm gia tăng nguy cơ phát triển vi khuẩn kháng thuốc, gây khó khăn trong điều trị bệnh và ảnh hưởng tiêu cực đến hệ vi sinh vật môi trường.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng xử lý kháng sinh TC trong nước bằng vật liệu xúc tác quang WO3 và WO3 pha tạp Ni nhằm nâng cao hiệu quả xử lý trong điều kiện ánh sáng khả kiến. Nghiên cứu tập trung vào tổng hợp, đặc trưng vật liệu, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ nung, tỉ lệ pha tạp, pH, nồng độ TC và lượng chất xúc tác đến hiệu suất xử lý. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội trong năm 2023-2024. Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển vật liệu xúc tác quang hiệu quả, thân thiện môi trường, có khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải chứa kháng sinh, giảm thiểu ô nhiễm và nguy cơ kháng thuốc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Quá trình xúc tác quang dị thể: Khi vật liệu bán dẫn như WO3 được chiếu sáng bởi ánh sáng có năng lượng photon lớn hơn năng lượng vùng cấm, electron được kích thích từ vùng hóa trị lên vùng dẫn tạo ra cặp electron-lỗ trống. Các cặp này tham gia phản ứng oxy hóa-khử tạo ra các gốc tự do •OH và •O2– có khả năng phân hủy các chất hữu cơ như TC thành CO2 và H2O.

• Ảnh hưởng của pha tạp kim loại chuyển tiếp (Ni): Pha tạp Ni vào cấu trúc WO3 làm giảm năng lượng vùng cấm, tạo bẫy electron giúp kéo dài thời gian tồn tại của cặp electron-lỗ trống, từ đó tăng hiệu suất xúc tác quang.

• Khái niệm điểm đẳng điện (pHpzc): Điểm pH tại đó bề mặt vật liệu không mang điện tích, ảnh hưởng đến tương tác giữa vật liệu và phân tử TC trong dung dịch, từ đó tác động đến hiệu quả xử lý.

Các khái niệm chính bao gồm: năng lượng vùng cấm, tái tổ hợp electron-lỗ trống, hấp phụ bề mặt, quang xúc tác khả kiến, và hiệu suất xử lý kháng sinh.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tổng hợp và đặc trưng vật liệu WO3 và Ni-WO3, khảo sát xử lý TC trong dung dịch nước.

• Phương pháp tổng hợp: Vật liệu WO3 được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa và nung ở các nhiệt độ 300, 400, 500, 600 °C. Vật liệu Ni-WO3 được pha tạp Ni với tỉ lệ mol từ 1% đến 5% và nung ở 500 °C.

• Phương pháp phân tích: Đặc trưng vật liệu bằng XRD, SEM-EDX, UV-Vis DRS, phổ phát quang PL, BET để đo diện tích bề mặt và kích thước lỗ rỗng. Đánh giá hiệu suất xử lý TC bằng phương pháp quang phổ UV-Vis tại bước sóng 358 nm.

• Thiết kế thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung, tỉ lệ pha tạp Ni, pH (3-10), nồng độ TC (5-25 ppm), và lượng chất xúc tác (0,025-0,2 g) đến hiệu suất xử lý TC. Thí nghiệm được thực hiện với cỡ mẫu 200 mL dung dịch TC, lượng vật liệu 0,05 g, khuấy 500 vòng/phút, chiếu đèn LED 35 W trong 180 phút. Khả năng tái sử dụng vật liệu được đánh giá qua 5 chu kỳ xử lý.

• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp và đặc trưng vật liệu trong 3 tháng đầu, khảo sát xử lý TC trong 4 tháng tiếp theo, phân tích dữ liệu và hoàn thiện luận văn trong 2 tháng cuối năm 2023 đến đầu 2024.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến vật liệu WO3: Vật liệu WO3 nung ở 500 °C cho pha đơn tà ổn định với năng lượng vùng cấm khoảng 2,72 eV, có cường độ hấp thụ quang cao nhất trong vùng khả kiến. Hiệu suất xử lý TC đạt 43,7%, cao hơn so với các mẫu nung ở 300 °C (36,6%) và 600 °C (32,9%).

2. Tác động của tỉ lệ pha tạp Ni: Vật liệu 3% mol Ni-WO3 đạt hiệu suất xử lý TC cao nhất khoảng 76%, gấp gần đôi so với WO3 thuần (42%). Khi tỉ lệ Ni vượt quá 3%, xuất hiện tạp chất NiO làm giảm hiệu quả xúc tác. Diện tích bề mặt tăng từ 7,6 m²/g lên 13,5 m²/g khi pha tạp Ni, kích thước hạt giảm, tăng khả năng hấp phụ TC.

3. Ảnh hưởng pH dung dịch: Hiệu suất xử lý đạt tối đa 76,21% tại pH = 6, gần với điểm đẳng điện pHpzc = 5,47 của vật liệu. Ở pH thấp hơn hoặc cao hơn, hiệu quả giảm do tương tác điện tích giữa bề mặt vật liệu và phân tử TC kém hơn, cũng như sự ổn định của gốc •OH bị ảnh hưởng.

4. Ảnh hưởng nồng độ TC và lượng xúc tác: Nồng độ TC 10 ppm cho hiệu quả xử lý cao nhất (76,3%). Khi tăng nồng độ TC lên 15-25 ppm, hiệu suất giảm xuống còn 45,7%. Lượng xúc tác 0,05 g (0,25 g/L) là tối ưu, tăng lượng xúc tác vượt mức làm tăng độ đục dung dịch, cản trở ánh sáng và giảm hiệu quả.

5. Khả năng tái sử dụng vật liệu: Sau 5 chu kỳ xử lý, hiệu suất xử lý TC vẫn duy trì khoảng 76%, chứng tỏ vật liệu Ni-WO3 có độ bền và khả năng tái sinh cao, phù hợp ứng dụng thực tế.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy vật liệu WO3 pha tạp Ni có khả năng xúc tác quang vượt trội nhờ giảm năng lượng vùng cấm và giảm tốc độ tái tổ hợp electron-lỗ trống, phù hợp với ánh sáng khả kiến. Sự gia tăng diện tích bề mặt và kích thước lỗ rỗng do pha tạp Ni giúp tăng hấp phụ TC, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy. Hiệu suất xử lý cao nhất tại pH gần điểm đẳng điện phù hợp với lý thuyết về tương tác điện tích bề mặt và dạng tồn tại của TC trong dung dịch. Giảm hiệu quả ở nồng độ TC cao do cạnh tranh hấp phụ và hạn chế photon kích thích. Khả năng tái sử dụng ổn định cho thấy vật liệu có tính bền vững, phù hợp cho ứng dụng xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất xử lý theo nhiệt độ nung, tỉ lệ pha tạp, pH, nồng độ TC và lượng xúc tác, cùng bảng so sánh kích thước hạt, diện tích bề mặt và năng lượng vùng cấm của các mẫu vật liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển quy trình tổng hợp vật liệu Ni-WO3 với tỉ lệ pha tạp 3% mol và nung ở 500 °C nhằm tối ưu hóa hiệu suất xúc tác quang trong xử lý kháng sinh TC, áp dụng trong vòng 6 tháng tới tại các phòng thí nghiệm nghiên cứu môi trường.

2. Điều chỉnh pH dung dịch xử lý ở mức khoảng 6 để đạt hiệu quả xử lý cao nhất, đặc biệt trong các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và chăn nuôi, thực hiện trong giai đoạn vận hành hệ thống xử lý.

3. Kiểm soát nồng độ TC đầu vào không vượt quá 10 ppm để đảm bảo hiệu quả xử lý tối ưu, áp dụng trong quản lý nguồn nước thải và giám sát chất lượng nước.

4. Sử dụng lượng xúc tác khoảng 0,25 g/L để cân bằng giữa hiệu quả xử lý và chi phí vật liệu, đồng thời tránh hiện tượng cản trở ánh sáng do quá nhiều chất xúc tác.

5. Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục về pha tạp đồng thời hoặc lai ghép vật liệu nhằm nâng cao hiệu suất xúc tác quang và mở rộng ứng dụng xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ khác trong môi trường nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa Môi trường: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về vật liệu xúc tác quang WO3 và Ni-WO3, giúp phát triển các đề tài liên quan đến xử lý ô nhiễm nước.

2. Chuyên gia và kỹ sư xử lý nước thải: Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế và vận hành hệ thống xử lý nước thải chứa kháng sinh, nâng cao hiệu quả xử lý và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

3. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Tham khảo để xây dựng các quy chuẩn, hướng dẫn kiểm soát ô nhiễm kháng sinh trong nước, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xúc tác và công nghệ xử lý nước: Phát triển sản phẩm xúc tác quang mới dựa trên vật liệu Ni-WO3, mở rộng thị trường ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu WO3 và Ni-WO3 khác nhau như thế nào về khả năng xử lý TC?
   Ni-WO3 có hiệu suất xử lý TC cao hơn gần gấp đôi so với WO3 thuần nhờ giảm năng lượng vùng cấm và giảm tốc độ tái tổ hợp electron-lỗ trống, tăng diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ.

2. Tại sao pH ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý TC?
   pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt vật liệu và dạng tồn tại của TC trong dung dịch, từ đó tác động đến tương tác hấp phụ và tạo gốc tự do •OH, hiệu quả xử lý cao nhất tại pH ~6 gần điểm đẳng điện của vật liệu.

3. Lượng chất xúc tác tối ưu là bao nhiêu?
   Lượng xúc tác 0,05 g (0,25 g/L) là tối ưu, tăng lượng xúc tác vượt mức làm tăng độ đục dung dịch, cản trở ánh sáng và giảm hiệu quả xử lý.

4. Khả năng tái sử dụng vật liệu Ni-WO3 như thế nào?
   Vật liệu Ni-WO3 duy trì hiệu suất xử lý TC khoảng 76% sau 5 chu kỳ, cho thấy độ bền cao và khả năng tái sinh tốt, phù hợp ứng dụng thực tế.

5. Nồng độ TC trong nước ảnh hưởng ra sao đến hiệu quả xử lý?
   Hiệu quả xử lý cao nhất ở nồng độ TC 10 ppm; khi nồng độ tăng lên, hiệu suất giảm do cạnh tranh hấp phụ và hạn chế photon kích thích; nồng độ quá thấp cũng làm giảm tương tác với vật liệu.

Kết luận

• Vật liệu WO3 nung ở 500 °C cho pha đơn tà ổn định, năng lượng vùng cấm phù hợp (~2,72 eV) và hiệu suất xử lý TC đạt 43,7%.
• Pha tạp Ni 3% mol vào WO3 làm giảm năng lượng vùng cấm, tăng diện tích bề mặt, giảm kích thước hạt, nâng cao hiệu suất xử lý TC lên 76%.
• Điều kiện xử lý tối ưu gồm pH = 6, nồng độ TC 10 ppm, lượng xúc tác 0,25 g/L.
• Vật liệu Ni-WO3 có khả năng tái sử dụng cao, duy trì hiệu suất sau 5 chu kỳ xử lý.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu xúc tác quang hiệu quả, thân thiện môi trường, ứng dụng trong xử lý ô nhiễm nước chứa kháng sinh.

Next steps: Triển khai thử nghiệm quy mô lớn, nghiên cứu pha tạp đồng thời và lai ghép vật liệu để nâng cao hiệu quả xử lý. Khuyến khích hợp tác với các đơn vị xử lý nước thải để ứng dụng thực tế.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực xử lý môi trường nên tiếp cận và ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm phát triển công nghệ xử lý nước thải kháng sinh hiệu quả và bền vững.