QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY DƯ LƯỢNG KHÁNG SINH CIPROFLOXACIN VÀ METRONIDAZOL BẰNG VẬT LIỆU COMPOSIT ZnO/Fe3O4/CHITOSAN

Vu Thị Tâm Hiếu; Lù Thị Xíu; Lê Tiến Hà; Bùi Minh Tuân; Nguyễn Văn Quang; Bùi Minh Quý

doi:10.34238/tnu-jst.13319

QUANG XÚC TÁC PHÂN HỦY DƯ LƯỢNG KHÁNG SINH CIPROFLOXACIN VÀ METRONIDAZOL BẰNG VẬT LIỆU COMPOSIT ZnO/Fe3O4/CHITOSAN

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 28/07/25 Ngày hoàn thiện: 24/09/25 Ngày đăng: 24/09/25

Các tác giả

1. Vu Thị Tâm Hiếu, 1) Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên, 2) Trường Đại học Tân Trào
2. Lù Thị Xíu, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
3. Lê Tiến Hà, Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên
4. Bùi Minh Tuân, 1) Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên, 2) Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì
5. Nguyễn Văn Quang, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
6. Bùi Minh Quý , Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên

Tóm tắt

Tồn dư kháng sinh trong nước đang là một vấn đề cấp bách được cả thế giới quan tâm. Nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng phân hủy kháng sinh ciprofloxacin và metronidazol trong nước bằng vật liệu phân hủy quang xúc tác ba thành phần ZnO/Fe₃O₄/chitosan. Các khảo sát về khả năng phân hủy hai loại kháng sinh ở các điều kiện phân hủy khác nhau, ảnh hưởng của các yếu tố (pH, thời gian và nồng độ ban đầu của kháng sinh), mô hình động học quá trình phân hủy quang xúc tác cũng được đề cập trong nghiên cứu. Kết quả cho thấy, vật liệu ZnO/Fe₃O₄/chitosan có khả năng phân hủy hai kháng sinh ciprofloxacin và metronidazol trong nước dưới tác động của ánh sáng mặt trời với hiệu suất lần lượt đạt 87,86% và 77,46%. Quá trình quang xúc tác phân hủy đạt hiệu suất cao tại pH = 5 (với ciprofloxacin) và pH = 8 (với metronidazol). Sự phân hủy ciprofloxacin và metronidazol bằng ZnO/Fe₃O₄/chitosan được mô tả tốt theo mô hình động học biểu kiến bậc 1 Langmuir – Hinshelwood. Hằng số tốc độ quá trình phân hủy quang xúc tác giảm khi nồng độ ban đầu của kháng sinh tăng (k_{app, CFX} = 0,0063 – 0,0036 phút^-1 khi C₀,_CFX = 2,72 – 9,92 mg/L); k_{app, MNZ} = 0,0088 – 0,0051 phút^-1, khi C₀,_MNZ = 0,66 – 3,41 mg/L). Vật liệu ZnO/Fe₃O₄/chitosan có tiềm năng ứng dụng tốt trong việc xử lý dư lượng kháng sinh có trong môi trường nước.

Từ khóa

Phân hủy quang xúc tác; Kháng sinh; Ciprofloxacin; Metronidazol; ZnO/Fe3O4¬/chitosan

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] X. Jiang, K. Li, Y. Tang, X. Wang, W. Kan, L. Yang, and B. Zhao, “A double defects-dominated flexible TiO₂ matrix for in-situ SERS sensing of antibiotic residues in aquatic ecosystem (fish & fishpond water) and their on-site degradation in flowing water,” Sci. Total Environ., vol. 921, 2024, Art. no. 171154, doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.171154.

[2] D. T. Nguyen, T. K. Hoang, T. D. Tran, M. H. Nguyen, K. T. Trinh, D. A. Khuong, T. Tsubota, and T. D. Pham, “Adsorption characteristics of individual and binary mixture of ciprofloxacin antibiotic and lead(II) on synthesized bamboo-biochar,” Environ. Res., vol. 273, 2025, Art. no. 121225, doi: 10.1016/j.envres.2025.121225.

[3] R. Wu, Y. Wang, X. Song, and H. Zhang, “Fabrication of Fe₃O₄/HAP/Ag as surface-enhanced Raman scattering substrate for detection of antibiotic residues in fish and aquatic ecosystems,” Opt. Mater. (Amst)., vol. 166, 2025, Art. no. 117209, doi: 10.1016/j.optmat.2025.117209.

[4] K. Kulik, A. Lenart-Boroń, and K. Wyrzykowska, “Impact of Antibiotic Pollution on the Bacterial Population within Surface Water with Special Focus on Mountain Rivers,” Water, vol. 15, no. 5, Mar. 2023, Art. no. 975, doi: 10.3390/w15050975.

[5] T. V. Tran, D. T. C. Nguyen, H. T. N. Le, D. V. N. Vo, V. D. Doan, V. P. Dinh, H. T. T. Nguyen, T. D. Nguyen, and L. G. Bach, “Amino-functionalized MIL-88B(Fe)-based porous carbon for enhanced adsorption toward ciprofloxacin pharmaceutical from aquatic solutions,” Comptes Rendus Chim., vol. 22, no. 11–12, pp. 804–812, 2019, doi: 10.1016/j.crci.2019.09.003.

[6] N. Mohammadian, T. T. Firozjaee, J. Abdi, M. Moghadasi, and M. Mirzaei, “PW12/Fe₃O₄/biochar nanocomposite as an efficient adsorbent for metronidazole removal from aqueous solution: Synthesis and optimization,” Surfaces and Interfaces, vol. 52, 2024, Art. no. 104946, doi: 10.1016/j.surfin.2024. 104946.

[7] H. Q. Anh, T. P. Q. Le, N. D. Le, X. X. Lu, T. T. Duong, J. Garnier, E. Rochelle-Newall, S. Zhang, N.-H. Oh, C. Oeurng, C. Ekkawatpanit, T.D. Nguyen, Q.T. Nguyen, T.D. Nguyen, T.N. Nguyen, T.L. Tran, T. Kunisue, R. Tanoue, S. Takahashi, T. B. Minh, H. T. Le, T. N. M. Pham, and T. A. H. Nguyen, “Antibiotics in surface water of East and Southeast Asian countries: A focused review on contamination status, pollution sources, potential risks, and future perspectives,” Sci. Total Environ., vol. 764, Apr. 2021, Art. no. 142865, doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.142865.

[8] J. Dutta and A. A. Mala, “Removal of antibiotic from the water environment by the adsorption technologies: A review,” Water Sci. Technol., vol. 82, no. 3, pp. 401–426, Aug. 2020, doi: 10.2166/WST.2020.335.

[9] M. F. Lanjwani, M. Tuzen, M. Y. Khuhawar, and T. A. Saleh, “Trends in photocatalytic degradation of organic dye pollutants using nanoparticles: A review,” Inorg. Chem. Commun., vol. 159, Jan. 2024, Art. no. 111613, doi: 10.1016/j.inoche.2023.111613.

[10] N. Bhattacharjee, I. Som, R. Saha, and S. Mondal, “A critical review on novel eco-friendly green approach to synthesize zinc oxide nanoparticles for photocatalytic degradation of water pollutants,” Int. J. Environ. Anal. Chem., vol. 104, no. 3, pp. 489–516, Jan. 2022, doi: 10.1080/03067319. 2021.2022130.

[11] M. Q. Bui and T. L. Nguyen, “Synthesis, characteristics, and photocatalytic degradation of antibiotics in water using ZnO/Fe₃O₄/chitosan composite” TNU J. Sci. Technol., vol. 229, no. 10, pp. 150–158, Jun. 2024, doi: 10.34238/tnu-jst.9877.

[12] B. M. Quy, N. T. N. Thu, V. T. Xuan, N. T. H. Hoa, N. T. N. Linh, V. Q. Tung, V. T. T. Le, T. T. Thao, N. T. K. Ngan, P. T. Tho, N. M. Hung, and L. T. Ha, “Photocatalytic degradation performance of a chitosan/ZnO–Fe₃O₄ nanocomposite over cationic and anionic dyes under visible-light irradiation,” RSC Adv., vol. 15, no. 3, pp. 1590–1603, 2025, doi: 10.1039/D4RA08262A.

[13] S. Akter, M. S. Islam, M. H. Kabir, M. A. A. Shaikh, and M. A. Gafur, “UV/TiO₂ photodegradation of metronidazole, ciprofloxacin and sulfamethoxazole in aqueous solution: An optimization and kinetic study,” Arab. J. Chem., vol. 15, no. 7, 2022, Art. no. 103900, doi: 10.1016/j.arabjc.2022.103900.

[14] M. Malakootian, N. Olama, M. Malakootian, and A. Nasiri, “Photocatalytic degradation of metronidazole from aquatic solution by TiO₂-doped Fe³⁺ nano-photocatalyst,” Int. J. Environ. Sci. Technol., vol. 16, no. 8, pp. 4275–4284, 2019, doi: 10.1007/s13762-018-1836-2.

[15] A. H. Jawad, N. S. A. Mubarak, and A. S. Abdulhameed, “Tunable Schiff’s base-cross-linked chitosan composite for the removal of reactive red 120 dye: Adsorption and mechanism study,” Int. J. Biol. Macromol., vol. 142, pp. 732–741, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.10.014.

[16] S. A. Zeid and Y. Leprince-Wang, “Advancements in ZnO-Based Photocatalysts for Water Treatment: A Comprehensive Review,” Crystals, vol. 14, no. 7, pp. 1-47, 2024, doi: 10.3390/cryst14070611.

[17] J. Singh, S. Kaur, G. Kaur, S. Basu, and M. Rawat, “Biogenic ZnO nanoparticles: A study of blueshift of optical band gap and photocatalytic degradation of reactive yellow 186 dye under direct sunlight,” Green Process. Synth., vol. 8, no. 1, pp. 272–280, 2019, doi: 10.1515/gps-2018-0084.

[18] P. Vijayalakshmi, P. Shanmugavelan, S. Anisree, and P. M. Mareeswaran, “Enhanced visible-light Z-scheme photocatalytic degradation of amoxicillin, chlorpyrifos, and methylene blue by Bi₂O₃/g-C₃N₄/ZnO nanocomposite,” J. Mater. Res., vol. 39, no. 22, pp. 3103–3125, Nov. 2024, doi: 10.1557/s43578-024-01445-y.

[19] M. Yeganeh, H. R. Sobhi, and A. Esrafili, “Efficient photocatalytic degradation of metronidazole from aqueous solutions using Co/g-C₃N₄/Fe₃O₄ nanocomposite under visible light irradiation,” Environ. Sci. Pollut. Res., vol. 29, no. 17, pp. 25486–25495, Apr. 2022, doi: 10.1007/s11356-021-17077-2.

[20] F. Wang, Z. Chen, Z. Zhu, and J. Guo, “Construction of visible light responsive ZnO/N-g-C₃N₄ composite membranes for antibiotics degradation,” J. Mater. Res. Technol., vol. 17, pp. 1696–1706, 2022, doi: 10.1016/j.jmrt.2022.01.140.

[21] Y. Li, S. Sun, M. Ma, Y. Ouyang, and W. Yan, “Kinetic study and model of the photocatalytic degradation of rhodamine B (RhB) by a TiO₂-coated activated carbon catalyst: Effects of initial RhB content, light intensity and TiO₂ content in the catalyst,” Chem. Eng. J., vol. 142, no. 2, pp. 147–155, 2008, doi: 10.1016/j.cej.2008.01.009.

[22] M. H. Sayadi, S. Sobhani, and H. Shekari, “Photocatalytic degradation of azithromycin using GO@Fe₃O₄/ZnO/SnO₂ nanocomposites,” J. Clean. Prod., vol. 232, pp. 127–136, Sep. 2019, doi: 10.1016/j.jclepro.2019.05.338.

[23] A. Panchakeaw, S. Nonthing, R. Dulyasucharit, and S. Nanan, “Improved photocatalytic activity of magnetically separable Fe₃O₄/ZnO photocatalyst for complete sunlight-active removal of tetracycline antibiotic,” Chem. Phys. Lett., vol. 862, Mar. 2025, Art. no. 141868, doi: 10.1016/j.cplett.2025.141868.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.13319

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ