Nhằm mục tiêu chế tạo vật liệu có khả năng hấp phụ và có hoạt tính quang xúc tác cao để loại bỏ dư lượng thuốc kháng sinh trong môi trường nước là vấn đề cấp thiết giúp ngăn chặn sự xuất hiện của vi khuẩn kháng kháng sinh, TS. Nguyễn Thị Thanh Hải và nhóm nghiên cứu Viện Công nghệ môi trường đã tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ - quang xúc tác BiOI nhằm xử lý thuốc kháng sinh nhóm Fluoroquinolone (Ciprofloxacin, Levofloxacin) trong môi trường nước”. Đề tài được Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm KHCNVN xếp loại B.

Chủ nhiệm TS. Nguyễn Thị Thanh Hải, Viện Công nghệ môi trường

Dư lượng thuốc kháng sinh được xếp vào loại các chất ô nhiễm mới trong môi trường, do sự gia tăng sử dụng, thải bỏ vào môi trường và các hoạt tính sinh học của chúng. Tuy nhiên, không giống như các chất ô nhiễm hữu cơ khác, dư lượng thuốc kháng sinh trong môi trường nước được coi là mối quan tâm lớn vì tính chất phức tạp của chúng cũng như đặc tính ức chế các quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ. Trong số nhóm kháng sinh thường được sử dụng trong điều trị bệnh, ciprofloxacin và levofloxacin là thuốc kháng sinh thuộc nhóm quinolone hay còn gọi là fluoroquinolone (FQ), là loại thuốc được sử dụng nhiều thứ tư cho con người và rất hữu ích trong điều trị nhiễm trùng sau phẫu thuật. Để kiểm soát rủi ro của thuốc kháng sinh nói chung và FQs nói riêng đối với môi trường và sức khỏe con người, việc tìm hiểu nguồn gốc và xử lý chúng trong môi trường đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Loại bỏ dư lượng thuốc kháng sinh có trong nước thải ngay tại nguồn thải trước khi thải bỏ ra môi trường xung quanh là điều rất quan trọng. Hấp phụ và quang xúc tác được coi là những phương pháp hiệu quả trong quá trình loại bỏ các chất kháng sinh, thiết kế, vận hành đơn giản; tương đối rẻ tiền và không bị ảnh hưởng bởi độc tính tiềm tàng, phù hợp cho quá trình xử lý thuốc kháng sinh với hiệu quả cao. Tuy nhiên đối với phương pháp quang xúc tác, sử dụng các vật liệu có độ hấp phụ mạnh, khả năng quang xúc tác cao trong vùng ánh sáng nhìn thấy và dễ dàng thu hồi tái sử dụng trong quá trình xử lý thuốc kháng sinh là rất cần thiết. Hiện nay, vật liệu Bismuth oxyhalide (BiOX, X = Cl, Br, I) là dạng vật liệu mao quản trung bình đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới nhờ cấu trúc phân lớp độc đáo có thể tạo ra sự phân tách hiệu quả của các cặp điện tử - lỗ trống và đạt được hiệu suất quang xúc tác cao. Trong nhóm các vật liệu BiOX, BiOI có năng lượng vùng cấm nhỏ nhất (~1,93 eV) và khả năng hấp thụ mạnh ở vùng ánh sáng khả kiến. Do đó, sử dụng khả năng hấp phụ và hiệu ứng quang xúc tác của BiOI để phân hủy các chất kháng sinh trong môi trường nước có ưu điểm vượt trội so với phương pháp xử lý truyền thống.

Vật liệu mao quản trung bình BiOI kích thước hạt nano từ ~15nm, có dung lượng hấp phụ và tính quang xúc tác cao, xử lý được thuốc kháng sinh bằng nguồn ánh sáng mặt trời

 Sau quá trình nghiên cứu, nhóm đã chế tạo thành công vật liệu bismuth oxyiodide - BiOI có khả năng hấp phụ và quang xúc tác phân huỷ kháng sinh ciprofloxacin và levofloxacin (thuộc nhóm fluoroquinolone) trong môi trường nước. Đồng thời xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu BiOI trong điều kiện nhiệt độ phòng (BiOI-R) và phương pháp nhiệt dung (BiOI-S). Quy trình này dễ thực hiện, có độ lặp và tính ổn định cao. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công hệ thử nghiệm quang xúc tác sử dụng vật liệu BiOI-S và áp dụng loại bỏ dư lượng kháng sinh ciprofloxacin và levofloxacin trong mẫu nước thải y tế, hiệu quả xử lý kháng sinh đạt 84-89% dưới điều chiếu sáng của mặt trời. Kết quả đã góp phần đưa ra một phương pháp có thể áp dụng vào thực tế để xử lý môi trường nước nhiễm dư lượng thuốc kháng sinh.

Hệ xúc tác quang hóa qui mô 10L/ngày xử lý kháng sinh nhóm fluoroquinolone (ciprofloxacin, levofloxacin) trong nước

Sản phẩm của đề tài có tính ứng dụng cao trong thực tiễn bởi quy trình chế tạo và sử dụng vật liệu trong quá trình xử lý kháng sinh đơn giản, thuận tiện. Sử dụng vật liệu mao quản trung bình BiOI để xử lý kháng sinh nhóm fluoroquinolone (ciprofloxacin, levofloxacin) trong môi trường nước là quy trình công nghệ mới ở Việt Nam. Đây là loại công nghệ đơn giản, có chi phí thấp nhưng hiệu quả cao, tương đương với các công nghệ đang được ứng dụng ở các nước tiên tiến. Đề tài đã công bố 01 bài báo trên tạp chí Environmental progress and sustainable energy và 01 bài báo trên tạp chí Chemical Engineering & Technology (chấp nhận đăng) đều thuộc danh mục SCIE; 01 bài báo trên tạp chí VAST02; 03 bài báo đăng trên tạp chí chuyên ngành trong nước có chỉ số ISSN. Đề tài đã có 01 quyết định chấp nhận đơn hợp lệ đối với đăng ký sáng chế. Qua những kết quả đã đạt được, nhóm đề tài mong muốn được tiếp tục nghiên cứu quá trình phân huỷ của kháng sinh nhóm fluoroquinolon nói chung và ciprofloxacin, levofloxaxin nói riêng trong môi trường nước để đánh giá được các dạng tồn tại cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ chúng trong môi trường nước.