Tóm tắt:
Nghiên cứu này được thực hiện nhằm bước đầu tổng hợp và định hướng vật liệu ZnSe mang trên TiO2 (ZnSe/TiO2) để phân hủy ampicillin, một loại kháng sinh có mặt trong hầu hết nước thải y tế. Các kết quả phổ XRD, SEM và TEM của vật liệu rắn thu được sau quá trình tổng hợp cho thấy vật liệu ZnSe/TiO2 đã được tổng hợp thành công. Vật liệu này sau đó được sử dụng để khảo sát khả năng phân hủy ampicillin, định hướng xử lý nước thải chứa kháng sinh trong y tế. Độ giảm giá trị COD được sử dụng để đánh giá mức độ phân hủy của ampicillin. Kết quả cho thấy, 80% ampicillin đã bị phân hủy sau khi khuấy 250 mL dung dịch ampicillin 40 mg/L (pH trung tính) với 0,1 g ZnSe/TiO2 trong 120 phút ở điều kiện ánh sáng khả kiến. Các nghiên cứu chi tiết và sâu hơn về tổng hợp vật liệu ZnSe/TiO2, cũng như ứng dụng nó vào xử lý nước thải chứa kháng sinh cần được tiếp tục để có thể triển khai rộng rãi hơn.
Từ khóa: ZnSe, TiO2, quang xúc tác, kháng sinh, ampicillin.
1. Đặt vấn đề
Dư lượng kháng sinh là một trong các nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước đang được quan tâm hiện nay do tỷ lệ tiêu thụ cao trong việc điều trị bệnh cho cả con người và động vật. Một vấn đề có thể phát sinh do sự hiện diện của kháng sinh ở nồng độ thấp trong môi trường là sự phát triển của vi khuẩn kháng kháng sinh [1], [2]. Sự hiện diện của kháng sinh và vi khuẩn kháng kháng sinh trong nước thải đã tăng lên trong những năm gần đây và việc giảm thiểu chúng sẽ là một thách thức trong tương lai gần. Ampicillin là penicillin bán tổng hợp, có đặc tính kháng khuẩn do sự hiện diện của vòng beta-lactam. Ampicillin được sử dụng rộng rãi trong y học, bởi vì ở liều thấp của nó cũng có thể cho thấy tác dụng sinh học mạnh mẽ. Trong một số trường hợp, cả các sản phẩm chuyển đổi của nó (được tạo ra bởi cả quá trình trao đổi chất và các quá trình phân hủy khác) cũng có hoạt tính sinh học [3], [4], [5].
TiO2 là một trong các vật liệu quang xúc tác được sử dụng nhiều nhất, vì các đặc tính tiên tiến của nó như chi phí thấp, không độc hại, hoạt tính quang xúc tác cao [6], [7]. Tuy nhiên, hoạt tính quang xúc tác của TiO2 bị hạn chế, chỉ hoạt động tốt ở vùng tử ngoại do năng lượng vùng cấm của nó khoảng 3,0 eV đối với pha rutil và khoảng 3,2 eV đối với pha anatase [8]. Vì vậy, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành nhằm làm dịch chuyển phản ứng quang học của TiO2 sang vùng khả kiến bằng cách pha tạp với kim loại chuyển tiếp và/hoặc kim loại quý, phi kim loại hoặc chất bán dẫn. Sự kết hợp TiO2 với các kim loại cũng như vật liệu khác có thể làm giảm năng lượng vùng cấm của vật liệu quang xúc tác mới được tổng hợp, mở ra nhiều hướng ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng và xử lý môi trường [9], [10], [11].
ZnSe là một chất bán dẫn kim loại nhóm II-IV, có năng lượng vùng cấm thấp nên nó có thể hấp thụ bức xạ trong phạm vi rộng hơn, phù hợp với các ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng mặt trời [12], [13]. Việc kết hợp thành công ZnSe với TiO2 không chỉ ức chế hiệu quả sự tái hợp giữa các electron và lỗ trống quang sinh (e− – h+) mà còn tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời. Sự truyền electron giữa TiO2 và ZnSe dẫn đến khả năng quang xúc tác của vật liệu ZnSe/TiO2 được cải thiện đáng kể [14], [15].
Do đó, vật liệu quang xúc tác ZnSe và TiO2 đã và đang là đối tượng được quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới, bởi những tính chất độc đáo và tiềm năng ứng dụng của chúng [16]. Việc kết hợp thành công hai loại vật liệu này sẽ tạo ra một vật liệu quang xúc tác mới hứa hẹn nhiều triển vọng ứng dụng rộng rãi vượt trội hơn các vật liệu riêng lẻ ban đầu, đặc biệt trong lĩnh vực xử lý nước thải chứa kháng sinh, một đối tượng khó xử lý hiện nay.
Trong nghiên cứu này, ZnSe phủ lên chất mang TiO2 (ZnSe/TiO2) bước đầu được nghiên cứu tổng hợp bằng phương pháp kết tủa kết hợp nung trong khí chọn lọc để tạo ra hệ ghép nối bán dẫn. Vật liệu mới sau đó được kiểm tra thành phần pha tinh thể và hình thái bề mặt bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Hoạt tính quang xúc tác phân hủy ampicillin của ZnSe/TiO2 cũng được nghiên cứu nhằm định hướng ứng dụng vật liệu này trong xử lý nước thải y tế chứa kháng sinh hiện nay. Nghiên cứu lựa chọn ampicillin do đây là kháng sinh được sử dụng khá phổ biến trong y tế và có mặt trong hầu hết nước thải y tế.
2. Thiết kế thí nghiệm
2.1. Hóa chất
Các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu gồm selenous acid (H2SeO3), zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2.2H2O), titanium dioxide (TiO2), ethanol (C2H5OH), sodium hydroxide (NaOH), hydrochloric acid (HCl), silver sulfate (Ag2SO4), sulfuric acid (H2SO4), ferrous amonium sulfate (FAS) được mua từ Guang zhou (Trung Quốc); ampicillin trihydrate (AMP), phenanthroline iron II sulfate ([Fe(C12H8N2)3]SO4) được mua từ Sigma-Aldrich (Hoa Kỳ). Nước cất được lấy từ phòng thí nghiệm Trường Đại học Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh và Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng Thành phố Hồ Chí Minh. Tất cả các hóa chất được sử dụng mà không cần tinh chế thêm.
2.2. Tổng hợp vật liệu ZnSe/TiO2
Sau khi tham khảo các nghiên cứu trước có liên quan [11], [17], [18], [19], vật liệu ZnSe/TiO2 5% được tổng hợp theo quy trình đã được điều chỉnh để phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm như sau: Cân chính xác 9,50 (g) bột TiO2 khan. Cho lượng bột này vào 25 mL dung dịch chứa 0,77 (g) Zn(CH3COO)2.2H2O/ethanol 0.1M, khuấy trong 2 giờ để thu được Zn(CH3COO)2/TiO2. Tiếp tục cho 25 mL dung dịch chứa 0,45 (g) H2SeO3/ethanol 0,1 M, khuấy trong 2 giờ để thu được kết tủa ZnSeO3/TiO2. Lọc lấy kết tủa, sấy ở 120°C trong 2 giờ, sau đó tiếp tục nung trong dòng khí chọn lọc trong 4 giờ ở 550°C, thu được ZnSe/TiO2 màu vàng nhạt. Chất rắn này được làm nguội và nghiền bằng cối mã não để sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo.
2.3. Đánh giá đặc trưng vật liệu xúc tác
2.3.1. Phân tích cấu trúc tinh thể vật liệu
Mẫu ZnSe/TiO2 thu được sau quá trình tổng hợp được phân tích đặc trưng bằng XRD để xác định thành phần pha tinh thể của vật liệu. Phân tích được thực hiện bởi Brucker D8, sử dụng nguồn Cu-K (k=1,5406) trong phạm vi từ 10° đến 70°.
2.3.2. Phân tích hình thái
Mẫu vật liệu ZnSe/TiO2 thu được sau quá trình tổng hợp được phân tích hình thái sử dụng kính hiển vi điện tử SEM-JMS-5300LV với phạm vi điện áp 100-400 kV. Đồng thời, mẫu cũng được phân tích TEM bằng máy JEOL JE 2100F ở 80 KV.
2.4. Phân hủy ampicillin bằng kỹ thuật quang xúc tác trên cơ sở ZnSe/TiO2
Khảo sát khả năng phân hủy ampicillin bằng kỹ thuật quang xúc tác trên cơ sở ZnSe/TiO2 được tiến hành tại Trung tâm Thí nghiệm thực hành thuộc Trường Đại học Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh. Quy trình khảo sát được tiến hành như sau: 250 mL dung dịch ampicillin 40 mg/L đã được điều chỉnh pH được cho vào cốc xử lý có hệ thống điều nhiệt tuần hoàn. Cho một lượng xác định m(g) ZnSe/TiO2 và cốc, hỗn hợp được đặt trên máy khuấy từ và khuấy liên tục dưới điều kiện ánh sáng. Nhiệt độ được giữ ổn định trong suốt quá trình xử lý. Để đánh giá hiệu quả xử lý ampicillin, mẫu được lấy bằng xylanh, sau đó lọc qua phin lọc 0,22 μm để loại ZnSe/TiO2. Phần dung dịch sau lọc được tiến hành xác định COD. Giá trị COD được tính theo công thức (1):
COD (mg/L)=Vm(A-B)×CFAS×8000
Trong đó:
A là thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu nước trắng (mL);
B là thể tích FAS dùng chuẩn độ mẫu (mL);
CFAS là nồng độ FAS được chuẩn độ lại (M);
Vm là thể tích mẫu (mL).
Hiệu suất phân hủy quang hóa ampicillin (H%) được tính theo công thức (2):
Trong đó: COD0 và CODt lần lượt là COD của dung dịch trước và sau quá trình xử lý bằng ZnSe/TiO2.
Nghiên cứu tiến hành so sánh khả năng quang xúc tác của ZnSe/TiO2 trong điều kiện ánh sáng tử ngoại và khả kiến. Lượng xúc tác được khảo sát tại các giá trị m (g) lần lượt là 0,05, 0,1, 0,3 và 0,5 (g). Các giá trị pH của dung dịch ampicillin được khảo sát tại pH 4, 6, 7, 8 và 10. Thời gian xử lý ampicillin được khảo sát tại các khoảng thời gian 30, 60, 90 và 120 phút.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Kết quả phân tích cấu trúc tinh thể và hình thái vật liệu ZnSe/TiO2
Thành phần pha tinh thể của vật liệu ZnSe/TiO2 được xác định bằng phương pháp XRD. Kết quả XRD của vật liệu thu được được trình bày ở Hình 1.
Hình 1: Hình ảnh kết quả XRD của mẫu ZnSe/TiO2
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
Dữ liệu từ Hình 1 cho thấy các đỉnh nhiễu xạ tại các mặt (101), (004), (200), (105), (211), (204), (215) của vật liệu thu được phù hợp với các đỉnh nhiễu xạ theo một số công bố trước đây [20], [21], [22]. Phổ nhiễu xạ XRD của vật liệu ZnSe/TiO2 tổng hợp được đã chỉ rõ trong vật liệu có sự hiện diện của cả cấu trúc anatase TiO2 và ZnSe. Điều này chứng tỏ quá trình tổng hợp ZnSe/TiO2 đã thành công bằng phương pháp nung qua khí chọn lọc tại điều kiện phòng thí nghiệm.
Ngoài ra, vật liệu cũng được chụp hình ảnh SEM (Hình 2a) và TEM (Hình 2b) nhằm xác định phân bố hình dạng bề mặt của ZnSe trên chất mang TiO2. Dữ liệu từ Hình 2 cho thấy các hạt ZnSe được phân tán trên TiO2 tương đối đồng đều. Đồng thời, có thể quan sát thấy sự hiện diện của các điểm nối giữa hai pha tinh thể, xác nhận thêm sự tương tác mạnh giữa ZnSe và TiO2 trong vật liệu.
Hình 2: Hình ảnh SEM (a) và TEM (b) của mẫu vật liệu ZnSe/TiO2
Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện
3.2. Phân hủy ampicillin bằng kỹ thuật quang xúc tác trên cơ sở ZnSe/TiO2
3.2.1. Khả năng quang xúc tác phân hủy ampicillin dưới ánh sáng tử ngoại và khả kiến
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của ánh sáng tử ngoại (UV) và khả kiến (Vis) đến khả năng quang xúc tác phân hủy ampicillin được trình bày trong Hình 3.
Hình 3: Kết quả ảnh hưởng của nguồn bức xạ đến hiệu suất phân hủy ampicillin (điều kiện: V = 250 mL, C0 (ampicillin) = 40 mg/L, mxúc tác = 0,1, pH=7, thời gian 30 phút, nhiệt độ phòng)
Dữ liệu từ Hình 3 cho thấy hiệu suất phân hủy ampicillin trong điều kiện ánh sáng tử ngoại và ánh sáng khả kiến không có sự chênh lệch đáng kể. Kết quả này có sự tương đồng với nghiên cứu đã được công bố về vật liệu NiS2/TiO2 [23]. Điều này được giải thích do vật liệu tổng hợp được có năng lượng vùng cấm nhỏ hơn năng lượng vùng cấm tiêu chuẩn của TiO2 nên bức xạ UV hoặc Vis đều cho khả năng tương đương nhau cho sự kích hoạt làm phân tách cặp điện tử - lỗ trống trong vật liệu. Vì điều kiện an toàn bức xạ và tính kinh tế cho quá trình thí nghiệm nên bức xạ Vis được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo. Tuy nhiên, trong nghiên cứu sâu hơn về vật liệu ZnSe/TiO2 cần tiến hành xác định năng lượng vùng cấm của nó.
3.2.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng phân hủy ampicillin
Yếu tố pH là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả phân hủy chất kháng sinh, chất màu [23]. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng phân hủy ampicillin được thể hiện ở Hình 4.
Hình 4: Kết quả ảnh hưởng của hiệu suất phân hủy quang ampicillin theo pH (điều kiện: V = 250 mL, C0 (ampicillin) = 40 mg/L, mxúc tác = 0,1 g, thời gian 30 phút, nhiệt độ phòng)
Dữ liệu từ Hình 4 cho thấy hiệu suất phân hủy ampicillin phụ thuộc vào pH của dung dịch ampicillin. Khi pH tăng từ 4 đến 7, hiệu suất phân hủy cũng tăng lên và đạt giá trị cao nhất. Tiếp tục tăng pH lên 8 và 10, hiệu suất phân hủy lại giảm xuống. Kết quả tương tự cũng được công bố trong nghiên cứu khả năng quang xúc tác của đa số vật liệu phân hủy kháng sinh trong nước thải dược phẩm thực tế [24]. Sự phân hủy ampicillin bị giảm đi trong môi trường pH > 7 do ở môi trường bazơ mạnh, nồng độ OH- quá cao có thể ngăn cản sự xâm nhập của các photon ánh sáng tới bề mặt chất xúc tác. Mặt khác, bề mặt âm điện của chất xúc tác có thể tương tác cạnh tranh mạnh mẽ với ion OH- làm giảm việc sản sinh ra các gốc tự do. Chính vì thế, pH=7 được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến khả năng phân hủy ampicillin
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến khả năng phân hủy ampicillin được thể hiện ở Hình 5. Để tránh chất xúc tác dư thừa không cần thiết và cũng đảm bảo sự hấp thụ thích hợp photon ánh sáng cho sự phân hủy hoàn toàn, hàm lượng ZnSe/TiO2 được khảo sát từ 0,05 đến 0,5 g.
Dữ liệu từ Hình 5 cho thấy khi tăng lượng xúc tác, hiệu suất phân hủy ampicillin tăng dần. Zhou và cộng sự cũng xác nhận rằng khi lượng chất xúc tác tăng lên, số lượng photon được hấp thụ tăng lên, làm tăng các vị trí hoạt động trên toàn bộ chất xúc tác [25]. Khi lượng xúc tác tăng từ 0,05 g lên 0,1 g, ampicillin đã có sự giảm đáng kể nồng độ thể hiện qua hiệu suất phân hủy tăng nhanh từ 7% lên 23%. Tuy nhiên, tiếp tục tăng lượng xúc tác thì hiệu suất phân hủy tăng không đáng kể. Mozia và cộng sự cũng đã công bố một kết quả tương tự rằng sau khi hiệu suất phân hủy diclofenac (sử dụng xúc tác quang TiO2) tăng nhanh cùng với sự tăng lượng xúc tác ban đầu thì việc tăng thêm lượng xúc tác không dẫn đến sự tăng đáng kể của hiệu suất phân hủy [26]. Một số nghiên cứu cũng chỉ ra việc giảm lượng chất xúc tác cũng tăng cường độ trong suốt của dung dịch mẫu, giúp ánh sáng dễ dàng thâm nhập hơn, do đó cải thiện hiệu quả của phản ứng quang hóa [27]. Do đó, hàm lượng ZnSe/TiO2 0,4 g/L được chọn để khảo sát các ảnh hưởng tiếp theo.
Hình 5: Kết quả ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác ZnSe/TiO2 đến hiệu suất phân hủy ampicillin (điều kiện phản ứng: V = 250 mL, C0 (ampicillin) = 40 mg/L, pH=7, thời gian 30 phút, nhiệt độ phòng)
3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng phân hủy ampicillin
Thời gian là một thông số quan trọng trong các phản ứng hóa học và cần được khảo sát [28], [29]. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng phân hủy kháng sinh ampicillin được thể hiện trong Hình 6.
Hình 6: Kết quả hiệu suất phân hủy ampicillin sử dụng xúc tác ZnSe/TiO2 (điều kiện: V = 250 mL, C0 (ampicillin) = 40 mg/L, mxúc tác = 0,1 g, pH=7, nhiệt độ phòng)
Dữ liệu từ Hình 6 cho thấy khi thời gian tiếp xúc giữa vật liệu xúc tác và dung dịch ampicillin tăng thì hiệu suất phân hủy tăng dần. Hiệu suất phân hủy tăng khá nhanh và đáng kể trong khoảng thời gian khảo sát 30 phút đến 120 phút (từ 18% lên 80%). Tuy nhiên, khi tăng thời gian khảo sát lên 150 phút thì hiệu suất phân hủy tăng không đáng kể, chỉ tăng thêm 3%. Narges Olama và cộng sự cũng đã công bố rằng, xúc tác TiO2/UV-C dạng nano có thể được sử dụng để loại bỏ hơn 80% ampicillin sau 120 phút xử lý. Điều này được giải thích là do từ 120 phút, các gốc hydroxyl tự do được tạo ra do vật liệu xúc tác quang đã không tăng đáng kể để có thể tiếp tục phân hủy ampicillin, do đó mức độ loại bỏ đạt đến giá trị gần như không đổi sau thời gian này [30].
Tóm lại, điều kiện tốt nhất để phân hủy hơn 80% ampicillin trong 250 mL dung dịch ở nồng độ ban đầu 40 mg/L trong nghiên cứu là: sử dụng 0,1 g chất xúc tác quang ZnSe/TiO2, pH =7, ở nhiệt độ phòng dưới ánh sáng khả kiến trong thời gian 120 phút. Các nghiên cứu sâu hơn về việc phân hủy hoàn toàn ampicillin cần được tiếp tục nghiên cứu, ví dụ như việc sử dụng kết hợp thêm một số tác nhân oxy hóa mạnh như H2O2.
4. Kết luận
Vật liệu ZnSe/TiO2 bước đầu đã được tổng hợp thành công bằng cách kết hợp phương pháp kết tủa và nung trong khí chọn lọc ở nhiệt độ cao từ các tiền chất thương mại, dễ tìm và giá thành thấp. Nghiên cứu bước đầu cũng đã áp dụng thành công vật liệu xúc tác quang này để phân hủy ampicillin nhằm định hướng nghiên cứu xử lý nước thải chứa kháng sinh trong thực tế. Các khảo sát đã cho thấy hơn 80% ampicillin đã bị phân hủy ở điều kiện ánh sáng khả kiến khi sử dụng 0,1 g vật liệu ZnSe/TiO2 được tổng hợp trong nghiên cứu cho 250 mL dung dịch chứa kháng sinh (40 mg/L) ở pH = 7 trong thời gian 120 phút. Tuy nhiên, các nghiên cứu chi tiết hơn về việc tổng hợp cũng như sử dụng vật liệu này kết hợp các tác nhân oxy hóa mạnh khác như H2O2 cần được tiếp tục thực hiện để có thể phân hủy hoàn toàn kháng sinh trong nước thải.
Lời cảm ơn:
Nghiên cứu này được hỗ trợ kinh phí từ Trường Đại học Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh theo Quyết định số 2457/QĐ-DCT ngày 29 tháng 8 năm 2023.
Tài liệu trích dẫn và tham khảo:
[1] E. Elmolla and M. Chaudhuri (2009). Optimization of Fenton process for treatment of amoxicillin, ampicillin and cloxacillin antibiotics in aqueous solution. Journal of Hazardous Materials, 170(2-3), 666-672.
[2] S. D. Kim, J. Cho, I. S. Kim, B. J. Vanderford, and S. A. Snyder (2007). Occurrence and removal of pharmaceuticals and endocrine disruptors in South Korean surface, drinking, and waste waters. Water Research, 41(5), 1013-1021.
[3] A. B. A. Boxall, D. W. Kolpin, B. Halling-Sørensen, and J. Tolls (2003). Are veterinary medicines causing environmental risks?. Environmental Science & Technology, 37(15), 1-14.
[4] D. S. Aga, M. Lenczewski, D. Snow, J. Muurinen, J. B. Sallach, and J. S. Wallace (2016). Challenges in the Measurement of Antibiotics and in Evaluating Their Impacts in Agroecosystems: A Critical Review. Journal of Environmental Quality, 45(2), 407-419.
[5] M. Majewsky, D. Wagner, M. Delay, S. Bräse, V. Yargeau, and H. Horn (2014). Antibacterial activity of sulfamethoxazole transformation products (TPs): General relevance for sulfonamide TPs modified at the para position. Chemical Research in Toxicology, 27(10), 1821-1828.
[6] L. Yang, L. Liu, D. Xiao, and J. Zhu (2012). Preparation and characterization of ZnSe nanocrystals by a microemulsion-mediated method. RSC Advances, 72, 113-115.
[7] H. Hao (2007). Preparation and optical characteristics of ZnSe nanocrystals doped glass by sol - gel in situ crystallization method. Optical Materials, 29(5), 573-577.
[8] R. E. Marotti and E. A. Dalchiele (2001). Electrodeposition and characterization of ZnSe semiconductor thin films. Solar Energy Materials and Solar Cells, 70(3), 4-9.
[9] O. A. Options (2005). Shape and Phase Control of Colloidal ZnSe Nanocrystals. Chemistry of Materials, 17(6), 1296-1306.
[10] M. S. Lucas and J. A. Peres (2005). Decolorization of the azo dye Reactive Black 5 by Fenton and photo-Fenton oxidation. Dyes and Pigments, 71(3), 1-7.
[11] Y. X. b B, JIANG Hai-qing a, B, CHE Jun, A, LI Zhi-min (2006). A reduction approach to prepare ZnSe nanocrystallites, 16, 24-26.
[12] T. T. ThanhThuy, H. Feng, and Q. Cai (2013). Photocatalytic degradation of pentachlorophenol on ZnSe/TiO2 supported by photo-Fenton system.Chemical Engineering Journal, 223(May), 379-387.
[13] K. R. Murali and M. Balasubramanian (2006). Properties of pulse plated ZnSe films. Materials Science and Engineering: A, 431(September), 118-122.
[14] F. Mollaamin, S. Gharibe, and M. Monajjemi (2011). Synthesis of various nano and micro ZnSe morphologies by using hydrothermal method. International Journal of the Physical Sciences, 6(6), 1496-1500.
[15] Q. Zhang, H. Li, Y. Ma, and T. Zhai (2016). ZnSe nanostructures: Synthesis, properties and applications. Progress in Materials Science, 83(October), 472-535.
[16] C. L. Wong, Y. N. Tan, and A. R. Mohamed (2011). A review on the formation of titania nanotube photocatalysts by hydrothermal treatment. Journal of Environmental Management, 92(7), 1669-1680.
[17] W. C. Benzing, J. B. Conn, J. V. Magee, and E. J. Sheehan (1958). Synthesis of Selenides and Tellurides. I. The Reduction of Selenites by Hydrazine. Journal of the American Chemical Society, 80(11), 2657-2659.
[18] D. V. Sridevi, V. Ramesh, and E. Sundaravadivel (2020). Ultraviolet light induces dye degradation of methylene blue in the presence of photocatalytic CdSe and ZnSe nanoparticles. Materials Today: Proceedings, 42, 1244-1250.
[19] A. C. Deshpande, S. B. Singh, M. K. Abyaneh, R. Pasricha, and S. K. Kulkarni (2008). Low temperature synthesis of ZnSe nanoparticles. Materials Letters, 62(23), 3803-3805.
[20] S. Z. Alsheheri, A. Shawky, W. T. Alsaggaf, and Z. I. Zaki (2022). Visible-light responsive ZnSe-anchored mesoporous TiO2heterostructures for boosted photocatalytic reduction of Cr(VI). Nanotechnology, 33(30), 1-5.
[21] N. G. Kostova, M. Achimovicova, and M. Fabian (2019). Photocatalytic behavior of ZnSe-TiO2 composite for degradation of methyl orange dye under visible light irradiation. Bulgarian Chemical Communications, 51(3), 439–444.
[22] C. Anastasescu et al. (2021). Morpho-structural properties of ZnSe, TiO2-ZnSe materials and enzymatic activity of their bioinorganic hybrids with lysozyme. Materials Science and Engineering B, 272(October), 1-7.
[23] L. Zhu, Z. Da Meng, T. Ghosh, and W. C. Oh (2012). Enhanced photocatalytic efficiency of nanoscale NiS2/TiO 2 catalysts synthesized by hydrothermal and sol-gel method. Journal of Korean Ceramic Society, 49(2), 135-141.
[24] I. Oller, S. Malato, and J. A. Sánchez-Pérez (2011). Combination of Advanced Oxidation Processes and biological treatments for wastewater decontamination-A review. Science of the Total Environment, 409(20), 4141-4166.
[25] M. Zhou, J. Yu, B. Cheng, and H. Yu (2005). Preparation and photocatalytic activity of Fe-doped mesoporous titanium dioxide nanocrystalline photocatalysts. Materials Chemistry and Physics, 93(1), 159-163.
[26] Y. T. Gaim, S. M. Yimanuh, and Z. G. Kidanu (2022). Enhanced Photocatalytic Degradation of Amoxicillin with Mn-Doped Cu2O under Sunlight Irradiation. Journal of Composites Science, 6(10).
[27] S. Bagheri, A. Termehyousefi, and T. Do (2017). Photocatalytic pathway toward degradation of environmental pharmaceutical pollutants: structure, kinetics and mechanism approach. Catalysis Science & Technology, 20, 1-5.
[28] M. Dehghani, S. Nasseri, and M. Karamimanesh (2014). Removal of 2,4-Dichlorophenolyxacetic acid (2,4-D) herbicide in the aqueous phase using modified granular activated carbon. Journal of Environmental Health Science & Engineering, 12(1), 1-32.
[29] M. Dehghani, S. Nasseri, and H. Hashemi (2013). Study of the bioremediation of atrazine under variable carbon and nitrogen sources by mixed bacterial consortium isolated from corn field soil in Fars Province of Iran. Journal of Environmental and Public Health, 2013(1), 1-20.
[30] N. Olama, M. Dehghani, and M. Malakootian (2018). The removal of amoxicillin from aquatic solutions using the TiO2/UV-C nanophotocatalytic method doped with trivalent iron. Applied Water Science, 8(4), 1-40.
Photocatalytic degradation of ampicillin using ZnSe/TiO2 catalyst
Tran Le Anh Khoa1
Dang Thuy Phuong2
Nguyen Luu Ngoc Chau2
Truong Ngoc Minh Thu2
Le Thi Ngoc Hanh2
Than Quoc An Ha3
Pham Huu Thien3
1Quality Control Center for Medical Laboratory,
University of Medicine and Pharmacy at Ho Chi Minh City
2Faculty of Chemical Engineering,
Ho Chi Minh City University of Industry and Trade
3Institute of Advanced Technology, Ho Chi Minh City
Abstract:
This study presents the initial synthesis and orientation of a ZnSe/TiO₂ composite photocatalyst for the degradation of ampicillin, a commonly detected antibiotic in medical wastewater. The successful synthesis of ZnSe/TiO₂ was confirmed through X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM) analyses. The photocatalytic performance of the material was evaluated under visible light, using the reduction in chemical oxygen demand (COD) as a measure of degradation efficiency. Under optimal conditions ( (250 mL of 40 mg/L ampicillin solution, pH 7, 0.1 g catalyst), an 80% degradation of ampicillin was achieved within 120 minutes. These findings highlight the potential of ZnSe/TiO₂ as an effective photocatalyst for antibiotic-contaminated wastewater treatment, warranting further investigation for large-scale application.
Keywords: ZnSe, TiO2, photocatalyst, antibiotic, ampicillin.
[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 13 năm 2025]
