2 giá trị (0.989) và R điều chỉnh

2 (0.984). Tối ưu hóa số liệu đã gợi ý điều kiện quy trình tối ưu với nồng độ CIP là 55 mg/L, khối lượng chất hấp phụ là 0.72 g/L, pH là 5.8, và nhiệt độ là 47°C, đạt được hiệu suất hấp phụ tối đa là 98.4% trong 88 phút. Mô hình, được hỗ trợ bởi giá trị F là 345.2, thể hiện khả năng dự đoán mạnh mẽ, cung cấp những hiểu biết quý giá cho việc mở rộng quy mô quy trình. Các phát hiện từ các thí nghiệm cân bằng cho thấy động học PSO và isotherm Langmuir thể hiện sự phù hợp cao nhất, được hỗ trợ bởi hệ số lỗi thấp hơn và hệ số hồi quy đáng kể. Thêm vào đó, các tham số nhiệt động học chỉ ra tính chất tự phát và nội nhiệt của quy trình thí nghiệm.

Việc xác định các hợp chất dược phẩm trong nguồn nước đang đặt ra một thách thức môi trường đáng kể. Việc điều trị các bệnh do vi khuẩn ở người, gia súc và cá phụ thuộc nhiều vào việc sử dụng rộng rãi kháng sinh. Trên toàn cầu, ước tính có từ 100.000 đến 200.000 tấn kháng sinh được sử dụng hàng năm để điều trị các bệnh ở người. Việc sử dụng kháng sinh đã tăng lên đáng kể trong thời gian dịch bệnh coronavirus, đến mức việc sử dụng một số loại kháng sinh được báo cáo đã tăng gấp sáu lần. Thuộc thế hệ thứ hai của fluoroquinolone, Ciprofloxacin (CIP) được phân loại là một loại kháng sinh phổ rộng. Việc sử dụng rộng rãi và xử lý không đúng cách kháng sinh đã có tác động tiêu cực đến các nguồn nước, gây ra sự xả thải không được kiểm soát vào các dòng nước thải, dù ở dạng nguyên chất hay dưới dạng chuyển hóa. Các phát hiện gần đây cho thấy sự hiện diện của CIP trong môi trường nước trên toàn thế giới, liên quan đến nhiều triệu chứng bất lợi như tiêu chảy, đau đầu, nôn mửa và run rẩy. Do đó, tính bền vững cao và các tác động tiêu cực tiềm tàng của CIP đối với các sinh vật thủy sinh và sức khỏe con người khiến việc loại bỏ nó khỏi các dung dịch nước trở nên rất quan trọng.

Nhiều kỹ thuật đã được nghiên cứu để loại bỏ CIP khỏi nước, chẳng hạn như hấp phụ, quy trình oxy hóa nâng cao, lọc màng và xử lý sinh học. Hấp phụ đã được xem xét đáng kể trong số các phương pháp này do tính hiệu quả về chi phí và sự đơn giản trong việc thực hiện. Cơ chế của hấp phụ bao gồm sự gắn kết của các chất ô nhiễm lên một chất rắn được gọi là chất hấp phụ. Nhiều chất hấp phụ đã được nghiên cứu để loại bỏ CIP, bao gồm than hoạt tính, zeolit và polymer. Những vật liệu này có diện tích bề mặt cao và chức năng bề mặt cụ thể cho phép hấp phụ hiệu quả hợp chất mục tiêu.

Trong những năm gần đây, đã có sự chú trọng vào việc phát triển các chất hấp phụ thân thiện với môi trường và hiệu quả để loại bỏ các hợp chất dược phẩm khỏi nước. Một trong những vật liệu như vậy là nanocomposite CPZ. Nanocomposite CPZ là sự kết hợp độc đáo của chitosan, polyacrylamide và khung imidazolate zeolitic-8. Chitosan, một loại sinh polymer được chiết xuất từ chitin, cung cấp các tính chất hấp phụ tuyệt vời nhờ vào diện tích bề mặt rộng lớn và các nhóm chức đa dạng. Polyacrylamide tăng cường độ ổn định cơ học và khả năng phân tán của nanocomposite, trong khi khung imidazolate zeolitic-8 cung cấp thêm các vị trí hấp phụ và tính chọn lọc đối với các chất ô nhiễm cụ thể.

Chitosan (CS) được chọn do có nhiều nhóm amino và hydroxyl, cung cấp các vị trí hoạt động cho sự phối hợp kim loại và tương tác liên kết hydro với kháng sinh fluoroquinolone. Polyacrylamide (PAM) cung cấp tính ưa nước cao, độ ổn định cơ học và các chức năng amide bổ sung giúp tăng cường tính toàn vẹn cấu trúc của composite. ZIF-8, một khung kim loại-hữu cơ dựa trên kẽm, được giới thiệu vì có độ xốp cao, kích thước lỗ có thể điều chỉnh và khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm hữu cơ qua sự chồng chéo π–π và tương tác tĩnh điện. Việc tích hợp ba thành phần này dự kiến sẽ tạo ra các hiệu ứng hiệp đồng: (i) CS cung cấp một khung tương thích sinh học với các nhóm chức để neo ZIF-8; (ii) PAM cải thiện độ ổn định của hydrogel và ngăn ngừa sự kết tụ hạt, và (iii) ZIF-8 đóng góp diện tích bề mặt cao và các vị trí hấp thụ chọn lọc. Cùng nhau, kiến trúc lai này kết hợp tính linh hoạt và độ ổn định của ma trận polymer với khả năng hấp thụ cao của MOFs, từ đó nâng cao hiệu quả loại bỏ ciprofloxacin vượt xa sự đóng góp của từng thành phần riêng lẻ.

Nghiên cứu này góp phần vào sự tiến bộ của tri thức bằng cách giới thiệu một loại nanocomposite hybrid thân thiện với môi trường (CPZ) như một chất hấp phụ tiềm năng để loại bỏ CIP khỏi dung dịch nước. Khác với các chất hấp phụ thông thường như than hoạt tính hoặc đất sét, vật liệu được phát triển kết hợp những lợi thế của các biopolymer tự nhiên, polymer tổng hợp và khung kim loại-hữu cơ, cung cấp một sự kết hợp cấu trúc độc đáo. Ngoài việc phát triển vật liệu, nghiên cứu áp dụng một phương pháp thiết kế thí nghiệm hệ thống để tối ưu hóa điều kiện hấp phụ, cung cấp những hiểu biết phương pháp cho việc cải tiến quy trình và khả năng mở rộng. Những khía cạnh này cùng nhau làm nổi bật tính mới mẻ của công trình và định vị nó trong khối lượng nghiên cứu đang ngày càng tăng tập trung vào các chiến lược bền vững nhằm giảm thiểu ô nhiễm kháng sinh trong các hệ thống nước.

Không giống như các phương pháp sau khi thấm hoặc kết tinh khối/pha trộn vật lý, lộ trình được đề xuất được thiết kế để thúc đẩy sự hình thành hạt ZIF-8 trên ma trận. Một mạng lưới CS–g–PAM được tạo ra trước tiên bằng cách polymer hóa khởi đầu bằng persulfate trong axit axetic loãng, cung cấp các vị trí phối hợp–NH₂/–OH. Sau một xung siêu âm ngắn, Zn(NO₃)₂ được đưa vào và cho phép phức hợp với xương sống trước khi thêm 2-methylimidazole, từ đó kích hoạt sự hình thành hạt không đồng nhất trực tiếp trên polymer. Hai lần điều trị siêu âm ngắn (mỗi lần 10–15 phút) tăng cường sự phân tán và hạn chế sự phát triển thứ cấp. Quy trình hoàn toàn trong nước, nhiệt độ thấp loại bỏ nhu cầu về dung môi hữu cơ và điều kiện solvothermal. Chuỗi này tạo điều kiện cho sự hình thành các miền MOF được neo với các đặc tính kết cấu cải thiện so với các phương pháp pha trộn truyền thống.

Nghiên cứu tổng thể hiện tại nhằm tạo ra một chất hấp phụ thân thiện với môi trường và hiệu quả để loại bỏ CIP khỏi nước. Để làm điều này, việc tối ưu hóa quá trình hấp phụ bằng cách sử dụng phương pháp thiết kế thí nghiệm cũng được xem xét. Nghiên cứu liên quan đến việc tổng hợp nanocomposite CPZ và xác định các tính chất lý hóa của nó. Các thí nghiệm hấp phụ sẽ được tiến hành sử dụng các nồng độ khác nhau của CIP, mức pH, nhiệt độ, khối lượng chất hấp phụ và thời gian tiếp xúc. Khả năng và hiệu quả hấp phụ sẽ được đánh giá bằng các kỹ thuật phân tích. Các phát hiện từ nghiên cứu này sẽ hỗ trợ trong việc hiểu biết về hành vi hấp phụ của ciprofloxacin trên nanocomposite CPZ. Nó cũng sẽ cung cấp những hiểu biết quý giá về việc tối ưu hóa quá trình hấp phụ bằng cách sử dụng phương pháp thiết kế thí nghiệm.