نشریه محیط زیست طبیعی

بررسی حذف آنتی بیوتیک آموکسی سیلین از آب بوسیله فتوکاتالیست خورشیدی در شرایط عملیاتی مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی دانشگاه اصفهان

2 عضوهیئت علمی گروه مهندسی شیمی، دانشگاه اصفهان

3 دانشگاه پاریس 13

4 University of paris 13

5 university of paris 13

چکیده

فاضلاب‌ها یکی از عوامل آلودگی محیط‌زیست هستند که باید آن‌ها را به طریق بهداشتی جمع آوری، تصفیه و در صورت امکان، مجددا به چرخه آب در طبیعت برگرداند. آنتی‌بیوتیک‌ها آلاینده‌های خطرناک زیست محیطی بوده و به دلیل ساختمان فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردشان، به عنوان آلاینده‌های اضطراری نام گرفته‌اند. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته یک متد قوی برای بازسازی آب‌های آلوده حاوی مواد آلی تجزیه‌ناپذیر می‌باشد. مکانیسم اصلی آن بر پایه تولید رادیکال‌های آزاد بوده که برای از بین بردن مواد شیمیایی آلی بسیار کارآمد بوده است. در این مطالعه عملکرد فرآیند فتوکاتالیست خورشیدی به منظور حذف آموکسی‌سیلین از فاضلاب دارویی و اثرات پارامترهای غلظت آلاینده، غلظت فتوکاتالیست و pH اولیه مورد بررسی قرار گرفته است. از انرژی اشعه فرابنفش خورشید به منظور تحریک فتوکاتالیست استفاده می‌شود و راکتور مورد استفاده در این پژوهش دارای کالکتور سهموی مرکب است که دارای بهترین عملکرد می‌باشد. در میان پارامترهای بررسی شده به ترتیب pH، غلظت فتوکاتالیست و غلظت آلاینده بیشترین تاثیر را روی بازده تخریب داشتند. بر اساس این پژوهش تخریب آموکسی‌سیلین در محیط قلیایی به خوبی انجام می‌شود. به طوری که در شرایط یکسان با افزایش pH از 5/3 به 5/9 میزان بازده به 51/83 درصد می‌رسد. بازده بالا در pHهای قلیایی به دلیل هیدرولیز بیشتر آموکسی‌سیلین و عدم ثبات حلقه بتالاکتام آن، و تولید بیشتر رادیکال هیدروکسیل با توجه به ساختار فیزیکی و شیمیایی آلاینده و فتوکاتالیست است.با توجه به نتایج می‌توان ذکر کرد که فتوکاتالیست خورشیدی روشی مناسب برای حذف آموکسی‌سیلین از فاضلاب داروئی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of removal of amoxicillin antibiotic from water by photocatalyst in different operating conditions

نویسندگان [English]

  • fatemehsadat Moosavi 1
  • Touraj Tavakoli 2
  • Mehrdad Nikravech 3
  • Chang Khley 4
  • Andrei Kanaev 5

1 University of Isfahan

2 University of Isfahan

3 University of Paris 13

4 University of paris 13

5 university of paris 13

چکیده [English]

Wastewater is one of the environmental pollution that should be collected, treated and, if possible, recycled back into the water cycle. Antibiotics are hazardous environmental pollutants and have been named as emergency contaminants due to their unique physical and chemical structures. Advanced oxidation processes are a powerful method for the degradation of contaminated water containing inorganic pollutions. Its main mechanism is based on the production of free radicals that have been very effective in eliminating organic materials. In this study, the effect of solar photocatalyst in order to remove amoxicillin from contaminated water by photocatalyst have been investigated and the effects of pollutant concentrations, photocatalyst concentration and initial pH have been investigated. The sun's ultraviolet energy is used to active photocatalyst. The reactor used in this study has a combined parabolic collectors that have the best performance. Among the parameters studied, pH, photocatalytic concentration, and pollutant concentrations had the highest effect on degradation efficiency, respectively. According to this study, amoxicillin degradation in alkaline condition is well done. In the same conditions, with an increase in pH from 3.5 to 9.5, the degradation efficiency increased to 83.51 percent. High efficiency in alkaline pH due to the higher hydroxylation of amoxicillin and the instability of its beta-lactam ring, and the production of more radical hydroxyl with respect to the physical and chemical structure of the pollutant and photocatalyst. According to the results, solar photocatalyst is a suitable method for the removal of amoxicillin from wastewater.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Amoxicillin
  • Synthesis of Titanium Dioxide
  • Solar Photoreactor
  • Photocatalyst
  • Compound Parabolic Collector
Andreozzi, R., Canterino, M., Marotta, R. & Paxeus, N. 2005. Antibiotic removal from wastewaters: the ozonation of amoxicillin. Journal of hazardous Materials, 122, 243-250.
Ay, F. & Kargi, F. 2010. Advanced oxidation of amoxicillin by Fenton's reagent treatment. Journal of hazardous materials, 179, 622-627.
Basha, S., Barr, C., Keane, D., Nolan, K., Morrissey, A., Oelgemöller, M. & Tobin, J. M. 2011. On the adsorption/photodegradation of amoxicillin in aqueous solutions by an integrated photocatalytic adsorbent (IPCA): experimental studies and kinetics analysis. Photochemical & Photobiological Sciences, 10, 1014-1022.
Chun, S. Y., Chung, W. J., Kim, S. S., Kim, J. T. & Chang, S. W. 2015. Optimization of the TiO 2/Ge composition by the response surface method of photocatalytic degradation under ultraviolet-A irradiation and the toxicity reduction of amoxicillin. Journal of Industrial and Engineering Chemistry.
Derakhsheshpoor, R., Homayoonfal, M., Akbari, A. & Mehrnia, M. R. 2013. Amoxicillin separation from pharmaceutical wastewater by high permeability polysulfone nanofiltration membrane. J Environ Health Sci Eng, 11, 1-9.
Dimitrakopoulou, D., Rethemiotaki, I., Frontistis, Z., Xekoukoulotakis, N. P., Venieri, D. & Mantzavinos, D. 2012. Degradation, mineralization and antibiotic inactivation of amoxicillin by UV-A/TiO 2 photocatalysis. Journal of environmental management, 98, 168-174.
Elmolla, E. S. & Chaudhuri, M. 2010a. Comparison of different advanced oxidation processes for treatment of antibiotic aqueous solution. Desalination, 256, 43-47.
Elmolla, E. S. & Chaudhuri, M. 2010b. Degradation of amoxicillin, ampicillin and cloxacillin antibiotics in aqueous solution by the UV/ZnO photocatalytic process. Journal of hazardous materials, 173, 445-449.
Elmolla, E. S. & Chaudhuri, M. 2010c. Photocatalytic degradation of amoxicillin, ampicillin and cloxacillin antibiotics in aqueous solution using UV/TiO 2 and UV/H 2 O 2/TiO 2 photocatalysis. Desalination, 252, 46-52.
Homem, V., Alves, A. & Santos, L. 2010. Amoxicillin degradation at ppb levels by Fenton's oxidation using design of experiments. Science of the total environment, 408, 6272-6280.
Kanakaraju, D., Kockler, J., Motti, C. A., Glass, B. D. & Oelgemöller, M. 2015. Titanium dioxide/zeolite integrated photocatalytic adsorbents for the degradation of amoxicillin. Applied Catalysis B: Environmental, 166, 45-55.
Klauson, D., Babkina, J., Stepanova, K., Krichevskaya, M. & Preis, S. 2010. Aqueous photocatalytic oxidation of amoxicillin. Catalysis Today, 151, 39-45.
Li, D., Zhu, Q., Han, C., Yang, Y., Jiang, W. & Zhang, Z. 2015. Photocatalytic degradation of recalcitrant organic pollutants in water using a novel cylindrical multi-column photoreactor packed with TiO 2-coated silica gel beads. Journal of hazardous materials, 285, 398-408.
Malato, S., Fernández-Ibáñez, P., Maldonado, M., Blanco, J. & Gernjak, W. 2009. Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: recent overview and trends. Catalysis Today, 147, 1-59.
Molinari, R., Pirillo, F., Loddo, V. & Palmisano, L. 2006. Heterogeneous photocatalytic degradation of pharmaceuticals in water by using polycrystalline TiO2 and a nanofiltration membrane reactor. Catalysis Today, 118, 205-213.
Pastrana-martínez, L. M., Faria, J. L., Doña-rodríguez, J. M., Fernández-rodríguez, C. & Silva, A. M. 2012. Degradation of diphenhydramine pharmaceutical in aqueous solutions by using two highly active TiO2 photocatalysts: Operating parameters and photocatalytic mechanism. Applied Catalysis B: Environmental, 113, 221-227.
Prieto-rodríguez, L., Oller, I., Klamerth, N., Aguera, A., Rodríguez, E. & Malato, S. 2013. Application of solar AOPs and ozonation for elimination of micropollutants in municipal wastewater treatment plant effluents. Water research, 47, 1521-1528.
Shaykhi, Z. & Zinatizadeh, A. 2014. Statistical modeling of photocatalytic degradation of synthetic amoxicillin wastewater (SAW) in an immobilized TiO 2 photocatalytic reactor using response surface methodology (RSM). Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 45, 1717-1726.
Sheydaei, M., Aber, S. & Khataee, A. 2014. Degradation of amoxicillin in aqueous solution using nanolepidocrocite chips/H 2 O 2/UV: Optimization and kinetics studies. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20, 1772-1778.
Sousa, M., Goncalves, C., Pereira, J. H., Vilar, V. J., Boaventura, R. A. & Alpendurada, M. 2013. Photolytic and TiO 2-assisted photocatalytic oxidation of the anxiolytic drug lorazepam (Lorenin® pills) under artificial UV light and natural sunlight: a comparative and comprehensive study. Solar Energy, 87, 219-228.
Xu, H., Cooper, W. J., Jung, J. & Song, W. 2011. Photosensitized degradation of amoxicillin in natural organic matter isolate solutions. water research, 45, 632-638.
نشریه محیط زیست طبیعی
دوره 72، شماره 3
مهر 1398
صفحه 379-388