نشریه محیط زیست طبیعی

تخریب فتوکاتالیستی آموکسی‌سیلین و لووفلوکساسین از محلول‌های آبی با استفاده از Ag/ZnO

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه محیط ‌زیست، دانشکده منابع‌طبیعی و محیط ‌زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 دانشجوی دکتری رشته محیط ‌زیست، گروه محیط زیست، دانشکده منابع‌طبیعی و محیط ‌زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

آلودگی آب ناشی از آنتی‌بیوتیک‌ها مشکلی جدی در ایران و جهان است. بنابراین استفاده از روشی مؤثر برای حذف آلودگی آنتی‌بیوتیک ضرورت دارد. در این پژوهش، تخریب آنتی‌بیوتیک‌های آموکسی‌سیلین و لووفلوکساسین در محلول‌های آبی با استفاده از فتوکاتالیز Ag/ZnO تحت تابش UVA (365 نانومتر) بررسی شد. کامپوزیت Ag/ZnO با استفاده از پراکندگی اکسید روی در نقره‌نیترات سنتز شد. ساختار و ویژگی‌های نانوذرات Ag/ZnO با استفاده از روش‌های XRD، FESEM و EDX مشخص شد. همچنین اثرهای pH محلول (11-3)، غلظت اولیۀ آموکسی‌سیلین و لووفلوکساسین (30-5 میلی‌گرم بر لیتر)، مقدار کاتالیست (0/3-0/075 گرم بر لیتر) و مدت زمان واکنش (120-15 دقیقه) بر کارایی فرایند بررسی شد. غلظت آنتی‌بیوتیک‌ها و TOC (Total Organic Carbon) به‌ترتیب با استفاده از اسپکتروفتومتر مرئی- فرابنفش و TOC آنالایزر تعیین شد. نتایج نشان داد که بیشترین بازده حذف آموکسی‌سیلین 7/93 درصد در شرایط بهینۀ غلظت 15/0 گرم بر لیتر Ag/ZnO، pH برابر 5، غلظت 5 میلی‌گرم بر لیتر آموکسی‌سیلین و زمان تماس 120 دقیقه به‌دست آمد. میزان حذف TOC در این شرایط 67/86درصد بود. شرایط بهینۀ حذف لووفلوکساسین در مقدار 15/0 گرم بر لیتر کاتالیست، pH برابر 9، زمان واکنش 120 دقیقه و غلظت 5 میلی‌گرم بر لیتر لووفلوکساسین به‌دست آمد. در این شرایط، میزان حذف لووفلوکساسین و TOC به‌ترتیب 4/88 و 84/56درصد بود. نتایج این پژوهش نشان داد که نانوذرات Ag/ZnO در حضور پرتو فرابنفش می‌توانند به‌طور مؤثری آموکسی‌سیلین و لووفلوکساسین را از محلول‌های آبی حذف کنند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Photocatalytic Degradation of Amoxicillin and Levofloxacin from Aqueous Solutions Using Ag/ZnO

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Rezaei 1
  • Mohammad Hossein Sayadi 2
  • Neda Ravankhah 3

1 Associate Professor, Department of Environment, Faculty of Natural Resources and Environment, University of Birjand, Birjand, Iran

2 Associate Professor, Department of Environment, Faculty of Natural Resources and Environment, University of Birjand, Birjand, Iran

3 PhD Student in Environmental Science, Faculty of Natural Resources and Environment, University of Birjand, Birjand, Iran

چکیده [English]

Water pollution caused by antibiotics is a serious problem worldwide and particularly in Iran. Therefore, it is necessary to employ an effective method to eliminate antibiotic pollutions. In this research, the degradation of amoxicillin and levofloxacin antibiotics in aqueous solutions was studied using Ag/ZnO photocatalysis under the A-type ultraviolet irradiation (UV-A 365 nm). Having conducted the experiments, the Ag/ZnO composite was first synthesized by dispersing zinc oxide in silver nitrate. Afterward, the structure and properties of Ag/ZnO nanoparticles were characterized by XRD, FESEM, and EDX techniques. In the meant time, the concentration of antibiotics and total organic carbon (TOC) were determined by UV-VIS spectrophotometer and TOC analyzers, respectively. The process efficiency has also been investigated under the influence of the following treatments: the effects of solution pH (3-11), initial concentration of amoxicillin and levofloxacin (5-30 mg/l), catalyst dosage (0.075-0.3 g/l), and reaction time (15-120 min). Based on the results, the highest efficiency in amoxicillin removal was determined (93.7%) in optimal conditions of Ag/ZnO at 0.15 g/l, pH 5, amoxicillin concentration 5 mg/l, and 120 min contact time. while the optimum condition for levofloxacin removal was achieved at 0.15 g/l catalyst dosage, pH 9.0, 120 min reaction time, and levofloxacin concentration of 5 mg/l. Under these conditions, the levofloxacin and TOC removal efficiency was 88.4% and 84.56%, respectively. The results showed that Ag/ZnO nanoparticles in the presence of the UV-A can efficiently remove amoxicillin and levofloxacin from aqueous solutions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antibiotic
  • A-type ultraviolet (UV-A) radiation
  • Photocatalytic process
  • Aqueous solution
  • Ag/ZnO nanoparticles
Ahmadpour, N., Sayadi, M. H., Sobhani, S., Hajiani, M., 2020a. A potential natural solar light active photocatalyst using magnetic ZnFe2O4@ TiO2/Cu nanocomposite as a high performance and recyclable platform for degradation of naproxen from aqueous solution. Journal of Cleaner Production 268, 122023.
Ahmadpour, N., Sayadi, M.H., Sobhani, S., Hajiani, M., 2020b. Photocatalytic degradation of model pharmaceutical pollutant by novel magnetic TiO2@ ZnFe2O4/Pd nanocomposite with enhanced photocatalytic activity and stability under solar light irradiation. Journal of Environmental Management 271, 110964.
Amraei, B., Rezaei, R., Jonidi, A., Gholami, M., 2017. Efficiency of CuFe2O4 Bimetallic in Removing Amoxicillin from Aqueous Solutions. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences 27, 259-275.
Chavoshan, S., Khodadadi, M., Nasseh, N., 2020. Photocatalytic degradation of penicillin G from simulated wastewater using the UV/ZnO process: isotherm and kinetic study. Journal of Environmental Health Science and Engineering 1-11.
Chen, Q., Xin, Y., Zhu, X., 2015. Au-Pd nanoparticles-decorated TiO2 nanobelts for photocatalytic degradation of antibiotic levofloxacin in aqueous solution. Electrochimica Acta 186, 34-42.
Debnath, P., Sen, K., Mondal, A., Mondal, A., Mondal, N.K., 2021. Insight into Photocatalytic Degradation of Amoxicillin by Biofabricated Granular Zinc Oxide Nanoparticle: Mechanism, Optimization and Toxicity Evaluation. International Journal of Environmental Research 1-13.
Dou, M., Wang, J., Gao, B., Xu, C., Yang, F., 2020. Photocatalytic difference of amoxicillin and cefotaxime under visible light by mesoporous g-C3N4: Mechanism, degradation pathway and DFT calculation. Chemical Engineering Journal 383, 123134.
Esrafili, A., Khosravi, S., Gholami, M., Farzadkia, M., Abdorahimi, G., 2018. Photocatalytic Removal of Metronidazole Using Magnetic TiO2 Nanocatalyst (Fe3O4@SiO2@TiO2): Synthesis, Characterization, and Operational Parameters. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences 28, 97-115.
Ghannadi, M., 2018. Drugs in Water: Environmental Concerns, an Alarming Truth. Journal of Water and Wastewater Science and Engineering 3(3), 3-16.
Gholami, A., Hajiani, M., Sayadi, M.H. 2019. Investigation of photocatalytic degradation of clindamycin by TiO2. Journal of Water and Environmental Nanotechnology 4(2), 139-146.
Gupta, G., Kaur, A., Sinha, A.S., Kansal, S.K., 2017. Photocatalytic degradation of levofloxacin in aqueous phase using Ag/AgBr/BiOBr microplates under visible light. Materials Research Bulletin, 88, 148-55.
Li, Q., Jia, R., Shao, J., He, Y., 2019. Photocatalytic degradation of amoxicillin via TiO2 nanoparticle coupling with a novel submerged porous ceramic membrane reactor. Journal of Cleaner Production 209, 755-261.
Martínez-Vargas, B.L., Durón-Torres, S.M., Bahena, D., Rodríguez-López, J.L., Peralta-Hernández, J.M., Picos, A., 2019. One-pot synthesis of ZnO–Ag and ZnO–Co nanohybrid materials for photocatalytic applications. Journal of Physics and Chemistry of Solids 135, 109-120.
Moosavi, F., Tavakoli, T., Nikravech, M., Khley, C., Kanaev, A., 2019. Investigation of removal of amoxicillin antibiotic from water by photocatalyst in different operating conditions. Journal of Natural Environment 72(3), 379-388.
Mortazavi, S., Norozi Fard, P., 2017. Tracing Antibiotic Compounds (amoxicillin, erythromycin, gentamicin and cephalexin) in Karaj River, Iran 2015. Journal of Mazandaran University Medical Sciences 27, 141-156.
Mostafapour, F., Bazrafshan, E., Belarak, D., Khoshnamvand, N., 2016. Survey of Photo-catalytic Degradation of Ciprofloxacin Antibiotic Using Copper Oxide Nanoparticles (UV/CuO) in Aqueous Environment. Journal of Rafsanjan University of Medical Sciences 15(4), 307-318.
 Mou, H., Song, C., Zhou, Y., Zhang, B., Wang, D., 2018. Design and synthesis of porous Ag/ZnO nanosheets assemblies as super photocatalysts for enhanced visible-light degradation of 4-nitrophenol and hydrogen evolution. Applied Catalysis B: Environmental 221, 565-73.
Patil, R.S., Kokate, M.R., Shinde, D.V., Kolekar, S.S., Han, S.H., 2014. Synthesis and enhancement of photocatalytic activities of ZnO by silver nanoparticles. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 122:113-7.
Poorsajadi, F., Sayadi, M.H., Hajiani, M., Rezaei, M.R., 2020. Synthesis of CuO/Bi2O3 nanocomposite for efficient and recycling photodegradation of methylene blue dye. International Journal of Environmental Analytical Chemistry 1-14.
Sayadi, A. R., Asadpour, M., Shabani, Z., Sayadi, M.H., 2012. Pharmaceutical pollution of the eco-system and its detrimental effects on public health. Journal of Rafsanjan University of Medical Sciences 11(3), 269-284.
Safari, G., Hoseini, M., Kamali, H., Moradirad, R., Mahvi, A., 2014. Photocatalytic Degradation of Tetracycline Antibiotic from Aqueous Solutions Using UV/TiO2 and UV/H2O2/TiO2. Journal of Health 5(3), 203-2013.
 
Sayadi, M.H., Homaeigohar, S., Rezaei, A., Shekari, H., 2020. Bi/SnO2/TiO2-graphene nanocomposite photocatalyst for solar visible light–induced photodegradation of pentachlorophenol. Environmental Science and Pollution Research 1-12.
Sayadi, M.H., Trivedy, R.K., Pathak, R.K., 2010. Pollution of pharmaceuticals in environment. I Control Pollution 26(1), 89-94.
Sayadi, M.H., Sobhani, S., Shekari, H. 2019. Photocatalytic degradation of azithromycin using GO@ Fe3O4/ZnO/SnO2 nanocomposites. Journal of Cleaner Production 232, 127-136.
Vaiano, V., Matarangolo, M., Murcia, J.J., Rojas, H., Navío, J.A., Hidalgo, M.C., 2018. Enhanced photocatalytic removal of phenol from aqueous solutions using ZnO modified with Ag. Applied Catalysis B: Environmental 225, 197-206.
Yazdani, A., Sayadi, M.H., 2018. Sonochemical degradation of azithromycin in aqueous solution. Environmental Health Engineering and Management 5(2), 85-92.‌
Zhong, X., Zhang, K.X., Wu, D., Ye, X.Y., Huang, W., Zhou, B.X., 2020. Enhanced photocatalytic degradation of levofloxacin by Fe-doped BiOCl nanosheets under LED light irradiation. Chemical Engineering Journal 383, 123148.
نشریه محیط زیست طبیعی
دوره 74، شماره 2
شهریور 1400
صفحه 331-344