دوره 14، شماره 3: 1397:369-376

بررسی حذف فتوکاتالیستی آموکسی‌سیلین از محیط آبی با استفاده از Bi2O3-TiO2

علی اسرافیلی, مريم سليمي, احمد جنیدی جعفری, روشنک رضایی کلانتری

DOI: 10.22122/jhsr.v14i3.3412

چکیده


مقدمه: ورود پیوسته آنتی‌بیوتیک‌ها از جمله آموکسی‌سیلین به محیط زیست، باعث ایجاد مخاطرات بهداشتی بالقوه به ‌ویژه ایجاد مقاومت در میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا خواهد شد. در سال‌های اخیر، تلاش‌های فروانی توسط محققان برای توسعه روش‌هایی که منجر به تخریب آنتی‌بیوتیک‌ها شود، صورت گرفته است که از آن جمله می‌توان به فرایندهای فتوکاتالیستی بر پایه TiO2 اشاره نمود. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی کاتالیست Bi2O3-TiO2 در حذف آموکسی‌سیلین از محیط‌های آبی انجام گردید.

روش‌ها: در این مطالعه بنیادی- کاربردی، ابتدا کاتالیست Bi2O3-TiO2 به روش هیدروترمال سنتز شد. جهت تعیین مشخصات نانوکامپوزیت، از آزمایش‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning electron microscope یا SEM)، طیف‌سنجی پراش انرژی پرتوی X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy یا EDX) و طیف‌سنجی بازتابشی انتشاری (Diffuse reflectance spectroscopy یا DRS) استفاده گردید. سپس تأثیر شاخص‌هایی مانند مقدار بیسموت در ترکیب Bi2O3-TiO2، مقدار pH (3 تا 11)، غلظت اولیه آموکسی‌سیلین (10، 15 و 20 میلی‌گرم بر لیتر) و میزان معدنی‌سازی مورد بررسی قرار گرفت.

یافته‌ها: کاتالیست BT5، راندمان تخریب فتوکاتالیستی بیشتری را برای آموکسی‌سیلین نشان داد. میزان pH و غلظت آموکسی‌سیلین بهینه در این فرایند به ترتیب 11 و
10 میلی‌گرم بر لیتر تعیین گردید. حداکثر کارایی فرایند در شرایط بهینه پس از زمان تماس 120 دقیقه، 85 درصد به دست آمد.

نتیجه‌گیری: فرایند فتوکاتالیستی بر پایه کاتالیست Bi2O3-TiO2 نسبت به TiO2، روش مؤثری جهت حذف آموکسی‌سیلین از محیط آبی می‌باشد (05/0 < P) و کاربرد Bi2O3 به‌ طور مؤثری فعالیت فتوکاتالیستی TiO2 را در نور مرئی افزایش می‌دهد.


واژگان کلیدی


آموکسی‌سیلین؛ فرایند فتوکاتالیستی؛ دی‌اکسید تیتانیوم؛ بیسموت؛ نور مرئی

تمام متن:

PDF

مراجع


Qu X, Alvarez PJJ, Li Q. Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment. Water Res 2013; 47(12): 3931-46.

Lee SY, Park SJ. TiO2 photocatalyst for water treatment applications. J Ind Eng Chem 2013; 19(6): 1761-9.

Qadir M, Sharma BR, Bruggeman A, Choukr-Allah R, Karajeh F. Non-conventional water resources and opportunities for water augmentation to achieve food security in water scarce countries. Agric Water Manag 2007; 87(1): 2-22.

Homem V, Santos L. Degradation and removal methods of antibiotics from aqueous matrices-a review. J Environ Manage 2011; 92(10): 2304-47.

Leonard CT, Ward D, Longson C. Antimicrobial resistance: A light at the end of the tunnel? Lancet 2017; 389(10071): 803.

Munguia J, Nizet V. Pharmacological targeting of the host-pathogen interaction: Alternatives to classical antibiotics to combat drug-resistant superbugs. Trends Pharmacol Sci 2017; 38(5): 473-88.

Stackelberg PE, Furlong ET, Meyer MT, Zaugg SD, Henderson AK, Reissman DB. Persistence of pharmaceutical compounds and other organic wastewater contaminants in a conventional drinking-water-treatment plant. Sci Total Environ 2004;329(1-3): 99-113.

Escola CM, Bester K. Can those organic micro-pollutants that are recalcitrant in activated sludge treatment be removed from wastewater by biofilm reactors (slow sand filters)? Sci Total Environ 2015; 506-507: 315-22.

Oller I, Malato S, Sanchez-Perez JA. Combination of advanced oxidation processes and biological treatments for wastewater decontamination--a review. Sci Total Environ 2011; 409(20): 4141-66.

Li H, Liu J, Qian J, Li Q, Yang J. Preparation of Bi-doped TiO2 nanoparticles and their visible light photocatalytic performance. Chinese J Catal 2014; 35(9): 1578-89.

Farzadkia M, Bazrafshan E, Esrafili A, Yang JK, Shirzad-Siboni M. Photocatalytic degradation of Metronidazole with illuminated TiO2 nanoparticles. J Environ Health Sci Eng 2015; 13: 35.

Gar Alalm M, Tawfik A, Ookawara S. Enhancement of photocatalytic activity of TiO2 by immobilization on activated carbon for degradation of pharmaceuticals. J Environ Chem Eng 2016; 4(2): 1929-37.

In S, Orlov A, Berg R, Garcia F, Pedrosa-Jimenez S, Tikhov MS, et al. Effective visible light-activated B-doped and B,N-codoped TiO2 photocatalysts. J Am Chem Soc 2007; 129(45): 13790-1.

Daghrir R, Drogui P, Robert D. Modified TiO2 for environmental photocatalytic applications: A review. Ind Eng Chem Res 2013; 52(10): 3581-99.

Yi W, Yan C, Hamdy MS, Baltrusaitis J, Mul G. Effects of bismuth addition and photo-deposition of platinum on (surface) composition, morphology and visible light photocatalytic activity of solĒōgel derived TiO2. Appl Catal B 2014; 154-155: 153-60.

Ge M, Li Y, Liu L, Zhou Z, Chen W. Bi2O3-Bi2WO6 composite microspheres: Hydrothermal synthesis and photocatalytic performances. J Phys Chem C 2011; 115(13): 5220-5.

Yi S, Yue X, Xu D, Liu Z, Zhao F, Wang D, et al. Study on photogenerated charge transfer properties and enhanced visible-light photocatalytic activity of p-type Bi 2 O 3/n-type ZnO heterojunctions. New J Chem 2015; 39(4): 2917-24.

Huang Y, Wei Y, Wang J, Luo D, Fan L, Wu J. Controllable fabrication of Bi2O3/TiO2 heterojunction with excellent visible-light responsive photocatalytic performance. Appl Surf Sci 2017; 423: 119-30.

Yang J, Dai J, Li J. Visible-light-induced photocatalytic reduction of Cr(VI) with coupled Bi2O3/TiO2 photocatalyst and the synergistic bisphenol A oxidation. Environ Sci Pollut Res Int 2013; 20(4): 2435-47.

Escobedo Salas S, Serrano Rosales B, de Lasa H. Quantum yield with platinum modified TiO2 photocatalyst for hydrogen production. Appl Catal B 2013; 140-141: 523-36.

Su K, Ai Z, Zhang L. Efficient visible light-driven photocatalytic degradation of pentachlorophenol with Bi2O3/TiO2-xBx. J Phys Chem C 2012; 116(32): 17118-23.

Sood S, Mehta SK, Sinha ASK, Kansal SK. Bi2O3/TiO2 heterostructures: Synthesis, characterization and their application in solar light mediated photocatalyzed degradation of an antibiotic, ofloxacin. Chem Eng J 2016; 290: 45-52.

Sud D, Syal A. Investigations on the phase transformation, optical characteristics, and photocatalytic activity of synthesized heterostructured nanoporous Bi2O3TiO2. J Chin Chem Soc 2016; 63(9): 776-83.

Basha S, Barr C, Keane D, Nolan K, Morrissey A, Oelgemoller M, et al. On the adsorption/photodegradation of amoxicillin in aqueous solutions by an integrated photocatalytic adsorbent (IPCA): Experimental studies and kinetics analysis. Photochem Photobiol Sci 2011; 10(6): 1014-22.

Elmolla ES, Chaudhuri M. Degradation of amoxicillin, ampicillin and cloxacillin antibiotics in aqueous solution by the UV/ZnO photocatalytic process. J Hazard Mater 2010; 173(1-3): 445-9.

Elmolla ES, Chaudhuri M. Photocatalytic degradation of amoxicillin, ampicillin and cloxacillin antibiotics in aqueous solution using UV/TiO2 and UV/H2O2/TiO2 photocatalysis. Desalination 2010; 252(1): 46-52.

An T, An J, Yang H, Li G, Feng H, Nie X. Photocatalytic degradation kinetics and mechanism of antivirus drug-lamivudine in TiO2 dispersion. J Hazard Mater 2011; 197: 229-36.

Lai WW, Hsu MH, Lin AY. The role of bicarbonate anions in methotrexate degradation via UV/TiO2: Mechanisms, reactivity and increased toxicity. Water Res 2017; 112: 157-66.




DOI: http://dx.doi.org/10.22122/jhsr.v14i3.3412

Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 Unported License which allows users to read, copy, distribute and make derivative works for non-commercial purposes from the material, as long as the author of the original work is cited properly.