دوره 14، شماره 3: 1397:403-409

حذف فتوکاتالیستی مترونیدازول از محیط آبی با استفاده از تیتانیوم دی‌اکساید- کربن نیترید گرافیتی (g-C3N4-TiO2)

علی اسرافیلی, مريم سليمي, میترا غلامی, مهدی فرزادکیا

DOI: 10.22122/jhsr.v14i3.3413

چکیده


مقدمه: مصرف زیاد آنتی‌بیوتیک‌ها از جمله مترونیدازول، باعث شده است که آن‌ها به ‌طور پیوسته به محیط زیست وارد ‌شوند؛ در حالی که فرایندهای تصفیه متداول قادر به حذف آن‌ها نیست. در نتیجه، در محیط تجمع می‌یابند و منجر به بروز مخاطرات بهداشتی پیش‌بینی نشده بر سلامت انسان و اکوسیستم می‌شود. در سال‌های اخیر، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته به عنوان یک تکنولوژی مؤثر جهت تخریب آلاینده‌ها از محیط آبی معرفی ‌شده است. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی کاتالیست تیتانیوم دی‌اکساید- کربن نیترید گرافیتی (Graphitic carbon nitride-TiO2 یا g-C3N4-TiO2) در حذف مترونیدازول از محیط‌های آبی صورت گرفت.

روش‌ها: در این مطالعه بنیادی- کاربردی، ابتدا کاتالیست g-C3N4-TiO2 سنتز گردید. جهت تعیین مشخصات نانوکامپوزیت، از آزمایش‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning electron microscope یا SEM)، Energy Dispersive X-ray (EDX) و طیف‌سنجی انعکاسی انتشاری (Diffuse reflectance spectroscopy یا DRS) استفاده شد. سپس تأثیر شاخص‌هایی مانند مقدار g-C3N4 در ترکیب کاتالیست g-C3N4-TiO2، غلظت اولیه مترونیدازول (10، 15 و 20 میلی‌گرم بر لیتر)، pH (4، 7 و 10) و میزان معدنی‌سازی مورد بررسی قرار گرفت.

یافته‌ها: کاتالیست TC3 راندمان تجزیه فتوکاتالیستی بیشتری را در تخریب مترونیدازول نشان داد. حداکثر کارایی فرایند در شرایط بهینه شامل غلظت اولیه مترونیدازول
10 میلی‌گرم بر لیتر، 10 = pH و زمان تماس 360 دقیقه بود که 89 درصد به دست آمد.

نتیجه‌گیری: فرایند فتوکاتالیستی بر پایه کاتالیست g-C3N4-TiO2، روش مؤثری جهت حذف مترونیدازول از محیط آبی می‌باشد و کاربرد g-C3N4 به ‌طور مؤثری فعالیت فتوکاتالیستی TiO2 را افزایش می‌دهد.


واژگان کلیدی


مترونیدازول؛ فرایند فتوکاتالیستی؛ کربن نیترید گرافیتی؛ تیتانیوم دی اکساید

تمام متن:

PDF

مراجع


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

Lapworth DJ, Baran N, Stuart ME, Ward RS. Emerging organic contaminants in groundwater: A review of sources, fate and occurrence. Environ Pollut 2012; 163: 287-303.

Lamastra L, Balderacchi M, Trevisan M. Inclusion of emerging organic contaminants in groundwater monitoring plans. MethodsX 2016; 3: 459-76.

Nakada N, Hanamoto S, Jurgens MD, Johnson AC, Bowes MJ, Tanaka H. Assessing the population equivalent and performance of wastewater treatment through the ratios of pharmaceuticals and personal care products present in a river basin: Application to the River Thames basin, UK. Sci Total Environ 2017; 575: 1100-8.

Gros M, Petrovic M, Ginebreda A, Barcelo D. Removal of pharmaceuticals during wastewater treatment and environmental risk assessment using hazard indexes. Environ Int 2010; 36(1): 15-26.

Jelic A, Gros M, Ginebreda A, Cespedes-Sanchez R, Ventura F, Petrovic M, et al. Occurrence, partition and removal of pharmaceuticals in sewage water and sludge during wastewater treatment. Water Res 2011; 45(3): 1165-76.

Batt AL, Kostich MS, Lazorchak JM. Analysis of ecologically relevant pharmaceuticals in wastewater and surface water using selective solid-phase extraction and UPLC-MS/MS. Anal Chem 2008; 80(13): 5021-30.

Roberts PH, Thomas KV. The occurrence of selected pharmaceuticals in wastewater effluent and surface waters of the lower Tyne catchment. Sci Total Environ 2006; 356(1-3): 143-53.

Lindholm-Lehto PC, Ahkola HS, Knuutinen JS, Herve SH. Widespread occurrence and seasonal variation of pharmaceuticals in surface waters and municipal wastewater treatment plants in central Finland. Environ Sci Pollut Res Int 2016; 23(8): 7985-97.

Vergeynst L, Haeck A, De WP, Van Langenhove H, Demeestere K. Multi-residue analysis of pharmaceuticals in wastewater by liquid chromatography-magnetic sector mass spectrometry: Method quality assessment and application in a Belgian case study. Chemosphere 2015; 119(Suppl): S2-S8.

Al Aukidy M, Verlicchi P, Voulvoulis N. A framework for the assessment of the environmental risk posed by pharmaceuticals originating from hospital effluents. Sci Total Environ 2014; 493: 54-64.

Verlicchi P, Al Aukidy M, Galletti A, Petrovic M, Barcelo D. Hospital effluent: investigation of the concentrations and distribution of pharmaceuticals and environmental risk assessment. Sci Total Environ 2012; 430: 109-18.

World Health Organization. Essential medicines and health products, WHO Model Lists of Essential Medicines. Geneva, Switzerland: WHO; 2017.

Gurcu B, Koca YB, Ozkut M, Tuglu MI. Matrix changes due to the toxic effects of metronidazole in intestinal tissue of fish (Onchorhynchus mykiss). Chemosphere 2016; 144: 1605-10.

Escola Casas M, 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.

Lu M, Pei Z, Weng S, Feng W, Fang Z, Zheng Z, et al. Constructing atomic layer g-C(3)N(4)-CdS nanoheterojunctions with efficiently enhanced visible light photocatalytic activity. Phys Chem Chem Phys 2014; 16(39): 21280-8.

Di Paola A, Garcia-Lopez E, Marci G, Palmisano L. A survey of photocatalytic materials for environmental remediation. J Hazard Mater 2012; 211-212: 3-29.

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

Farzadkia M, Rahmani K, Gholami M, Rahmani A, Rahmani H. Investigation of photocatalytic degradation of clindamycin antibiotic by using nano-ZnO catalysts. Korean J Chem Eng 2014; 31(11): 2014-9.

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.

Wang X, Blechert S, Antonietti M. Polymeric graphitic carbon nitride for heterogeneous photocatalysis. ACS Catal 2012; 2(8): 1596-606.

Cui Y, Ding Z, Liu P, Antonietti M, Fu X, Wang X. Metal-free activation of H2O2 by g-C3N4 under visible light irradiation for the degradation of organic pollutants. Phys Chem Chem Phys 2012; 14(4): 1455-62.

Hao R, Wang G, Jiang C, Tang H, Xu Q. In situ hydrothermal synthesis of g-C3N4/TiO2 heterojunction photocatalysts with high specific surface area for Rhodamine B degradation. Appl Surf Sci 2017; 411: 400-10.

Trivedi KD, Chaudhary AB, Mohan S. Development and validation of RP-HPLC method for estimation of Metronidazole and Norfloxacin in suspension form. Int J Adv Pharm 2013; 2: 5-11.

Lu X, Wang Q, Cui D. Preparation and Photocatalytic Properties of g-C3N4/TiO2 Hybrid Composite. J Mater Sci Technol 2010; 26(10): 925-30.

Yang Z, Yan J, Lian J, Xu H, She X, Li H. g-C3N4/TiO2 Nanocomposites for Degradation of Ciprofloxacin under Visible Light Irradiation. Chemistry Select 2016; 1(18): 5679-85.

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.

Khataee A, Kiransan M, Karaca S, Sheydaei M. Photocatalytic ozonation of metronidazole by synthesized zinc oxide nanoparticles immobilized on montmorillonite. J Taiwan Inst Chem Eng 2017; 74: 196-204.

Chen J, Poon Cs. Photocatalytic construction and building materials: From fundamentals to applications. Build Environ 2009; 44(9): 1899-906.

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.

Kermani M, Bahrami Asl F, Farzadkia M, Esrafili A, Salahshour Arian S, Khazaei M, et al. Heterogeneous catalytic ozonation by Nano-MgO is better than sole ozonation for metronidazole degradation, toxicity reduction, and biodegradability improvement. Desalination and Water Treatment 2016; 57(35): 16435-44.

Li Y, Zhang W, Niu J, Chen Y. Mechanism of photogenerated reactive oxygen species and correlation with the antibacterial properties of engineered metal-oxide nanoparticles. ACS Nano 2012; 6(6): 5164-73.




DOI: http://dx.doi.org/10.22122/jhsr.v14i3.3413

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.