بررسي كارايي فرآيند سونونانوكاتاليستي با استفاده از نانو ذرات دي اكسيد تيتانيوم در حذف آنتي بيوتيك اريترومايسين و مترونيدازول از محيط هاي آبي

Efficiency of Sono-nano-catalytic Process of Tio2 Nano-particle in Removal of Erythromycin and Metronidazole from Aqueous Solution

سابقه و هدف: آنتي بيوتيك ها غير قابل تجزيه بيولوژيكي مي باشند و نمي توانند به طور موثر بوسيله تصفيه متداول فاضلاب حذف شوند. و به دليل اثرات سوء مختلف به يكي از نگراني هاي مهم بشري تبديل شده اند كه از آن جمله مي توان به اريترومايسين و مترونيدازول اشاره نمود. هدف از اين مطالعه بررسي كارايي نانو ذره دي اكسيد تيتانيوم درحذف آنتي بيوتيك اريترومايسين و مترونيدازول بر اساس طراحي به روش سطح- پاسخ مي باشد. مواد و روش ها: اثر متغيرهاي مستقل از جمله pH محلول، دوز نانو ذرات، زمان تماس و غلظت اوليه اريترومايسين و مترونيدازول بر عملكرد پاسخ(راندمان حذف اريترومايسين و مترونيدازول) با روش سطح پاسخ بر مبناي طراحي باكس بنكن (Box- Behnken) مورد ارزيابي قرار گرفت. از آناليز واريانس(ANOVA) ، به عنوان روش آماري آناليز پاسخ ها استفاده شد. تمامي آزمايش ها در حضور فركانس امواج صوتي 35 كيلو هرتز انجام گرديد. يافته ها: شرايط بهينه حذف براساس آناليز واريانس و مدل مناسب به دست آمده براي متغيرهاي pH، دوز نانو ذرات دي اكسيد تيتانيوم، زمان تماس و غلظت اوليه آنتي بيوتيك براي اريترومايسين و مترونيدازول به ترتيب در حدود 3، 0.4g/l 89.8min، 50mg/l و 3، 0.4g/l، 85.5min، 50mg/l حاصل شد. تحت اين شرايط راندمان حذف COD اريترومايسين 98.5 درصد و مترونيدازول 99.4 درصد به دست آمد. استنتاج: نتايج حاصل از آناليز داده ها نشان داد كه فرآيند سونوكاتاليستي در حضور نانو ذرات دي اكسيد تيتانيوم سبب تسريع ميزان حذف COD اريترومايسين و مترونيدازول مي شود

Background and purpose: Antibiotics are non-biodegradable and wastewater treatment processes are not fully effective in their removal. Therefore, presence of some antibiotics such as erythromycin and metronidazole in environment has become a major concern in recent years. The aim of this study was to evaluate TiO2 nano-particles for removal of these two antibiotics from aqueous solution based on the response surface methodology (RSM). Materials and methods: Effect of independent variables including pH, catalyst dose, contact time, and initial concentrations of erythromycin and metronidazole on the removal efficiency of these antibiotics were evaluated using RSM based on Box-Behnken design. All experiments were performed under ultrasonic irradiation in ultrasonic bath at a frequency of 35 kHz. Results: According to ANOVA analysis and the model proposed, the optimum condition of pH, nano-particle concentration, reaction time and initial concentration of antibiotics for removal of erythromycin and metronidazole were 3, 0.4 g/l, 89.8 min, and 50.0 mg/l for erythromycin and 3, 0.4 g/l, 85.5 min, and 50.0mg/l for metronidazole. Under these conditions, efficiency of COD removal in erythromycin and metronidazole was 98.5% and 99.4 %, respectively. Conclusion: In current study, sono-catalytic process was accelerated in the presence of TiO2 nano-particle and enhanced the removal of erythromycin and metronidazole.