پديد آورندگان :
رايگان شيرازي نژاد، عليرضا دانشگاه آزاد اسلامي واحد بوشهر - گروه .محيط زيست ، ايران , جرفي، سهند دانشگاه علوم پزشكي و خدمات بهداشتي درماني - گروه مهندسي بهداشت محيط، اهواز، ايران , طباطبايي، طيبه دانشگاه آزاد اسلامي واحد بوشهر - گروه .محيط زيست ، ايران , اميري، فاضل دانشگاه آزاد اسلامي واحد بوشهر - گروه .محيط زيست ، ايران
كليدواژه :
حذف آنتي‌بيوتيك جنتامايسين , معدني‌سازي , نور خورشيد , مطالعه سينتيك
چكيده فارسي :
زمينه و هدف: در سال‌هاي اخير، توليد فاضلاب‌ها و پساب‌هاي حاوي تركيبات دارويي و به متعاقب آن ورود اين تركيبات به طبيعت، يكي از تهديدهاي عمده محيط زيست به شمار مي‌رود. از جمله اين تركيبات دارويي مي‌توان به آنتي‌بيوتيك‌ها اشاره كرد كه گروه بزرگي از مواد دارويي هستند. جنتامايسين از جمله آمينوگليكوزيدها مي‌باشد كه پس از استفاده، بخش عمده آنها بدون جذب از بدن مصرف كننده دفع و وارد محيط زيست مي‌شود. لذا هدف از اين مطالعه تعيين و تجزيه فوتوكاتاليستي آنتي‌بيوتيك جنتامايسين با استفاده از نانوكمپوزيت Fe3O4 / SiO2 / TiO2 سنتز شده در محلول‌هاي آبي در حضور نور خورشيد بود.
روش بررسي: اين يك مطالعه تجربي مي‌باشد كه در سال 1398 انجام شد، غلظت‌هاي اوليه آنتي‌بيوتيك جنتامايسين(5، 15،25،35 و 45ميلي‌گرم در ليتر)، اثر pH(5،4، 6 ،7 و 8)، زمان ماند(10، 35، 60، 85 و110دقيقه) و دوز نانو ذره(75، 150، 225 ، 300 و 375 ميلي گرم در ليتر) و در حضور نور خورشيد بررسي شد. تعداد آزمايش‌هاي بر اساس روش طراحي آزمايش‌هاي متد طراحي مركب مركزي 34 عدد مي‌باشد براي به دست آوردن سينتيك حذف 20 آزمايش در نظر گرفته شد. بنابراين جمع نمونه‌ها برابر 54 نمونه گرديد. كليه آزمايش‌هاي در يك راكتور يك ليتري و در دماي آزمايشگاه(24 درجه سلسيوس) و با سه بار تكرار انجام گرفت. شناسايي و تعيين ميزان آنتي‌بيوتيك جنتامايسين به روش فاز معكوس كروماتوگرافي مايع با كارايي بالا انجام شد. داده‌هاي جمع‌آوري شده با استفاده از آزمون‌هاي آماري آناليز واريانس تجزيه و تحليل شدند.
يافته‌ها: حذف جنتامايسين با استفاده از كاتاليست Fe3O4 / SiO2 / TiO2 در حضور نور خورشيد درشرايط بهينه(pH ابتدايي برابر 91/6، جنتامايسين30/15 ميلي‌گرم بر ليتر، كاتاليست 80/299 ميلي‌گرم و زمان برابر 86/83 دقيقه) در حدود 13/81 درصد و راندمان معدني شدن آنتي‌بيوتيك جنتامايسين نيز 1/42 درصد نشان داده شد. نتايج مطالعه سينتيك نشان داد كه داده‌ها به خوبي از مدل سينتيك شبه درجه اول پيروي مي‌كند. راندمان فرآيند با كاربرد يون‌هاي سولفات و كلرايد به عنوان راديكال خوار كاهش يافت. هم‌چنين قابليت استفاده مجدد فتوكاتاليست در حذف جنتامايسين به ترتيب از 13/81 ، در چرخه اول به 7/80 و8/57 درصد در چرخه پنجم كاهش يافت.
نتيجه‌گيري: نتايج حاصل از اين مطالعه نشان داد كه فرآيند فتوكاتاليستي Fe3O4 / SiO2 / TiO2 در معرض تابش نور طبيعي خورشيد مي‌تواند يك فرآيند كارآمد در زمينه حذف آنتي‌بيوتيك جنتامايسين از محلول‌هاي آبي باشد.
چكيده لاتين :
In recent years, the production of sewage and effluents containing pharmaceutical compounds and the subsequent entry of these compounds into nature is one of the major threats to the environment. Among these medicinal compounds, we can mention antibiotics, which are a large group of medicinal substances. Gentamicin is one of the aminoglycosides, after use, most of them are excreted from the user's body without absorption and enter the environment. Therefore, the purpose of this study was to determine and photocatalytically degrade the antibiotic gentamicin using Fe3O4 / SiO2 / TiO2 nanocomposite synthesized in aqueous solutions in the presence of sunlight.
Methods: The present experimental study was conducted in 2018. The initial concentrations of the antibiotic gentamicin (5, 15, 25, 35 and 45 mg/liter), the effect of pH (5, 4, 6, 7 and 8), retention time (10, 35, 60, 85 and 110 minutes) and nano-particle dose (75, 150, 225, 300 and 375 mg/liter) and in the presence of sunlight were investigated. The number of experiments based on the design method of the central compound design method was 34. In order to obtain the removal kinetics, 20 experiments were considered. Therefore, the total number of samples was equal to 54 samples. All experiments were performed in a one-liter reactor at laboratory temperature (24 degrees Celsius) with three repetitions. Identification and determination of the amount of gentamicin antibiotic was done by reverse phase high performance liquid chromatography method. The collected data were analyzed using Design Expert and SPSS software and statistical tests of analysis of variance and Excel 2019.
Results: Removal of gentamicin using Fe3O4 / SiO2 / TiO2 catalyst in the presence of sunlight under optimal conditions (initial pH equal to 6.91, gentamicin 15.30 mg/L, catalyst 299.80 mg and time equal to 83.86 minutes) in about 13 81.0% and the mineralization efficiency of gentamicin antibiotic was also shown as 42.1%. The results of the kinetic study showed that the data follow the pseudo-first-order kinetic model well. The efficiency of the process decreased with the use of sulfate and chloride ions as radical scavengers. Also, the reusability of the photocatalyst in removing gentamicin decreased from 81.13 in the first cycle to 80.7 and 57.8% in the fifth cycle, respectively.
Conclusion: The results of the present study indicated that the photocatalytic process of Fe3O4 / SiO2 / TiO2 exposed to natural sunlight can be an efficient process in the field of removing the antibiotic gentamicin from aqueous solutions.
