بخشی از مقاله
خلاصه
آلایندههای دارویی یکی از مهمترین مسائل زندگی مدرن بشمار میروند و اثرات منفی آنها بر محیط زیست و سلامت انسان غیر قابل انکار است. از طرفی در سالهای اخیر واکنشهای فتوکاتالیستی و کاربرد آنها در تصفیه آب و فاضلاب نقش مهمی را ایفا کرده است. در کار حاضر اثربخشی فرآیند تصفیه فتوکاتالیستی توسط نیمه هادی ZnO بهمنظور حذف دیکلوفناک تحت تابش اشعه ماوراءبنفش مورد مطالعه قرار گرفته است. به همین منظور در ابتدا تأثیر پارامترهای عملیاتی غلظت اولیه دارو، مقدار کاتالیست و pH محلول بر میزان تجزیه فتوکاتالیستی دیکلوفناک در حضور کاتالیست ZnO مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه به دست آمده برای تجزیه فتوکاتالیستی دیکلوفناک در pH برابر 4، مقدار کاتالیست 1g/L و غلظت300 mg/L از دیکلوفناک بهدست آمد. مطالعه سینتیکی واکنش نیز در شرایط بهینه انجام شد و مطابقت خوبی بین نتایج تجربی با مدل شبه مرتبه اول حاصل شد.
کلمات کلیدی: تصفیه فتوکاتالیست، آلایندههای دارویی، دیکلوفناک، تابش اشعه ماوراءبنفش، .ZnO
.1 مقدمه
سالانه حجم بالایی از مواد دارویی، جهت تشخیص و درمان بیماری در انسان و حیوان، در جهان تولید و به فروش میرسد. طبق گزارشها، در سال 2005، شمال آمریکا، که 47 درصد از فروش جهانی مواد دارویی را به خود اختصاص داده است، 5/2 درصد رشد در فروش مواد دارویی را تجربه کرد و به 265 بیلیون دلار رسید. این رشد در اروپا به 7 درصد رسید. از سوی دیگر این داروها و مواد جانبی آنها بهخوبی طبقهبندی نشدهاند و غلظت آنها در محیطهای آبی بهخوبی شناسایی نشده است .[1] مقدار بسیار زیادی از داروهای تجویزشده با نسخه و بدون نسخه در گروههای مختلف دارویی، هر ساله در سراسر جهان مصرف میشود، که این ترکیبات دارویی شامل داروهای ضد تب، مسکن، تنظیمکننده چربی خون، آنتیبیوتیکها، داروهای ضد افسردگی، داروهای شیمیدرمانی و غیره است .[2]
در سال 1995 کشور دانمارک با جمعیت 5/2 میلیون نفر مصرف بالایی از مواد دارویی را داشته است، بهگونهای که محدوده مصرف داروهای مختلف از یک تا سی تن بوده است .[3] در طول سالهای 1999 تا 2001 بیشترین میزان مصرف دیکلوفناک و متوپرولول در آلمان به ترتیب 85 و 93 تن بوده است .[4] مقدار آنتیبیوتیکهای مورداستفاده در سال 1999 در اتحادیه اروپا و سوییس 13/288 تن بوده که 29 درصد در دامپزشکی، 6 درصد بهعنوان محرک رشد و 65درصد در پزشکی در انسان مورداستفاده قرارگرفته است . [5] حجم زیادی از مواد دارویی برای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماری در انسان و حیوانات استفاده میشود. بهطور متوسط در سراسر جهان مصرف سرانه دارو در هر سال حدود 15 g و در کشورهای صنعتی بین 50 تا 150g به ازای هر نفر تخمین زده شده است .[6]
بیش از 80 نوع از طبقات مختلف دارویی تا دوز میلیگرم بر لیتر در فاضلاب، آبهای سطحی و زیرزمینی شناسایی شده است .[7] شناسایی مواد دارویی و محصولات بهداشتی در محیطهای آبی بعد جدیدی را به مشکلات کیفی آب در مناطق مختلف جهان اضافه کرده است .[8]داروها ذاتاً فعالیت بیولوژیکی بسیار قوی دارند که روی موجودات زنده تأثیر میگذارد. علاوه بر این، داروها نسبت به تجزیه بیولوژیکی بسیار مقاوم هستند و تحت شرایط عادی تجزیه نمیشوند، بلکه برای تجزیه نیاز به واکنشهای خاص تحت شرایط ویژه دارند. سرانجام این ترکیبات دارویی وارد منابع آبی شده و محیط زیست را تحت تأثیر قرار میدهند .[9]حضور مواد دارویی میتواند فرآیند استفاده مجدد از فاضلاب تصفیهشده، بهعنوان یک گزینه بالقوه برای دستیابی به مدیریت پایدار آب را به خطر بیاندازد .[10]
ورود مستمر این مواد در دراز مدت خطر بالقوهای برای موجودات آبی و زمینی ایجاد میکند، ازاینرو طی چند سال گذشته از زاویهای دیگر با این موضوع برخورد شده است، که یک مشکل زیستمحیطی در حال ظهور است .[11]بنابراین یافتن یک روش کارآمد جهت حذف کامل این آلاینده ها امری ضروری به نظر میرسد . [12] دیکلوفناک یک داروی ضد التهاب غیر استروئیدی برای کاهش التهاب و درد است که تحت نامهای تجاری بسیاری به بازار عرضه میشود. . در برخی کشورها مصرف آن جهت دردهای جزئی و تب همراه با عفونتهای رایج، افزایش یافته است .[13]در سالهای اخیر تجزیه دیکلوفناک با استفاده از فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته توسط بسیاری از محققان مورد مطالعه قرار گرفته است.
در این راستا در سال 2008 مندز و همکارانش [14] تجزیه سه داروی ضد التهاب غیر استروئیدی را توسط کاتالیست ناهمگن TiO2 در محلول آبی در مقیاس آزمایشگاهی گزارش کردند. ترکیبات دارویی گزارششده، دیکلوفناک سدیم، ناپروکسن و ایبوپروفن میباشد که همگی در فرم نمک سدیم استفاده شدهاند. آزمایشهای جذب، فتولیز و تجزیه حرارتی جهت تخمین تجزیه فتوکاتالیستی داروها انجام شد. نتایج نشان میدهد که مقدار بهینه TiO2 برای رسیدن به بیشترین حذف ایبوپروفن 1 g/L بوده است. در مقابل بیش ترین تجزیه برای دیکلوفناک یا ناپروکسن در مقدار 0/1 g/L مشاهدهشده است. دما تنها در تجزیه ناپروکسن تأثیر شدیدی داشته بهطوریکه منجر به 99 درصد تجزیه اولیه تحت نور شده است. از طرفی هیچ تفاوت شاخصی در دماهای 20، 30 و 40 Cœ برای حذف دیکلوفناک و ایبوپروفن مشاهده نشده است.
در مطالعهای دیگر در این زمینه پرز و همکارانش [15] در سال 2005 اکسیداسیون دیکلوفناک را با استفاده از فرآیند فنتون و فتوکاتالیست TiO2 بهمنظور بررسی سینتیک فرآیندها و تعیین بهترین شرایط آزمایشی مورد بررسی قرار دادهاند. آنها تجزیه کامل دیکلوفناک با غلظت 50 mg/L در طول 200 دقیقه تحت فرآیند فتوکاتالیستی در حضور TiO2 را گزارش کردند که بهطورکلی از مکانیزم لانگمویر هینشل وود پیروی کرده و دادههای سینتیکی بر سینتیک شبه مرتبه اول منطبق بوده است. اگرچه فرآیند فنتون نیز موجب تجزیه کامل دیکلوفناک در زمان کوتاهتری 100 - دقیقه - شده است اما بهطورکلی فرآیند فنتون به تنظیم pH بسیار وابسته بوده و pH محلول را به ناحیه رسوب کردن دیکلوفناک منتقل میکند که با مشکل تهنشینی آلاینده به دلیل کاهش pH مواجه خواهیم بود.
درصورتیکه در فرآیند فتوکاتالیستی، تجزیه در pH طبیعی - pH = 7 - هیچگونه رسوبی تشکیل نخواهد شد.با توجه به مطالب ارائه شده مبنی بر غلظتهای متفاوت مشاهده شده داروها به ویژه دیکلوفناک در محیطهای آبی به منظور حذف این گروه از آلایندهها در بین روشهای مختلف اکسیداسیون پیشرفته، روش فتوکاتالیست روش کارامدتری نسبت به سایر تصفیهها در نظر گرفته شد. همچنین با توجه به مطالعات انجام شده غلظت داروی بهکار رفته برای تصفیهها بسیار پایینتر از غلظت واقعی خطرساز در محیط زیست میباشد. از این رو در کار حاضر، فرآیند تصفیه فتوکاتالیستی برای داروی دیکلوفناک با محدوده غلظتی بالا در حضور کاتالیست ZnO انجام شده است. همچنین بهدست آوردن شرایط بهینه برای پارامترهای عملیاتی مقدار کاتالیست، غلظت آلاینده، pH و نیز محاسبه سینتیک حاکم بر واکنش حذف فتوکاتالیستی نیز از اهداف این پژوهش بوده است.
.2 مواد شیمیایی مورد نیاز
غلظتهای مورد نظر محلولهای دیکلوفناک با حل کردن نمک دیکلوفناک سدیم - محصول شرکت مرک - با درجه خلوص بیش از 95 درصد در آب مقطر یون زدایی شده، تهیه شد. ذرات ZnO در این مطالعه،محصول شرکت مرک بوده و به عنوان کاتالیست مورد استفاده قرار گرفت.کلیه آزمایشات بر روی حجم نمونه 500 mL صورت گرفت .جهت تنظیم pH از اسید سولفوریک و سود 1 N محصول شرکت مرک استفاده شد.
.3 روش آنالیز
در این پژوهش برای تعیین غلظت دیکلوفناک سدیم از روش اسپکتروفتومتری - مدل SUV2100S، - UNICO در ماکزیمم طول موج جذبشده توسط دیکلوفناک سدیم استفاده شده است. برای داروی دیکلوفناک سدیم، جذب در محدودهی طول موج 200 -400 nm به دست آمد که حداکثر طول موج جذبشده برای دیکلوفناک سدیم در 275 nm تعیین شده است. شکل .1 طیف جذب دیکلوفناک سدیم توسط دستگاه اسپکتروفتومتر را نشان میدهد.
.4 فتورآکتور
در این تحقیق کلیه واکنشها در یک راکتور پیرکس استوانهای با حجم تقریبی 1200 mL انجام شد. ظرف شیشهای پیرکس - بهعنوان سیستم فتوراکتور - به قطر 10/5 cm، ارتفاع 14 cm و یک لامپ فشار متوسط جیوه با توان 125 W
