بخشی از مقاله
چکیده:
از جمله فرآیندهایی که در سالهای اخیر به طور گسترده در تصفیه پسابهای صنایع داروسازی مورد استفاده قرار گرفته است فرآیند اکسیداسیون پیشرفته میباشد.
در این کار پژوهشی فیلم نانو ذرات Al2O3 به دو روش حرارتی و الکتروشیمیایی بر روی فلز پایه آلومینیوم تهیه شده و کارایی آنها به عنوان فتو کاتالیست در حذف آنتیبیوتیک سفکسیم از آبهای آلوده به روش فتوکاتالیتیک درون یک راکتور لولهای از جنس کوارتز با جریان برگشتی و تحت تأثیر نور UV مورد بررسی قرار گرفته است و عوامل مؤثر در فرآیند تجزیه آنتیبیوتیک نظیر pH محلول، مقدار هیدروژن پراکسید، شدت نور تابشی، شدت جریان سیال و غلظت اولیه آنتیبیوتیک و زمان تماس و بهینه سازی فرآیند با استفاده از طراحی مرکب مرکزی - روش رویه پاسخ - مورد مطالعه قرار گرفته است.
نتایج حاصل از آزمایشها نشان میدهد که برای 1500 mL محلول حاوی 20 mgL- 1 آنتی بیوتیک سفکسیم در شرایط زمان تماس 120 دقیقه، در pH=2/5، شدت جریان ورودی به راکتور1/22 Lmin-1 در هر دو نوع فیلم تهیه شده به روش حرارتی و الکتروشیمیایی حدود %53 از ماده آلاینده آنتیبیوتیک حذف میشود.
مقدمه
در سالهای اخیر، حضور آنتی بیوتیکها در ماتریس های زیست محیطی بررسی شدهاند. در واقع اولین مورد گزارش شده از آلودگی آب - آب سطحی - بوسیله آنتی بیوتیکها در سال 1982 در انگلستان بود زمانی که وات و همکارانش ماکرولیدها، تتراسایکلین و سولفونآمیدها را در یک رودخانه با غلظت 1 میلی گرم بر لیتر شناسایی کردند. پس از این مورد مطالعات مختلفی در مورد پیدایش بقایای آنتی بیوتیکها در اکوسیستمهای آبی گزارش شدهاند: آبهای سطحی، آبهای زیرزمینی، آبهای دریاها، آب نوشیدنی، فاضلاب، تصفیه خانههای فاضلاب و پسابهای بیمارستانها آنتیبیوتیکها همچنین در ماتریسهای خشکی و لجنها نیز شناسایی شدند.
معمولا آنتی بیوتیکها در پسابهای بیمارستانی در محدوده بالاتر از میلی گرم بر لیتر، در فاضلاب شهری در محدوده پایینتر از میلی گرم بر لیتر و در آبهای سطحی، دریا و آبهای زیر زمینی در محدوده نانو گرم بر لیتر شناسایی شدهاند. علاوه بر این، این امر تایید شده است که رسوبات ناشی از رودخانههایی که پیرامون نواحی کشاورزی میباشند غلظت بالایی از آنتی بیوتیکها را نسبت به ماتریس سایر روان آبها یا نسبت به دیگر رسوبات ناشی از رودخانههایی که دور از زمینهای کشاورزی قرار گرفتهاند دارد. این نشان دهنده احتمال آلوده شدن روان آب از زمینهای کشاورزی میباشد
تجزیه و تحلیل خاک پس از کاربرد کود دامی یا لجن به عنوان کود حضور بقایای آنتی بیوتیکی قابل اندازه گیری را در این ماتریس برای چند ماه نشان داد. همچنین حضور مثبت بقایای آنتی بیوتیکها در سبزیجات و غلات و حبوبات نظیر هویج، کاهو، پیاز، کلم، خیار و ذرت نیز گزارش شدهاند.
تجمع وتداوم آنتی بیوتیکها در محیط زیست حتی در غلظتهای پایین میتواند اثرات مضری هم در اکوسیستمهای آبی و هم خشکی ایجاد کند - نانو گرم بر لیتر تا میلی گرم بر لیتربرای ماتریسهای آبی و مقادیر پایین تا متوسط میلی گرم بر کیلو گرم برای رسوبات - . استفاده گسترده و وسیع از این ترکیبات در داروهای انسانی و دامی و ورود مستمر آنها به ماتریسهای محیط زیستی ممکن است این چنین تجمع و تداوم را توضیح دهد. ماهیت بسیار قطبی و غیرفرار بسیاری از آنتی بیوتیکها مانع از انتشار آنها از این ماتریسها میشود. ویژگیهای فیزیکوشیمیایی هر آنتی بیوتیک - به عنوان مثال ساختار مولکولی، اندازه و شکل، حلالیت و آب گریزی - توزیع آنها در ماتریسهای زیست محیطی - مواد جامد یا آب - را تعیین خواهد کرد. علاوه بر این حقایق، حضور آنتی بیوتیکها میتواند سبب پایداری میکرو ارگانیسمها شده و باعث مشکلات جدی برای بهداشت عمومی که شامل مشکلات به وجود آمده در درمان بیماریها و عدم تعادل اکوسیستمهای میکروبی می-باشند
بخش تجربی
مواد، دستگاهها و روش ها
کلیه مواد مورد استفاده از درجه خلوص بالایی برخوردار بودند و بدون نیاز به خالص سازی اولیه همانگونه که خریداری شده بودند مصرف گردیدند. طیف جذبی توسط دستگاه اسپکتروفتومتر تک شعاعی Shimadzu مدل 1240 گزارش شده است.
روش تهیه فیلم نازک نانو ذرات Al2O3 بر روی Al
الف - روش حرارتی: در این روش ورق آلومینیوم را در ابعاد 1×3 سانتیمتر برش داده و پس از سمباده کاری و شست و شو توسط استون و آبکشی با آب مقطر، قطعات آماده شده را، در کوره با دمای 500 درجه سانتیگراد قرارداده و پس از خنک شدن درون راکتور جاسازی می گردد.
ب - روش الکتروشیمیایی: در این روش ورق آلومینیوم را در ابعاد 1×3 سانتیمتر برش داده و پس از سمباده کاری و شست و شو با استون و آب مقطر، قطعات آماده شده را، درون محلول 1 مولار اسید سولفوریک به مدت 15 دقیقه تحت جریان 4V و 0/4 A قرار داده و پس از خشک شدن
روش حذف آنتیبیوتیک سفکسیم طی فرآیند UV/ Al2O3 / H2O2
الف - با استفاده از محلول مادر و از طریق رقیقسازی 1500 میلیلیتر محلول حاوی20 میلی گرم بر لیتر سفکسیم تهیه و به ظرف نگهداری منتقل میشد.
ب - فتوراکتور به داخل جعبه منتقل و در حالی که لامپ UV خاموش بود به مدت 15 دقیقه پمپ روشن شد تا محلول درون راکتور جریان یابد و سیستم به تعادل برسد.
پ - پس از اضافه کردن مقدار معینی از پراکسیدهیدروژن لامپ UV روشن میشد تا نمونه تحت تابش نور قرار گیرد. در زمانهای مختلف از محلول مورد آزمایش نمونهبرداری گردیده و برای تعیین غلظت باقیمانده آنتیبیوتیک، مقدار جذب آن به وسیله دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج282 نانومتر اندازهگیری شد.
ت - با استفاده از نمودار کالیبراسیون و با استفاده از مقدار جذب اندازهگیری شده، غلظت باقیمانده آنتیبیوتیک سفکسیم محاسبه میگردید.
که در این رابطه Co غلظت اولیه آلاینده و C بیانگر غلظت آلاینده در هر لحظه میباشد و%R نیز راندمان در آن لحظه است.
نتایج و بحث بررسی عوامل مؤثر در حذف فتوکاتالیستی آلاینده
آنتیبیوتیک سفکسیم طی فرآیند UV/ Al2O3 به روش حرارتی و الکتروشیمیایی
به منظور بررسی عوامل مؤثر در حذف فتوکاتالیستی آلاینده آنتیبیوتیک سفکسیم طی فرآیند UV/ Al2O3 به روش حرارتی در ابتدا محلولهایی از آنتیبیوتیک سفکسیم با غلظت 20میلی گرم بر لیتر در pHهای مختلف تهیه و در حضور فتوکاتالیست تهیه شده به روش حرارتی و الکتروشیمیایی قرار داده میشود، سپس جذب محلول به درون راکتور نصب شد.
ث - از روی غلظت آنتیبیوتیک سفکسیم در لحظه صفر - Co - و غلظت آن در هر لحظه - C - ، کسر تبدیل - X - یا همان راندمان حذف آنتیبیوتیک سفکسیم محاسبه میشد ودرنهایت در نرم افزار Minitab راندمان وارد میشود.
ج - نمودار آنالیزهای آن را با نرم افزار Minitab بدست میآوریم.
د - بستری که در هر آزمایش مورد استفاده قرار میگرفت، برای استفاده مجدد باید به مدت 2 ساعت در داخل آب مقطر نگهداری میشد تا آلاینده آنتیبیوتیک باقی مانده در سطح آن واجذب گردد.
برای رسم نمودارهای لازم در این کار پژوهشی از R - % - استفاده شده است. - R - % در واقع بیانگر میزان درصد حذف آلاینده بوده و رابطه آن به صورت زیر میباشد :
وسیله دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج ماکزیمم 282 - نانومتر - در فواصل زمانی تعیین شده، اندازهگیری شده، و از معادلهی به دست آمده، غلظت باقیمانده آنتیبیوتیک محاسبه گردید، که نتایج حاصل از آزمایشها در جدولهای - 1 - و - 2 - قابل مشاهده است. چون در محیط های قلیایی راندمان حذف قابل توجه بود بنابراین در روش بهینه سازی لازم دانستیم که محدوده ی pH را وسیع تر انتخاب کنیم. این آزمایشات با یکبار تکرار انجام شده اند.
