بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش غشاهای نانوفیلتراسیون پلیاکریلونیتریل اصلاح سطحی شده با پلیوینیلالکل - - PVA در حضور نانولولههای کربنی، جهت جداسازی پنیسیلین تهیه شد. برای این منظور غشاهای اولترافیلتراسیون پلیاکریلونیتریل بهروش جدایی فازی ساخته شد. سپس با اصلاح سطح این غشاها توسط PVA در حضور و عدم حضور نانولولههای کربنی خام و سولفونه شده، غشاهای نانوفیلتراسیون مورد نظر ساخته شد. برای این هدف نانولولههای کربنی، طی مراحلی سولفونه شد. در نهایت اثر غلظتهای مختلف نانولولههای کربنی خام وسولفونه شده بر روی عملکرد غشاها بررسی شد. بر اساس نتایج ، غشای نانوفیلتراسیون با 0/25 درصد وزنی نانولوله کربنی سولفونه شده، به عنوان بهترین غشا از بین غشاهای اصلاح سطحی شده انتخاب شد؛ که بالاترین فلاکس در کنار بیشترین میزان پسزنی یونها را در جداسازی پنیسیلین نشان داد.
کلمات کلیدی: نانوفیلتراسیون، نانولولهکربنی، جدایی فازی، سولفوناسیون، پنیسیلین
مقدمه
افزایش جمعیت جهان و کاهش منابع آب آشامیدنی، نگرانیهایی را درباره تامین آب آشامیدنی مورد نیاز کشورهای مختلف در سراسر جهان به وجود آورده است و کمبود آب که در نتیجه افزایش آلودگیهای زیست محیطی است، سبب شده تامین آب بهداشتی مورد نیاز مردم به یکی از مشکلات اساسی جهان امروز تبدیل شود. امراض ناشی از آلودگی منابع آب، روزانه سبب کشته شدن هزاران و شاید دهها هزار نفر از مردم جهان میشود. این در حالی است که امکان بازیافت آب، دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را فراهم خواهد آورد. بررسی فعالیتهای پژوهشی در سطح دنیا نشان میدهد که تصفیه آب یکی از مهمترین زمینههای کاربرد فناوری نانو در صنعت آب است و با بهرهگیری از آن، هزینههای تصفیه آب به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت. استفاده از فیلترهای نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب در سیستمهای موجود از مهمترین موارد کاربرد نانوفناوری در صنعت آب و فاضلاب است .[1]
نانولولههایکربنی میتوانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگیها، به طور یکنواخت هم راستا شوند. تخلخلهای نانومتری نانولولهها، این غشاها را از دیگر فناوری های فیلتراسیون بسیار انتخاب پذیرتر نموده است. همچنین نانولولههایکربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند، لذا استفاده از فناوری نانولوله هایکربنی در استفاده طولانی مدت، نسبتاً کمهزینه است؛ زیرا آنها میتوانند بدون از دست دادن قابل توجه ظرفیت جذب، احیا شده، استفاده شوند .[2] این غشاها هزینههای مرتبط با خرید و ذخیره سازی مواد شیمیایی احیاکننده و تعلیم کاربران را ندارند و آلودگیهای ثانویه خطرناک تولید نمیکنند.
مطالعات آزمایشگاهی نشان میدهد که غشاهای نانولولههایکربنیمی توانند تقریباً همه انواع آلودگیهای آب را حذف کنند؛ این آلودگی شامل باکتری، ویروس، ترکیبات آلی و تیرگی است. اگرچه تخلخل نانولولههایکربنی به طور قابل توجهی کوچک است، غشاهای نانولولههایکربنی نشان دادهاند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولولهها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخلهای بسیار بزرگتر دارند .[3] از آنجا که نانولولههای کربنی شدت جریان بالایی را نشان میدهند، فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایند نمک زدایی با اسمز معکوس، کاهش مییابد و به دلیل این ذخیره انرژی، نمکزدایی با استفاده از فیلترهای نانولولههایکربنی بسیار ارزانتر از اسمز معکوس خواهد بود. انتظار میرود غشاهای نانولولههایکربنی بسیار بادوامتر از غشاهای متداول باشند و استفاده مجدد از آنها بازدهی فیلتراسیون را کاهش ندهد .[4] با توسعه روشهای جدید و بسیار مؤثر برای تولید نانولولههایکربنی، هزینه تولید غشاهای نانولولههایکربنی به طور پیوسته کاهش مییابد.
داروها عنصر بسیار مهم و جزء لاینفک زندگی مدرن امروزی به شمار می آیند و برای درمان بیماری های انسان و حیوان و گیاه مورد استفاده قرار می گیرند. برای این که دارو بتواند در بدن موجود زنده - انسان، حیوان و گیاه - جذب سلولهای هدف شود، باید حلالیت بسیار بالایی در آب داشته باشد. داروها ذاتا فعالیت بیولوژیکی بسیار قوی دارند که روی موجودات زنده تأثیر میگذارند. 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 - آب شرب، آبهای سطحی و زیرزمینی - شده و محیط زیست را تحت تأثیر قرار میدهند. آلودگی دارویی در محیط زیست به طور مستقیم و غیر مستقیم با وارد شدن به چرخه غذایی بر سلامت انسانها تأثیر میگذارد .[5]
آنتیبیوتیکها از گروه ترکیباتی هستند که همه ساله مقادیر قابل توجهی از آن برای مقابله با باکتریهای بیماری زا برای انسان استفاده میشوند مضاف بر آن جهت بهبود رشد و نمو و پیشگیری از وقوع بیماریها در حیوانات مانند احشام بهویژه گاو، خوک، ماکیان و ماهی مورد استعمال قرار میگیرند. خیلی اوقات این ترکیبات فقط اندکی باعث ایجاد دگرگونی و تغییرات در 4 متابولیسم استعمالکننده میشوند و متعاقبا از طریق پساب، کود کشاورزی یا بطور مستقیم طی فرآیند پرورش ماهی وارد سیستمهای آبی شده و دفع میگردند. در برخی موارد ممکن است کودهای کشاورزی که شامل مقادیری آنتیبیوتیک هستند در زمین زراعی استفاده شده و نهایتا با آبیاری زمین و یا بارندگی، این مواد وارد آبهای جاری میشوند و در ادامه به آبهای سطحی و زیر زمینی راه پیدا میکنند و اگر مقدار آنتی بیوتیک زیاد باشد بصورت جامد تهنشین شده و رسوب میکنند .[6]
اکثر داروها به خصوص داروهای پرمصرف به طور مستقیم یا غیرمستقیم بدون تغییر متابولیسم به فاضلاب شهری ریخته میشوند. بعضی از داروها به خاطر نیمه عمر طولانی، در محیط زیست تجمع مییابند، برخی داروهای پر مصرف مثل پنیسیلین بیشتر از یک سال در محیط میمانند و تجمع مییابند که در نتیجه با حجم کافی روی فعالیتهای بیولوژیکی موجودات زنده اثر میگذارند. پنیسیلینها گروهی از داروهای آنتیبیوتیک هستند که در برابر ارگانیسمهای آسیبپذیر به خصوص باکتریهای گرم مثبت به کار میروند. پنیسیلینها اولین گروه از دسته آنتیبیوتیکهای بتالاکتام هستند .[7]
تحقیقات نشان میدهد که نیمی از داروهایی که خریداری شده به طور مستقیم به عنوان آلاینده به محیط زیست اضافه میشوند، اما فضولات فعالیتهای صنعتی با توجه به قوانین و استانداردها جمعآوری و در یک مکان محدود و مناسب دفع میگردند. بنابراین منطقه آلوده، اگرچه حاوی غلظت بالایی از آلایندههای دارویی میباشد ولی مشخص، محدود و تا حدودی قابل کنترل است. داروهای مصرفی توسط انسان و حیوانات گرچه ممکن است غلظت بالایی نداشته باشند اما در منطقه بسیار وسیع و غیر قابل کنترل پراکنده میشوند و چون نیمه عمر بالایی دارند تجمع مییابند، بنابراین خطرناک میباشند. انسانها از طریق خوراکی یا آشامیدنی، تنفس و جذب پوستی، آلایندههای دارویی را از محیط زیست دریافت میکنند .[8]
مطالعات اخیر در اروپا با توجه به قوانین سخت و استانداردهای بالا، مؤید این مطلب است که تصفیه مرسوم آب قادر به حذف آلایندههایدارویی نمیباشد؛ لذا در این پژوهش انواع نانولولههایکربنی خام و عاملدار مخلوط شده بر روی غشای پایهی پلیاکریلونیتریل بررسی گردید. پلیاکریلونیتریل - PAN - دارای خواصی شامل چگالی کم، پایداری حرارتی مطلوب، استحکام بالا و مدول الاستیسیته مناسب است. این ویژگیهای منحصر به فرد سبب شدهاند PAN یک پلیمر اساسی در تهیه غشا باشد. در ادامه روش اصلاح سطح غشا برای بهینه سازی عملکرد غشا برای حذف آنتیبیوتیک پنیسیلین از پساب پرداخته شده است.
