بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله، فیلم اکسید روی به روش الکتروشیمیایی بر روی فلز روی تهیه شده و کارایی آنها به عنوان فتوکاتالیست در حذف آلاینده ی آنتی بیوتیک سفکسیم از آبهای آلوه به روش فتوکاتالیست درون یک لوله از جنس کوارتز با جریان برگشتی و تحت تأثیر نور uv مورد بررسی قرار گرفته است و عوامل مؤثر در فرآینده تجزیه آنتی بیوتیک نظیر pH محلول، مقدار هیدروژن پراکسید، شدت نور تابشی، دبی جریان و غلظت اولیه آنتی بیوتیک مورد مطالعه قرار گرفته است. شواهد اسپکتروسکوپی و نتایج حاصل از آزمایشها نشان میدهد که برای 1500mL محلول حاوی 20 mg L-1 آنتیبیوتیک سفکسیم در شرایط زمان تماس 180 دقیقه pH=8 ، مقدار 10/58 mM هیدروژن پراکسید، دبی جریان ورودی به راکتور 0/76 L min-1 و شدت نور تابشی برابر 20/4Wm- 2 حدود %93 از ماده آلاینده آنتیبیوتیک حذف میشود. نتایج نشان داد که فرآیند حذف از سینتیک مرتبه اول ظاهری تبعیت میکند.
واژه های کلیدی: آنتیبیوتیک سفکسیم، فرآیند فتوکاتالیتیک، فیلم نانو ذرات ZnO، فتوراکتور لولهای.
-1 مقدمه
آب بدون شک گرانبهاترین منبع طبیعی در سیاره ما می باشد. بدون این ماده بی همتای مرکب از هیدروژن و اکسیژن زندگی در روی زمین وجود نداشت. این ماده برای رشد و نمو هر چیزی در سیاره ما ضروری است. گرچه ما به عنوان انسان این حقیقت را میدانیم ولی با آلوده کردن رودخانهها، دریاچهها و اقیانوسها این را نادیده میگیریم.منابع اصلی آلودگی آب به آلودگی پسابهای شهری، صنعتی و کشاورزی تقسیمبندی میشوند.آلودگی شهری آب شامل پسابهای حاصل از منازل و مراکز تجاری میباشد. در سالهای متمادی هدف اصلی تحقیقات بر روی پساب های شهری کاهش میزان ذرات معلق، مواد سخت، و باکتریهای مضر بود .[1]
ترکیبات دارویی، به مدت سی سال است که شناخته شده اند. استفاده بیش از حد این ترکیبات علی رغم حضور در مقادیر کم، ممکن است موجب مقاومت باکتریایی شوند، که باعث می شود آنها، در آینده نزدیک در بهبود بیماریها غیرمؤثر شوند.آنتی بیوتیک ها دو نوع هستند: آنتی بیوتیک هایی که از راه سنتز به دست میآیند.آنتیبیوتیکهای طبیعی: این نوع آنتیبیوتیکها ممکن است از باکتری ها، قارچ ها و اکتینومیست ها به دست آیند مانند: پلیماکزین1، کلاوی فورمین2 و اولیگوساکاریدها.بسیاری از تصفیهخانههای فاضلاب معمولی یا تصفیه خانه های آب آشامیدنی برای تصفیه فاضلاب حاوی آلاینده های قطبی طراحی نشده اند.
بنابراین، راهحلهای عملی و مقرون به صرفه باید به منظور کاهش مقدار روزانه آنتی بیوتیک های تخلیه شده به محیط زیست به دست آورده شود .[3]روش های مختلفی برای حذف آنتی بیوتیک ها در نظر گرفته شده، مانند فرآیندهای جذب سطحی، فرآیندهای غشایی و فرآیندهای ترکیبی و ... که این روش ها علاوه بر مزایایی که دارند، آلاینده را به طور کامل حذف نمی کنند. بلکه آلاینده از یک فاز به فاز دیگر انتقال می یابد. جایگزین این روشهاف روشهای اکسیداسیون پیشرفته شدهاند که برمبنای تولید رادیکالهای آزاد به ویژه OH متکی هستند.در این مقاله، از فرآیند فتوکاتالتیکی UV/ZnO در حذف آنتیبیوتیک سفکسیم از آب آلوده استفاده کردهایم.
-2 روش کار:
در این پژوهش از یک راکتور ناپیوسته با جریان برگشتی که از دو قسمت تشکیل شده است، یک قسمت آن محفظهی چوبی که لامپ UV در آن تعبیه شده است و قسمت دوم شامل استوانه ای از جنس کوارتر که محلول آنتی بیوتیک به همراه لوله شیشه ای که با نانو ذرات ZnO تثبیت شده است، در آن قرار گرفته است.فیلم ZnO را به روش الکتروشیمیایی به شرح زیر تهیه کردهایم: در این روش ورق روی را در ابعاد 1×3 سانتیمتر برش داده و پس از سمباده کاری و شست و شو توسط استون و آب مقطر،قطعات آماده شده را درون محلول 1 مولار سدیم هیدورکسید به مدت 5 دقیقه تحت جریان 2/5V و 0/05 A قرار داده و پس از خشک شدن درون راکتور نصب شد.
1500mL محلول آنتیبیوتیک سفکسیم با غلظت mg -1 20L که شامل مقدار لازم H2O2 میباشد، پس از تنظیم pH، از راکتوری که نانو ذرات ZnO تثبیت شده، در آن قرار دارد و لامپ UV در داخل محفظه تعبیه شده است، عبور می دهیم و در زمان های مختلف از محلول مورد آزمایش نمونه برداری گردیده و برای تعیین غلظت باقی مانده سفکسیم، مقدار جذب آن به وسیله دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 282nm اندازه گیری شد.با استفاده از نمودار کالیبراسیون و با استفاده از مقدار جذب اندازهگیری شده، غلظت باقیمانده آنتیبیوتیک سفکسیممحاسبه گردید. با استفاده از رابطه ًًٌ CR - % - C C ،راندمان حذف آنتیبیوتیک سفکسیم محاسبه گردید.
-3 نتایج و بحث
-1-3 تأثیر pH در تخریب آنتی بیوتیک سفکسیم درفرآیند UV/ZnO/H2O2
با توجه به نمودار - 1 - ملاحظه میگردد که راندمان در pHهای قلیایی بیشتر از pHهای اسیدی میباشد. همچنین راندمان در pHهای 8 و 9 و 10تقریباً به هم نزدیک هستند و چون تغییر pH مستلزم هزینه و وقت می باشد در نتیجه pH=8 به عنوان pH بهینه انتخاب شد. در ضمن اکسید روی در pHهای اسیدی حل میشود و از آنجائی که محلول آنتیبیوتیک سفکسیم اسیدی میباشد، باید pH اولیه محلول را قلیایی کنیم.
-2-3 بررسی تأثیر غلظت های مختلف از H2O2 در تخریب آنتیبیوتیک سفکسیم در فرآیندUV/ZnO/H2O2
با توجه به نمودار - 2 - ملاحظه میشود که با افزایش غلظت H2O2 ، کسر تبدیل افزایش مییابد وسپس با دما افزایش بیش از حد کاهش مییابد.مشاهدات بدین صورت قابل توجیه است که H2O2 در غلظت های بالا، با گرفتن الکترونهای تولید شده در سطح ذرات ZnO باعث افزایش تولید رادیکال های هیدروکسیل می گردد. همچنین در غلظت های بالا، H2O2مستقیماً به وسیله نور UV به رادیکال های هیدروکسیل تجزیه می شود. که این فرآیند نیز به افزایش تعداد رادیکالهای هیدروکسیل و در نتیجه افزایش راندمان حذف کمک میکند.در نهایت مشخص گردید که افزودن 10/58mM از H2O2 باعث افزایش قابل ملاحظه ای در سرعت تجزیه آنتی بیوتیک سفکسیم در فرآیندUV/ZnO/H2O2 گردید.
-3-3 بررسی تأثیر شدت نور UV بر سطح کاتالیست در تخریب آنتیبیوتیک سفکسیم در فرآیندUV/ZnO/H2O2
با توجه به نمودار - 3 - تأثیر فاصله لامپ UV از سطح کاتالیست در تجزیه آنتیبیوتیک سفکسیم کاملاً مشخص می شود. با افزایش فاصله لامپ از سطح کاتالیست، شدت تابش رسیده به سطح ZnO کاهش مییابد. در نتیجه الکترونهای کمتری از سطح فتو کاتالیست تحریک شده و میزان رادیکال هیدروکسیل تولیدی نیز کاهش می یابد. بنابراین شدت نور لامپ 20/4W m-2 به عنوان مقدار بهینه شدت تابش لامپ UV بر سطح کاتالیست انتخاب شد .[4]
