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.
کلمات کلیدی : آنتیبیوتیک سفکسیم، فرآیند فتوکاتالیتیک، فیلم نانو ذرات Al2O3 ، فتوراکتور لولهای و روش رویه پاسخ
مقدمه
وارد شدن آنتی بیوتیک ها به محیط زیست از طریق منابع انسانی میتواند یک خطر بالقوه ای برای موجودات آبزی و خشکی زی ایجاد کند. اگرچه حضور مقادیر ناچیز آنتی بیوتیکها ممکن است باعث ایجاد پایداری در جمعیتهای باکتریایی، تکثیر آنها و در آینده نزدیک، باعث بی اثر شدن درمان بیماریهای مختلف شوند .[6-1] آنتی بیوتیکها ترکیبات شیمیایی هستند که از بین برنده میکروارگانیسم ها بوده یا مانع از رشد آنها میشوند. بسیاری از این مواد دارای یک منشاء میکروبی میباشند اما ممکن است بصورت نیمه سنتزی یا کاملا سنتزی نیز وجود داشته باشند. آنتی بیوتیکها با توجه به معیارهای مختلفی نظیر: طیف، مکانیسم عمل یا ساختار شیمیایی میتوانند به دستههای متفاوتی طبقه بندی شوند .[10- 7] در سالهای اخیر استفاده از آنتی بیوتیکها در دامپزشکی و طب انسانی گسترده بود در نتیجه احتمال آلودگی آب با این چنین ترکیباتی افزایش یافت. این آلاینده ها به صورت مداوم به محیط طبیعی آزاد میشوند .[16-11] وقتی این مواد به عنوان کود در مزارع پخش میشوند خاک و در نتیجه آبهای سطحی و زیر زمینی را از طریق روان آب یا نشت آلوده میکنند.
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
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 شوبه طور مشابه آنتی بیوتیکهای انسانی از طریق دفع - ادرار و مدفوع - ، ورود به شبکه فاضلاب و رسیدن به تصفیه خانههای فاضلاب میتوانند وارد محیط زیست شوند. بسیاری از تصفیه خانههای فاضلاب برای حذف میکروآلایندههای با قطبیت بالا نظیر آنتی بیوتیکها طراحی نشدهاند. بنابراین آنتی بیوتیکهای موجود در سطح بعد از شستشو میتوانند به آبهای زیرزمینی برسند. در نهایت آبهای سطحی آلوده شده میتوانند وارد تصفیه خانههای آب آشامیدنی که برای حذف این ترکیبات آماده نشدهاند شوند و به سیستمهای توزیع آب برسند.
لجن تولید شده در تصفیه خانههای فاضلاب به عنوان کود خاک عمل کرده و ممکن است باعث ایجاد مشکلات مشابه زمانی که به عنوان کود به کار میروند شود. یکی دیگر از منابع مهم آلوده کننده آزادسازی مستقیم آنتی بیوتیکهای دامی از طریق کاربرد در کشت آبی میباشد. دفع نامناسب داروهای مصرف نشده یا تاریخ گذشته،که به طور مستقیم در شبکه فاضلاب تخلیه میشوند یا در محلهای دفن زباله ته نشین میشوند، فاضلابهای حاصل از ساخت و ساز یا نشت تصادفی در طول ساخت و ساز یا توزیع همچنین می توانند بعنوان منابع قابل توجهی از آلودگی در نظر گرفته شوند .[23-17]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.شده است و همچنین تصاویرSEM توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی به دست آمده است.
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 1مولار اسید سولفوریک به مدت 15 دقیقه تحت جریان 4V و A 0/4 قرار داده و پس از خشک شدن درون راکتور نصب شد.
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.
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 می-آوریم.
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: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
تعیین متغییرها و سطوح آنها و غربالگری داده ها
در پژوهش حاضر با هدف تهیه فیلم نازک نانو ذرات اکسید آلومینیوم بر روی فلز پایه آلومینیوم به روش حرارتی و الکتروشیمیایی و بهینه سازی فرآیند حذف فتوکاتالیتیکی آنتی بیوتیک سفکسیم از آبهای آلوده با بکارگیری روش رویه پاسخ و بررسی 6 فاکتور، pH محلول، مقدار هیدروژن پراکسید، شدت نور تابشی، دبی جریان و غلظت اولیه آنتیبیوتیک و زمان تماس مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به متغییرها طراحی این آزمایش به روش رویه پاسخ با استفاده از نرم افزار Minitab انجام شد که شامل 16 آزمایش مطابق جدول زیر میباشد. مهم تشکیل لایه اکسید بر روی سطح فلز و بررسی خواص فتوکاتالیتیکی آن است بنابراین چون ما فقط می خواهیم پارامترهای موثر و غیرموثر را شناسایی کنیم لذا فقط فرآیند غربالگری را روی روش حرارتی انجام داده ایم. این آزمایشات با یکبار تکرار انجام شده اند.
