بخشی از مقاله
چکیده
استفاده بی رویه از آنتیبیوتیکها و تخلیه آنها به محیطزیست پیامدهای جدی و خطرناکی را به دنبال دارد. کربن فعال در سطح وسیعی برای جذب این آلایندهها استفاده شده است اما مشکلات ناشی از جداسازی آن مطرح است. هدف از این مطالعه سنتز کربن فعال مغناطیسی شده با نانو ذرات CoFe2O4 و بررسی کارایی آن در حذف پنیسیلین از محیطهای آبی است. مطالعه حاضر نشان داد که کربن فعال مغناطیسی علاوه بر داشتن ویژگیهایی چون جداسازی سریع و آسان، پتانسیل بالایی را برای جذب پنیسیلین دارد. مشخصات فیزیکی و ساختاری جاذب سنتز شده با استفاده ازتکنیکهایFT-IR ،XRD ، VSM،SEM مورد آنالیز قرار گرفت .
مقدمه
در این تحقیق هدف ساخت نانو کامپوزیتهای زمینه کربنی فریت کبالت میباشد و از روش هیدروترمال که روشی ساده، بدون آلودگی، عدم نیاز به تجهیزات خیلی پیشرفته و غیر مضر برای محیط زیست است استفاده نماییم. فریت کبالت به عنوان یک ماده فریمغناطیس به دلیل خصوصیاتی مثل ناهمسانگردی مغناطوبلوری بالا، میدان پسماندزدایی مغناطیسی بالا در دمای اتاق، سختی مکانیکی و پایداری شیمیایی مطلوب یک کاندید مناسب برای بسیاری از کاربردها میباشد.
در این تحقیق سعی داریم از روشهای مبتنی بر شیمی سبز استفاده کنیم. استفاده از گیاهان سبز برای تهیه نانو ذرات یک امکان هیجان انگیز و تا حد زیادی ناشناخته است. نانو ذرات مغناطیسی تهیه شده به روش سبز دارای مزایایی از جمله غیر سمی بودن، زیست سازگاری، زمان استخراج بسیار کوتاه، عدم مصرف حلالهای آلی، هزینه پایین، سهولت کاربرد، دقت و بازیابی بالا به علت ساختار نانو و داشتن نسبت سطح به حجم زیاد میباشد.
اخیرا مطالعات مربوط به آلودگیهای ظهور از جمله آنتیبیوتیکها، حشرهکشها، داروها و محصولات مراقبت شخصی به میزان قابل توجهی جذب شده است، زیرا سیستمهای تصفیه متعارف قادر به از بین بردن این آلودگیها نیستند. این آلایندهها در منابع آب سطحی و زیرزمینی جمع میشوند و به همین علت باعث ایجاد خطرات بهداشتی برای انسان و محیط میشود.[1] علاوه بر این، استفاده بیش از حد از مصرف آنتیبیوتیکها طی چند دهه گذشته، محققان را مجبور کرده است روشهای جدیدی را برای مدیریت بهتر این مسئله پیدا کنند.
حدود %30-90 آنتیبیوتیکها در بدن انسان و حیوانات متابولیزه نمیشوند و در نهایت از طریق ادرار و مدفوع به محیط زیست به شکل ترکیبات فعال وارد میشوند.[2] بنابراین منبع عمده آنتی بیوتیکها در محیط زیست پسابهای تصفیه خانههای فاضلاب است. منابع این آلایندهها، تخلیه داروهای منقضی شده، مواد زاید کشاورزی و دامپزشکی و همچنین تخلیههای ناشی از فعالیتهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی است. پنیسیلین به عنوان یک دارو برای درمان عفونتهای باکتریایی استفاده میشود. ساختار شیمیایی این آنتیبیوتیک درشکل 1 نشان داده شده است.
مطالعات نشان داده است که اکثر تصفیه خانههای فاضلاب حدود 90؛% 60 از آنتیبیوتیکها را میتوانند حذف کنند و باقیمانده آن ها مستقیما وارد آبهای پذیرنده می شوند.[1] لذا تخلیه پساب- های حاوی این آلایندهها به محیطزیست پیامدهای جدی و خطرناکی را به دنبال خواهد داشت وضروری است که تکنیکهای موثر و کارآمدتری برای حذف آنها به کار گرفته شود. روشهای مورد استفاده در این زمینه شامل اکسیداسیون شیمیایی 4]و[3، فرآیندهای غشایی [5]، تصفیه زیستی [6] و جذب 8]و[7 است. فرآیند جذب در مقایسه با تکنیکهای دیگر تصفیه از نظر هزینه اولیه، استفاده مجدد از پساب، سادگی و انعطافپذیری در طراحی، بهرهبرداری آسان و غیر حساس بودن به آلایندهها و ترکیبات سمی، مورد توجه بیشتری قرار گرفته است.
تولید پساب با کیفیت بالا و عدم تشکیل رادیکالهای آزاد و مواد خطرناک از مزایای دیگر این روش به حساب میآید10]و.[9 در میان جاذبهای مورد استفاده در این فرآیند، کربن فعال به دلیل سطح و حجم بالای منافذ و ظرفیت بالای جذب متداولتر است12]و.[11 محققان زیادی از کربن فعال در جذب آنتیبیوتیک از محیطهای آبی استفاده نمودهاند14]و.[13 مشکل اصلی در زمینه استفاده از کربن فعال پودری یا جاذبهایی با سایز نانو و یا نانو ذرات جداسازی آن ها از محلول به دلیل کوچک بودن اندازه ذرات است، بنابراین پراکندگی و تولید آلودگی ثانویه از مشکلات اساسی این سیستمها است.
لذا مغناطیسی نمودن این جاذبها میتواند راهکاری مناسب در جهت رفع بسیاری از این مشکلات باشد. اخیراً روش جداسازی مغناطیسی به دلیل هزینه کم، سادگی و سرعت مطلوب و همچنین راندمان بالا به طور گستردهای استفاده شده است16]و.[15 تاکنون، مطالعات متعددی در مورد تصفیه آب آلوده به آنتیبیوتیکها توسط جذب بر روی کربن فعال مغناطیسی مورد بررسی قرارگرفته است ولی در این تحقیق هدف استفاده از نانو کامپوزیت CoFe2O4 و بررسی کارایی آن روی داروی پنیسیلین است.
مواد و روشها
مواد شیمیایی مورد نیاز برای سنتز جاذب مغناطیسی شامل نیترات آهن Fe - NO3 - 2.9H2O، Co - NO3 - 2.6H2O، سدیم هیدروکسید، کربن گریپ فوروت و پودر پنیسیلین که از شرکت داروسازی دانا تهیه شده است. نانوکامپوزیت حاصل را به روش هیدروترمال با نسبت استوکیومتری مناسب از واکنشگرهای شیمیایی شامل Fe - NO3 - 2.9H2Oو Co - NO3 - 2.6H2O و مقدار 0/46 گرم از پودر کربن گریپ فوروت - نسبت - 50-50 با 200 میلیلیترآب مقطر ترکیب کردهایم.
پس از 2 ساعت از هم خوردن محلول با همزن برقی واضافه کردن سدیم هیدروکسید به مقدار لازم یک رسوب سیاه رنگ به دست می آید که رسوب تهیه شده را به مدت 5 ساعت با دمای 160 سانتیگراد درون اتوکلاو قرار دادهایم. در نهایت جاذب سنتز شده چندین بار با آب مقطر شستشو داده شده ودرون آون با دمای 80 سانتیگراد قرار داده شده است. به منظور بررسی مورفولوژی سطح جاذب و شکل و سایز نانو ذرات مغناطیسی CoFe2O4 از میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل MIRA3 TESCA استفاده شده است. همچنین برای آنالیز جاذب تولیدی از دستگاه پراش اشعه ایکس - XRD - مدل مارک فیلیبس 33700xpert استفاده گردید.
آزمایشات جذب: ابتدا 0/1 گرم از پودر پنیسیلین را درون 200 میلیلیتر آب مقطر حل کردیم و مقدار 0/5 گرم از پودر جاذب سنتز شده را به محلول اضافه کردهایم و در داخل همزن به منظور اختلاط مناسب جاذب و ماده جذب شونده، قرار داده شده است. برای اطمینان بیشتر از جذب پنیسیلین و اینکه آلودگی در حد ppm است، نسبت وزنی جاذب به ماده جذب شونده را 5 برابر انتخاب کردیم . پس از زمان مشخص، جاذب به روش مغناطیسی از طریق تماس آهنربای خارجی، از محلول جدا و غلظت باقیمانده پنی سیلین با استفاده از اسپکتروفتومتر UV-Visible در طول موج 320 nm مورد سنجش قرار گرفت و نتایج حاصل در شکل 6 نشان داده شده است. در نهایت ظرفیت و راندمان جذب طبق روابط زیر تعیین میشود. در این رابطه R راندمان، qe ظرفیت جذب، c0 غلظت اولیه دارو، ce غلظت نهایی دارو، M جرم جاذب و v حجم نمونه میباشد.
حداکثر پیک مربوط به زاویه 35/5 با خلوص 100می باشد که نشان داد نمونه ساختار کریستالی اسپینی دارد. متوسط سایز بلوری نانو ذره برای یک پیک ترجیحی با استفاده از رابطه دبای شرر محاسبه و حدود 48 nm به دست آمده است. ویژگی سطحی کربن فعال مغناطیسی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - در 15 KV در شکل 3 نشان دادهشده است که شکل مذکور تخلخل و خلل و فرجهای موجود در سطح کربن فعال مغناطیسی را با اندازههای مختلف و توزیع تقریبا یکنواخت نشان میدهد. آنالیز مغناطش سنج نمونه نشان داد که نانو ذرات از خود رفتار فرومغناطیس دارند. با اعمال میدانی در حدود - KOe - 10 مغناطش اشباع حدود 12 - emu/g - و مغناطش پسماند در عدم حضور میدان از مرتبه - 5 - emu/g میباشد.بنابراین با این میدان اعمالی و مغناطش اشباع بدست آمده میتوان نتیجه گرفت که فرومغناطیس به دست آمده از نوع فرومغناطیسهای نرم میباشد.
