سنتز و کاربرد فتوکاتالیست TiO2/SiO2/rGO در تخریب فتوشیمیایی اریترومایسین از محلول های آبی
فصلنامه علمی پژوهشی بهداشت در عرصه,
دوره 9 شماره 1 (1400),
16 مهر 2021
,
صفحه 22-34
https://doi.org/10.22037/jhf.v9i1.35034
چکیده
زمینه و هدف: استفاده گسترده از آنتیبیوتیکها و انباشت این مواد در آب و فاضلاب، موجب ظهور مسائل متعدد زیستمحیطی و بهداشتی گردیده است. هدف این مطالعه بررسی کارایی فتوکاتالیست جدید TiO2/SiO2/rGO در حذف اریترومایسین بهعنوان نمایندهای از آنتیبیوتیکها از محلولهای آبی میباشد.
مواد و روشها: مطالعه حاضر، از نوع تجربی-کاربردی میباشد. نانوکامپوزیت
TiO2/SiO2/rGO بهعنوان فتوکاتالیست به روش سل-ژل سنتز شد و مشخصه یابی اجزای کامپوزیت و ساختار نهایی آن با استفاده از تکنیکهای مختلف نظیر FE-SEM, XRD, FT-IR و TEM انجام شد. اثر متغیرهای pH، غلظت فتوکاتالیست، غلظت هیدروژن پراکسید و مدتزمان تماس در فرایند حذف فتوشیمیایی اریترومایسین موردمطالعه قرار گرفت. غلظت باقیمانده آلاینده با استفاده از روش اسپکتروسکوپی مرئی-فرابنفش در طول موج 298 نانومتر تعیین و راندمان حذف محاسبه گردید. در کلیه مراحل پژوهش، موازین اخلاقی رعایت و هیچگونه دخل و تصرفی از طرف محقق در مراحل انجام پژوهش صورت نگرفته است.
یافته ها: نتایج مشخصهیابی، سنتز نانوذرات
TiO2 و SiO2 با ابعاد 20 تا 25 نانومتر بر سطح نانوورقههای اکسیدگرافن کاهیده شده را تائید کردند. فرایند تخریب فتوکاتالیستی 25 میلیگرم بر لیتر اریترومایسین در 7 =pH ، 30 میلیگرم نانوکامپوزیت، 5 میلیگرم در لیتر هیدروژن پراکسید و مدتزمان تابش 140 دقیقه، به صورت کامل حاصل گردید. شایان ذکر است، تخریب آلاینده در شرایط فوق و صرفا در حضور فتوکالیست نانو TiO2 به میزان کمتر از 4% انجام گرفت.
نتیجهگیری: نتایج نشان داد که فرایند تخریب فتوکاتالیزوری اریترومایسین با استفاده از نانوکامپوزیت سنتزی
TiO2/SiO2/rGO یک روش کارامد در حذف این آنتی بیوتیک از محیط های آبی میباشد و شرایط اجرای فرایند در مقایسه با روشهای مشابه مقرون بهصرفهتر است.
- فتوکاتالیست، اکسید تیتانیم، اکسید سیلیسیم، اکسیدگرافن احیا شده، اریترومایسین
ارجاع به مقاله
مراجع
- Yang X, Chen Z, Zhao W, Liu C, Qian X, Zhang M, et al. Recent advances in photodegradation of antibiotic residues in water. Chemical Engineering Journal 2020; 405:126806. doi.org/10.1016/j.cej.2020.126806.
- Malakootian M, Nasiri A, Amiri Gharaghani M. Photocatalytic degradation of ciprofloxacin antibiotic by TiO2 nanoparticles immobilized on a glass plate. Chemical Engineering Communications 2020; 207(1):56-72.
- Guo Q, Zhou C, Ma Z, Yang X. Fundamentals of TiO2 photocatalysis: concepts, mechanisms, and challenges. Advanced Materials 2019; 31(50):1901997.
- Bobirică C, Bobirică L, Râpă M, Matei E, Predescu AM, Orbeci C. Photocatalytic degradation of ampicillin using PLA/TiO2 hybrid nanofibers coated on different types of fiberglass. Water 2020; 12(1):176.
- Li F, Kang Y, Chen M, Liu G, Lv W, Yao K, et al. Photocatalytic degradation and removal mechanism of ibuprofen via monoclinic BiVO4 under simulated solar light. Chemosphere 2016; 150:139-44.
- Ajmal A, Majeed I, Malik RN, Idriss H, Nadeem MA. Principles and mechanisms of photocatalytic dye degradation on TiO 2 based photocatalysts: a comparative overview. Research Advances 2014; 4(70):37003-26.
- Leal JF, Cruz SM, Almeida BT, Esteves VI, Marques PA, Santos EB. TiO 2–rGO nanocomposite as an efficient catalyst to photodegrade formalin in aquaculture's waters,
under solar light. Environmental Science: Water Research & Technology 2020; 6(4):1018-27.
- Chen D, Cheng Y, Zhou N, Chen P, Wang Y, Li K, et al. Photocatalytic degradation of organic pollutants using TiO2-based photocatalysts: A review. Journal of Cleaner Production 2020; 268(20):121725. doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121725.
- Chen Y, Xiang Z, Wang D, Kang J, Qi H. Effective photocatalytic degradation and physical adsorption of methylene blue using cellulose/GO/TiO 2 hydrogels. Research Advances 2020; 10(40):23936-43.
- Čizmić M, Ljubas D, Rožman M, Ašperger D, Ćurković L, Babić S. Photocatalytic degradation of azithromycin by nanostructured TiO2 film: kinetics, degradation products, and toxicity. Materials 2019; 12(6):873. doi.org/10.3390/ma12060873.
- Pazoki M, Ghasemzadeh R, Yavari M, Abdoli MA. Analysis of photocatalyst degradation of erythromycin with titanium dioxide nanoparticle modified by silver. Nashrieh Shimi va Mohandesi Shimi Iran 2018 ;37(1):63-72 (In Persian).
- Pino E, Calderón C, Herrera F, Cifuentes G, Arteaga G. Photocatalytic degradation of aqueous Rhodamine 6G using supported TiO2 catalysts. A model for the removal of organic contaminants from aqueous samples. Frontiers in Chemistry 2020; 8:365. doi.org/10.3389/fchem.2020.00365.
- Yu M, Yu T, Chen S, Guo Z, Seok I. A facile synthesis of Ag/TiO2/rGO nanocomposites with enhanced visible light photocatalytic activity. ES Materials & Manufacturing 2020; 7(6):64-69.
- Balli B, Demirkan B, Sen B, Sen F. Photocatalysts for Artificial Photosynthesis. Nanophotocatalysis and Environmental Applications 2019; 31:103-123.
- Friedmann D, Hakki A, Kim H, Choi W, Bahnemann D. Heterogeneous photocatalytic organic synthesis: state-of-the-art and future perspectives. Green Chemistry 2016; 18(20):5391-411.
- Reischauer S, Pieber B. Emerging concepts in photocatalytic organic synthesis. Iscience 2021; 24(3):102209. doi.org/10.1016/j.isci.2021.102209.
- Albornoz L, da Silva S, Bortolozzi J, Banús E, Brussino P, Ulla M, et al. Degradation and mineralization of erythromycin by heterogeneous photocatalysis using SnO2-doped TiO2 structured catalysts: Activity and stability. Chemosphere 2021; 268:128858. doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128858.
- Cai Q, Hu J. Effect of UVA/LED/TiO2 photocatalysis treated sulfamethoxazole and trimethoprim containing wastewater on antibiotic resistance development in sequencing batch reactors. Water Research 2018; 140:251-60.
- Khaloo SS, Ahmadi Marzaleh M, Kavousian M, Bahramzadeh Gendeshmin S. Graphene oxide coated wad as a new sorbent in fixed bed column for the removal of crystal violet from contaminated water. Separation Science and Technology 2016; 51(1):1-10.
- Rani S, Garg A, Singh N. Photocatalytic Degradation and Mineralization of Amoxicillin and Ofloxacin Using TiO2-SiO2 Composites. Toxicological & Environmental Chemistry 2021. doi.org/10.1080/02772248.2021.1931214.
- Joni I, Nulhakim L, Vanitha M, Panatarani C, editors. Characteristics of crystalline silica (SiO2) particles prepared by simple solution method using sodium silicate (Na2SiO3) precursor. Journal of Physics: Conference Series; 2018: 1080. doi.org/10.1088/1742-6596/1080/1/012006
- Xekoukoulotakis NP, Xinidis N, Chroni M, Mantzavinos D, Venieri D, Hapeshi E, et al. UV-A/TiO2 photocatalytic decomposition of erythromycin in water: Factors affecting mineralization and antibiotic activity. Catalysis Today 2010; 151(1-2):29-33.
- Esrafili A, Khosravi S, Gholami M, Farzadkia M, Abdorahimi G. Photocatalytic removal of metronidazole using magnetic TiO2 nanocatalyst (Fe3O4@ SiO2@ TiO2): Synthesis, characterization, and operational parameters. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences 2018; 27(159):97-115 (In Persian).
Mansourian R, Mousavi SM, Alizadeh S, Sabbaghi S. CeO2/TiO2/SiO2 nanocatalyst for the photocatalytic and sonophotocatalytic degradation of chlorpyrifos. The Canadian Journal of Chemical Engineering 2021. doi.org/10.1002/cjce.24157.
Vignesh, K., M. Rajarajan, and A. Suganthi, Photocatalytic degradation of erythromycin under visible light by zinc phthalocyanine-modified titania nanoparticles. Materials Science in Semiconductor Processing, 2014. 23: 98-103.
- چکیده مشاهده شده: 541 بار