بررسی تخریب فتوکاتالیستی داروی آتنولول توسط نانوذرات سنتزی اکسید روی تحت تابش امواج فرابنفش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای شیمی تجزیه، دانشکدة شیمی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود ، ایران

2 استاد تمام، شیمی تجزیه، دانشکدة شیمی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود ، ایران

3 استاد تمام، شیمی تجزیه، دانشکدة شیمی ، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود ، ایران

4 استاد تمام، مهندسی بهداشت محیط، دانشکدة بهداشت، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

چکیده
مقدمه: فرآیند فتوکاتالیست سالهاست که بعنوان یکی از راهکارهای زیست محیطی در کشورهای صنعتی دنیا بکار می رود. فناوری نانو با ایجاد رویکردی نوین در صنعت فتوکاتالیست آینده‌ای بسیار وسیع را در این زمینه نوید می دهد. طی فرآیندهای اکسایش فتوکاتالیزوری، مواد آلاینده در اثر تابش اشعه فرابنفش و در حضور کاتالیزورهای نیمه هادی بطور کامل تخریب شده و به CO2 و H2O تبدیل می شوند. این پژوهش با هدف تعیین میزان کارایی نانوذرات سنتزی اکسید روی با استفاده از لامپ بخار جیوه 9 وات برای اولین بار در تخریب داروی آتنولول مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش: هدف اصلی این پژوهش بررسی اثر فتوکاتالیست سنتزی نانواکسید روی بر میزان تخریب داروی آتنولول بعنوان یک آلاینده آلی موجود در پساب با استفاده از نور فرابنفش با شدت کم است. در این راستا تاثیر پارامترهای اصلی مانند غلظت آلاینده، مقدار فتوکاتالیست، pH محلول، سرعت هم زدن، اثر اتمسفر نیتروژن، حضور یون‌های مختلف تحت واکنش فتوکاتالیستی مورد مطالعه قرار گرفت.
یافته ها: با انجام واکنش اکسیداسیون در پارامترهای بهینه یعنی غلظت آتنولول 20 میلی‌گرم در لیتر، مقدار فتوکاتالیست 10 میلی‌گرم، pH محلول 7 ، سرعت هم زدن 600 rpm پس از 120 دقیقه تابشدهی دارو به طور صد در صد تخریب گردید. نتایج بررسی، قدرت قابل ملاحظه فتوکاتالیست و لامپ را در تخریب آتنولول نشان می‌دهد. همچنین انجام مطالعات سینتیکی تحت شرایط بهینه، سینتیک شبه مرتبه اول را نشان داد.
نتیجه گیری: نتایج حاصل از این تحقیق حاکی از کارایی قابل قبول فرایند تخریب فتوکاتالیستی نانوذرات سنتزی اکسید روی در حضور لامپ 9 وات جیوه در تجزیه داروی آتنولول می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of Atenolol photo degradation by Synthetic zinc oxide nanoparticles under ultra violet irradiation

نویسندگان [English]

  • Mahboube Eskandari 1
  • Nasser Goudarzi 2
  • Mansour Arab chamjangali 3
  • Seyyed Gholamreza Moussavi 4
1 PhD of analytical chemistry, Collage of Chemistry, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Full Professor, Collage of Chemistry, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
3 Full Professor, Collage of Chemistry, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
4 Full Professor, Department of Environmental Health, Faculty of Medical Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

ABSTRACT
Background: The photocatalytic process has been used for many years in industrialized countries as a solution to the world's environmental pollution. During the oxidative photo-catalytic processes, the pollutants are completely degraded by UV irradiation in the presence of semi-conductor catalysts, and are converted to CO2 and H2O. In this work, for the first time, the use of a 9-Watt UVC lamp with synthetic zinc oxide nanoparticles for degradation of atenolol is studied.
Material and method: The main objective of this work is to investigate the effect of synthetic zinc oxide photo-catalyst on the rate of destruction of atenolol as an organic pollutant in wastewater using low-intensity UV light. The effects of parameters such as concentration of atenolol, amount of photo-catalyst, pH, stirring rate, atmospheric nitrogen, and presence of various ions are studied in the photocatalytic reaction.
Results: An oxidation reaction is performed under the optimal experimental conditions, i.e. 20 mg L-1 of atenolol, 10 mg L-1 of the photo-catalyst, pH 7.0, and a stirring rate of 600 rpm. After 120 minutes of irradiation, atenolol was degraded completely. Kinetic studies under optimized conditions are shown pseudo- first order kinetic.
Conclusion: The results of this study indicate the acceptable performance of the photocatalytic degradation process of synthetic zinc oxide nanoparticles and 9-watt mercury vapor lamp in the decomposition of atenolol.

کلیدواژه‌ها [English]

  • photo catalyst
  • Synthetic zinc oxide nanoparticles
  • low-pressure mercury vapor lamps
  • atenolol
[1]. Farre ML, Perez S, Kantiani L, Barcelo D. Fate and toxicity of emerging pollutants, their metabolites and
transformation products in the aquatic environment. Trends Analyt Chem. 2008; 27(11): 991-1008.
[2]. Simazaki D, Kubota R, Suzuki T, Akiba M, Nishimura T, Kunikane S. Occurrence of selected pharmaceuticals at drinking water purification plants in Japan and implications for human health. water res. 2015; 76:187-200. Cited in PubMed; PMID: 25835589.
[3]. Kornegay BH, Sanks RL. Activated carbon for taste and odor control. 1979p.323.
[4]. Homem V, Santos Lc. Degradation and removal methods of antibiotics from aqueous matrices-A review. Journal of
environmental management.2011;92 (10):2304-47.
[5]. C Pluss-Suard, a Pannatier, a Kronenberg. Hospital antibiotic consumption in Switzerland: comparison of a multicultural country with Europe. Journal of Hospital Infection.2011;79 (2):166-71.
[6]. Miah J, Kayes N, Obaidullah Md , Hossain M. Photodegradation Efficiency of Prepared and Commercial
ZnO to Remove Textile Dye from Aqueous Solution. J Ad Chem Sci. 2016; 2(3): 337–340.
[7]. Daneshvar N, Salari D, Khataee AR. Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water on ZnO as an
alternative catalyst to TiO2. J. Photochem. Photobiol. A:Chem. 2004; 162(2): 317-322.
[8]. Qasim SR, Motley EM, Zhu G. Water works engineering:Planning, design, and operation. Prentice Hall; 2000; p.212-
209 .
[9]. Ternes TA, Bonerz M, Herrmann N, Teiser B, Andersen HR. Irrigation of treated wastewater in Braunschweig,Germany: An option to remove pharmaceuticals and musk fragrances. Chemosphere.; 2007;66(5): 894-904.
[10]. Savage N., Diallo M., Duncan J., Street A. and Sustich R.2009 “Nanotechnology Applications for Clean Water”
William Andrew Inc, pp. 634.
[11]. Kong J-Z, Li A-D, Li X-Y, Zhai H-F, Zhang W-Q, Gong YP,et al. Photo-degradation of methylene blue using Tadoped
ZnO nanoparticle. J. Solid State Chem. 2010; 183(6):1359-64.
[12]. Ji, Y., Zeng, C., Ferronato, C., Chovelon, J.M., Yang, X.,2012. Nitrate-induced photodegradation of atenolol in
aqueous solution: kinetics, toxicity and degradation pathways. Chemosphere 88, 644–649.
[13]. Ji, Y., Zhou, L., Ferronato, C., Yang, X., Salvador, A., Zeng,C., Chovelon, J.M., 2013. Photocatalytic degradation of
atenolol in aqueous titanium dioxide suspensions: kinetics,intermediates and degradation pathways. J. Photochem.
Photobiol., A: Chem. 254, 35–44.
[14]. Hoseinzadeh, E, Alikhani, MY, Samarghandi, MR,Shirzad-Siboni, M. 2014 Antimicrobial potential of synthesized zinc oxide nanoparticles against gram positive and gram negative bacteria. Desalination and Water Treatment 52(25-27):4969-76.
[15]. Eskandari M, Goudarzi N, Moussavi S.Gh. Application of low-voltage UVC light and synthetic ZnO nanoparticles to
photo-catalytic degradation of ciprofloxacin in aqueous sample solutions. Water Environ J. 2018; 32: 58-66.
[16]. Singh NK, Saha S, Pal A. Methyl red degradation under UV illumination and catalytic action of commercial ZnO: a
parametric study. Desalin Water Treat. 2015; 56 (4): 1-11.
[17]. Slimani, R., El Ouahabi, I., Abidi, F., El Haddad, M., Regti,A., Laamari, M.R., El Antri, S., Lazar, S., 2014, "Calcined
eggshells as a new biosorbent to remove basic dye from aqueous solutions: thermodynamics, kinetics, isotherms
and error analysis", J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 45, 1578-1587.
[18]. Moussavi Gh, Alahabadi A, Yaghmaeian K, Eskandari M.Preparation, characterization and adsorption potential of the NH4Cl-induced activated carbon for the removal of amoxicillin antibiotic from water. Chem Eng J. 2013; 217:119–128.
[19]. Doorslaer MV, Heynderickx Ph, Demeestere K, Debevere K, Langenhove HV, Dewulf J. TiO2 mediated heterogeneous photo-catalytic degradation of moxifloxacin: Operational variables and scavenger study.Appl Catal B: nviron.2012;111:150-156.
[20]. Konstantinou IK, Albanis TA. TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: kinetic and
mechanistic investigations: A review. Appl Catal B:Environ. 2004; 49(1): 1-14.
[21]. Chong MN, Jin B, Chow CWK, Saint C. Recent developments in photocatalytic water treatment
technology: A review. Water Res. 2010; 44(10): 2997-3027.
[22]. Ioannou, L.A., Hapeshi, E., Vasquez, M.I., Mantzavinos,D., Fatta- Kassinos, D., 2011. Solar/TiO2 Photocatalytic decomposition of b-blockers atenolol and propranolol in water and wastewater. Sol. Energy 85, 1915–1926.
[23]. Rey, A., Quinones, D.H., A ´ lvarez, P.M., Beltra´ n, F.J.,Plucinski, P.K., 2012. Simulated solar-light assisted
photocatalytic ozonation of metoprolol over titania-coated magnetic activated carbon. Appl. Catal., B: Environ. 111–
112, 246–253.