بررسی کارایی کربن فعال اصلاح شده در حذف آنتی‌بیوتیک پنی‌سیلین G از محلول‌های آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آلودگی محیط‌زیست دانشگاه آزاد اسلامی دماوند، دماوند، ایران

2 استادیار گروه محیط‌زیست دانشگاه آزاد اسلامی دماوند، دماوند، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، سبزوار، ایران

4 استادیار گروه مهندسی بهداشت محیط دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، سبزوار، ایران

چکیده

زمینه و هدف: پنی‌سیلین G یکی آنتی‌بیوتیک‌های پرمصرف در کل جهان می‌باشد. انتشار پنی‌سیلین G به مایع آبی می‌تواند منجر به آلودگی این منابع شود. در این مطالعه، کارایی کربن فعال تولید شده از اسکنبیل و اصلاح شده با کلریدآمونیوم برای تجزیه پنی‌سیلین G از محلول‌های آبی مطالعه شده است.
مواد و روش‌ها: مشخصات کربن فعال تولیدی با استفاده از FTIR، FESEM، BET بررسی شد. چهار پارامتر اصلی pH، زمان‌ماند، دوز جاذب و غلظت آلاینده در این مطالعه به‌عنوان متغیر در حذف پنی‌سیلین از محلول­های آبی با استفاده از کربن تولیدی از اسنکبیل در نظر گرفته شدند.
یافته‌ها: آنالیز مشخصات کربن فعال سنتزی نشان داد که کربن فعال دارای سطح ویژه m2/g 1473 و اندازه منافذ 81/0 cm3/g می‌باشد. بیشترین حذف پنی‌سیلین G در pH برابر 6 اتفاق افتاد. میزان حذف پنی‌سیلین G در غلظت 1/0 گرم در لیتر 33 درصد بود که با افزایش دوز جاذب به 5/0 گرم در لیتر به 98/99 درصد رسید. مطالعه ایزوترم نشان داد که حذف پنی‌سیلین G با استفاده از کربن فعال از مدل فروندلیچ تبعیت می‌کند  R2>0.995)). سنتیک واکنش نیز از سنتیک شبه درجه اول تبعیت می‌کند (R2>0.983).
نتیجه‌گیری: کربن فعال اصلاح شده با کلریدآمونیوم می‌تواند جاذب ارزان و مناسب برای حذف ترکیبات دارویی و سایر آلاینده‌های نوظهور از منابع آبی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Efficacy of Modified Activated Carbon for the Removal of Penicillin G from Aqueous Solutions

نویسندگان [English]

  • Reza Hekmatshoar 1
  • Shahrzad Khoramnejadian 2
  • Ahmad Allahabadi 3
  • MohammadHossein Saghi 4
1 Ph.D Student, Department of environment, Damavand branch, Islamic Azad University, Damavand, Iran
2 Assistant Professor, Department of environment, Damavand branch, Islamic Azad University, Damavand, Iran
3 Associate Professor, Department of Environmental Health Engineering, Sabzevar University of Medical Sciences, Sabzevar, Iran
4 Assistant Professor, Department of Environmental Health Engineering, Sabzevar University of Medical Sciences, Sabzevar, Iran
چکیده [English]

Introduction: Penicillin G (PG) is one of the most widely antibiotics used around the world. The release of PG in an aqueous solution leads to contamination of water resources. This study aimed to determine the efficiency of modified Eskanbil activated carbon for the removal of PG from aqueous solutions. The NH4Cl-induced activated carbon was synthesized by a simple method and used for the degradation of PG in contaminated water.
Materials and Methods: Activated carbon was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Field emission scanning electron microscopy (FESEM), and Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area analysis. The influence of important parameters including solution pH, contact time, and initial PG concentration, and dosage of adsorbent was examined on the efficiency of EAC in degradation of penicillin G in aqueous solution.
Results: The synthesized carbon was characterized. The BET results indicated that the surface area of the Activated Carbon catalyst was1473 m2/g. The maximum PG adsorption onto EAC was observed at the pH of 6. The PG removal of 33% at an EAC concentration of 0.1 g/L increased to 99.98% at an activated carbon concentration of 0.5 g/L. The isotherm and kinetic studies of PG removal by EAC showed that the Freundlich model (R2>0.995) and the pseudo-second-order (R2>0.983) equation represented the best fit with the adsorption data.
Conclusion: EAC is recommended as a suitable and cost-efficient adsorbent for removing poisons, pharmaceuticals, and other emerging contaminants from water resources.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Eskanbil activated carbon
  • penicillin G
  • contaminated water
[1]. aus der Beek T, Weber FA, Bergmann A, Hickmann S, Ebert I, Hein A et al. Pharmaceuticals in the environment—Global occurrences and perspectives. 2016;35(4):823-35.
[2]. Rahmani K, Faramarzi MA, Mahvi AH, Gholami M, Esrafili A, Forootanfar H et al. Elimination and detoxification of sulfathiazole and sulfamethoxazole assisted by laccase immobilized on porous silica beads. 2015;97:107-14.
[3]. Bastani P, Samadbeik M, Dinarvand R, Kashefian-Naeeini S, Vatankhah SJBhsr. Qualitative analysis of national documents on health care services and pharmaceuticalspurchasing challenges: evidence from Iran. 2018;18(1):410.
[4]. Mirzaei R, Mesdaghinia A, Hoseini SS, Yunesian MJC. Antibiotics in urban wastewater and rivers of Tehran, Iran: Consumption, mass load, occurrence, and ecological risk. 2019;221:55-66.
[5]. Winchester LC, Podany AT, Baldwin JS, Robbins BL, Fletcher CVJJop, analysis b. Determination of the rifamycin antibiotics rifabutin, rifampin, rifapentine and their major metabolites in human plasma via simultaneous extraction coupled with LC/MS/MS. 2015;104:55-61.
[6]. Zargaran A, Faridi P, Daneshamouz S, Borhani-Haghighi A, Azadi A, Hashempur M-H et al. Renovation and standardization of a historical pharmaceutical formulation from Persian medicine: chamomile oil. 2016:108-14.
[7]. Padmini N, Ajilda AAK, Sivakumar N, Selvakumar GJJobm. Extended spectrum β‐lactamase producing Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae: critical tools for antibiotic resistance pattern. 2017;57(6):460-70.
[8]. Chen J, Wang Y, Qian Y, Huang TJJohm. Fe (III)-promoted transformation of β-lactam antibiotics: Hydrolysis vs oxidation. 2017;335:117-24.
[9]. McCall IC, Shah N, Govindan A, Baquero F, Levin BRJAa, chemotherapy. Antibiotic killing of diversely generated populations of non-replicating bacteria. 2019:AAC. 02360-18.
[10].    Yang Y-Y, Zhao J-L, Liu Y-S, Liu W-R, Zhang Q-Q, Yao L et al. Pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) and artificial sweeteners (ASs) in surface and ground waters and their application as indication of wastewater contamination. 2018;616:816-23.
[11].    K'oreje K, Vergeynst L, Ombaka D, De Wispelaere P, Okoth M, Van Langenhove H et al. Occurrence patterns of pharmaceutical residues in wastewater, surface water and groundwater of Nairobi and Kisumu city, Kenya. 2016;149:238-44.
[12].   Schafhauser BH, Kristofco LA, de Oliveira CMR, Brooks BWJEp. Global review and analysis of erythromycin in the environment: occurrence, bioaccumulation and antibiotic resistance hazards. 2018;238:440-51.
[13].    Ahmed MB, Zhou JL, Ngo HH, Guo WJSotTE. Adsorptive removal of antibiotics from water and wastewater: progress and challenges. 2015;532:112-26.
[14].    Seo PW, Khan NA, Jhung SHJCEJ. Removal of nitroimidazole antibiotics from water by adsorption over metal–organic frameworks modified with urea or melamine. 2017;315:92-100.
[15].    Vona A, Di Martino F, Garcia-Ivars J, Picó Y, Mendoza-Roca J-A, Iborra-Clar M-IJJoWPE. Comparison of different removal techniques for selected pharmaceuticals. 2015;5:48-57.
[16].   Rodriguez-Narvaez OM, Peralta-Hernandez JM, Goonetilleke A, Bandala ERJCEJ. Treatment technologies for emerging contaminants in water: a review. 2017;323:361-80.
[17].   Jaafari J, Yaghmaeian KJC. Optimization of heavy metal biosorption onto freshwater algae (Chlorella coloniales) using response surface methodology (RSM). 2019;217:447-55.
[18].    Lima ECJE, safety e. Removal of emerging contaminants from the environment by adsorption. 2018;150:1-17.
[19].    Alahabadi A, Hosseini-Bandegharaei A, Moussavi G, Amin B, Rastegar A, Karimi-Sani H et al. Comparing adsorption properties of NH4Cl-modified activated carbon towards chlortetracycline antibiotic with those of commercial activated carbon. 2017;232:367-81.
[20].    Khodadadi M, Al-Musawi TJ, Kamranifar M, Saghi MH, Panahi AHJES, Research P. A comparative study of using barberry stem powder and ash as adsorbents for adsorption of humic acid. 2019;26(25):26159-69.
[21].    Moussavi G, Alahabadi A, Yaghmaeian K, Eskandari MJCEJ. Preparation, characterization and adsorption potential of the NH4Cl-induced activated carbon for the removal of amoxicillin antibiotic from water. 2013;217:119-28.
[22].    Ahmed MJJEt, pharmacology. Adsorption of quinolone, tetracycline, and penicillin antibiotics from aqueous solution using activated carbons. 2017;50:1-10.