کارایی کربن فعال تهیه‌شده از چوب چنار و اصلاح‌شده با کلرید آمونیم در حذف آموکسی سیلین از محلول‌های آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی بهداشت محیط، مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، کمیتة تحقیقات دانشجویی، سبزوار، ایران

2 دانشیار، گروه بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی سبزوار، سبزوار، ایران

3 دانشجوی دکتری مهندسی بهداشت محیط، دانشگاه علوم پزشکی ایران، ایران

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

چکیده

اهداف: آنتی‌بیوتیک‌ها جزء مواد آلی سنتتیک است که به روش تجزیة زیستی تصفیه نمی‌شود و نیاز به تصفیة پیشرفته از جمله روش جذب سطحی دارد. یکی از بهترین جاذب‌ها کربن فعال است. هدف از این مطالعه بررسی حذف آموکسی سیلین از محلول‌های آبی با کربن فعال تهیه‌شده از چوب درخت چنار بود.
مواد و روش‌ها: مطالعة حاضر پژوهشی تجربی در مقیاس آزمایشگاهی بود. تمامی آزمایش‌های جذب آموکسی سیلین روی کربن فعال تولیدی در راکتور ناپیوسته و در ارلن‌هایی با حجم 100 میلی‌لیتر و حاوی 50 میلی‌لیتر از غلظت‌های مشخص آموکسی سیلین و جاذب در pH انجام شد. زمان تماس و درجة حرارت مختلف بررسی شد. نمونه پس از هر بار مگنت با فیلتر استات سلولز 04/0میکرومتر و پمپ خلأ صاف شد. آموکسی سیلین باقیمانده با سل کوارتز و اسپکتروفتومتر UV در طول موج 228 نانومتر تعیین شد.
یافته‌ها: نتایج حاصل از آزمایش‌ها نشان داد بهترین راندمان حذف آموکسی سیلین از محلول‌های آبی با کربن فعال تولیدی از درخت چنار در 6=pH، غلظت جاذب 06/0گرم بر لیتر و زمان تماس 20 دقیقه صورت گرفت. کربن تولیدی توانست 05/75 درصد آموکسی سیلین در غلظت 50 میلی‌گرم در لیتر را حذف کند. مطالعات ایزوترمی نشان داد که فرایند جذب از هر دو مدل لانگمویر و فرندلیچ پیروی کرد و سنتیک جذب از نوع درجة دوم بود.
نتیجه‌گیری: با توجه به ظرفیت قابل‌قبولی که کربن تولیدی داشت جاذب مناسب و ارزانی برای جایگزینی سایر جاذب‌های مورد استفاده در تصفیة آلاینده‌های آب و فاضلاب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Efficiency Evaluation of Activated Carbon Making from Sycamore Wood and Treated with Ammonium Chloride in the Removal of Amoxicillin from Aqueous Solutions

نویسندگان [English]

  • Akram Eskandariyan 1
  • Sahar Sadat Azad 1
  • Abolfazl Rahmani Sani 2
  • Ayoob Rastegar 3
  • Ahmad ‎ Alahabadi 4
1 Student in Environmental Health, Environmental Health, Sabzevar University of Medical ‎Sciences, Student Research Committee, Sabzevar, Iran
2 Associated Professors, Department of Environmental Engineering, Sabzevar University of Medical ‎Sciences, Sabzevar, Iran
3 Ph.D. Student in Environmental Health Engineering, Iran University of Medical Sciences, Iran
4 Assistante Professor, Department of Environmental Health Engineering, Sabzevar University of Medical ‎Sciences, Sabzevar, Iran
چکیده [English]

Background& Objectives: Antibiotics are a group of synthetic organic materials that are not removable by biological treatment process and need to be treated by advanced process like surface absorption. Since activated carbon is one of the best choices for using as adsorbent, this project was aimed on the removal of amoxicillin antibiotic from aquatics solutions by a novel modified activated carbon.
Materials & Method: The present study was an experimental study which was conducted by using batch wise method. Erlenmeyers with 100 mL volume containing 50 mL of amoxicillin with a known concentration and amount of adsorbent were shacked at different pHs, contact times and temperatures. The samples were filtered by vacuumed pump using 0.04 acetate cellulous filter and the residual of amoxicillin was determined by UV spectrophotometer at 228 nm using quarts cell.
 
Results: The results obtained from experimental data was shown that the best efficiency of amoxicillin removal from aquatic solution by the new activated carbon takes places at pH= 6, adsorbent dose of 0.06 g/L and 20 min contact time. In this project the used activated carbon efficiency was 75.5%, in antibiotic concentration of 50 mg/L. Isotherm studies were shown that the amoxicillin absorption can be explained by both Langmuir and Freundlich models, and the degree of reaction obtained from kinetic studies was of second order.
.Conclusion: With regard to acceptable worth capacity of the new activated carbon, it was suitable to replace standard Merck carbon for water and wastewater treatment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • activated carbon
  • amoxicillin
  • surface absorption
  • sycamorewood

مقدمه

در سال‌های اخیر، مصرف دارو و دسترسی مردم به انواع داروها به‌دلیل گسترش بیماری‌ها، پیشرفت علوم پزشکی، داروسازی و پوشش درمانی در جهان افزایش یافته است و ایران یکی از بزرگ‌ترین کشورهای مصرف‌کنندة دارو در جهان است [1]. آنتی‌بیوتیک‌ها جزء پرمصرف‌ترین گروه دارویی در ایران است، به‌طوری که حدود 15 درصد کل داروهای مصرفی کشور را تشکیل می‌دهد [2].

طبقه‌بندی آنتی‌بیوتیک‌ها بر حسب ساختمان موجود در آن صورت می‌گیرد. یکی از این طبقه‌بندی‌های مهم وجود حلقة بتا لاکتامی در ساختار آن است. بر این اساس، آنتی‌بیوتیک‌ها را به دو دستة بتالاکتام و غیربتالاکتام تقسیم می‌کنند [3].

در ایران 6/32 درصد مصرف آنتی‌بیوتیک‌ها به گروه بتا لاکتام (پنی‌سیلین، آموکسی سیلین و آمپی‌سیلین) تعلق دارد که آموکسی سیلین پرمصرف‌ترین آن‌هاست [4].

آنتی‌بیوتیک‌ها به‌طور گسترده‌ای در پزشکی و دامپزشکی استفاده می‌شود و از مسیرهای مختلفی مانند تخلیة مستقیم از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری، مواد دفعی انسانی، دفع مستقیم زایدات پزشکی و دامپزشکی و صنعتی وارد محیط‌های آبی می‌شود [5].

آنتی‌بیوتیک‌ها آثار پایداری در محیط‌زیست دارد [3]. از جمله ویژگی‌های این مواد می‌توان به قابلیت تجزیة بیولوژیایی کمتر، سمیت بالا، خاصیت سرطان‌زایی، افزایش آلرژی در انسان، گسترش باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک‌ها و نظایر آن اشاره کرد [6].

مطالعات نشان داده است که تنها 60-90 درصد، تصفیه‌خانه‌ها قادر به حذف آنتی‌بیوتیک‌هاست و باقی‌مانده به‌طور مستقیم وارد آب‌های پذیرنده می‌شود [7]. لذا، به‌منظور حفظ بهداشت آب و حفاظت انسان در برابر عوارض بهداشتی شدید ناشی از آنتی‌بیوتیک‌ها، این ترکیبات باید به روش مؤثر و مناسب از فاضلاب و منابع آبی حذف شود. از جملة این روش‌ها می‌توان به اکسایش شیمیایی، تجزیة زیستی و تصفیة فیزیکی اشاره کرد [8].

فرایندهای شیمیایی، به‌خصوص اکسایش پیشرفته، اغلب سبب تجزیه و شکستن آن می‌شود، ولی این پروسه‌ها بسیار پیچیده و پرهزینه است. لذا، تکنیک‌های فیزیکی مناسب‌ترین گزینه‌های تصفیة این مواد است [9 و 10].

از این‌رو، روش‌های جذب روش‌هایی ساده و کاربردی است که محصولات فرعی سمی ندارد و کم‌هزینه نیز است [11].

روش جذب سطحی، در صورتی که مادة جاذب گران‌قیمت باشد، روش پرهزینه‌ای است. لذا، این امر باعث شده است که بسیاری از محققان به‌دنبال جاذب‌های اقتصادی، علمی و مؤثر باشند [12].

به‌همین دلیل، در سال‌های اخیر، به استفاده از جاذب‌های کم‌هزینه و متنوع به‌جای کربن فعال تجاری توجه شده است. لذا، در این مطالعه بر آن شدیم که با انتخاب جاذبی طبیعی مانند چوب درخت چنار برای حذف آموکسی سیلین از محلول‌های آبی استفاده کنیم. این درخت در بسیاری از شهرهای ایران درختی تزیینی است و در معابر کاشته می‌شود و نیز درختی صنعتی است که برای استفاده از چوب آن به‌صورت انبوه در استان‌های کشور کشت می‌شود [13]، همچنین چوب آن با آب‌وهوای بیشتر مناطق ایران سازگار است و به‌دلیل مقاومت بالا در برابر کم‌آبی، زغال تهیه‌شده از آن حاوی کربن بالایی است [14].

مواد و روش‌ها

مطالعة حاضر پژوهشی تجربی در مقیاس آزمایشگاهی بود که در آزمایشگاه دانشکدة بهداشت دانشگاه علوم پزشکی سبزوار انجام شد.

لازم به ذکر است که در این مطالعه از دو نوع چوب درخت عناب و چنار در تهیة کربن فعال استفاده شد. کربن تولیدی از چوب درخت عناب در تست اولیه راندمان پایینی داشت، به همین دلیل آزمایش‌ها با کربن تولیدی با چوب درخت چنار به این صورت ادامه داده شد که کربن فعال از ضایعات باغی با استفاده از فعال‌سازی شیمیایی با NH4CL تهیه شد، به‌طوری که نخست چوب چنار به‌عنوان مادة پایه پوست‌کنی و قطعه‌قطعه شد. سپس، در دمای °C 400 به مدت دو ساعت تحت خلأ کربنیزه شد. در مش‌بندی در مش 16-20 به مدت 24 ساعت با محلول 2% NH4CL آغشته و در اون در دمای °C 100 خشک شد. پس از خشک‌شدن، در دمای °C 800 به مدت دو ساعت کربن‌ها تحت اتمسفر گاز نیتروژن فعال‌سازی شد. در مطالعة حاضر آموکسی سیلین با وزن مولکولی 4/365 گرم بر مول و فرمول شیمیایی C16H19N3O5S1 استفاده شد.

برای تهیة محلول استوک mg/L 1000 مقدار 1 گرم از پودر آموکسی سیلین در آب مقطر حل شد. سپس برای رسم منحنی کالیبره‌کردن غلظت‌های 5-100میلی‌گرم بر لیتر از آن تهیه شد. تمامی آزمایش‌های جذب آموکسی سیلین روی کربن فعال تولیدی در راکتور ناپیوسته و در ارلن‌هایی با حجم mL 100 و حاوی mL 50 از غلظت‌های مشخص آموکسی سیلین و جاذب در pH استفاده شد. زمان تماس و درجه حرارت مختلف بررسی شد. نمونه‌ها در داخل شیکر با دور rpm 100 در بازه‌های زمانی 5 تا 70 ثانیه به‌منظور اختلاط مناسب جاذب و جذب‌شونده قرار داده شد. سپس، برای جداسازی جاذب نمونه‌ها از صافی استات سلولز 04/0 میکرومتر و پمپ خلأ استفاده شد. میزان آموکسی سیلین باقیمانده در محلول صاف‌شده با سل کوارتز و دستگاه اسپکتروفتومتر مدل DR5000 در طول موج 228 نانومتر اندازه‌گیری شد. pH محلول‌ها نیز با اسید کلریدریک (HCL) 1/0مولار و هیدروکسید سدیم (NaOH) 1/0 مولار تنظیم شد. هر مرحله آزمایش سه‌بار تکرار و نتیجة نهایی به‌صورت میانگین ارائه شد. میزان جذب آموکسی سیلین با فرمول (1) محاسبه شد.

 

(1)           qe= (C0-Ce)V/m

 

(mg/g) qe میزان آموکسی سیلین جذب‌شده در هر گرم از جاذب، (mg/L) C0و Ce غلظت اولیه و غلظت تعادلی آموکسی سیلین، (g) m مقدار جاذب و (L) V حجم محلول است.

در این مطالعه، بهینه‌سازی پارامترهای مورد مطالعه به‌صورت زیر انجام شد. نخست، برای محاسبة میزان دوز بهینة جاذب، شش نمونه حاوی mg/L 50 آموکسی سیلین در مدت زمان 10 دقیقه با pH خنثی در دمای محیط (°C 25) با دوزهای جاذب (mg/L 02/0، 04/0، 06/0، 08/0، 1/0 و 12/0) آزمایش شد. سپس، برای تعیین غلظت آموکسی سیلین و زمان تماس بهینه با مقادیر mg/L 10، 50، 100 و 70،60،50،40،30،20،10 دقیقه در دوز بهینة جاذب با pH خنثی در دمای محیط بررسی‌ها انجام شد. به‌همین ترتیب، میزان بهینة pH در بازة 10، 8، 6، 4، 2 و دما در بازة 50، 40، 30، 20، 10 درجة سانتی‌گراد نیز برآورد شد. در نتیجه، با کمک مقادیر حاصل نوع معادلة ایزوترم و سنتتیک جذب مشخص شد.

ایزوترم جذب

ایزوترم‌های جذب داده‌های تعادلی به‌منظور تشریح چگونگی واکنش بین مادة جاذب و جذب‌شونده است [7]. در مطالعة حاضر، برای توصیف حالت تعادل از دو معادلة لانگمیر و فرندلیچ استفاده شد. مدل ایزوترم لانگمیر جذب لایه‌ای و همگن مادة جذب‌شونده همراه با انرژی یکسان بر تمام سطوح جاذب را بیان می‌کند که هیچ‌گونه انتقالی از مواد جذب‌شونده در سطح جاذب اتفاق نمی‌افتد. اما، معادلة فرندلیچ بر اساس جذب چند لایه‌ای و ناهمگن، مادة جذب‌شونده روی جاذب را نشان می‌دهد [7]. معادلة خطی این دو ایزوترم در رابطة (2) و (3) آمده است.

 

مدل لانگمیر

(2)

 

 

Ceغلظت آموکسی سیلین در حالت تعادل، qeمقدار آموکسی سیلین جذب‌شده در حالت تعادل (mg/Lqmحداکثر ظرفیت جذب (mg/g) و b ثابت معادلة لانگمیر (L/mg) است.

 

مدل فرندلیچ

(3)

 

Ceغلظت آموکسی سیلین در حالت تعادل، qeمقدار آموکسی سیلین جذب‌شده در حالت تعادل (mg/L)، و (mg/g) Kfو n ثابت‌های تعادل و وابسته به شدت و ظرفیت جذب است. مقادیر کمتر از 1 برای n جذب ضعیف و مقادیر 2-1 و 10-2 به‌ترتیب جذب متوسط و مطلوب را نشان می‌دهد.

سنتتیک جذب

از دو معادلة سنتتیک درجة اول و دوم به‌منظور بررسی عوامل مؤثر بر سرعت واکنش استفاده شد. معادلة درجة اول نشان‌دهندة ظرفیت جاذب است و زمانی کاربرد دارد که جذب سطحی با استفاده از سازوکار نفوذ از داخل لایه‌ای مرزی اتفاق افتد. معادلة درجة دوم جذب شیمیایی سازوکار غالب و کنترل‌کننده در فرایند جذب سطحی است و بر مبنای جذب فاز جامد و نشان‌دهندة مرحلة کندکنندة جذب شیمیایی است [7].

معادلة سنتتیک درجة اول

(4)               

 

(1-mg g) q و qeq مقدار آموکسی سیلین جذب‌شده به ازای هر گرم جاذب در زمان t و در حالت تعادل و 1k ثابت سینیتیک مرتبة اول (min-1) است.

 

معادلة سنتتیک درجة دوم

(5)                           

 

2k ثابت سینیتیک مرتبة دوم(g (mg.min)-1)  و qe و 2k از شیب و نقطة تقاطع نمودار تعیین می‌شود.

یافته‌ها

اثر دز کربن

نتایج حاصل از اثر دوز کربن در حذف آموکسی سیلین در زمان ماند یکسان بررسی شد (شکل 1). با توجه به شکل 1، با افزایش دوز کربن درصد حذف آموکسی سیلین افزایش می‌یابد. مطابق این نمودار، بهترین دوز کربن فعال برای حذف 50 میلی‌گرم آموکسی سیلین در مدت زمان 10 دقیقه 06/0 گرم کربن است. هر چند با افزایش دوز از 06/0 به 1/0 گرم راندمان حذف سیر افزایشی داشته است، به‌طوری که درصد حذف از 75 به 85 درصد افزایش یافت، این افزایش در قبال درصد قبلی چشم‌گیر نیست و از نظر اقتصادی صرفه ندارد.

شکل 1. تأثیر دز کربن بر حذف آموکسی سیلین (در زمان min 10، غلظت آموکسی سیلین mg/L 50، pH خنثی، دمای °C 25)

اثر غلظت آموکسی سیلین و زمان تماس

اثر غلظت‌های مختلف آموکسی سیلین (10، 50، 100 میلی‌گرم بر لیتر) بر جذب آن با کربن فعال تهیه‌شده از چوب درخت چنار بررسی شد. راندمان جذب در غلظت‌های مختلف آموکسی سیلین با استفاده جاذب در زمان تماس‌های مختلف در شکل 2 نشان داده شده است. به‌طور کلی، با افزایش دوز مادة جذب‌شونده راندمان حذف کاهش می‌یابد. همچنین، با افزایش زمان از 5 به 50 دقیقه، میزان راندمان حذف نیز افزایش می‌یابد، اما با توجه به شکل 2، انتخاب غلظت mg/L 50 در مدت زمان تماس 20 دقیقه به عنوان غلظت و زمان بهینه منطقی به‌نظر می‌رسد.

شکل 2. اثر غلظت آموکسی سیلین در زمان‌های مختلف بر جذب آن (دوز کربن mg/L 06/0، pH خنثی، دمای °C 25)


اثر pH محلول بر درصد حذف

برای پیداکردن  pHبهینه و دستیابی به حداکثر حذف آموکسی سیلین با کربن فعال، اثر pH محلول آموکسی سیلین در محدودة 2، 4، 6، 8 و 10 بررسی شد (شکل 3). به‌طور کلی، میزان جذب آموکسی سیلین با کربن فعال تولیدشده با افزایش قلیایی‌شدن کاهش می‌یابد. با توجه به اینکه حداکثر جذب آموکسی سیلین در 2pH = به‌دست آمد، به‌دلیل آنکه تأمین این pH مستلزم مصرف اسید است، همچنین فاضلاب با این pH دارای خورندگی است، به‌همین دلیل6pH= ، pH بهینه در نظر گرفته شد.

شکل 3. اثر pH بر راندمان حذف آموکسی سیلین (دز جاذب mg/L 06/0، دز جذب‌شوندة mg/L 50، زمان تماس min 20  و دمای °C 25)

اثر دما بر سازوکار جذب

نتایج این مرحله از آزمایش مبنی بر تأثیر درجة حرارت محلول به‌عنوان عاملی مؤثر در حذف آموکسی سیلین در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4. اثر دما بر راندمان حذف آموکسی سیلین با جاذب کربن تهیه‌شده از چوب درخت چنار (دوز جاذب mg/L 06/0، دوز جذب‌شونده mg/L 50، زمان تماس min 20 و 6=pH)

تعادل جذب آموکسی سیلین

تعادل جذب در غلظت‌های مختلف آموکسی سیلین بررسی شد (شکل 5 و 6).

ایزوترم‌های جذب

با توجه به نمودارها ایزوترم لانگمویر (شکل 7) و فروندلیخ (شکل 8) و مقادیر R2 (جدول 1 و 2)، در هر دو معادله، فرایند جذب آموکسی سیلین با کربن فعال تولیدی از چوب درخت چنار از مدل فرند لیخ تبعیت می‌کند و جذب به‌صورت چند لایه‌ای و ناهمگن در سطح است.

شکل 5. راندمان حذف آموکسی سیلین در غلظت‌های مختلف (pH، زمان تماس و دوز جاذب بهینه)

شکل 6. ظرفیت حذف آموکسی سیلین در غلظت‌های مختلف (pH، زمان تماس و دوز جاذب بهینه)


شکل 7. ایزوترم لانگمیر در جذب آموکسی سیلین با جاذب کربن فعال تهیه‌شده از چوب درخت چنار

 

جدول 1. پارامترهای ایزوترم تعادلی لانگمیر در جذب آموکسی سیلین روی کربن فعال تولیدی از چوب درخت چنار

R2

b

qmax

9638/0

02381/0

200

 

جدول 2. پارامترهای ایزوترم تعادلی فروندلیخ در جذب آموکسی سیلین روی کربن فعال تولیدی از چوب درخت چنار

R2

Kf

N

9685/0

32584/30

426436/3

شکل 8. ایزوترم فرندلیچ در جذب آموکسی سیلین با جاذب کربن فعال تهیه‌شده از چوب درخت چنار

سنتیک جذب

مطابق نمودارهای سینتیک، فرایند جذب آموکسی سیلین با کربن فعال چنار از معادلة درجة دوم تبعیت می‌کنند (شکل 9 و 10).

شکل 9. معادلة سنتتیک درجة اول برای جذب آموکسی سیلین در غلظت‌های مختلف روی کربن فعال تولیدی از چوب درخت چنار

شکل 10. معادلة سنتتیک درجة دوم برای جذب آموکسی سیلین در غلظت‌های مختلف روی کربن فعال تولیدی از چوب درخت چنار

بحث

نتایج حاصل از مطالعه پیرامون تأثیر زمان تماس بر فرایند جذب نشان می‌دهد که در ابتدای فرایند جذب، به‌دلیل تعداد زیاد مکان‌های جذب و تفاوت زیاد غلظت مادة جذب‌شده در محلول و مقدار آن روی سطح جاذب، افزایش راندمان حذف آموکسی سیلین مشاهده شد، اما با گذشت زمان شیب بسیار ملایم و آرامی به خود گرفت. این موضوع به‌دلیل وجود یک لایه آموکسی سیلین روی سطح جاذب است. همچنین، با گذشت زمان، اشغال مکان‌های سطحی خالی و باقیمانده نیز مشکل می‌شود. این نتیجه با مطالعة اله‌آبادی و همکاران همسوسن[15].

طبق نتایج حاصل، با افزایش دوز جاذب میزان راندمان حذف آموکسی سیلین نیز افزایش می‌یابد. البته، در این مطالعه به‌دلیل مسائل اقتصادی و تفاوت اندک در راندمان حذف مقادیر بالاتر جاذب، دوز 06/0 گرم میزان بهینه در نظر گرفته شد. به‌طور کلی، با توجه به اینکه افزایش مقدار جاذب به معنای افزایش سطح جاذب و دسترسی بیشتر مولکول‌های آموکسی سیلین به نقاط جذب‌کننده در سطح جاذب است، افزایش دوز جاذب منجر به جذب سریع‌تر آموکسی سیلین از محلول و کاهش غلظت آن می‌‌شود. همچنین، این افزایش، موجب کاهش آلایندة در دسترس برای ایجاد حداکثر پوشش سطح می‌شود که به کاهش مقدار آموکسی سیلین جذب‌شده به ا‌زای واحد وزن جاذب منجر خواهد شد. به‌علاوه، ملاحظه می‌شود که روند کاهش ظرفیت جذب به‌صورت تابعی از غلظت جاذب معادله‌ای توانی است. این روند نشان می‌دهد که ذرات جذب‌شده روی سطح جاذب یا مولکلول‌های باقی‌مانده در محلول باعث بسته‌شدن منافذ داخلی جاذب یا موجب تجمع و به‌هم‌پیوستگی ذرات جاذب می‌شود که نقاط فعال را کاهش خواهد داد. میزان بهینة دوز جاذب در این مطالعه با مطالعة اله‌آبادی و همکاران [15] مطابقت دارد. همچنین، تأثیر روند افزایش دوز جاذب در این مطالعه با مطالعة موسوی و همکارانش در سال 2013در بررسی جذب آموکسی سیلین روی کربن [16] مشابه است.

تأثیر غلظت آموکسی سیلین در این مطالعه نشان داد که با افزایش غلظت جذب‌شونده، راندمان حذف کاهش می‌یابد. دلیل این امر را می‌توان این گونه بیان کرد که جاذب دارای مکان‌های جذب مشخص و محدودی است که در غلظت‌های پایین مکان‌های جذب بیشتری روی سطح جاذب در دسترس است و موجب می‌شود آموکسی سیلین به سرعت جذب شود و راندمان حذف افزایش یابد، اما در غلظت‌های بالاتر، با افزایش مواد جذب‌شونده روی جاذب، به‌سرعت مکان‌های جذب سطوح بالایی روی جاذب اشباع شد و راندمان حذف مادة جاذب کاهش یافت. علت افزایش ظرفیت جذب جاذ‌‌‌ب‌ها با افزایش غلظت اولیة آموکسی سیلین احتمالاً به‌دلیل افزایش احتمال برخورد و تماس بین جاذب و جذب‌شونده است. عامل دیگری که باعث افزایش ظرفیت جذب با افزایش غلظت اولیة آموکسی سیلین می‌شود این است که در چنین شرایطی نیروی انتقال جرم افزایش می‌یابد. این پدیده بر نیروی مقاومت‌کننده در برابر جذب غلبه می‌کند و باعث ایجاد نیروی رانشی قابل‌توجهی برای انتقال آلاینده از فاز مایع به سطح مشترک جاذب مایع می‌شود.

pH در کل فرایند و ظرفیت جذب ناشی از تأثیر آن بر بار سطحی جاذب، درجة یونیزه‌کردن مواد موجود در محلول، تفکیک گروه‌های عاملی موجود در مکان‌های فعال، همچنین شیمی محلول نقش مهمی دارد. در pHهای اسیدی راندمان حذف آموکسی سیلین بالا می‌رود و در pH قلیایی راندمان کاهش می‌یابد. اما، به‌دلیل آنکه تأمین این pH مستلزم مصرف اسید است، همچنین، فاضلاب با این pH دارای خورندگی است، در مطالعة حاضر 6pH=، pH بهینه در نظر گرفته شد که با مطالعات مشابه مطابقت دارد [15، 16 و 17]. همچنین، روند تغییر راندمان آموکسی سیلین در pH اسیدی و قلیایی با مطالعة معرفیان و همکاران [18] نیز مشابهت دارد.

افزایش دما بر راندمان حذف آموکسی سیلین تأثیر دارد، به‌طوری که با افزایش دما فعل و انفعالات بین مولکول‌های آموکسی سیلین و محل‌های جذب جاذب افزایش می‌یابد. اما، در دماهای خیلی بالا نیز کاهش جذب آموکسی سیلین را خواهیم داشت که علت آن را می‌توان واجذب آموکسی سیلین جذب‌شده و وارد شدن آن به درون محلول دانست. این نتیجه با مطالعة معرفیان و همکاران [18] و نیز اله‌آبادی و همکاران [15] همخوانی دارد.

نتایج حاصل از ضرایب رگرسیون معادلات لانگمیر و فروندلیچ پیروی جذب آموکسی سیلین از هر دو ایزوترم را نشان داد و بیانگر این است که فرایند جذب آموکسی سیلین در مکان‌های ناهمگن خاصی رخ می‌دهد و جذب فیزیکی روی سطح جاذب اتفاق می‌افتد. این نتیجه با مطالعة شیخ‌محمدی و سردار [19] همخوانی دارد.

نتایج به‌دست‌آمده از مطالعات سنتیکی نشان داد که فرایند جذب برای جاذب از سینتیک درجة دوم پیروی می‌کند. تابعیت از معادلات درجة دوم بیانگر این نکته است که فرایند جذب وابسته به غلظت جذب‌شونده است، زیرا معادلة شبه درجة دوم در خصوص جذب عموماً بر پایة ظرفیت جذب پایه‌گذاری شده است [16]. همچنین، این نتیجه نشان‌دهندة این موضوع است که جذب آموکسی سیلین با کربن فعال تولیدی از چوب درخت چنار از نوع فیزیکی است. نتایج مطالعة شیخ محمدی و سردار [19] و سایر مطالعات مشابه [18 و 20] با مطالعة حاضر همخوانی دارد.

با توجه به ظرفیت نسبتاً خوب کربن تولیدی از چوب درخت چنار، و ارزان و در دسترس بودن مادة اولیه تولیدی این کربن می‌توان از آن را جاذبی مناسب، جایگزین کربن مرک استاندارد، برای تصفیة آلاینده‌های آب و فاضلاب کرد.

 

تشکر و قدردانی

این پژوهش مصوب کمیتة تحقیقات دانشجویی دانشگاه علوم پزشکی سبزوار با کد 93052 است. بدین وسیله از زحمات تمامی اساتید، معاونت تحقیقات و فناوری و سرپرست کمیتة تحقیقات دانشجویی دانشگاه تقدیر و تشکر می‌کنیم.

[1] Rakhshani M, Rakhshani F, Mirshahi A. Self-medication in Zahedan City in 1999.Feyz, 2002; 6(2): 45-52. [in Persian]
[2] Shayan Z, Shayan F. Prescribing patterns in clinical departments in hospitals in Jahrom City. Pars, 2006: 44-50. [in Persian]
[3] Yazdanbakhsh A, Sheikhmohammadi A, Sardar M. Investigation the efficiency of combined coagulation and advanced oxidation by fenton process in the removal of clarithromycin antibiotic cod. wwj. 2012;2:22-9.[in Persian]
[4] Kümmerer K, Al-Ahmad A. Mersch-sundermann V biodegradability of some antibiotics, elimination of the genotoxicity and affection of wastewater bacteria in A simple test. Chemosphere, 2000; 40(7): 701-10.
[5] Dehghani S Jja, Farzadkia M, Gholami M. Investigation of the efficiency of Fenton’s advanced oxidation process in sulfadiazine antibiotic removal from aqueous solutions. Amuj, 2012; 15(66): 19-29. [in Persian]
[6] Ay F, Kargi F. Advanced oxidation of amoxicillin by Fenton's reagent treatment. J Ha Mat, 2010; 179(1-3): 622-7.
[7] Kakavandi B. et al. Efficiency of powder activated carbon magnetized by Fe3O4 nanoparticles for amoxicillin removal from aqueous solutions: Equilibrium and kinetic studies of adsorption process. Iran. J. Health & Environ, 2014; 7(1): 21-34. [in Persian]
[8] Klavarioti M, Mantzavinos D, Kassinos D. Removal of residual pharmaceuticals from aqueous systems by advanced oxidation processes. Environ Int, 2009; 35(2): 402-17.
[9] Homem V, Santos L. Degradation and removal methods of antibiotics from aqueous matrices: A review. J Environ Manage, 2011; 92(10): 2304-47.
[10] Lin SH, Juangr Sh. Adsorption of phenol and its derivatives from water using synthetic resins and low-cost natural adsorbents: A review. J Environ Manage, 2009; 90(3): 1336-49.
[11] Han R, Ding D, Xu Y, Zou W, Wang Y, Li Y, Zou L. Use of rice husk for the adsorption of congo red from aqueous solution in column mode. Bio Tec, 2008; 99: 2938-2946.
[12] Mahvi Am, Maleki A. The use of agricultural waste in phenol in the aquatic environment. Bim J HormozganUniv Med Sci, 2006; 10(4): 393-9. [in Persian]
[13] Jamali S, Banihashemi Z. Investigate the causes of the decline of the plane trees in Shiraz. Ir J Planet Pathology, 2012; 48(1): 123-8. [in Persian]
[14] Khakdaman H, Pourmeydani A. Investigation on geographical distribution and morphological characteristics of plant mass zizyphus Jujube min in Iran. Ir J Med Aromatic Plants, 20(1): 1-21. [in Persian]
[15] Alahabadi A, Moussav Gh, Yaghmaeiank A, Karemisany H. Adsorption potential of the granular activated carbon for the removal of amoxicillin from water. J Sabzevar Univ Med Sci, 2013; 20(4).[in Persian]
[16] Moussavi Gh, Alahabadi A, Yaghmaeian K, Eskandari Ma. Preparation, characterization and adsorption potential of the Nh4Cl-induced activated carbon for the removal of amoxicillin antibiotic from water. Ch E J, 2013; 217: 119-128. [in Persian]
[17] Samadi MT, Shokoohi R, Araghchian Ma, Tarlani Azar Mo. Amoxicillin removal from aquatic solutions using multi-walled carbon nanotubes. J Mazandaran Univ Med Sci, 2014; 24(117): 103-115. [in Persian]
[18] Moarefian Ah, Alizadeh Golestani Ho, Bahmanpour Ho. Removal of amoxicillin from wastewater by self-made polyethersulfone membrane using nanofiltration. IJEHSE, 2014; 12: 127. [in Persian]
[19] Sheikh Mohammadi Am, Sardar M. The removal of penicillin G from aqueous solutions using chestnut shell modified with H2So4: Isotherm and kinetic study. IJHE, 2013; 5(4): 497-508.[in Persian]
[20] Budyanto Su, Soedjono Su, Irawaty We, Ndraswati Na. Studies of adsorption equilibria and kinetics of amoxicillin from simulated wastewater using activated carbon and natural bentonite. JEPS, 2008; 2: 72-80.
دوره 24، شماره 3
مرداد و شهریور
مرداد و شهریور 1396
صفحه 183-189
  • تاریخ دریافت: 05 اردیبهشت 1395
  • تاریخ بازنگری: 16 تیر 1395
  • تاریخ پذیرش: 03 مرداد 1395
  • تاریخ اولین انتشار: 01 مرداد 1396