بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر در فرایند تلفیقی اکسایش و اکسایش نوری برای حذف اکسی‌تتراسایکلین توسط نانو ذره های آهن

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست

چکیده

با توجه به مشکل‌ساز بودن دفع مستقیم پساب دارای آنتی‌بیوتیک‌ها به محیط زیست و بروز مشکل‌ های جدی در محیط همانند مقاومت ژنتیکی، تصفیه پساب این صنایع از اهمیت ویژه ‌ای برخوردار است. در این پژوهش افزون بر بررسی تصفیه‌پذیری یکی از پرمصرف‌ترین آنتی‌بیوتیک‌ها، اکسی تتراسایکلین توسط نانو ذره ‌های آهن، قابلیت اکسایش و فتوکاتالیستی لایه آهن اکسید تشکیل شده بر سطح نانو ذره‌های آهن نیز بررسی شد. ابتدا پارامترهای مؤثر در حذف اکسی‌تتراسایکلین توسط فرایند تلفیقی اکسایش و اکسایش نوری بررسی و بهینه شدند که طبق نتیجه‌ های به دست آمده در شرایط بهینه، از نانو ذره‌ های آهن با غلظت mg/L 1000 برای حذف mg/L 155 اکسی‌تتراسایکلین در pH برابر 3، تابش UV با توان W 200 در مدت زمان 5/6 ساعت استفاده شد که مقدارهای حذف در طول موج‌های 290 و 348 نانومتر، TOC و COD به ترتیب 87، 95، 85 و 89 درصد به دست آمدند. پس از گذشت 14 ساعت، میزان همه این پارامترها بیانگر تجزیه کامل اکسی‌تتراسایکلین بود. همچنین طبقنتیجه آنالیز XRD ، FeO و FeOOH ، لایه اکسید تشکیل شده بر سطح نانو ذره‌ ها شناسایی شده و اثرهای مثبت فتوکاتالیستی آن در فرایند حذف توسط آزمایش‌های شاهد مورد بررسی قرار گرفت. بررسی اثر جداگانه هوادهی، پرتودهی فرابنفش و اکسایش توسط نانو ذره‌ه ای آهن در تاریکی و مقایسه نتیجه‌ ها با شرایط تلفیقی (نانو ذره‌های آهن در مجاورت تابش فرابنفش) نشان دهنده‌ی برتری فرایند تلفیقی در فرایند حذف بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Chun Zhao, Huiping Deng, Yuan Li, Zhenzhong Liu, Photodegradation of Oxytetracycline in Aqueous by 5A and 13X Loaded with TiO2 under UV Irradiation, Journal of Hazardous Materials, 176, p. 884 (2010).
[2] Lama Sameeh Mohammad Awartani, "Fate of Oxytetracycline & Doxycycline in Soil & Underground Water", Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in Chemistry, Faculty of Graduate Studies, at An-Najah National University, Nablus, Palestine (2010).
[3] Kuixiao Li, Ayfer Yediler, Min Yang, Sigurd Schulte-Hostede, Ming Hung Wong, Ozonation of Oxytetracycline and Toxicological Assessment of Its Oxidation by-Products, Chemosphere, 72, p. 473 (2008).
[4] Dong Li, Min Yang, Jianying Hu, Liren Ren, Yu Zhang, Kuiziao Li, Determination and Fate of Oxytetractcline and Related Compounds in Oxytetracycline Prodution Waste Water and the Receiving Rever, Environmental Toxicology and Chemistry, 27, p. 80 (2008).
[5] Boonsaner M., Hawker D.W., Accumulation of Oxytetracycline and Norfloxacin from Saline Soil by Soybeans, Science of the Total Environment, 408, p. 1731 (2010).
[6] Lihui Huang, Yuanyuan Sun, Weiliang Wang, Qinyan Yue, Tao Yang, Comparative Study on Characterization of Activated Carbons Prepared by Microwave and Conventional Heating Methods and Application in Removal of Oxytetracycline (OTC), Chemical Engineering Journal, 171, p. 1446 (2011).
[7] Jiao Shaojun, Zheng Shourong, Yin Daqiang, Wang Lianhong, Chen Liangyan, Aqueous Oxytetracycline Degradation and the Toxicity Change of Degradation Compounds in Photoirradiation Process, Journal of Environmental Sciences, 20, p. 806 (2008).
[8] Man-hong Huang, Yu-dong Yang, Dong-hui Chen, Liang Chen, Hui-dong Guo, Removal Mechanism of Trace Oxytetracycline by Aerobic Sludge, Process Safety and Environmental Protection, doi:10.1016/j. psep.2011.08.008 (2011).
[9] Osman A. Arikan, Lawrence J. Sikora, Walter Mulbry, Shahamat U. Khan, Clifford Rice, Gregory D. Foster, The Fate and Effect of Oxytetracycline During the Anaerobic Digestion of Manure from Therapeutically Treated Calves, Process Biochemistry, 41, p. 1637 (2006).
[10] Kuixiao Li, Ayfer Yediler  Min Yang, Sigurd Schulte-Hostede, Ming Hung Wong, Ozonation of Oxytetracycline and Toxicological Assessment of Its Oxidation By-Products, Chemosphere, 72, p. 473 (2008).
[11] Chun Zhao, Huiping Deng, Yuan Li, Zhenzhong Liu, Photodegradation of Oxytetracycline in Aqueous by 5A and 13X Loaded with TiO2 under UV Irradiation, Journal of Hazardous Materials, 176, p. 884 (2010).
[12] Merih Ötker Uslu, Işıl Akmehmet Balcıoğlu, Comparison of the Ozonation and Fenton Process Performances for the Treatment of Antibiotic Containing Manure, Science of the Total Environment, 407, p. 3450 (2009).
[13]  علی زاده، رضا؛ عابدینی، سوده؛ نبی بیدهندی، غلام رضا؛ عموعابدینی، قاسم؛ حذف فلز سرب از پساب صنایع باتری سازی با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی آهن، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1) 30، بهار (1390).
[14] Kassaee M.Z., Motamedi E., Mikhak A., Rahnemaie R., Nitrate Removal from Water Using Iron Nanoparticles Produced by Arc Discharge vs. Reduction, Chemical Engineering Journal, 166, p. 490 (2011).
[15] Nowack B., Bucheli T. D., Occurrence, Behavior and Effects of Nanoparticles in the Environment, Environmental Pollution, 150, p. 5 (2007).
[16] Shan Z.Z., Fu L.J., Chao T., Fang Z.Q., Tian H.J., Bin J.G., Rapid Decolorization of Water Soluble Azo-Dyes by Nanosized Zero-Valent Iron Immobilized on the Exchange Resin, Sci. China B-Chem, 51, p. 186 (2008).
[17] Ghauch A., Tuqan A., Assi H.A., Antibiotic Removal from Water: Elimination of Amoxicillin and Ampicillin by Microscale and Nanoscale Iron Particles, Environmental Pollution, 157, p. 1626 (2009).
[18] Li F.B., Li X.Z., Liu C.S., Liu T.X., Effect of Alumina on Photocatalytic Activity of Iron Oxides for Bisphenol A Degradation, Journal of Hazardous Materials, 149, p. 199 (2007).
[19] Chan-Li Hsueh, Yao-Hui Huang, Cheng-Chien Wang, Chuh-Yung Chen, Photoassisted Fenton Degradation of Nonbiodegradable Azo-Dye (Reactive Black 5) over a Novel Supported Iron Oxide Catalyst at Neutral pH, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 245, p. 78 (2006).
[20] Zhao Yaping, Hu Jiangyong, Chen Hongbin, Elimination of Estrogen and Its Estrogenicity by Heterogeneous Photo-Fenton Catalyst-FeOOH/Resin, 212, p. 94 (2010).
[21] Hongbo Fu, Xie Quan, Huimin Zhao, Photodegradation of _-HCH by _-Fe2O3 and the Influence of Fulvic Acid, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 173, p. 143 (2005).
[22] Yulun Nie, Chun Hu, Lei Zhou, Jiuhui Qu, Qunshan Wei, Dongsheng Wang, Degradation Characteristics of Humic Acid over Iron Oxides/FeO Core-Shell Nanoparticles with UVA/H2O2, Journal of Hazardous Materials, 173, p. 474 (2010).
[23] Roberto Andreozzi, Vincenzo Caprio, Raffaele Marotta, Iron(III) (hydr)Oxide-Mediated Photooxidation of 2-Aminophenol in Aqueous Solution: a Kinetic Study, Water Research, 37, p. 3682 (2003).
[24] Greenberg A.E., Eaton A.D., Mary Ann H. Franson, "Standard Methods for the Examination of Water & Waste Water", APHA, AWWA, WPCF, Washington, DC, USA (2005).
[25] Anousha M., Samadi M., Samarghandi M., Hoseini N., Khodadi M., Comprision of Advanced Oxidation Processes “Ozonation” with TiO2/UV to Remove Acidic Dyes, Acid Black 10B, Acid Cyanin 5R, 12th Conference of Health, Tehran, Iran (2009).
[26] Hua Chen, Hanjin Luo, Yuecun Lan, Tingting Dong, Bingjie Hu, Yiping Wang, Removal of Tetracycline from Aqueous Solutions Using Polyvinylpyrrolidone (PVP-K30) Modified Nanoscale Zero Valent Iron, Journal of Hazardous Materials, 192, p. 44 (2011).