بررسی کارایی حذف فوتوکاتالیستی آنتی بیوتیک مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول¬های آبی

آنتی­ بیوتیک ­ها به طور گسترده به عنوان داروهای انسانی، حیوانی برای درمان عفونت ­های میکروبی استفاده می­شوند (1, 2). حدود 90-30 درصد آنتی­ بیوتیک ­ها در بدن انسان و حیوانات تجزیه نشده و به صورت ترکیبات فعال از ادرار و مدفوع وارد محیط زیست می­شوند (3). برخی از عوارض نامطلوب آنتی­ بیوتیک ­ها شامل: افزایش مقاومت باکتریایی، ژنوتوکسیت و اختلالات گوارشی می­باشد (4, 5). ترکیبات دارویی از منابعی مثل صنایع دارویی، پساب بیمارستان­ها، مدفوع انسان و احشام، پساب تصفیه­ خانه­ های فاضلاب، فعالیت­های آزمایشگاهی و تحقیقاتی به محیط ­های آبی وارد می­شوند (6, 7). تصفیه متعارف فاضلاب فقط90 -60 درصد آنتی بیوتیک هارا حذف می­کند(3, 8). ترکیبات دارویی شامل آنتی­ بیوتیک ­ها در محیط­های آبی از جمله آب­های سطحی، آب­های زیرزمینی، پساب فاضلاب­ها و حتی در آب آشامیدنی، خاک و رسوبات مشاهده شده است (1, 6).

مترونیدازول یک داروی سنتزی از کلاس نیترومیدازول و جزء عوامل آنتی باکتریال و آنتی پروتئوزال است. این آنتی بیوتیک یکی از موثرترین داروهای موجود برای درمان عفونت های بیهوازی بوده، کاربرد ضد انگلی داشته و در درمان بیماریهای مختلف استفاده می شود (9).

آنتی بیوتیک مترونیدازول یکی از پرکاربردترین آنتی بیوتیک های جهان است و در لیست داروهای اساسی سازمان جهانی بهداشت قرار دارد. طبق گزارش منتشر شده توسط سازمان غذا و دارو ایران در سال 1390، مترونیدازول جزء ده داروی پرمصرف کشور بوده است و در این میان رده ی چهارم را به خود اختصاص داده است. علاوه بر کابردهای گسترده انسانی، نیتروایمیدازول ها به عنوان مکمل غذایی در صنایع مرغداری  و ضدانگل در پرورش ماهی کاربرد دارند که منجر به تجمع آن ددر حیوانات و همچنین در فاضلاب ناشی از پرورش ماهی و صنایع گوشت میشود. غلظت آنتی بیوتیک مترونیدازول در آب حدود  μg/L 2/90-1/0 شناسایی شده است. با توجه به ویژگی های مترونیدازول انتظار نمیرود که این ترکیب درد طول فرآیندهای متداول  تصفیه به طور موثر حذف شود. بنابراین فرآیندهای تصفیه پیشرفته برای حذف بیشتر این ترکیب نیاز است. مترونیدازول، به همراه سایر دارو های آنتی باکتریال و آنتی کوکسیدیال که دارای ساختار حلقه ای نیتروایمیدازول هستند مشکوک به سرطان زایی و جهش زایی میباشند. به دلیل عدم تجزیه پذیری بیولوژیکی، سمیت، پتانسیل جهش زایی و سرطان زایی مترونیدازول، فاضلاب حاوی آن منجر به بروز اثرات زیان بار بر انسان و محیط اکولوژیکی می شود. بنابراین حذف مترونیدازول دارای اهمیت زیست محیطی، تکنیکی و اقتصادی میباشد (10).

مهمترین دلیل بررسی و پایش آلودگیهای دارویی در محیط زیست، ورود این آلاینده‌ها به چرخه غذایی و تاثیرات مخرب آنها بر سلامت انسان است (11, 12).

برای حذف آلاینده­ های آلی از محیط های آب و فاضلاب از روش­های مختلفی از جمله جذب بر روی جاذب­ها، روش­های غشایی و یا از روش­های بیولوژیکی استفاده می­شود که هر کدام از روش­های فوق دارای معایبی از جمله مشکلات مربوط به لجن شیمیایی و بیولوژیکی، ظرفیت جذب محدود جاذب­ها­، نیاز به جایگزنی جاذب­ها، احیا جاذب­ها­، مشکلات مربوط به بهره برداری فیلترهای غشایی و مسدود شدن غشاها و یا اثر سمی آلاینده­ ها بر سیستم­ های بیولوژیکی است. یکی دیگر از روش­هایی که برای حذف آلاینده­ های آلی و مقاوم از محیط­ های آب و فاضلاب استفاده می­شود روش­های اکسیداسیون متداول و پیشرفته است. روش­های اکسیداسیون پیشرفته بر خلاف اکسیداسیون متداول به دلیل تولید رادیکال­های آزاد با قدرت اکسید کنندگی بالا فاقد معایب فوق می­باشد و همچنین توانایی تجزیه ترکیبات آلی را تا مرحله معدنی سازی دارد تا از تشکیل ترکیبات ثانویه سمی جلوگیری شود (13-15).

در بین روشهای اکسیداسیون پیشرفته روشهای اکسیداسیون کاتالیستی روشی است که پس از ظهور نانوکاتالیستها توجه زیادی به آن شده است در روشهای اکسیداسیون کاتالیستی برای تجزیه آلاینده ها از نانوکاتالیست ها استفاده می شود. در اکسیداسیون فوتوکاتالیستی [1](PCO) تبدیل آلاینده به محصولات کم خطر در حالت خاصی از عملکرد فرایند (گستره معینی از غلظت آلاینده، رطوبت و ...) اتفاق می افتد که دست­یابی به این شرایط جزو اهداف مطالعاتی محققان این حیطه می باشد (16).

در اکسیداسیون فوتوکاتالیستی، اکسیدها و سولفیدهای فلزی نیمه هادی ها به صورت خالص یا دابد شده (doped) با فلزات استفاده می شوند. فتوکاتالیست­های رایج، کاتالیست ­هایی نظیر ,TiO₂ ,ZnO ZrO₂,Zns  ,Cds  ,CeO₂ ,  ZrO₂, SnO₂, WO₃  آلایش شده با یک فلز و یا غیرفلز می باشند. تاکنون فعالیت فوتوکاتالیستی برخی از نیمه هادی ها (از قبیل WO3 ، ZnS  و ... ) آزمایش شده است ولی معمولا فعالیت فتوکاتالیستی آنها کمتر از TiO₂ بوده است بنابراین ذرات دی اکسید تیتانیوم در مقیاس نانو برای فرایند اکسیداسیون فوتوکاتالیستی می­تواند مناسب باشد. این امر بدلیل ویژگی های منحصر به فرد دی ­اکسید تیتانیوممانند ویژگی­هایی چون  ارزان قیمت بودن، ایمن بودن و پایداری شیمیائی  است.

کاربرد دی­اکسیدتیتانیوم به دلیل ویژگی ساختاری آن نظیر شکاف گسترده باند (2/3 الکترون­ولت)، بازده کوانتومی کم و ترکیب مجدد حفره/الکترون محدود شده است که  امروزه از روش­های اصلاح فتوکاتالیستی مانند دابد کردن با یون­های فلزی (مانندMn²⁺, Ni²⁺،  Zn²⁺،Ag, Au, Pt,  Fe²⁺ و...)، غیر­فلزی(مثل بور(B)، نیتروژن(N))، حساس­ سازی با رنگها(حساس ­سازی با کمپلکس­های سطحی)، حساس­ سازی با پلیمرها و ایجاد نانوذرات هتروژن با سایر نیمه هادی ­های دیگر را می­توان نام برد. که از بین روشهای فوق دابد کردن با یون­هایفلزی بهترین نتایج دلخواه را داشته است. در روش دابد کردن با یون­های فلزی، در بین انواع مختلف فلزات، Fe³⁺ به دلیل آرایش الکترونی نیمه­ پر و مشابهت زیاد شعاع یونی Fe³⁺ (645/0آنگستروم) به Ti⁴⁺ (604/0 آنگستروم) و اتصال آسان به شبکه کریستالی دی ­اکسید­تیتانیوم (مهارترکیب مجدد حفره و الکترون) به عنوان  یک عنصر مناسب مطرح شده است (17-21).

روشهای مختلفی برای تهیه نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم غنی شده با آهن وجود دارد که از آن جمله می توان به روش های هیدروترمال (Hydrothermal)، سل-ژل (Sol-gel)، پلاسما اکسیداتیو پیرولیز (Plasma Oxidative Pyrolysis)، فلیم اسپری پیرولیز (Flame Spray Pyrolysis)، ترسیب و غوطه ورسازی(Co-precipitation and Immersion) و اشباع مرطوب (Wet Impregnation) اشاره کرد که در میان آنها  روش سل- ژل به طور وسیعی مورد استفاده است. در دو دهه­ ی اخیر مطالعات فراوانی درباره تولید فیلم­های نازک و غشاء های سرامیکی به روش سل ژل انجام شده است. سل ژل در مقایسه با روش­های دیگر تولید نانو ذرات فواید فراوانی دارد از ویژگی­های این روش سادگی کار، کنترل پذیری ترکیب، عدم نیاز به تجهیزات ویژه، خلوص و همگنی محصول، امکان استفاده از عناصر آلاینده در غلظت­های بالا و توانایی پوشش دهی سطوح بزرگ و پیچیده است(22-24).

یکی از مشکلاتی که در استفاده از نانوذرات در مرحله آزمایشگاهی و مقیاس واقعی وجود دارد جداسازی چنین ذراتی از محیط محلول است. بنابرین ساخت نانوذراتی که توانایی جذب طیف وسیعی از نور و درنتیجه انجام فرایند تجزیه فوتوکاتالیستی را داشته باشد و از طرفی بعد از مرحله واکنش به راحتی بتوان آن را از محلول جداکرد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بنابراین هدف از انجام این مطالعه سنتز نانوذرات دی اکسید تیتانیوم دابد شده با یون آهن است که دارای کاف انرژی کمتری نسبت به دی اکسید تیتانیوم خالص است و همچنین دارای خاصیت مغناطیسی خوبی جهت جداسازی این نانوذرات از محلول می­باشد تا استفاده از این نانوذرات را در محیط آزمایشگاهی و همین طور تصفیه خانه های آب و فاضلاب راحتر سازد.

احرام پوش و همکاران در سال 1389 در مطالعه خود به بررسی حذف رنگ متیلن بلو از فاضلاب سنتیک نساجی با استفاده از فرآیندفتوکاتالیستی UV-C/TiO₂  پرداختند. نتایج این تحقیق نشان داد که حذف رنگ متیلن بلو ارتباط مستقیمی با زمان تابش اشعه دارد. (25).

شکری و همکاران در سال 1389 در مطالعه خود به حذف فتوکاتالیتکی آنتی بیوتیک پنی سیلین G در محلول آبی با استفاده از نانو ذرات TiO₂ تحت تابش UV پرداختند. نتایج نشان داد که شرایط بهینه برای تخریب آنتی بیوتیک پنی سیلین با غلظت 20 میلی گرم در لیتر، مقدار 06/0گرم در لیتر از TiO₂ و  pHبرابر 7 می باشد. تحت تأثیر بهترین شرایط عملیاتی، تخریب کامل آنتی­بیوتیک از محلول آبی در مدت 90 دقیقه صورت می­گیرد (26).

محوی و همکاران در سال 1392 در مطالعه خود به بررسی کارایی فرایند نانوسونوکاتالیستی با استفاده از نانوذرات Tio₂در حذف آنتی­ بیوتیک تتراسایکلین از محیط آبی پرداختند. نتایج حاصله نشان داد که کاربرد اولتراسونیک به تنهایی کارایی ناچیزی در حذف این آلاینده دارد و در بهترین شرایط حداکثر 3/20 درصد حذف تتراسایکلین در فرکانس 35 کیلوهرتز صورت پذیرفت. (27).

میرزایی و همکارن در سال 1393 در مطالعه خود به بررسی اثر بازدارندگی آنتی بیوتیک مترونیدازول قبل و بعد از فرایند اکسیداسیون پیشرفته UV₂₅₄/H₂O₂بر فعالیت متان سازی ویژه بیومس بی­هوازی پرداختند. نتایج نشان داد داروی مترونیدازول در غلظت­های مختلف بر کارایی هاضم­های بی­هوازی اثر بازدارندگی دارد و بنابراین نیاز به یک روش پیش تصفیه موثر برای کاهش این اثر مورد نیاز است. فرآیند UV₂₅₄/H₂O₂ روشی موثر برای تجزیه و تبدیل مترونیدازول به ترکیبات ساده­تر و قابل تجزیه بیولوژیکی بیشتر برای مصرف باکتری­های بی­هوازی و در نتیجه افزایش بیوگاز تولیدی در هاضم­ها است (28).

صید محمدی و همکاران در سال 1395 در مطالعه خود به حذف مترونیدازول با استفاده از پرسولفات فعال شده با ازن در حضور امواج فراصوت در محیط­های آبی پرداختند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که با افزایش PH محلول از 3 تا 11 کارایی، حذف ماده آلی کاهش یافت، به نحوی که بیش ترین حذف مترونیدازول در PH­های 3 و 5 به ترتیب برابر با 92 و90 درصد در زمان تماس 60 دقیقه به دست آمد. نتایج بیانگر آن بود که با افزایش غلظت اولیه مترونیدازول، میزان حذف کاهش یافت (29).

 Álvarez و همکاران در سال 2010 در مطالعه ی خود به سنتز نانوذرات TiO₂/Fe₃O₄ وTiO₂/SiO₂/Fe₃O₄  به روش سل ژل و بررسی کارایی آن در حذف فتوکاتالیستی ترکیبات دارویی پرداختند. که مشخص گردید راندمان حذف ترکیبات دارویی با این نانوذرات مغناطیسی در مقایسه با فتوکاتالیست تیتانیوم دی­اکسید دگوسا 25 (P25) افزایش زیادی داشت. علاوه بر این، نانوذرات TiO₂/Fe₃O₄ و  TiO₂/SiO₂/Fe₃O₄قابلیت بازیابی راحت تری داشت (30).

Kummerer در مطالعه خود گزارش نموده 70% آنتی­بیوتیک تولید شده در آمریکا که معادل 11500 تن می­شود، توسط بخش دامپروری و برای درمان حیوانات مصرف می­گردد (31).

1. آیا تغییر pH بر کارایی فرآیند حذف فوتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی تاثیر گذار است؟
2. آیا تغییر غلظت اولیه آلاینده بر کارایی فرآیند حذف فوتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی تاثیر گذار است؟
3. آیا تغییر غلظت اولیه نانوذرات  سنتز شده  بر کارایی فرآیند حذف فوتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی تاثیر گذار است؟
4. آیا تغییر زمان­های مختلف واکنش بر کارایی فرآیند حذف فوتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی تاثیر گذار است؟

تعیین کارایی حذف فوتوکاتالیستی آنتی بیوتیک مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی

1.  سنتز نانوذرات دابد شده مغناطیسی
2. تعیین خصوصیات نانوذرات دابد شده مغناطیسی سنتز شده با آنالیزهای VSM, XRD,BET,FE-SEM
3. تعیین روند تغییرات پارامتر pH بر کارایی فرایند حذف فوتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی
4. تعیین روند تغییرات غلطت اولیه آلاینده  بر کارایی فرایند حذف فوتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی
5. تعیین روند تغییرات غلظت نانوذرات سنتز شده بر کارایی فرایند حذف فوتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی
6. تعیین روند زمان­های مختلف واکنش بر کارایی فرآیند حذف فوتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی

داروسازی، سازمان منابع طبیعی، شهرداری ها، سازمان آب و فاضلاب

فرآیند فوتوکاتالیستی: تحریک نانوذرات با اشعه فرابنفش و تولید رادیکال هیدروکسیل برای حذف آلاینده ها

آنتی بیوتیک: بطور کلی به ترکیبات آنتی باکتریال، آنتی ویروس، قارچ کش و ضد ورم اطلاق می گردد.

نانو ذره : به ذراتی که دارای یک بعد کمتر از 100 نانومتر است.

تجربی - آزمایشگاهی

جامعه مورد مطالعه: محلول­های سنتتیک حاوی غلظت­های مختلف آنتی ­بیوتیک مترونیدازول در آزمایشگاه

معیارهای ورود : نمونه سنتتیک شده  حاوی آنتی ­بیوتیک مترونیدازول باشد

با توجه به این که آزمایش از طریق یافتن بهینه ترین نقطه هر یک از متغیرها پیش می رود، در نتیجه تعداد آزمایشات به شرح زیر است:

نمونه­ ها در آزمایشگاه به صورت سنتتیک ساخته می­شود.

اندازه ­گیری­ ها با استفاده از دستگاه ­های مربوطه ( دستگاه اسپکتروفتومتر، دستگاه pH متر و ...  ) بر طبق روش استاندارد متدAPHA)  ، 2005 ) انجام می‌شود و سپس در فرم­ های اطلاعاتی طراحی شده مطابق با روش طراحی آزمایش­ ها (RSM) ثبت می‌گردد.

این مطالعه در 2 بخش کلی انجام خواهد شد. بخش اول مربوط به ساخت نانو ذره دابد شده مغناطیسی خواهد بود و بخش دوم مربوط به سنجش و ارزیابی سودمندی کاتالیست تهیه شده در حذف مترونیدازول می­باشد.

مواد و وسایل مورد نیاز: آنتی­ بیوتیک مترونیدازول (شرکت سیگما آلدریچ) ، اسیدسولفوریک 1/0 نرمال ( ساخت شرکت Merch)، سدیم هیدروکسید 1/0 نرمال(ساخت شرکت Merch)، لامپ UV (شرکت ایرانی لاپترن) از لوازم پزشکی خریداری گردد.  

مواد مورد استفاده جهت سنتز نانو فتوکاتالیست Fe³⁺-TiO₂

- پروپانول محصول MERCK آلمان، نیترات آهن .9H₂O(Fe(NO₃)₃) محصول MERCK آلمان، اسید نیتریک (HNO₃) محصول MERCK آلمان، تیتانیم تترا ایزو پروپوکسید (TTIP) محصول MERCK آلمان، کلرید آهن (FeCL2) و FeCl3 محصول مرک آلمان

بخش اول: تهیه Fe-doped TiO2@Fe3O4 و تعیین خصوصیات کاتالیست تولیدی

روش تهیه نانو ذره روش سل - ژل است، در این روش از تیتانیوم تتراایزوپروپوکسید به عنوان ماده تیتانیوم دار و نیترات آهن به عنوان منبع آهن استفاده می شود. همچنین از اتانول به عنوان حلال و آب برای هیدرولیز استفاده می­شود. برای این منظور 3میلی ­لیتر تیتانیوم تتراایزوپروپوکسید، مقدار مشخصی نیترات آهن و نانوذره آهن در 20 میلی­لیتر اتانول حل شود و محلول به مدت 15 دقیقه همزده شود (محلولA). 2 میلی­لیتر آب دیونیزه به 10 میلی­ لیتر اتانول حاوی اسید نیتریک اضافه گردد تا 15 دقیقه عمل همزدن به طور مداوم انجام شود (محلولB). محلول B قطره قطره به محلول A که روی همزن مغناطیسی قرار گرفته بود اضافه شود بعد از گذشت 30 دقیقه از عمل همزدن، سل نیمه شفاف بدست می­اید که به مدت 5 ساعت در دمای اتاق و سپس در فور در دمای80 درجه سانتی­گراد به مدت 24 ساعت قرار داده تا خشک شود در نهایت پودر خشک شده در دمای 500 درجه سانتی­گراد درون کوره  به مدت یک ساعت برای تهیه نانو ذرات کریستالی کلسینه شود.

تعیین خصوصیات کاتالیست:

در مرحله اول مواد مورد نیاز از شرکتهای معتبر خریداری می­شود. نانو ذره به روش سل –ژل تهیه می­گردد پس از تهیه نانوذره Fe-doped TiO2@Fe3O4 با استفاده از روش تفرق اشعه ایکس (XRD) فاز آناتاز دی اکسید تیتانیوم و درصد از اجزا بررسی می گردد. برای نشان دادن پراکندگی مناسب ذرات از میکروسکوپ الکترونی روبشی (Fe-SEM) و بقیه آنالیزهای مورد نیاز دیگر مثل VSM, BET استفاده می شود.

بعد از این مرحله جمع آوری داده های مورد نیاز انجام می شود که در این مرحله جمع آوری اطلاعات تاثیر متغیر های مختلف از قبیل غلظت آلاینده، pH محلول و مقدار کاتالیست در سطوح مختلف در راندمان فرایند فوتوکاتالیستی بررسی میگردد.

سنتز نانوذرات دابدشده مغناطیسی:

روش همرسوبی یکی از قدیمیترین روشهای ساخت نانوذرات است. در این روش یونهای   Fe2+و Fe3+ در حضور OH-تحت واکنش زیر رسوب داده می‌شوند:

Fe+2+2Fe+3+8OH-→Fe(OH)2+2Fe(OH)3→Fe3O4+4H2O

برای بدست آوردن محصولی بدون ناخالصی باید نسبت یون های Fe3+ به Fe2+به صورت 2 به 1 باشد.مهمترین عاملی که نسبت ایده آل را بهم می‌زند اکسیژن است که Fe2+ را اکسید کرده و به Fe3+  تبدیل می‌کند. و ناخالصی هایی مثل ماگمیت و ژئوتایت به وجود می‌آورد. ماگمیت از نظر خواص مغناطیسی به مگنتیت نزدیک است و بنابراین خواص مغناطیسی محصول را زیاد تغییر نمیدهد اما ژئوتایت یک ماده غیر مغناطیسی است و باعث تضعیف خواص مغناطیسی محصول نهایی می‌شود.بنابراین برای بدست آوردن محصولی نسبتا خالص، باید در تمام مراحل سنتز عامل اکیسژن را حذف کرد.

یکی از راه های جلوگیری از رسیدن اکسیژن به یون های Fe3+ انجام عمل سنتز تحت گاز بی اثر نیتروژن است.

در این پژوهش نانوذرات اکسید آهن با روش همرسوبی تهیه می‌شود. بر ای تهیه نانوذرات از کلریدآهن (II) چهارآبه (FeCl2.4H2O) با خلوص 99 % کلریدآهن ( III) شش آبه با خلوص 99 % و هیدروکسید سدیم(NaOH) با خلوص 97 % و از آب مقطر استفاده می‌شود.

روش اجرا :

در ابتدای کار یک محلول استوک مترونیدازول با حل کردن پودر مترونیدازول در 1000 میلی­لیتر آب دیونیزه تهیه می­شود. محلول استوک تهیه شده به صورت هفتگی تهیه می­شود و برای جلوگیری از تغییر غلظت در درون یخچال در دمای 4 درجه سانتی­گراد نگهداری می­شود.

 pH نمونه ­ها با اسید­کلریدریک 0.1 نرمال و سدیم هیدروکسید 0.1 نرمال توسطpHمتر تنظیم می­شود. نمونه­ های ساخته شده در مجاورت لامپ UV درون راکتور قرار داده برای اختلاط نمونه­ ها از مگنت و همزن مغناطیسی استفاده شود و پس از اتمام زمان تعیین شده نمونه ­ها را خارج کرده از فیلتر سرنگی عبورداده و توسط دستگاه اسپکتروفتومتر و آزمایش COD آنتی­ بیوتیک باقی­مانده درمحلول قرائت می­شود و براساس منحنی استاندارد غلظت خروجی آنتی­ بیوتیک مشخص خواهد شد.

آزمایش COD (صفحه957 استاندارد متد، طبق آزمایش  D5220) انجام می­شود.

راندمان حذف آنتی ­بیوتیک مترونیدازول با استفاده از فرمول زیر  بدست می­آید :

COD₀  COD₀ – COD₁ / = راندمان حذف آنتی­ بیوتیک مترونیدازول

C0: COD اولیه آنتی­ بیوتیک مترونیدازول     C₁ : COD خروجی آنتی­ بیوتیک مترونیدازول

بخش دوم: قدرت فرایند فوتوکاتالیستی

در این مطالعه آزمایش ها در یک راکتور ناپیوسته انجام می شود بدین صورت که نانو کاتالیست تهیه شده همراه با غلظتهای مورد نظر از آلاینده در داخل ارلن ریخته می­شود و در تاریکی قرار می­گیرد تا فرایند جذب و واجذب به تعادل برسد سپس این ارلن در داخل راکتور فوتوکاتالیستی  قرار می گیرد تا با تابش امواج نوری فرایند اکسیداسیون انجام شود. 

در این مرحله جمع آوری اطلاعات از تاثیر متغیر های مطالعه از قبیل غلظت آلاینده، pH محلول و مقدار کاتالیست در راندمان فرایند فوتوکاتالیستی مطالعه می شود. غلظت نهایی مترونیدازول با استفاده از دستگاه TOC اندازه گیری می­شود. تاثیر متغیرهای ذکر شده در راندمان فرایند در سطوح مختلف بررسی می­گردد بطوری که غلظت مترونیدازول در 3 سطح (5، 10، 15 و 20 میلی گرم در لیتر)، غلظت کاتالیست در 4 سطح (50 ، 100، 200 و400 میلی­گرم در لیتر) ، زمان انجام واکنش در 4 سطح(30- 45 -60 -90 دقیقه)،  pH در 3 سطح (11-7-3) و انرژی برای فعال کردن کاتالیستها در یک سطح،  انرژی نوری( 8 وات)،   هستند.

  مقادیر فوق از بررسی متون انجام شده در این زمینه بدست آمده است اما ممکن است در حین آزمایش (ضمن رعایت حالات فوق) محدوده عمل تا حدی تغییر کند (36).

مرحله 1 : تعیین دوز نانوذره بهینه در فرایند فوتو کاتالیستی مترونیدازول

در این مرحله با مقادیر ثابت اولیه pH (خنثی) ، غلظت مترونیدازول(100 میلی گرم در لیتر) و زمان تماس(15-30-60-90-120) غلظت بهینه نانوکاتالیست در 3 سطح (0/4-0/8-1 گرم در لیتر) تعیین می شود بنابراین در این مرحله تعداد نمونه 15 بدست می آید (15=5*3)

مرحله 2 : تعیین pH بهینه در فرایند فوتو کاتالیستی مترونیدازول

در این مرحله با توجه به غلظت بهینه کاتالیست از  مرحله 1، غلظت مترونیدازول ثابت اولیه (100 میلی گرم در لیتر)  و زمان تماس(15-30-60-90-120)،  pH  بهینه در 3 سطح (5-7-9) تعیین می شود بنابراین در این مرحله تعداد نمونه 15 بدست می آید (15=5*3)

مرحله 3 : تعیین غلظت بهینه مترونیدازول بر فرایند فوتو کاتالیستی مترونیدازول

در این مرحله با غلظت بهینه نانوکاتالیست TiO₂، مقدار pH بهینه و زمان تماس(15-30-60-90-120)، تاثیر غلظت مترونیدازول بر فرایند فوتو کاتالیستی در 3 سطح (60-80-100 میلی گرم در لیتر ) تعیین می شود بنابراین در این مرحله تعداد نمونه 15 بدست می آید (15=5*3)

با استفاده از راهنمای عمومی اخلاق در پژوهش‌های علوم پزشکی دارای آزمودنی انسانی در جمهوری اسلامی ایران کدهای مربوط به این پژوهش به شرح زیر می‌باشد: (کدهای 31،30،29،28،9،1).

1.  هدف اصلی هر پژوهش‌باید ارتقای سلامت انسان‌ها توأم با رعایت کرامت و حقوق ایشان باشد )کد1).
2.  در پژوهش‌های پزشکی که ممکن است به محیط زیست آسیب برسانند، باید احتیاط‌های لازم در جهت حفظ و نگهداری و عدم آسیب رسانی به محیط ریست انجام گیرد (کد9).
3.  پژوهشگران موظفند که نتایج پژوهش‌های خود را صادقانه ، دقیق، و کامل منتشر کنند. نتایج، اعم از منفی یا مثبت، و نیز منابع تأمین بودجه، وابستگی  سازمانی، و تعارض منافع – در صورت وجود – باید کاملاً آشکارسازی شوند. پژوهشگران نباید در هنگام عقد قرارداد انجام پژوهش، هیچ  گونه شرطی را مبنی بر حذف یا عدم انتشار یافته‌هایی که از نظر حمایت کننده‌ی پژوهش  مطلوب نیست، بپذیرند (کد28).
4.  نحوه‌ی گزارش نتایج پژوهش باید ضامن حقوق مادی و معنوی تمامی اشخاص مرتبط با پژوهش، از جمله خود پژوهشگر یا پژوهشگران، آزمودنی‌ها و مؤسسه‌ی حمایت کننده‌ی  پژوهش باشد (کد29).
5. گزارش‌ها و مقالات حاصل از پژوهش‌هایی که مفاد این راهنما را نقض کرده‌اند، نباید برای انتشار پذیرفته شوند.(کد30).
6.  روش پژوهش نباید با ارزش‌های احتماعی، فرهنگی و دینی  جامعه در تناقض باشد (31).

ندارد.

نانو ذرات دی ­­­اکسید­ تیتانیوم مغناطیسی، آنتی ­بیوتیک مترونیدازول، فرآیند فوتوکاتالیستی

1.            Dimitrakopoulou D, Rethemiotaki I, Frontistis Z, Xekoukoulotakis NP, Venieri D, Mantzavinos D. Degradation, mineralization and antibiotic inactivation of amoxicillin by UV-A/TiO 2 photocatalysis. Journal of environmental management. 2012;98:168-74.

2.         Fakhri A, Adami S. Adsorption and thermodynamic study of Cephalosporins antibiotics from aqueous solution onto MgO nanoparticles. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2014;45(3):1001-6.

3.         Liu H, Liu W, Zhang J, Zhang C, Ren L, Li Y. Removal of cephalexin from aqueous solutions by original and Cu (II)/Fe (III) impregnated activated carbons developed from lotus stalks Kinetics and equilibrium studies. Journal of hazardous materials. 2011;185(2):1528-35.

4.         Jung YJ, Kim WG, Yoon Y, Kang J-W, Hong YM, Kim HW. Removal of amoxicillin by UV and UV/H 2 O 2 processes. Science of the Total Environment. 2012;420:160-7.

5.            Fazlzadeh M, Gulshan S, Bohloul A, Rezaei M. Evaluation of Electro-Fenton Process in Amoxicillin Removal from Aqueous Solutions. Journal of Health. 2016;7(3):276-87.

6.            Elmolla ES, Chaudhuri M. Photocatalytic degradation of amoxicillin, ampicillin and cloxacillin antibiotics in aqueous solution using UV/TiO 2 and UV/H 2 O 2/TiO 2 photocatalysis. Desalination. 2010;252(1):46-52.

7.         Kakavandi B, Rezaei Kalantary R, Jonidi Jafari A, Esrafily A, Gholizadeh A, Azari A. Efficiency of powder activated carbon magnetized by Fe3O4 nanoparticles for amoxicillin removal from aqueous solutions: Equilibrium and kinetic studies of adsorption process. Iranian Journal of Health and Environment. 2014;7(1):21-34.

8.         Samarghandi M, Asgari G, Chavoshi S, Ghavami Z, Mehralipour J. Performance of Catalytic Ozonation by Fe/MgO Nanoparticle for Degradation of Cefazolin from Aqueous Environments. Journal of Mazandaran University of Medical Sciences. 2015;25(128):77-90.

9.            میرزایی, امین, سرافراز, منصور, حیدری, معظم ا. بررسی اثر بازدارندگی آنتی بیوتیک مترونیدازول قبل و بعد از فرایند اکسیداسیون پیشرفته UV254/H2O2بر فعالیت متان‌سازی ویژه بیومس بیهوازی. فصلنامه سلامت و محیط زیست. 2015;7(4):481-90.

10.         اسرافیلی, علی, خسروی, سعیده, غلامی, میترا, et al. حذف فوتوکاتالیستی آنتی بیوتیک مترونیدازول، با استفاده از نانوکاتالیست مغناطیسی TiO2 (Fe3O4@ SiO2@ TiO2): سنتز، تعیین مشخصات، و پارامتر های بهره برداری. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران.2018: 27(159).

11.         Ahmed MJ, Theydan SK. Fluoroquinolones antibiotics adsorption onto micro porous activated carbon from lignocellulosic biomass by microwave pyrolysis. J Taiwan Inst Chem E. 2014;45(1):219–26.

12.         Calsito V, Ferreira CIA, Oliveria JABP, Otero M, Esteves VI. Adsorptive removal of Pharmaceuticals from water by commercial and waste-based carbons. J Environ Manage. 2015;152:83-90.

13.         Ada K, Ergene A, Tan S, Yalçın E. Adsorption of Remazol Brilliant Blue R using ZnO fine powder: Equilibrium, kinetic and thermodynamic modeling studies. Journal of hazardous materials. 2009;165(1-3):637-44.

14.         Crittenden JC, Trussell RR, Hand DW, Howe KJ, Tchobanoglous G. MWH's water treatment: principles and design: John Wiley & Sons; 2012.

15.         Mosqueda-Jimenez D, Huck P. Fouling analysis of ultrafiltration and nanofiltration membranes. Water Practice and Technology. 2006;1(4):wpt2006085.

16. Lin L, Wang H, Jiang W, Mkaouar AR, Xu P. Comparison study on photocatalytic oxidation of pharmaceuticals by TiO2-Fe and TiO2-reduced graphene oxide nanocomposites immobilized on optical fibers. Journal of Hazardous Materials. 2017 /07/05/;333:162-8.

17.       Fei J, Li J. Controlled preparation of porous TiO2–Ag nanostructures through supramolecular assembly for plasmon‐enhanced photocatalysis. Advanced Materials. 2015;27(2):314-9.

18.       Lin L, Wang H, Jiang W, Mkaouar AR, Xu P. Comparison study on photocatalytic oxidation of pharmaceuticals by TiO2-Fe and TiO2-reduced graphene oxide nanocomposites immobilized on optical fibers. Journal of Hazardous Materials. 2017 /07/05/;333:162-8.

19.       Moradi V, Jun MBG, Blackburn A, Herring RA. Significant improvement in visible light photocatalytic activity of Fe doped TiO2 using an acid treatment process. Applied Surface Science. 2018/01/01/;427:791-9.

20.       Panda D, Manickam S. Recent advancements in the sonophotocatalysis (SPC) and doped-sonophotocatalysis (DSPC) for the treatment of recalcitrant hazardous organic water pollutants. Ultrasonics Sonochemistry. 2017/05/01/;36:481-96.

21.       Rehman S, Ullah R, Butt AM, Gohar ND. Strategies of making TiO2 and ZnO visible light active. Journal of Hazardous Materials. 2009/10/30/;170(2):560-9.

22.         Carp O, Huisman CL, Reller A. Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Progress in Solid State Chemistry. 2004/01/01/;32(1):33-177.

23.         Chang JA, Vithal M, Baek IC, Seok SI. Morphological and phase evolution of TiO2 nanocrystals prepared from peroxotitanate complex aqueous solution: Influence of acetic acid. Journal of Solid State Chemistry. 2009/04/01/;182(4):749-56.

24.       Tryba B. Increase of the Photocatalytic Activity of TiO. International Journal of Photoenergy. 2008.

• 25.         احرام پوش م، موسوی غ، قانعیان م، رحیمی س. حذف رنگ متیلن بلو از فاضلاب سنتیک نساجی بااستفاده از فرآیند فتوکاتالیستی UV-C/ TiO₂:همایش بهداشت محیط ایران. 13-11 آبانماه 1389 کرمان، تالار فارابی.
• 26.         شکری م، حسینی م، نجار ر، یاوری م . مطالعه حذف فتوکاتالیستی آنتی بیوتیک پنی سیلین در محلول آبی با استفاده از نانو ذرات TiO₂ تحت تابش Uv . اولین کنفرانس ملی علوم و فناوری نانو یزد، دانشگاه پیام نور یزد، سازمان علمی دانشجویی مهندسی برق . 1389؛502-506.
• 27.         حسینی م، محوی ا، صفری غ، کمانی ح . بررسی کارایی فرایند نانو سونوکاتالیستی با استفاده از نانو ذرات  TiO₂در حذف آنتی بیوتیک تتراسایکلین از محلول آبی . فصلنامه سلامت و محیط . 1394؛8(2):141-152.
• 28.         میرزایی ع، سرافراز م، حیدری م، احمد معظم م، امین م. بررسی اثر بازدارندگی آنتی بیوتیک مترونیدازول قبل و بعد از فرایند اکسیداسیون پیشرفته  UV₂₅₄/H₂O₂بر فعالیت متان سازی ویژه بیومس بی هوازی مجله سلامت و محیط، فصلنامه ی علمی پژوهی انجمن علمی بهداشت محیط ایران. دوره هفتم،شماره چهارم،زمستان 1393، صفحات 481 تا 490 .
• 29.         صید محمدی ع،عسگری ق،ترابی ل.حذف مترونیدازول با استفاده از پرسولفات فعال شده با ازن در حضور امواج فراصوت در محیط های آبی.مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران .دوره بیست وششم، شماره 143،آذر سال 1395(173-160).
• 30.         Álvarez PM, Jaramillo J, López-Piñero F, Plucinski PK Preparation and characterization of magnetic TiO2 nanoparticles and their utilization for the degradation of emerging pollutants in water. Applied Catalysis B: Environmental. 2010 2010/10/11/;100(1):338-45.
• 31.         Kümmerer K.. Significance of antibiotics in the environment. J Antimicrob Chemoth. 2003;52:5-7.
• 32.         کمانی حسین، ناصری سیمین، نبی زاده رامین و همکاران. اکسیداسیون سونوکاتالیستی رنگ راکتیو بلو 29 توسط نانو ذرات N-doped TiO2 از محیط آبی.مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران. دوره بیست و هشتم،شماره 166،آبان سال1396،(157-169).

تعیین کارایی حذف فوتوکاتالیستی مترونیدازول با استفاده از نانوذرات مغناطیسی (Fe-doped TiO2@Fe3O4) از محلول­های آبی.

هدف از انجام این مطالعه سنتز نانوذرات دی اکسید تیتانیوم دابد شده با یون آهن است که دارای گاف انرژی کمتری نسبت به دی اکسید تیتانیوم خالص است و همچنین دارای خاصیت مغناطیسی خوبی جهت جداسازی این نانوذرات از محلول می­باشد تا استفاده از این نانوذرات را در محیط آزمایشگاهی و همین طور تصفیه خانه های آب و فاضلاب راحتر سازد.

ندارد

هدف از انجام این مطالعه سنتز نانوذرات دی اکسید تیتانیوم دابد شده با یون آهن است که دارای گاف انرژی کمتری نسبت به دی اکسید تیتانیوم خالص است و همچنین دارای خاصیت مغناطیسی خوبی جهت جداسازی این نانوذرات از محلول می­باشد تا استفاده از این نانوذرات را در محیط آزمایشگاهی و همین طور تصفیه خانه های آب و فاضلاب راحتر سازد.

ندارد

ندارد

82,620,000ریال

ندارد

ندارد

پرسشها تماما در حیطه آزمایشگاهی میباشد

ندارد

چون کار در حیطه آزمایشگاهی میباشد به رضایت نامه اگاهانه که برای کار آزمودنی انسانی نیاز هست، احتیاج ندارد.

ندارد