مروری برحذف پنی سیلین با فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته از محیط های آبی

مروری برحذف پنی سیلین با فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته از محیط های آبی

Penicillin removal from the aqueous environment based on AOPs methods.Areviwe

وجود آنتی بیوتیک ها در محیط های آبی به عنوان یک مشکل نوظهور در نظر گرفته می شود.

(1, 2, 3)بیش از 60 درصد از این ترکیبات در بدن انسان یا حیوان تجزیه نشده باقی می مانند و عمدتاً به عنوان مواد فعال حذف می شوند. (4, 5).

در میان بیش از 200 آنتی بیوتیکی که برای درمان عفونت ها استفاده می شود، پنی سیلین (PEN) یکی از بتالاکتام ها است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد  پنی سیلین ها جزو اولین داروهایی بودند که برای درمان بیماری های ناشی از باکتری های بیماری زا تولید شدند و هنوز هم به طور گسترده تجویز می شوند.به ترتیب 95 و 81 سال از کشف پنی سیلین توسط فلمینگ و استفاده گسترده بالینی آن می گذرد، اما هنوز هم یکی از رایج ترین آنتی بیوتیک های تجویز شده در جامعه بشری است. (7، 8). اختلالات اکولوژیکی ناشی از ظهور آنتی بیوتیک ها در منابع آبی از جمله سمیت جلبک ها و اختلال در پایداری اکوسیستم از طریق تکثیر باکتری های مقاوم، منجر به در نظر گرفتن استانداردهای سختگیرانه برای ورود این آلاینده های آلی به ورودی آب ها شده است. (6, 7, 8). با گسترش بیماری های عفونی، تولید آنتی بیوتیک های مختلف نیز افزایش یافته است (9). بنابراین، تصفیه ناکارآمد پساب های حاوی این ترکیبات می تواند پیامدهای فاجعه باری برای محیط زیست از جمله کیفیت نامطلوب آب داشته باشد. (10, 11). عوامل متعددی از جمله راندمان بالای این آنتی بیوتیک در درمان عفونت های باکتریایی و به دلیل کارایی بالا در درمان عفونت های باکتریایی و هزینه مناسب،  باعث شده مصرف پنی سیلین سالانه بیش از 20000 تن است.(12, 13, 14).

روش‌های تصفیه معمولی نمی‌توانند آنتی‌بیوتیک‌ها از جمله پنی‌سیلین را به‌طور مؤثری حذف کنند (15). در راستای پایداری محیطی و برای از بین بردن پنی سیلین، محققان از روش های مختلفی از جمله جذب استفاده می کنند (16, 17), جداسازی با فیلترها(18), فرایندهای بیولوژیکی(19), شناورسازی در هوای محلول(20, 21) الکترولیز(22, 23),  اکسیداسیون(24), وتجزیه بیولوژیکی(25).

پروژه های تحقیقاتی متعددی در دهه های اخیر در زمینه حذف آنتی بیوتیک هایی مانند پنی سیلین از فاضلاب انجام شده است. این مطالعات نشان داده اند که این روش در از بین بردن آنتی بیوتیک ها بسیار موثر است. علاوه بر این، روش‌های مدرن تصفیه فاضلاب که از تکنیک‌های اکسیداسیون پیشرفته استفاده می‌کنند به دلیل مشکلات عملیاتی و هزینه بالای روش‌های مرسوم ترجیح داده می‌شوند.(26, 27, 28) فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOP) روش های حذف فیزیکوشیمیایی هستند که در دهه های اخیر برای تصفیه آلاینده های آلی مانند آنتی بیوتیک ها در آب آشامیدنی و فاضلاب مورد استفاده قرار گرفته اند.(29, 30). قدرت اکسیداسیون رادیکال هیدروکسیل بسیار بیشتر از عوامل اکسید کننده معمولی است (31). این واکنش تا زمانی ادامه می یابد که مواد به طور کامل معدنی شوند. واکنش در دما و فشار متوسط رخ می دهد و به مواد انتخابی آسیبی نمی رساند. علاوه بر این، می تواند تقریباً همه انواع مواد آلی را بدون محدودیت در ترکیب یا گروه آنها اکسید کند(32). تخریب رادیکال ترکیبات آلی توسط رادیکال های تولید شده در فرآیند AOP تسریع می شود (33). اولتراسوند یک فرآیند غیرشیمیایی امیدوارکننده برای تجزیه آنتی بیوتیک ها است. از امواج صوتی با فرکانس بالا برای ایجاد OH و پیرولیز بدون کاتالیزور یا اکسیدان استفاده می کند. تخریب آنتی بیوتیک ها در این روش بر اساس برهمکنش امواج صوتی با فرکانس بالا با محیط آبی برای تولید OH یا از طریق پیرولیز است. (34, 35). از آنجایی که هیچ گونه بررسی جامعی در قالب  مقاله مروری در مورد حذف پنی سیلین بر اساس اکسیداسیون پیشرفته منتشر نشده است، این بررسی برای اولین بار برای پوشش شکاف ناشی از کمبود بررسی دقیق این موضوع بسیار مهم با هدف شناسایی روش های اکسیداسیون پیشرفته برای حذف این آنتی بیوتیک است.که در آن با تعیین عوامل موثر در حذف پنی سیلین، معایب و مزایای هر روش، مکانیسم تخریب این آنتی بیوتیک و مطالعات سینتیکی، رویکردی انتقادی خواهد داشت.

1.  عوامل موثر بر حذف پنی سیلین در روش اکسیداسیون پیشرفته کدامند؟
2. تاثیر هریک ازپارامترهای غلظت اولیه ، زمان، دما، pH  بر حذف پنی سیلین چه مقدار است؟
3. راندمان روش های مختلف در حذف پنی سیلین چه مقدار است؟

بازبینی و تعیین روشهای حذف پنی سیلین با فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته از محیط های آبی

1. تعیین عوامل موثر بر حذف پنی سیلین در روش اکسیداسیون پیشرفته
2. تعیین تاثیر هریک ازپارامترهای غلظت اولیه ، زمان، دما، pH  بر حذف پنی سیلین
3. مقایسه راندمان روش های مختلف در حذف پنی سیلین

مقایسه نتایج مقالات چاپ شده و پیشنهادات یا حذف اجرائی کردن آنها

سازمان حفاظت محیط زیست ، دانشگاه علوم پزشکی ، موسسات و مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی 

پنی سیلین :دسته‌ای از آنتی‌بیوتیک‌ها شامل پنی‌سیلین جی (به صورت تزریق وریدی)، پنی‌سیلین وی (به صورت خوراکی)، پروکائین بنزیل‌پنی‌سیلین و بنزاتین بنزیل‌پنی‌سیلین (به صورت تزریق ماهیچه‌ای) است. پنی‌سیلین‌ها از نخستین داروهای ساخته شده جهت درمان بیماری‌های ناشی از باکتری‌های بیماری‌زا هستند.

تجربی- تحلیلی

مقالات مرتبط با حذف پنی سیلین و مشتقات آن توسط فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته

مقالات مرتبط با Aop

پس از جستجودر منابع مختلف تمام مقالات مرتبط با پنی سیلین و اکسیداسیون پیشرفته غربالگری شده و پس از مطالعه برایند کاملی از مطالعات نگارش می شود.

سرچ از منابع معتبر

جستجوی اینترنتی در پایگاه های معتبر علمی

مطالعه حاضر یک مطالعه مروری است با هدف بازبینی و تعیین روشهای حذف پنی سیلین با فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته از محیط های آبی طی چند سال اخیر به بیان ساده نقش عوامل محیطی مختلف همچون غلظت اولیه ، دما ، زمان ، pH  می پردازد.

برای دستیابی به مقالات مورد نظردر زمینه یافته های مربوطه به خصوصیات آنتی بیوتیک از پایگاه های اطلاعاتی ،

PubMed, Medline, Google Scholar, ، و دیگر مراجع معتبر جهان استفاده خواهد شد. برای جمع آوری اطلاعات در مورد آنتی بیوتیک پنی سیلین در محیط های آبی از لحاظ محتوایی کلمات کلیدی در پایگا های موردنظر جستجو خواهد شد.

پس از جستجودر منابع مختلف تمام مقالات مرتبط با پنی سیلین و اکسیداسیون پیشرفته غربالگری شده و بررسی های آماری انجام خواهد گرفت.

کدهای انتهای دفترچه آزمودنی 28-29-30-31 مورد استفاده قرار می گیرد.

این یک مطالعه مروری است و محدودیت خاصی ندارد.

پنی سیلین، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته، محیط های آبی

1.         Le-Minh N, Khan S, Drewes J, Stuetz R. Fate of antibiotics during municipal water recycling treatment processes. Water research. 2010;44(15):4295-323.

2.         Fuoco D. Classification framework and chemical biology of tetracycline-structure-based drugs. Antibiotics. 2012;1(1):1.

3.         Klavarioti M, Mantzavinos D, Kassinos D. Removal of residual pharmaceuticals from aqueous systems by advanced oxidation processes. Environment international. 2009;35(2):402-17.

4.         Choi K-J, Kim S-G, Kim S-H. Removal of antibiotics by coagulation and granular activated carbon filtration. Journal of hazardous materials. 2008;151(1):38-43.

5.         Chee-Sanford JC, Aminov R, Krapac IJ, Garrigues-Jeanjean N, Mackie RI. Occurrence and diversity of tetracycline resistance genes in lagoons and groundwater underlying two swine production facilities. Applied and environmental microbiology. 2001;67(4):1494-502.

6.         Schmitt H, Stoob K, Hamscher G, Smit E, Seinen W. Tetracyclines and tetracycline resistance in agricultural soils: microcosm and field studies. Microbial ecology. 2006;51:267-76.

7.         Kümmerer K. Antibiotics in the aquatic environment–a review–part I. Chemosphere. 2009;75(4):417-34.

8.         Young S, Juhl A, O'Mullan GD. Antibiotic-resistant bacteria in the Hudson River Estuary linked to wet weather sewage contamination. Journal of water and health. 2013;11(2):297-310.

9.         Kord Mostafapour F, Bazrafshan E, Belarak D, Khoshnamvand N. Survey of Photo-catalytic degradation of ciprofloxacin antibiotic using copper oxide nanoparticles (UV/CuO) in aqueous environment. Journal of Rafsanjan University of Medical Sciences. 2016;15(4):307-18.

10.       Wang P, Liu H, Fu H, Cheng X, Wang B, Cheng Q, et al. Characterization and mechanism analysis of penicillin G biodegradation with Klebsiella pneumoniae Z1 isolated from waste penicillin bacterial residue. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2015;27:50-8.

11.       Norzaee S, Taghavi M, Djahed B, Mostafapour FK. Degradation of Penicillin G by heat activated persulfate in aqueous solution. Journal of environmental management. 2018;215:316-23.

12.       Ma Q, Zhang H, Guo R, Li B, Zhang X, Cheng X, et al. Construction of CuS/TiO2 nano-tube arrays photoelectrode and its enhanced visible light photoelectrocatalytic decomposition and mechanism of penicillin G. Electrochimica Acta. 2018;283:1154-62.

13.       Zhou X, Liu D, Zhang Y, Chen J, Chu H, Qian Y. Degradation mechanism and kinetic modeling for UV/peroxydisulfate treatment of penicillin antibiotics. Chemical Engineering Journal. 2018;341:93-101.

14.       Hosseini A, Faghihian H. Photocatalytic degradation of benzothiophene by a novel photocatalyst, removal of decomposition fragments by MCM-41 sorbent. Research on Chemical Intermediates. 2019;45(4):2383-401.

15.       Joss A, Zabczynski S, Göbel A, Hoffmann B, Löffler D, McArdell CS, et al. Biological degradation of pharmaceuticals in municipal wastewater treatment: proposing a classification scheme. Water research. 2006;40(8):1686-96.

16.       Ahmadi S, Banach A, Mostafapour FK, Balarak D. Study survey of cupric oxide nanoparticles in removal efficiency of ciprofloxacin antibiotic from aqueous solution: adsorption isotherm study. Desalin Water Treat. 2017;89(89):297-303.

17.       Ahmadi S, Mohammadi L, Igwegbe CA, Rahdar S, Banach AM. Application of response surface methodology in the degradation of Reactive Blue 19 using H 2 O 2/MgO nanoparticles advanced oxidation process. International Journal of Industrial Chemistry. 2018;9:241-53.

18.       Wang P, Lim T-T. Membrane vis-LED photoreactor for simultaneous penicillin G degradation and TiO2 separation. Water research. 2012;46(6):1825-37.

19.       Yazdi M, Sayadi MH, Farsad F. Removal of penicillin in aqueous solution using chlorella vulgaris and spirulina platensis from hospital wastewater. Desalin Water Treat. 2018;123:315-20.

20.       Ahmadi S, Mostafapour F. Survey of efficiency of dissolved air flotation in removal penicillin G potassium from aqueous solutions. British Journal of Pharmaceutical Research. 2017;15(3):1-11.

21.       Kord Mostafapoor F, Ahmadi S, Balarak D, Rahdar S. Comparison of dissolved air flotation process for aniline and penicillin G removal from aqueous solutions. Avicenna Journal of Clinical Medicine. 2017;23(4):360-9.

22.       Peterson JW, Petrasky LJ, Seymour MD, Burkhart RS, Schuiling AB. Adsorption and breakdown of penicillin antibiotic in the presence of titanium oxide nanoparticles in water. Chemosphere. 2012;87(8):911-7.

23.       Homem V, Santos L. Degradation and removal methods of antibiotics from aqueous matrices–a review. Journal of environmental management. 2011;92(10):2304-47.

24.       Martinez JL. Environmental pollution by antibiotics and by antibiotic resistance determinants. Environmental pollution. 2009;157(11):2893-902.

25.       Watkinson A, Murby E, Costanzo S. Removal of antibiotics in conventional and advanced wastewater treatment: implications for environmental discharge and wastewater recycling. Water research. 2007;41(18):4164-76.

26.       Lee Y, Von Gunten U. Oxidative transformation of micropollutants during municipal wastewater treatment: Comparison of kinetic aspects of selective (chlorine, chlorine dioxide, ferrateVI, and ozone) and non-selective oxidants (hydroxyl radical). Water research. 2010;44(2):555-66.

27.       Robinson T, McMullan G, Marchant R, Nigam P. Remediation of dyes in textile effluent: a critical review on current treatment technologies with a proposed alternative. Bioresource technology. 2001;77(3):247-55.

28.       Forgacs E, Cserháti T, Oros G. Removal of synthetic dyes from wastewaters: a review. Environment international. 2004;30(7):953-71.

29.       Rubio-Clemente A, Torres-Palma RA, Peñuela GA. Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons in aqueous environment by chemical treatments: a review. Science of the total environment. 2014;478:201-25.

30.       De la Cruz N, Esquius L, Grandjean D, Magnet A, Tungler A, De Alencastro L, et al. Degradation of emergent contaminants by UV, UV/H2O2 and neutral photo-Fenton at pilot scale in a domestic wastewater treatment plant. Water research. 2013;47(15):5836-45.

31.       Tekin H, Bilkay O, Ataberk SS, Balta TH, Ceribasi IH, Sanin FD, et al. Use of Fenton oxidation to improve the biodegradability of a pharmaceutical wastewater. Journal of hazardous materials. 2006;136(2):258-65.

32.       Comninellis C, Kapalka A, Malato S, Parsons SA, Poulios I, Mantzavinos D. Advanced oxidation processes for water treatment: advances and trends for R&D. Journal of Chemical Technology & Biotechnology: International Research in Process, Environmental & Clean Technology. 2008;83(6):769-76.

33.       Velegraki T, Mantzavinos D. Solar photo-Fenton treatment of winery effluents in a pilot photocatalytic reactor. Catalysis Today. 2015;240:153-9.

34.       Kıdak R, Doğan Ş. Medium-high frequency ultrasound and ozone based advanced oxidation for amoxicillin removal in water. Ultrasonics sonochemistry. 2018;40:131-9.

35.       Serna-Galvis EA, Silva-Agredo J, Giraldo-Aguirre AL, Flórez-Acosta OA, Torres-Palma RA. High frequency ultrasound as a selective advanced oxidation process to remove penicillinic antibiotics and eliminate its antimicrobial activity from water. Ultrasonics sonochemistry. 2016;31:276-83.

36.       Kamranifar M, Al-Musawi TJ, Amarzadeh M, Hosseinzadeh A, Nasseh N, Qutob M, et al. Quick adsorption followed by lengthy photodegradation using FeNi3@ SiO2@ ZnO: A promising method for complete removal of penicillin G from wastewater. Journal of Water Process Engineering. 2021;40:101940.

37.       Anushiravani A, Samaei MR, Ahmadi M, Nasseri S, Dehghani M. Removal of penicillin G from aqueous phase by Fe+ 3-TiO2/UV-A process. 2014.

38.       Liu X, Guo Z, Zhou L, Yang J, Cao H, Xiong M, et al. Hierarchical biomimetic BiVO4 for the treatment of pharmaceutical wastewater in visible-light photocatalytic ozonation. Chemosphere. 2019;222:38-45.

39.       Moreira NF, Orge CA, Ribeiro AR, Faria JL, Nunes OC, Pereira MFR, et al. Fast mineralization and detoxification of amoxicillin and diclofenac by photocatalytic ozonation and application to an urban wastewater. Water research. 2015;87:87-96.

40.       Ayodele O, Lim J, Hameed B. Pillared montmorillonite supported ferric oxalate as heterogeneous photo-Fenton catalyst for degradation of amoxicillin. Applied catalysis a: general. 2012;413:301-9.

ندارد