بررسی حذف آنتی‌بیوتیک تتراسایکلین از محلول آبی با استفاده از جاذب کک پیرولیزی اصلاح شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد، گروه بیوتکنولوژی دارویی، دانشکده داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی تبریز، تبریز، ایران

چکیده

ترکیبات دارویی به‌طور گسترده در درمان بیماری‌ها استفاده می‌شوند و از این میان، آنتی‌بیوتیک‌ها پرمصرف‌ترین گروه دارویی هستند. حضور این ترکیبات در محیط‌زیست، خطر جدی برای سلامت جهانی محسوب می‌شود. هدف از این پژوهش، دستیابی به نرخ حذف بالای آنتی‌بیوتیک تتراسایکلین از محلول آبی، با استفاده از کک پیرولیزی اصلاح شده توسط اوره به‌عنوان پسماند جامد کربنی صنایع پتروشیمی و بهینه‌سازی فرایند جذب بود. خصوصیات و مشخصه‌های جاذب توسط آنالیزهای SEM، XRD، FTIR، BET و EDX تعیین شد. در دمای محیط (۲۵ درجه سلسیوس)، تأثیر عوامل مؤثر بر جذب سطحی از جمله مقدار جاذب، pH محلول، زمان تماس و غلظت اولیه آلاینده بررسی شد. بر اساس نتایج حاصل، مشخص شد که میزان بهینه و بیشینه جذب داروی تتراسایکلین در pH برابر با ۵، مقدار جاذب ۳ گرم در لیتر، غلظت اولیه آلاینده ۵۰ میلی‌گرم در لیتر و زمان تماس ۹۰ دقیقه رخ می‌دهد و این مقدار بهینه برابر ۳۲/۹۶ درصد به‌دست آمد. بر اساس نتایج آنالیز SEM و BET، مشخص شد مرحله فعال‌سازی باعث افزایش تخلخل و ایجاد حفره‌های فراوان در سطح جاذب می‌شود. نتایج آنالیز FTIR مشخص کرد که جذب آنتی‌بیوتیک تتراسایکلین توسط گروه‌های آمینی مثبت‌کننده NH درسطح جاذب افزایش یافته است. همچنین فرایند جذب تتراسایکلین توسط جاذب اصلاح شده از مدل ایزوترم جذب تمکین و مدل سینتیک جذب شبه‌مرتبه دوم پیروی کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Removal of Tetracycline from Aqueous Solutions Using Modified Pyrolytic Coke Adsorbent Systems

نویسندگان [English]

  • Parisa Yousefian 1
  • Hassan Aghdasinia 2
  • Mohammad Saeid Hejazi 3
  • Ahmadreza Mohammadian Soodmand 1
1 MSc. Student, Dept. of Chemical Engineering, Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Assoc. Prof., Dept. of Chemical Engineering, Faculty of Chemical and Petroleum Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Prof., Dept. of Pharmaceutical Biotechnology, Faculty of Pharmacy, Tabriz University of Medical Sciences, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Pharmaceuticals are widely used in the treatment of diseases, and among them, antibiotics are the most widely used group of drugs. The presence of these compounds in the environment is a serious threat to global health. Common methods of removing antibiotics are photocatalytic processes, advanced oxidation, ozonation, and the use of sorbents. Adsorption processes are the most suitable option for removing drug compounds from aqueous media due to their high efficiency, simple system design, easy implementation and cost-effectiveness. The aim of this study was to use a new method to achieve a high removal rate of tetracycline antibiotics from aqueous solution, using a modified pyrolytic coke adsorbent and to optimize the adsorption process. The properties and characteristics of the adsorbents were determined by SEM, XRD, FTIR, BET and EDX analyses. At ambient temperature (25 ℃) the influence of effective factors such as adsorbent dose, solution pH, contact time and initial contaminant concentration were investigated. Based on the results, it was found that the optimal and maximum adsorption of tetracycline was occurred at pH=5, absorbent dose of 3 g/L, the initial concentration of 50 mg/L and the contact time of 90 minutes. This rate was equal to 96.32 percent. The results of FTIR analyses showed that the uptake of tetracycline by positive amine-NH groups was done at the adsorbent level. Also, the adsorption process of tetracycline by the modified adsorbent followed the Temkin adsorption isotherm model and the pseudo-second-order adsorption kinetics model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pyrolytic Coke
  • Tetracycline
  • Adsorption
  • Aqueous Solution
  • Modified Coke
Ding, C. & He, J. 2010. Effect of antibiotics in the environment on microbial populations. Applied Microbiology and Biotechnology, 87, 925-941.
Finley, R. L., Collignon, P., Larsson, D. J., Mcewen, S. A., Li, X. Z., Gaze, W. H., et al. 2013. The scourge of antibiotic resistance: the important role of the environment. Clinical Infectious Diseases, 57, 704-710.
Gao, Y., Li, Y., Zhang, L., Huang, H., Hu, J., Shah, S. M. et al. 2012. Adsorption and removal of tetracycline antibiotics from aqueous solution by graphene oxide. Journal of Colloid and Interface Science, 368, 540-546.
Hirsch, R., Ternes, T., Haberer, K. & Kratz, K. L. 1999. Occurrence of antibiotics in the aquatic environment. Science of the Total Environment, 225, 109-118.
Hoslett, J., Ghazal, H., Katsou, E. & Jouhara, H. 2021. The removal of tetracycline from water using biochar produced from agricultural discarded material. Science of the Total Environment, 751, 141755.
Jannat Abadi, M., Nouri, S., Zhiani, R., Heydarzadeh, H. & Motavalizadehkakhky, A. 2019. Removal of tetracycline from aqueous solution using Fe-doped zeolite. International Journal of Industrial Chemistry, 10, 291-300.
Kümmerer, K. 2009. Antibiotics in the aquatic environment–a review–part I. Chemosphere, 75, 417-434.
Larsson, D. J. 2014. Pollution from drug manufacturing: review and perspectives. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 369, 20130571.
Li, W., Shi, Y., Gao, L., Liu, J. & Cai, Y. 2013. Occurrence, distribution and potential affecting factors of antibiotics in sewage sludge of wastewater treatment plants in china. Science of the Total Environment, 445, 306-313.
Marzbali, M. H., Esmaieli, M., Abolghasemi, H. & Marzbali, M. H. 2016. Tetracycline adsorption by H3PO4-activated carbon produced from apricot nut shells: a batch study. Process Safety and Environmental Protection, 102, 700-709.
Moussavi, G., Alahabadi, A., Yaghmaeian, K. & Eskandari, M. 2013. Preparation, characterization and adsorption potential of the nh4cl-induced activated carbon for the removal of amoxicillin antibiotic from water. Chemical Engineering Journal, 217, 119-128.
Nandiyanto, A. B. D., Oktiani, R. & Ragadhita, R. 2019. How to read and interpret ftir spectroscope of organic material. Indonesian Journal of Science and Technology, 4, 97-118.
Poulopoulos, S. & Inglezakis, V. 2006. Adsorption, Ion Exchange and Catalysis: Design of Operations and Environmental Applications, Elsevier, Netherlands.
Roose-Amsaleg, C. & Laverman, A. M. 2016. Do antibiotics have environmental side-effects? impact of synthetic antibiotics on biogeochemical processes. Environmental Science and Pollution Research, 23, 4000-4012.
Rozrokh, J., Asghari Moghaddam, A. & Nadiri, A. A. 2017. Investigation of hydrogeochemical characteristics and qualitative classification of harzandat plain groundwater resources for various purposes, using hydrochemical methods. Journal of Environmental Science and Technology, 19, 77-92. (In Persian)
Sakintuna, B., Yürüm, Y. & Çetinkaya, S. 2004. Evolution of carbon microstructures during the pyrolysis of Turkish Elbistan lignite in the temperature range 700 − 1000 C. Energy and Fuels, 18, 883-888.
Tang, X., Ran, G., Li, J., Zhang, Z. & Xiang, C. 2021. Extremely efficient and rapidly adsorb methylene blue using porous adsorbent prepared from waste paper: kinetics and equilibrium studies. Journal of Hazardous Materials, 402, 123579.
Vu, T. H., Ngo, T. M. V., Duong, T. T. A., Nguyen, T. H. L., Mai, X. T., Pham, T. H. N., et al. 2020. Removal of tetracycline from aqueous solution using nanocomposite based on polyanion-modified laterite material. Journal of Analytical Methods in Chemistry. 2020, 6623511.
Wang, J. & Kaskel, S. 2012. Koh activation of carbon-based materials for energy storage. Journal of Materials Chemistry, 22, 23710-23725.
Xiang, J. & Yan, Z. 2020. Experimental study on tribological characteristics in coke powder lubrication. Advances in Mechanical Engineering, 12, 1687814020940454.
Zhang, D., Yin, J., Zhao, J., Zhu, H. & Wang, C. 2015. Adsorption and removal of tetracycline from water by petroleum coke-derived highly porous activated carbon. Journal of Environmental Chemical Engineering, 3, 1504-1512.
Zhang, J., Fu, D., Xu, Y. & Liu, C. 2010. Optimization of parameters on photocatalytic degradation of chloramphenicol using Tio2 as photocatalyist by response surface methodology. Journal of Environmental Sciences, 22, 1281-1289.
Zuccato, E., Castiglioni, S. & Fanelli, R. 2005. Identification of the pharmaceuticals for human use contaminating the italian aquatic environment. Journal of Hazardous Materials, 122, 205-209.