حذف آلاینده‌های دارویی با روش اکسیداسیون الکتروشیمیایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه پژوهشی شیمی و فرایند، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

2 استادیار، گروه پژوهشی شیمی و فرایند، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

چکیده

صنایع دارویی به‌دلیل تولید طیف گسترده‌ای از داروها، دارای پساب و فاضلاب دارویی در انواع مختلف سنتزی، شیمیایی، بیولوژیکی هستند. ورود این مواد به چرخه محیط‌زیست و زندگی انسان به‌شدت مضر بوده و خطرات جدی را به‌همراه خواهد داشت. ازاین‌رو، تصفیه فاضلاب دارویی در صنایع، اهمیت زیادی دارد. روش‌های گوناگونی در مقیاس صنعتی به‌منظور حذف آلاینده‌ها و پساب‌های دارویی وجود دارند که مابین این روش‌ها، روش‌های بر پایه الکتروشیمی و اکسیداسیون به‌دلیل توجیهات فنی- اقتصادی برای کاربردهای صنعتی و پزشکی بسیار مناسب هستند. در این پژوهش، با استفاده از فرایند اکسیداسیون، حذف آلاینده‌های موجود در پساب‌های دارویی، بررسی شد. به منظور بررسی و تعیین مشخصه داروهای پرمصرف (آسپرین، آتورواستاتین، متفورمین، مترونیدازول و ایبوپروفن) بر اساس آمارنامه رسمی پرفروش‌ترین داروها در سطح کشور در سال 95، با استفاده از دستگاه پتانسیواستات و با سل سه الکترودی، نمودار ولتامتری چرخه‌ای با نرخ روبش mV/s 100 انجام شده است تا شرایط اولیه و پیک‌های اکسیداسیون نمونه‌های دارویی، ارزیابی شود. سپس با استفاده از فرایند کرونوآمپرومتری (اعمال پتانسیل ثابت) داروهای موردنظر تحت فرایند اکسیداسیون الکتروشیمیایی (استفاده از سل سه الکترودی) قرار گرفتند و فرایند حذف دارو در نمونه‌های محلول و مایع انجام شد. در پایان روش کرونوآمپرومتری (حذف دارو)، نمونه دوباره تحت آزمون ولتامتری چرخه‌ای قرار گرفتند و سطح زیر پیک‌های اکسیداسیون نمونه محاسبه و با سطح زیر پیک اولیه قیاس شدند و به این ترتیب کارایی حذف دارو از نمونه‌ها (میزان حذف) تعیین شد. نتایج حاکی از آن است که این روش برای حذف داروهای منتخب دارای کارایی حذف بالا در حدود 70 درصد و به‌طور خاص برای نمونه آتوراستاتین، کارایی در حدود 100 درصد را از خود نشان داده است. لازم به‌ذکر است که زمان اکسیداسیون هر دارو با توجه به نوع دارو و غلظت داروی بررسی شده متفاوت است. در بیشتر موارد زمانی در حدود 100 تا 500 ثانیه برای حذف دارو کافی به نظر می‌رسد. پتانسیل اکسایش داروهای منتخب در گستره حدود V  8/0- قرار می‌گیرد. بنابراین این با توجه به نتایج به‌دست آمده این روش، صحت بالا و دقت کافی (RSD در حدود 2 درصد) دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Pharmaceutical Pollutants Removal by Using Electrochemical Oxidation Technique

نویسندگان [English]

  • Ehsan Niknam 1
  • Majid Ghahraman Afshar 2
  • Hossein Ghaseminejad 1
  • Mohsen Esamaeilpour 2
1 MSc. of Engineering, Dept. of Chemistry and Process Research, Niroo Research Institute (NRI), Tehran, Iran
2 Assist. Prof., Dept. of Chemistry and Process Research, Niroo Research Institute (NRI), Tehran, Iran
چکیده [English]

Pharmaceutical industries, due to the production of a wide range of drugs, have pharmaceutical effluents and wastewater in various types of synthetic, chemical, biological drugs, etc. The entry of these substances into the cycle of the environment and human life is extremely harmful and carries serious risks. Therefore, pharmaceutical wastewater treatment is of great importance in industry. There are various methods on an industrial scale to remove contaminants and pharmaceutical effluents, among them, electrochemical and oxidation-based methods are very suitable for industrial and medical applications due to technical-economic justification. In this study, the removal of contaminants in drug effluents was investigated using the oxidation process. In order to evaluate and determine the characteristics of high-consumption drugs (aspirin, atorvastatin, metformin, metronidazole, and ibuprofen), using a potentiostat device with a three-electrode cell, a cyclic voltammetric diagram with a 100 mV/s scanning rate was performed until the initial and peak conditions were reached. Oxidation of drug samples were evaluated. Then, using the chronoamperometry process (constant potential application), the drugs were subjected to an electrochemical oxidation process (using three-electrode cells), and the drug removal process was performed for insoluble and liquid samples. At the end of the chronoamperometry method (drug removal), the samples were again subjected to cyclic voltammetry test, and the level below the oxidation peaks of the sample was calculated and compared with the level below the initial peak, thus determining the removal efficiency of the sample (removal rate). The results indicate that this method has shown about 70% efficiency for removing selected drugs with a high removal efficiency and for the atorvastatin sample specifically, it was about 100%. It should be noted that the oxidation time of each drug varies according to the type of drug and the concentration of the drug under study. About 100 to 500 seconds seems to be enough to remove the drug in most cases. The oxidation potential of selected drugs is in the range of -0.8 V. Therefore, according to the results obtained, this method has high and sufficient accuracy (RSD about 2%).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wastewater
  • Drug Removal
  • Electrochemical Oxidation
  • Drug Pollutants
  • Chronoamperometry
  • Cyclic Voltammetry

مراجع

Abdollahzadeh Sharghi, E., Yadegari, F. & Davarpanah, L. 2021. Evaluation of the treatment of pharmaceutical industry wastewater using chemical and biological methods (case study: treatment of wastewater produced by production of Methadone and Capecitabine). Journal of Health, 12 (1), 7-24. (In Persian)
Afshar, M. G., Crespo, G. A. & Bakker, E. 2014. Counter electrode based on an ion-exchanger Donnan exclusion membrane for bioelectroanalysis. Biosensors and Bioelectronics, 61, 64-69.
Akpor, O. & Muchie, B. 2011. Environmental and public health implications of wastewater quality. African Journal of Biotechnology, 10, 2379-2387.
Cottrell, P. M. 2018. Reactor design for electrochemical oxidation of the persistent organic pollutant 1,
4-dioxane in groundwater. MSc Thesis, Colorado State University, USA.
Cuartero, M., Crespo, G. N. A., Ghahraman Afshar, M. & Bakker, E. 2014. Exhaustive thin-layer cyclic voltammetry for absolute multianalyte halide detection. Analytical Chemistry, 86, 11387-11395.
Deegan, A., Shaik, B., Nolan, K., Urell, K., Oelgemöller, M., Tobin, J., et al. 2011. Treatment options for wastewater effluents from pharmaceutical companies. International Journal of Environmental Science and Technology, 8, 649-666.
Droste, R. L. & Gehr, R. L. 2018. Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, John Wiley & Sons, Inc. Montreal, Canada.
Ellis, T. G. 2004. Chemistry of wastewater. Encyclopedia of Life Support System (EOLSS), 2, 1-10.
Fatemi, F., Dadkhah, A., Honardoost, M., Ebrahimi, M., Hedayati, M., Shadnoosh, M., et al. 2007. Mechanism of drug resistance in cancer. Research in Medicine, 31, 91-97. (In Persian)
Gadipelly, C., Pérez-gonzález, A., Yadav, G. D., Ortiz, I., Ibáñez, R., Rathod, V. K., et al. 2014. Pharmaceutical industry wastewater: review of the technologies for water treatment and reuse. Industrial and Engineering Chemistry Research, 53, 11571-11592.
Guo, Y., QI, P. & Liu, Y. 2017. A review on advanced treatment of pharmaceutical wastewater. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, IOP Publishing, China. 63(1), 012025.
Hajjizadeh, M., Jabbari, A., Heli, H., Moosavi-Movahedi, A. & Haghgoo, S. 2007. Electrocatalytic oxidation of some anti-inflammatory drugs on a nickel hydroxide-modified nickel electrode. Electrochimica Acta, 53(4), 1766-1774.
Jansod, S., Ghahraman Afshar, M., Crespo, G. A. & Bakker, E. 2016. Phenytoin speciation with potentiometric and chronopotentiometric ion-selective membrane electrodes. Biosensors and Bioelectronics, 79, 114-120.
Jarolimova, Z., Crespo, G. N. A., Xie, X., Ghahraman Afshar, M., Pawlak, M. & Bakker, E. 2014. Chronopotentiometric carbonate detection with all-solid-state ionophore-based electrodes. Analytical Chemistry, 86, 6307-6314.
Lee, A. H. & Nikraz, H. 2015. BOD: COD ratio as an indicator for river pollution. International Proceedings of Chemical, Biological and Environmental Engineering, 88, 89-94.
Legzdins, C. 2019. Efficient Treatment of Wastewater Using Electrochemical Cell. Google Patents. USA.
Longley, D. & Johnston, P. 2005. Molecular mechanisms of drug resistance. The Journal of Pathology: A Journal of the Pathological Society of Great Britain and Ireland, 205, 275-292.
Mahvi, A. & Mosaferi, M. 2005, Quantitative and qualitative study of wastewater in food and pharmaceutical industries of Greater Tehran. Journal of Environmental Science and Technology, 6(4), 87-100. (In Persian)
Møller, K. K., Jensen, N. M., Møller, T., Sund, C., Sundmark, K., Prühs, M., et al. 2018. Environmentally Friendly Treatment of Highly Potent Pharmaceuticals in Hospital Wastewater-Mermiss. Danish Environmental Protection Agency Pub., Københaven, Denmark.
Moulding, T., Dutt, A. K. & Reichman, L. B. 1995. Fixed-dose combinations of antituberculous medications to prevent drug resistance. Annals of Internal Medicine, 122, 951-954.
Murphy, O. J., Hitchens, G. D., Kaba, L. & Verostko, C. E. 1992. Direct electrochemical oxidation of organics for wastewater treatment. Water Research, 26, 443-451.
Ricci, E. D. & Legzdins, C. 2020. Method and Apparatus for Electrochemical Purification of Wastewater. Google Patents. USA.
Scherer, F. M. 2000. The Pharmaceutical Industry. In: Culyer, A. J. & New house, J. P. 2000. Handbook of Health Economics, 1, 1297-1336.
Siedlecka, E. M., Ofiarska, A., Borzyszkowska, A. F., Białk-bielińska, A., Stepnowski, P. & Pieczyńska, A. 2018. Cytostatic drug removal using electrochemical oxidation with BDD electrode: degradation pathway and toxicity. Water Research, 144, 235-245.
Soleimani, M., Ghahraman Afshar, M., Shafaat, A. & Crespo, G. A. 2013. High‐selective tramadol sensor based on modified molecularly imprinted polymer carbon paste electrode with multiwalled carbon nanotubes. Electroanalysis, 25, 1159-1168.
Soleimani, M., Ghaderi, S., Ghahraman Afshar, M. & Soleimani, S. 2012. Synthesis of molecularly imprinted polymer as a sorbent for solid phase extraction of bovine albumin from whey, milk, urine and serum. Microchemical Journal, 100, 1-7.
Tizghadam Ghazani, M. & Kazemi, M. J. 2019. Removal of carbamazepine by electrochemical peroxidation method and optimization of removal conditions. Journal of Water and Wastewater, 30(3), 39-48. (In Persian)
مجله آب و فاضلاب
دوره 33، شماره 4 - شماره پیاپی 141
مهر و آبان 1401
صفحه 71-81

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار