مجله آب و فاضلاب

مجله آب و فاضلاب

کاربرد نانوصفحات کربن نیترید گرافیتی با سطح ویژه افزایش یافته برای تخریب فتوکاتالیستی آنتی بیوتیک سیپروفلوکساسین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه سمنان، ایران
10.22093/wwj.2026.604326.3583
چکیده
مقدمه: در این پژوهش، به‌منظور بهبود عملکرد فوتوکاتالیستی کربن نیترید گرافیتی (g-C3N4) در تخریب فتوکاتالیستی آنتی‌بیوتیک سیپروفلوکساسین (CIP) به‌عنوان یک آلاینده محیط‌زیست، راهبردی مبتنی بر تغییر شرایط سنتز به کار گرفته شد.

مواد و روش‌ها: نمونه‌های کربن نیترید گرافیتی با استفاده از پیش‌ماده‌های ملامین و اوره با نسبت وزنی ۸۰ به ۲۰ و از طریق فرایند کلسیناسیون در دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۳ ساعت، با نرخ گرمایش ۵ درجه سانتی‌گراد بر دقیقه، تحت اتمسفرهای دی‌اکسیدکربن و نیتروژن با نرخ جریان ۲۰ میلی‌لیتر بر دقیقه سنتز شدند. به‌منظور بررسی تأثیر ترکیب پیش‌ماده و نوع اتمسفر، نمونه‌های شاهد نیز با استفاده از ملامین خالص در شرایط مشابه تهیه شدند. ویژگی‌های ساختاری، ریخت‌شناسی، سطحی و نوری نمونه‌ها با استفاده از آزمون‌های XRD، FTIR، FE-SEM، BET، UV–Vis DRS و PL بررسی شد.

نتایج و بحث: کارایی فوتوکاتالیستی نمونه‌های سنتز شده در تخریب آنتی‌بیوتیک سیپروفلوکساسین تحت تابش نور مرئی ارزیابی شد. نتایج نشان داد که در شرایط بهینه (دوز فوتوکاتالیست g/L 8/0؛ غلظت سیپروفلوکساسین mg/L 20؛pH برابر ۵؛ زمان تابش ۱۲۰ دقیقه) نمونه MUC بالاترین راندمان را ارائه داده و در مدت‌زمان ۱۲۰ دقیقه بیش از ۹۸% آنتی‌بیوتیک سیپروفلوکساسین را تخریب کرد. تحلیل سینتیکی بیانگر تبعیت فرایند از مدل شبه‌مرتبه اول بود و با افزایش غلظت اولیه سیپروفلوکساسین، نرخ تخریب کاهش یافت. آزمایش‌های پایداری و قابلیت بازیافت نیز نشان دادند که کاتالیست پس از چند چرخه متوالی فعالیت بالای خود را حفظ کرده و ساختار آن بدون تغییر باقی‌مانده است.

نتیجه‌گیری: این نتایج نشان می‌دهد که تنظیم شرایط سنتز و ترکیب پیش‌ماده رویکردی کارآمد برای ارتقای کارایی فوتوکاتالیستی g-C3N4 در تخریب آلاینده‌های دارویی پایدار است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Utilization of Graphitic Carbon Nitride Nanosheets with Enhanced Surface Area for Photocatalytic Degradation of Ciprofloxacin

نویسنده English

Nooshin Bijari
Department of Biology, Faculty of Basic Science, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده English

Introduction: In this study, a synthesis strategy was employed to enhance the photocatalytic performance of graphitic carbon nitride (g-C3N4) for the degradation of the antibiotic ciprofloxacin (CIP) as an environmental pollutant.

Materials and Methods: Graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) samples were synthesized using melamine and urea precursors at a weight ratio of 80:20 through calcination at 550 °C for 3 h, with a heating rate of 5 °C/min, under CO₂ and N₂ atmospheres at a gas flow rate of 20 mL/min. To investigate the effects of precursor composition and calcination atmosphere, reference samples were also prepared using pure melamine under similar conditions. The structural, morphological, surface, and optical properties of the synthesized samples were characterized using XRD, FTIR, FE-SEM, BET, UV–Vis DRS, and PL analyses.

Results and Discussions: The photocatalytic activity of the synthesized samples was evaluated for ciprofloxacin degradation under visible-light irradiation. Results showed that under optimized conditions (catalyst dosage = 0.8 g/L; ciprofloxacin concentration = 20 mg/L; pH = 5; irradiation time = 120 min), the MUC sample exhibited the highest efficiency, removing more than 98% of ciprofloxacin within 120 minutes. Kinetic analysis indicated that the degradation followed pseudo-first-order kinetics, with the reaction rate decreasing at higher initial pollutant concentrations. Reusability and stability tests further confirmed that the catalyst retained its high activity and structural integrity after multiple cycles.

Conclusions: These findings demonstrate that tuning the synthesis conditions and precursor composition is an effective approach to enhance the photocatalytic performance of g-C3N4 for the removal of persistent pharmaceutical contaminants.

کلیدواژه‌ها English

One-step synthesis
Graphitic carbon nitride (g-C3N4)
Ciprofloxacin (CIP)
Photocatalytic degradation
Wastewater treatment

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 14 آبان 1405