بررسی میزان کارآیی غشاء الیاف توخالی اولترافیلتراسیون پلی اترسولفون اصلاح شده با نانوفتوکاتالیست Black Ti3+/N-TiO2 تحت تابش نور مرئی در حذف سیپروفلوکساسین از محیط های آبی

Study on efficiency of PES hollow fiber ultrafiltration membrane modified with black Ti3+/N-TiO2 nanophotocatalyst under visible-light irradiation for removal of ciprofloxacin from aqueous solutions


چاپ صفحه
پژوهان
صفحه نخست سامانه
مجری و همکاران
مجری و همکاران
منابع
منابع
علوم پزشکی شهید بهشتی
علوم پزشکی شهید بهشتی

مجریان: اکبر اسلامی

کلمات کلیدی: فرآیند غشای فتوکاتالیستی، اولترافیلتراسیون، پلی اترسولفون، الیاف توخالی، دی اکسیدتیتانیوم سیاه، آنتی بیوتیک، نور خورشید

اطلاعات کلی طرح
hide/show

کد طرح 13346
عنوان فارسی طرح بررسی میزان کارآیی غشاء الیاف توخالی اولترافیلتراسیون پلی اترسولفون اصلاح شده با نانوفتوکاتالیست Black Ti3+/N-TiO2 تحت تابش نور مرئی در حذف سیپروفلوکساسین از محیط های آبی
عنوان لاتین طرح Study on efficiency of PES hollow fiber ultrafiltration membrane modified with black Ti3+/N-TiO2 nanophotocatalyst under visible-light irradiation for removal of ciprofloxacin from aqueous solutions
کلمات کلیدی فرآیند غشای فتوکاتالیستی، اولترافیلتراسیون، پلی اترسولفون، الیاف توخالی، دی اکسیدتیتانیوم سیاه، آنتی بیوتیک، نور خورشید
نوع طرح بنیادی-کاربردی
نوع مطالعه مطالعه تجربی
مدت اجراء - روز 510
ضرورت انجام تحقیق

دستیابی به آبی با کیفیت بالا مسئولیت حیاتی برای صنعت تصفیه آب و پساب می¬باشد. روش یکپارچه فیلتراسیون غشایی – AOPs مثالی از روش¬های تصفیه متوالی یا ترکیبی است که جهت حذف PhACs از آب/ فاضلاب مورد مطالعه قرار گرفته است. در کشور ایران با توجه به توسعه روز افزون صنایع دارویی و وجود بیمارستان¬های متعدد و در نتیجه تولید فاضلاب¬های حاوی آلاینده¬های مختلف دارویی و مصرف زیاد آنتی بیوتیک¬ها و در نتیجه ورود آن¬ها به فاضلاب¬های این صنایع و آلودگی منابع آب سطحی و زیرزمینی و نیز اثرات بهداشتی حاد و مزمن این آلاینده لزوم دستیابی به یک روش اقتصادی و کارا جهت حذف آلاینده¬ها وجود دارد. بنابراین هدف از این تحقیق بررسی میزان کارآیی غشا الیاف توخالی اولترافیلتراسیون پلی اترسولفون اصلاح¬شده با نانوفتوکاتالیست Black Ti3+/N-TiO2 در تجزیه سیپروفلوکساسین از محلول¬های آبی تحت تابش نور مرئی می باشد.

هدف کلی بررسی میزان کارآیی غشاء الیاف توخالی اولترافیلتراسیون پلی اترسولفون اصلاح شده با نانوفتوکاتالیست Black Ti3+/N-TiO2 تحت تابش نور مرئی در حذف سیپروفلوکساسین از محیط های آبی
خلاصه روش کار

این تحقیق از نوع مداخله ای است که به صورت پایلوت در مقیاس آزمایشگاهی در آزمایشگاه آب و فاضلاب دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی انجام می گیرد. این مطالعه در 3 فاز، سنتز Black Ti3+/N-TiO2، آزمایشات مربوط به فرایند تجزیه نانوفتوکاتالیستی سیپروفلوکساسین (CIP) با Black Ti3+/N-TiO2 در فاز سوسپانسیونی در راکتور بسته و آزمایشات مربوط به حذف CIP بوسیله فرایند غشاء نانوفتوکاتالیستی با Black Ti3+/N-TiO2 اجرا خواهد گردید. تمام نمونه¬های سنتتیک مورد آزمایش در این مطالعه در آزمایشگاه تهیه می گردد. ذرات Black Ti3+/N-TiO2موجود در نمونه های حاصل از فرآیند فتوکاتالیزوری در فاز سوسپانسیونی قبل از سنجش غلظت و دیگر پارامترها، توسط سانتریفوژ rpm7000 به مدت 15 دقیقه جداسازی می گردد. داده های حاصل از این تحقیق با استفاده از نرم افزارهای R تجزیه و تحلیل خواهد شد.


اطلاعات مجری و همکاران
hide/show

نام و نام‌خانوادگی سمت در طرح نوع همکاری درجه‌تحصیلی پست الکترونیک
اکبر اسلامیمجری اصلیاستاد راهنمای اولدکترای تخصصی پی اچ دیaeslami@sbmu.ac.ir
منصور سرافرازهمکاردانشجوفوق لیسانسmansour.sarafraz@yahoo.com
احمدرضا یزدانبخشهمکاراستاد مشاوردکترای تخصصی پی اچ دی‎‎yazdanbakhsh@sbmu.ac.ir

منابع
hide/show

1. Leong S, Razmjou A, Wang K, Hapgood K, Zhang X, Wang H. TiO 2 based photocatalytic membranes : A review. J Membr Sci J. 2014;472:167–84. 2. Sirés I, Brillas E. Remediation of water pollution caused by pharmaceutical residues based on electrochemical separation and degradation technologies: A review. Environ Int [Internet]. 2012;40(1):212–29. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.envint.2011.07.012 3. Sanderson H, Brain RA, Johnson DJ, Wilson CJ, Solomon KR. Toxicity classification and evaluation of four pharmaceuticals classes: Antibiotics, antineoplastics, cardiovascular, and sex hormones. Toxicology. 2004;203(1–3):27–40. 4. Taylor D, Senac T. Human pharmaceutical products in the environment - The “problem” in perspective. Chemosphere [Internet]. 2014;115(1):95–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.01.011 5. Jones OAH, Voulvoulis N, Lester JN. Human pharmaceuticals in wastewater treatment processes. Crit Rev Environ Sci Technol. 2005;35(4):401–27. 6. Peng H, Pan B, Wu M, Liu Y, Zhang D, Xing B. Adsorption of ofloxacin and norfloxacin on carbon nanotubes: Hydrophobicity- and structure-controlled process. J Hazard Mater [Internet]. 2012;233–234:89–96. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.06.058 7. Yahya MS, Oturan N, El Kacemi K, El Karbane M, Aravindakumar CT, Oturan MA. Oxidative degradation study on antimicrobial agent ciprofloxacin by electro-fenton process: Kinetics and oxidation products. Chemosphere [Internet]. 2014;117(1):447–54. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.08.016 8. Xu W, Zhang G, Zou S, Li X, Liu Y. Determination of selected antibiotics in the Victoria Harbour and the Pearl River, South China using high-performance liquid chromatography-electrospray ionization tandem mass spectrometry. Environ Pollut [Internet]. 2007;145(3):672–9. Available from: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0269749106003757 9. Chen Y, Wang A, Zhang Y, Bao R, Tian X, Li J. Electro-Fenton degradation of antibiotic ciprofloxacin (CIP): Formation of Fe 3+ -CIP chelate and its effect on catalytic behavior of Fe 2+ /Fe 3+ and CIP mineralization. Electrochim Acta [Internet]. 2017;256:185–95. Available from: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0013468617320443 10. Wei R, Ge F, Huang S, Chen M, Wang R. Occurrence of veterinary antibiotics in animal wastewater and surface water around farms in Jiangsu Province, China. Chemosphere [Internet]. 2011;82(10):1408–14. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2010.11.067 11. Hasan Z, Jeon J, Jhung SH. Adsorptive removal of naproxen and clofibric acid from water using metal-organic frameworks. J Hazard Mater [Internet]. 2012;209–210:151–7. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.01.005 12. Ganiyu SO, Van Hullebusch ED, Cretin M, Esposito G, Oturan MA. Coupling of membrane filtration and advanced oxidation processes for removal of pharmaceutical residues: A critical review. Sep Purif Technol. 2015;156:891–914. 13. Van Geluwe S, Vinckier C, Bobu E, Trandafir C, Vanelslander J, Braeken L, et al. Eightfold increased membrane flux of NF 270 by O3 oxidation of natural humic acids without deteriorated permeate quality. J Chem Technol Biotechnol. 2010;85(11):1480–8. 14. Van der Bruggen B, M??ntt??ri M, Nystr??m M. Drawbacks of applying nanofiltration and how to avoid them: A review. Sep Purif Technol. 2008;63(2):251–63. 15. Yang S, Gu JS, Yu HY, Zhou J, Li SF, Wu XM, et al. Polypropylene membrane surface modification by RAFT grafting polymerization and TiO2 photocatalysts immobilization for phenol decomposition in a photocatalytic membrane reactor. Sep Purif Technol [Internet]. 2011;83(1):157–65. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2011.09.030 16. Lu S yong, Wu D, Wang Q lin, Yan J, Buekens AG, Cen K fa. Photocatalytic decomposition on nano-TiO2: Destruction of chloroaromatic compounds. Chemosphere. 2011;82(9):1215–24. 17. Liu Z, Zhang X, Nishimoto S, Jin M, Tryk DA, Murakami T, et al. Highly ordered TiO2 nanotube arrays with controllable length for photoelectrocatalytic degradation of phenol. J Phys Chem C. 2008;112(1):253–9. 18. Zhang R. Photocatalytic Oxidation Using a New Catalyst s TiO 2 Microsphere s for Water and Wastewater Treatment. Environ Sci Technol. 2003;(852):3989–94. 19. Roose B, Pathak S, Steiner U. Doping of TiO 2 for sensitized solar cells. Chem Soc Rev [Internet]. 2015;44(22):8326–49. Available from: http://xlink.rsc.org/?DOI=C5CS00352K 20. Li L, Zhou S, Chen E, Qiao R, Zhong Y, Zhang Y, et al. Simultaneous formation of silica-protected and N-doped TiO 2 hollow spheres using organic–inorganic silica as self-removed templates. J Mater Chem A [Internet]. 2015;3(5):2234–41. Available from: http://xlink.rsc.org/?DOI=C4TA05935B 21. Liu X, Xing Z, Zhang Y, Li Z, Wu X, Tan S, et al. Fabrication of 3D flower-like black N-TiO2-x@MoS2 for unprecedented-high visible-light-driven photocatalytic performance [Internet]. Vol. 201, Applied Catalysis B: Environmental. Elsevier B.V.; 2017. 119-127 p. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.08.031 22. Asahi R. Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-Doped Titanium Oxides. Science (80- ) [Internet]. 2001;293(5528):269–71. Available from: http://www.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.1061051 23. Chen Y, Liu K. Preparation and characterization of nitrogen-doped TiO2/diatomite integrated photocatalytic pellet for the adsorption-degradation of tetracycline hydrochloride using visible light. Chem Eng J [Internet]. 2016;302:682–96. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2016.05.108 24. Manuscript A. Nanoscale. 2014; 25. Chen X, Liu L, Yu PY, Mao SS. Increasing Solar Absorption for Photocatalysis with Black Hydrogenated Titanium Dioxide Nanocrystals. Science (80- ) [Internet]. 2011;331(6018):746–50. Available from: http://www.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.1200448 26. Zhang Y, Fang ZZ, Xia Y, Sun P, Van Devener B, Free M, et al. Hydrogen assisted magnesiothermic reduction of TiO2. Chem Eng J. 2017;308:299–310. 27. Zhang Y, Xing Z, Liu X, Li Z, Wu X, Jiang J, et al. Ti3+ Self-Doped Blue TiO2(B) Single-Crystalline Nanorods for Efficient Solar-Driven Photocatalytic Performance. Vol. 8, ACS Applied Materials and Interfaces. 2016. 26851-26859 p. 28. Zhang Y, Xing Z, Zou J, Li Z, Wu X, Shen L, et al. 3D urchin-like black TiO 2−x /carbon nanotube heterostructures as efficient visible-light-driven photocatalysts. RSC Adv [Internet]. 2017;7(1):453–60. Available from: http://xlink.rsc.org/?DOI=C6RA25611B 29. Sasan K, Zuo F, Wang Y, Feng P. Self-doped Ti 3+ –TiO 2 as a photocatalyst for the reduction of CO 2 into a hydrocarbon fuel under visible light irradiation. Nanoscale [Internet]. 2015;7(32):13369–72. Available from: http://xlink.rsc.org/?DOI=C5NR02974K 30. Zhang J, Wang Y, Wu J, Shu X, Yu C, Cui J, et al. Remarkable supercapacitive performance of TiO2nanotube arrays by introduction of oxygen vacancies. Chem Eng J [Internet]. 2017;313:1071–81. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2016.11.004 31. Qiu P, Li W, Thokchom B, Park B, Cui M, Zhao D, et al. Uniform core–shell structured magnetic mesoporous TiO 2 nanospheres as a highly efficient and stable sonocatalyst for the degradation of bisphenol-A. J Mater Chem A [Internet]. 2015;3(12):6492–500. Available from: http://xlink.rsc.org/?DOI=C4TA06891B 32. Ampelli C, Tavella F, Perathoner S, Centi G. Engineering of photoanodes based on ordered TiO2-nanotube arrays in solar photo-electrocatalytic (PECa) cells. Chem Eng J [Internet]. 2017;320:352–62. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2017.03.066 33. Chen Q, Ren B, Zhao Y, Xu X, Ge H, Guan R, et al. Template-free synthesis of core-shell TiO2 microspheres covered with high-energy {116}-Facet-Exposed N-Doped nanosheets and enhanced photocatalytic activity under visible light. Chem - A Eur J. 2014;20(51):17039–46. 34. Li X, Yu J, Jaroniec M. Hierarchical photocatalysts. Chem Soc Rev [Internet]. 2016;45(9):2603–36. Available from: http://xlink.rsc.org/?DOI=C5CS00838G 35. Li X, Liu P, Mao Y, Xing M, Zhang J. Preparation of homogeneous nitrogen-doped mesoporous TiO2 spheres with enhanced visible-light photocatalysis. Appl Catal B Environ [Internet]. 2015;164:352–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.09.053 36. Liu B, Liu L-M, Lang X-F, Wang H-Y, Lou XW (David), Aydil ES. Doping high-surface-area mesoporous TiO 2 microspheres with carbonate for visible light hydrogen production. Energy Environ Sci [Internet]. 2014;7(8):2592. Available from: http://xlink.rsc.org/?DOI=C4EE00472H 37. Thiruvenkatachari R, Kwon TO, Moon IS. Application of slurry type photocatalytic oxidation-submerged hollow fiber microfiltration hybrid system for the degradation of bisphenol A (BPA). Sep Sci Technol. 2005;40(14):2871–88. 38. Zhang W, Ding L, Luo J, Jaffrin MY, Tang B. Membrane fouling in photocatalytic membrane reactors ( PMRs ) for water and wastewater treatment : A critical review. Chem Eng J [Internet]. 2016;302:446–58. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2016.05.071 39. Horovitz I, Avisar D, Baker MA, Grilli R, Lozzi L, Di D, et al. Carbamazepine degradation using a N-doped TiO 2 coated photocatalytic membrane reactor : Influence of physical parameters. J Hazard Mater [Internet]. 2016;310:98–107. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.02.008 40. Zhang X, Wang DK, Diniz Da Costa JC. Recent progresses on fabrication of photocatalytic membranes for water treatment. Catal Today [Internet]. 2014;230:47–54. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2013.11.019 41. Zhou T, Lim TT, Chin SS, Fane AG. Treatment of organics in reverse osmosis concentrate from a municipal wastewater reclamation plant: Feasibility test of advanced oxidation processes with/without pretreatment. Chem Eng J [Internet]. 2011;166(3):932–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2010.11.078 42. Glaze WH, Kang JW, Chapin DH. The Chemistry of Water Treatment Processes Involving Ozone, Hydrogen Peroxide and Ultraviolet Radiation. Ozone Sci Eng J Int Ozone Assoc. 1987;9(9):335–52. 43. Oturan MA, Aaron JJ. Advanced oxidation processes in water/wastewater treatment: Principles and applications. A review. Crit Rev Environ Sci Technol. 2014;44(23):2577–641. 44. Dantas RF, Contreras S, Sans C, Esplugas S. Sulfamethoxazole abatement by means of ozonation. J Hazard Mater. 2008;150(3):790–4. 45. Oturan N, Trajkovska S, Oturan MA, Couderchet M, Aaron JJ. Study of the toxicity of diuron and its metabolites formed in aqueous medium during application of the electrochemical advanced oxidation process “electro-Fenton.” Chemosphere [Internet]. 2008;73(9):1550–6. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2008.07.082 46. Molinari R, Pirillo F, Loddo V, Palmisano L. Heterogeneous photocatalytic degradation of pharmaceuticals in water by using polycrystalline TiO2 and a nanofiltration membrane reactor. Catal Today. 2006;118(1–2):205–13. 47. Martínez F, López-Muñoz MJ, Aguado J, Melero JA, Arsuaga J, Sotto A, et al. Coupling membrane separation and photocatalytic oxidation processes for the degradation of pharmaceutical pollutants. Water Res. 2013;47(15):5647–58. 48. Li J, Liu X, Lu J, Wang Y, Li G, Zhao F. Anti-bacterial properties of ultrafiltration membrane modified by graphene oxide with nano-silver particles. J Colloid Interface Sci [Internet]. 2016;484:107–15. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2016.08.063 49. Kajekar AJ, Dodamani BM, Isloor AM, Karim ZA, Cheer NB, Ismail AF, et al. Preparation and characterization of novel PSf/PVP/PANI-nanofiber nanocomposite hollow fiber ultrafiltration membranes and their possible applications for hazardous dye rejection. Desalination. 2015;365(February):117–25. 50. Wu G, Gan S, Cui L, Xu Y. Preparation and characterization of PES/TiO2 composite membranes. Appl Surf Sci. 2008;254(21):7080–6. 51. Ong YK, Li FY, Sun SP, Zhao BW, Liang CZ, Chung TS. Nanofiltration hollow fiber membranes for textile wastewater treatment: Lab-scale and pilot-scale studies. Chem Eng Sci. 2014;114:51–7. 52. Sarasidis VC, Plakas K V., Patsios SI, Karabelas AJ. Investigation of diclofenac degradation in a continuous photo-catalytic membrane reactor. Influence of operating parameters. Chem Eng J [Internet]. 2014;239:299–311. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2013.11.026 53. Wang Q, Yang C, Zhang G, Hu L, Wang P. Photocatalytic Fe-doped TiO 2 / PSF composite UF membranes : Characterization and performance on BPA removal under visible-light irradiation. Chem Eng J [Internet]. 2017;319:39–47. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2017.02.145 54. Rao G, Zhang Q, Zhao H, Chen J, Li Y. Novel titanium dioxide/iron (III) oxide/graphene oxide photocatalytic membrane for enhanced humic acid removal from water. Chem Eng J [Internet]. 2016;302:633–40. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2016.05.095 55. Ma J, Guo X, Ying Y, Liu D, Zhong C. Composite ultrafiltration membrane tailored by MOF@GO with highly improved water purification performance. Chem Eng J [Internet]. 2017;313:890–8. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2016.10.127 56. Zhou W, Li W, Wang J-Q, Qu Y, Yang Y, Xie Y, et al. Ordered Mesoporous Black TiO 2 as Highly Efficient Hydrogen Evolution Photocatalyst. J Am Chem Soc [Internet]. 2014;136(26):9280–3. Available from: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja504802q 57. Shunhang Wei, Rong Wu,* Jikang Jian FC and YS. Black and yellow anatase titania formed by (H,N)-doping: strong visible-light absorption and enhanced visible-light photocatalysis†. R Soc Chem. 2015;44:1534–8. 58. Cao Y, Xing Z, Li Z, Wu X, Hu M, Yan X, et al. Mesoporous black TiO2-x/Ag nanospheres coupled with g-C3N4nanosheets as 3D/2D ternary heterojunctions visible light photocatalysts. J Hazard Mater [Internet]. 2018;343:181–90. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.09.031 59. Yan X, Xing Z, Cao Y, Hu M, Li Z, Wu X, et al. In-situ C-N-S-tridoped single crystal black TiO2nanosheets with exposed {001} facets as efficient visible-light-driven photocatalysts. Appl Catal B Environ [Internet]. 2017;219:572–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.08.005 60. Chen M, Yao J, Huang Y, Gong H, Chu W. Enhanced photocatalytic degradation of ciprofloxacin over Bi2O3/(BiO)2CO3heterojunctions: Efficiency, kinetics, pathways, mechanisms and toxicity evaluation. Chem Eng J. 2018;334(October 2017):453–61. 61. Hassani A, Khataee A, Karaca S. Journal of Molecular Catalysis A : Chemical Photocatalytic degradation of ciprofloxacin by synthesized TiO 2 nanoparticles on montmorillonite : Effect of operation parameters and artificial neural network modeling. "Journal Mol Catal A, Chem [Internet]. 2015;409:149–61. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.molcata.2015.08.020 62. Lin C, Lee L, Hsu L. Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry Performance of UV / S 2 O 8 2 − process in degrading polyvinyl alcohol in aqueous solutions. "Journal Photochem Photobiol A Chem [Internet]. 2013;252:1–7. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jphotochem.2012.10.017 63. Cao Y, Xing Z, Shen Y, Li Z, Wu X, Yan X, et al. Mesoporous black Ti 3 + / N-TiO 2 spheres for efficient visible-light-driven photocatalytic performance. Chem Eng J [Internet]. 2017;325:199–207. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2017.05.080 64. Chen W, Ye T, Xu H, Chen T, Geng N, Gao X. An ultrafiltration membrane with enhanced photocatalytic performance from grafted N–TiO 2 /graphene oxide. RSC Adv [Internet]. 2017;7(16):9880–7. Available from: http://xlink.rsc.org/?DOI=C6RA27666K