ورود ترکیبات دارویی به سیستم‌های پساب سبب آلودگی شده و مشکلاتی را برای بهداشت عمومی ایجاد می‌نمایند و همین امر  تصفیه مناسب این مواد را ضروری می‌نماید، تا از رها شدن بی‌رویه آن­ها در محیط­زیست جلوگیری به عمل­آید. ایبوپروفن یک داروی غیر استروئیدی، آنتی­پیرتیک بوده که نرخ مصرف جهانی بالایی دارد. این ماده نه تنها سمیت حاد بالایی دارد بلکه همچنین مشکوک به اختلال فعالیت­های غدد درون ریز در انسان و حیوان می­شود. با توجه به مصرف زیاد ایبوپروفن و در نتیجه ورود آن­ به فاضلاب­ و آلودگی منابع آب سطحی و زیرزمینی و نیز اثرات بهداشتی حاد و مزمن این آلاینده، لزوم بررسی یک روش کارا جهت حذف این آلاینده از منابع آب آشامیدنی وجود دارد. بنابراین هدف از این تحقیق مدل­سازی و بهینه­سازی فرایند تجزیه فتوکاتالیستی ایبوپروفن با استفاده از  نانوفتوکاتالیست Black Ti3+/N-TiO2   تحت تابش نور مرئی در محلول­های آبی می­باشد.

" />

مدل¬سازی و بهینه¬سازی فرایند تجزیه فتوکاتالیستی ایبوپروفن با استفاده از نانوفتوکاتالیست Black Ti3+/N-TiO2 تحت تابش نور مرئی در محلول¬های آبی

Modeling and optimization of photocatalytic degradation of ibuprofen with black Ti3+/N-TiO2 nanophotocatalyst under visible-light irradiation 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: تجزیه فتوکاتالیستی، ایبوپروفن، نور مرئی، معدنی¬سازی، دی¬اکسیدتیتانیوم سیاه

اطلاعات کلی طرح
hide/show

کد طرح 13862
عنوان فارسی طرح مدل¬سازی و بهینه¬سازی فرایند تجزیه فتوکاتالیستی ایبوپروفن با استفاده از نانوفتوکاتالیست Black Ti3+/N-TiO2 تحت تابش نور مرئی در محلول¬های آبی
عنوان لاتین طرح Modeling and optimization of photocatalytic degradation of ibuprofen with black Ti3+/N-TiO2 nanophotocatalyst under visible-light irradiation from aqueous solutions
کلمات کلیدی تجزیه فتوکاتالیستی، ایبوپروفن، نور مرئی، معدنی¬سازی، دی¬اکسیدتیتانیوم سیاه
نوع طرح بنیادی-کاربردی
نوع مطالعه مطالعه تجربی
مدت اجراء - روز 330
ضرورت انجام تحقیق

ورود ترکیبات دارویی به سیستم‌های پساب سبب آلودگی شده و مشکلاتی را برای بهداشت عمومی ایجاد می‌نمایند و همین امر  تصفیه مناسب این مواد را ضروری می‌نماید، تا از رها شدن بی‌رویه آن­ها در محیط­زیست جلوگیری به عمل­آید. ایبوپروفن یک داروی غیر استروئیدی، آنتی­پیرتیک بوده که نرخ مصرف جهانی بالایی دارد. این ماده نه تنها سمیت حاد بالایی دارد بلکه همچنین مشکوک به اختلال فعالیت­های غدد درون ریز در انسان و حیوان می­شود. با توجه به مصرف زیاد ایبوپروفن و در نتیجه ورود آن­ به فاضلاب­ و آلودگی منابع آب سطحی و زیرزمینی و نیز اثرات بهداشتی حاد و مزمن این آلاینده، لزوم بررسی یک روش کارا جهت حذف این آلاینده از منابع آب آشامیدنی وجود دارد. بنابراین هدف از این تحقیق مدل­سازی و بهینه­سازی فرایند تجزیه فتوکاتالیستی ایبوپروفن با استفاده از  نانوفتوکاتالیست Black Ti3+/N-TiO2   تحت تابش نور مرئی در محلول­های آبی می­باشد.

هدف کلی مدل¬سازی و بهینه¬سازی فرایند تجزیه فتوکاتالیستی ایبوپروفن با استفاده از نانوفتوکاتالیست Black Ti3+/N-TiO2 تحت تابش نور مرئی در محلول¬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. ماده Black Ti3+/N-TiO2  به روش تک مرحله­ای EISA آماده خواهد شد(69). بعد از ساخت کاتالیست مشخصات آن توسط تکنیک های FESEM، TEM، XRD، DRS، XPS و BET تعیین می گردد. پس از تهیه کاتالیست مورد نظر برای بررسی کارایی آزمایشات در فاز سوسپانسیونی انجام می­پذیرد. راکتور مورد استفاده در این تحقیق به شکل استوانه می باشد که اختلاط این راکتور با استفاده از هم زن معناطیسی می شود. فتوکاتالیست موردنظر در دزهای مختلف به راکتور فتوکاتالیستی حاوی غلظت­های مختلف از محلول ایبوپروفن با حجم ml 500 افزوده می­گردد. لامپ زنون W 500 بعنوان منبع نور راکتور استفاده خواهد شد. پیش از آغاز واکنش فتوکاتالیتیک، محلول حاصل در شرایط تاریکی (بدون روشن کردن لامپ) به مدت 30 دقیقه برای به تعادل رسیدن جذب سطحی ایبوپروفن بر روی کاتالیست مورد اختلاط قرار می­گیرد. سپس لامپ روشن شده و نمونه­ها در فواصل زمانی مختلف برای تعیین غلظت ایبوپروفن با استفاده از HPLC و همچنین تعیین شرایط بهینه برداشت خواهد گردید. تمام نمونه­های سنتتیک مورد آزمایش در این مطالعه در آزمایشگاه تهیه می گردد.


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

منابع
hide/show

1.        Fent K, Weston AA, Caminada D. Ecotoxicology of human pharmaceuticals. Aquat Toxicol. 2006;76:122–59.

2.        Heberer T. Occurrence , fate , and removal of pharmaceutical residues in the aquatic environment : a review of recent research data. Toxicol Lett. 2002;131:5–17.

3.        Narvaez JFN, Jimenez CC. Pharmaceutical Products in the Environment : Sources , Effects and Risks. Vitae, Rev La Fac Química Farm. 2012;19:93–108.

4.        R. Ahonen 1, H. Enlund 1, T. Klaukka 2  and JM 2. Consumption of analgesics and anti-inflammatory drugs in the nordic countries between 1978-1988. Eur J Clin Pharmacol. 1991;2:37–42.

5.        Daughton CG, Ternes TA. Pharmaceuticals and Personal Care Products in the Environment : Agents of Subtle Change ? Environ Health Perspect. 1999;

6.        Buser H, Mu MD, Wa C-. Occurrence and Environmental Behavior of the Chiral Pharmaceutical Drug Ibuprofen in Surface Waters and in Wastewater. Environ Sci Technol. 1999;2529–35.

7.        Torres-palma RA, Pe C, Gimenez J, Pulgarin C. Ultrasonic treatment of water contaminated with ibuprofen. Water Res. 2008;42:4243–8.

8.        Boynton CS, Dick CF, Mayor GH. NSAIDs: an overview. J Clin Pharmacol. 1988;28(6):512–7.

9.        SCHEYTT T, 1, MERSMANN, PETRA1LINDST R̈, ADT, 1, HEBERER  and T. 1-Octanol/Water Partition Coefficients of 5 Pharmaceuticals from Human Medical Care: Carbamazepine, Clofibric Acid, Diclofenac, Ibuprofen, and Propyphenazone. Water Air Soil Pollut. 2005;3–11.

10.      Carballa M, Omil F, Lema JM, Llompart M, Garcia-Jares C, Rodriguez I, et al. Behavior of pharmaceuticals, cosmetics andhormones in a sewage treatment plant. Water Res. 2004;38(12):2918–26.

11.      Zwiener C, Frimmel FH. OXIDATIVE TREATMENT OF PHARMACEUTICALS IN WATER. Water Res. 2000;34(6).

12.      Acid C, Mu SR. Occurrence and Fate of and Naproxen in Surface Waters. Environ Sci Technol. 2003;37(6):1061–8.

13.      Cadariu AA, Moldovan Z. Tenth International Water Technology Conference, IWTC10 2006, Alexandria, Egypt 1151. 2006;1151–62.

14.      Andreozzi R. Pharmaceuticals in STP effluents and their solar photodegradation in aquatic environment. Chemosphere. 2003;50:1319–30.

15.      Latch DE, Packer JL, Arnold WA. Photochemical Fate of Pharmaceuticals in the Environment : Cimetidine and Ranitidine. Environ Sci Technol. 2003;37(15):3342–50.

16.      Lindqvist N, Tuhkanen T, Kronberg L. Occurrence of acidic pharmaceuticals in raw and treated sewages and in receiving waters. water Res. 2005;39:2219–28.

17.      Ternes TA. OCCURRENCE OF DRUGS IN GERMAN SEWAGE TREATMENT PLANTS AND RIVERS *. Water Res. 1998;32(11).

18.      Kulik N, Trapido M, Goi A, Veressinina Y, Munter R. Combined chemical treatment of pharmaceutical effluents from medical ointment production. Chemosphere. 2008;70:1525–31.

19.      Alencastro LF De, Grandjean D, Tarradellas J. Occurrence of several acidic drugs in sewage treatment plants in Switzerland and risk assessment. Water Res. 2005;39:1761–72.

20.      Tuhkanen T. Seasonal Variation in the Occurrence of Pharmaceuticals in Effluents from a Sewage Treatment Plant and in the Recipient Water. Environ Sci Technol. 2005;39(21):8220–6.

21.      Ã TU, Kikuta T. Separate estimation of adsorption and degradation of pharmaceutical substances and estrogens in the activated sludge process. Water Res. 2005;39:1289–300.

22.      Heberer T, Reddersen K, Mechlinski A. From municipal sewage to drinking water : fate and removal of pharmaceutical residues in the aquatic environment in urban areas. Water Sci Technol. 2002;81–8.

23.      Hartmann J, Bartels P, Mau U, Witter M, Tu W, Hofmann J, et al. Degradation of the drug diclofenac in water by sonolysis in presence of catalysts. Chemosphere. 2008;70:453–61.

24.      Naddeo V, Meric S, Kassinos D, Belgiorno V, Guida M. Fate of pharmaceuticals in contaminated urban wastewater effluent under ultrasonic irradiation. Water Res [Internet]. 2009;43(16):4019–27. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.watres.2009.05.027

25.      Imai D, Dabwan AHA, Kaneco S, Katsumata H, Suzuki T, Kato T, et al. Degradation of marine humic acids by ozone-initiated radical reactions. Chem Eng J. 2009;148:336–41.

26.      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.

27.      Bosc F, Albouy P, Guizard C. A Simple Route for Low-Temperature Synthesis of Mesoporous and Nanocrystalline Anatase Thin Films. Chem Mater. 2003;(15):2463–8.

28.      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.

29.      Liu Z, Zhang X, Nishimoto S, Jin M, Tryk DA, Murakami T, et al. Highly Ordered TiO 2 Nanotube Arrays with Controllable Length for Photoelectrocatalytic Degradation of Phenol. J Phys Chem C. 2008;253–9.

30.      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

31.      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

32.      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

33.      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

34.      Jiang Z, A, Wei W, A, Mao D, C, et al. Silver-deposited, Nitrogen-doped Yolk-shell Mesoporous TiO2 Hollow Microspheres with Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity. Nanoscale. 2014;

35.      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

36.      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.

37.      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.

38.      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

39.      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

40.      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

41.      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

42.      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

43.      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.

44.      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

45.      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

46.      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

47.      Gong H, A, Chu W, A *, Lam SH, A, et al. Ibuprofen degradation and toxicity evolution during Fe 2þ /Oxone/UV process. 2017.

48.      Xiang Y, a, b C, Fang J, a, b *, Shang C, c, d **. Kinetics and pathways of ibuprofen degradation by the UV/chlorine advanced oxidation process. 2016.

49.      Dehua Xia IMC Lo. Synthesis of magnetically separable Bi2O4/Fe3O4hybrid nanocomposites with enhanced photocatalytic removal of ibuprofen under visible light irradiation. 2016.

50.      Lei Z, A 1, , Jia-jun Wangb 1, Wangc L, Yang X, B, et al. Efficient photocatalytic degradation of ibuprofen in aqueous solution using novel visible-light responsive graphene quantum dot/AgVO3 nanoribbons. 2016.

51.      Li J, A, Sun S, A, Qian C, c, et al. The role of adsorption in photocatalytic degradation of ibuprofen under visible light irradiation by BiOBr microspheres. 2016.

52.      Fuhua Li, Yapu Kang, Min Chen GL, *, , Wenying Lv, Kun Yao PC, Haoping Huang. Photocatalytic degradation and removal mechanism of ibuprofen via monoclinic BiVO4under simulated solar light. 2016.

53.      Wang J, A B, Tang L, a, b *, Zeng G, A B, et al. Atomic scale g-C3N4/Bi2WO6 2D/2D heterojunction with enhanced photocatalytic degradation of ibuprofen under visible light irradiation. 2017.

54.      El-Sheikh SM, a , Khedr TM, a  b, Hakki A, B, et al. Visible light activated carbon and nitrogen co-doped mesoporous TiO2 as efficient photocatalyst for degradation of ibuprofen. 2017.

55.      Góngora JF, A, Elizondo P, A, HernándezRamírez  and A, a. Photocatalytic degradation of ibuprofen using TiO2 sensitized by Ru(II) polyaze complexes. 2016.

56.      Bian Z-Y, A , Zhu Y-Q, b, Zhang J-X, a, et al. Visible-light driven degradation of ibuprofen using abundant metal-loaded BiVO4photocatalysts. 2014.

57.      Farley S. Braz1 MRAS, 1, , Flávio S. Silva1 SJA, 1 ALF, 2, Kondo1 MM. Photocatalytic Degradation of Ibuprofen Using TiO2 and Ecotoxicological Assessment of Degradation Intermediates against Daphnia similis. 2014.

58.      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

59.      Esplugas S, Gime J. Degradation of the emerging contaminant ibuprofen in water by photo-Fenton. water Res. 2010;44:589–95.

60.      Quero-Pastor MJ, Garrido-Perez MC, Acevedo A, Quiroga JM. Ozonation of ibuprofen: A degradation and toxicity study. Sci Total Environ. 2014;466–467:957–64.

61.      Eslami A, Amini MM, Yazdanbakhsh AR, Mohseni-Bandpei A, Safari AA, Asadi A. N,S co-doped TiO 2 nanoparticles and nanosheets in simulated solar light for photocatalytic degradation of non-steroidal anti-inflammatory drugs in water: a comparative study. J Chem Technol Biotechnol [Internet]. 2016;91(10):2693–704. Available from: http://doi.wiley.com/10.1002/jctb.4877

62.      Betancur-corredor B, Soltan J, Peñuela GA, Betancur-corredor B. Mineralization of Ibuprofen and Humic Acid through Catalytic Ozonation Mineralization of Ibuprofen and Humic Acid through Catalytic Ozonation. Ozone Sci Eng. 2015;9512(January 2016).

63.      Chianese S, Iovino P, Canzano S, Prisciandaro M, Chianese S, Iovino P, et al. Ibuprofen degradation in aqueous solution by using UV light. Desalin Water Treat ISSN. 2016;3994(June).

64.      César J, Reis A. Photolysis and photocatalysis of ibuprofen in aqueous medium : characterization of by- products via liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry and assessment of their toxicities against Artemia Salina. J Mass Spectrom. 2014;(September 2013):145–53.

65.      Georgaki I, Vasilaki E, Katsarakis N. A Study on the Degradation of Carbamazepine and Ibuprofen by TiO 2 & ZnO Photocatalysis upon UV / Visible-Light Irradiation. Am J Anal Chem. 2014;(June):518–34.

66.      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;

67.      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

68.      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

69.      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