کاربرد نانوکامپوزیت GO-Fe3O4 به همراه اولتراسونیک در حذف سفیکسیم از محلول های آبی: مطالعه ایزوترم و سینتیک

خلاصه فارسی

زمینه و هدف: آنتی‌بیوتیک‌ها ازجمله سفکسیم مواد دارویی هستند که به‌طور گسترده‌ای در پزشکی و دامپزشکی مورد استفاده قرارگرفته و از مسیرهای مختلفی مانند رواناب کشاورزی، تخلیه مستقیم از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری، مواد دفعی انسانی، دفع مستقیم زائدات پزشکی، دامپزشکی، صنعتی و غیره وارد محیط‌های آبی می‌شوند. مواد و روش‌ها: این مطالعه با هدف بررسی قابلیت کاربرد نانوکامپوزیتGO-Fe3O4 به همراه اولتراسونیک در حذف سفیکسیم از محلول های آبی به روش سطح پاسخ به صورت تجربی و در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفت و تاثیر پارامتر-های عملیاتی مهم از جمله pH محلول، غلظت نانو کامپوزیت، غلظت اولیه سفکسیم و زمان واکنش در سه سطح (1+، 0 و 1-) و با شدت ثابت امواج فراصوت به میزان kHz 37 مورد بررسی قرار گرفت. ساختار جاذب‌ و مرفولوژی آن¬ها توسط تکنیک‌های FTIR، SEM، XRD، BET و VSM موردبررسی قرار گرفت. ایزوترم (لانگمویر و فروندلیچ) و سینتیک جذب در غلظت‌های مختلف برای ارزیابی فرایند موردبررسی قرار گرفت. بهینهسازی و آنالیز نتایج توسط نرم افزار-هایDesign expert 10وStatgraphics انجام و باقی مانده سفکسیم با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 288 نانومتر مورد اندازه گیری قرار گرفت. یافته‌ها: نتایج نشان داد که مدل درجه دوم برای داده ها مناسب بوده (0.0001>Pvalue) و مدل پیشنهادی (Quadratic) با میزان بالای ضریب همبستگی ((0/9824= R2) و (0/9670 = R2Adj)) تایید شد. در شرایط بهینه حاصل برای فرایند (3= pH، نانوکامپوزیت g/L1، غلظت اولیه سفکسیم mg/L10 و زمان واکنشmin90) کارایی حذف مشاهده شده در حدود 100 درصد به دست آمد. نتیجه‌گیری: مدل پیشنهادی ارائه شده توسط نرم افزار نشان داد که حذف سفکسیم تحت تاثیر پارامترهای مختلفی از جمله غلظت نانوکامپوزیت، pHمحلول، زمان واکنش و غلظت اولیه سفکسیم است. این عوامل به علت افزایش تولید رادیکال های هیدروکسیل، ایجاد سطح مناسب جاذب و همچنین زمان مناسب واکنش با آلاینده، در افزایش کارایی فرآیند موثر هستند. با توجه به نتایج حاصل، فرآیند GO-Fe3O4 به همراه اولتراسونیک در تجزیه آنتی بیوتیک سفکسیم و طرح باکس بنکن به عنوان یک ابزار مناسب برای بهینه سازی شرایط فرآیند در حذف سفکسیم تایید شد.

عنوان انگليسی

Application of GO-Fe3O4 nanocomposite with ultrasonic in removal of Cefixime from aqueous solutions: Isotherm and kinetics study

خلاصه انگلیسی

Background: Antibiotics, including cefixime (CEX), are drugs that are widely used in medicine and veterinary medicine and enter aquatic environments through various pathways such as agricultural runoff, direct discharge from municipal wastewater treatment plants, human excreta, direct disposal of medical, veterinary, industrial, etc. Methods: The aim of this study was to investigate the applicability of GO-Fe3O4 nanocomposite with ultrasonic in the removal of CEX from aqueous solutions by the response surface methodology, which was conducted as an experimental-lab scale study, and the effect of important operational parameters such as solution pH, nanocomposite concentration, initial concentration of CEX and reaction time were investigated at three levels (+1, 0 and -1) with a constant intensity of ultrasound at 37 kHz. The structure of gravity and their morphology were investigated by FTIR, XRD, SEM, BET and VSM techniques. Isotherms (Langmuir and Freundlich) and adsorption kinetics at different concentrations were studied to evaluate the process. The optimization and analysis of the results were performed by design expert 10 and Statgraphics software and the residue of CEX was measured using a spectrophotometer at 288 nm. Finding: The results showed that the quadratic model was suitable for the data (P-value <0.0001) and the proposed model (Quadratic) was approved with a high correlation coefficient (R2 = 0.9824 and R2 Adj = 0.9670). Under the optimal conditions for the process (pH = 3, nanocomposite of 1 g/L, initial concentration of CEX of 10 mg/L, and reaction time of 90 min), the observed removal efficiency was about 100%. Conclusion: The proposed model presented by the software showed that the removal of CEX is affected by various parameters such as nanocomposite concentration, solution pH, reaction time and initial concentration of CEX. These factors are effective in increasing the process efficiency due to increasing the production of hydroxyl radicals, creating a suitable adsorbent surface and also the appropriate reaction time with the contaminant.According to the results, the GO-Fe3O4 with ultrasonic process was approved to be effective in the degradation of the antibiotic CEX, and the box-behnken design was found to be a suitable tool to optimize the process conditions in the removal of CEX.

Document Downloads