مطالعه كارايي فرايند فوتوكاتاليستي با استفاده از نانوكاتاليست مغناطيسيFe3O4@SiO2@TiO2 در حذف آنتي بيوتيك سفترياكسون از محلول‌هاي آبي

Evaluation of the efficiency of a photocatalytic process using the magnetic nanocatalyst (Fe3O4@SiO2@TiO2) in the removal of ceftriaxone from aqueous solutions

زمينه و هدف: آنتي بيوتيك سفترياكسون به طور گسترده‌اي براي درمان عفونت هاي مختلف استفاده مي‌شود كه در آب و فاضلاب انباشته شده و ممكن است مسائل زيست محيطي و بهداشتي ايجاد كند. هدف از اين مطالعه بررسي كارايي استفاده از فرآيند فوتوكاتاليستي (Fe3O4@SiO2@TiO2) در حذف سفترياكسون از محلول‌هاي آبي بوده است. مواد و روش­ها: اين مطالعه از نوع مطالعات تجربي- كاربردي مي­باشد. به‌منظور سنتز نانو ذرات Fe3O4@SiO2@TiO2 از روش سل ژل استفاده گرديد و با استفاده از آناليز هاي SEM، XRD وEDX خصوصيات كاتاليست بررسي گرديد. اثر متغير‌ها شامل pH، غلظت كاتاليست، غلظت سفترياكسون، زمان تماس و آزمايش بازيافتي (7 مرتبه)، تعيين ميزان معدني سازي مورد بررسي قرار گرفت. غلظت باقيمانده سفترياكسون توسط دستگاه HPLC در طول موج 240 نانومتر تعيين شد. يافته‌ها: طبق نتايج به‌دست‌آمده در اين مطالعه بـالاترين كـارايي فرآينـد در غلظت سفترياكسون 10 ميلي گـرم در ليتر، pH برابر 3 و مقـدار كاتاليسـت برابـر 2 گرم بر ليتر در مـدت زمان 120 دقيقه به ميزان 7/96 درصد بـه دسـت آمـد. نتايج نشان داد كه حذف سفترياكسون به‌وسيله اين فرآيند از مدل سينتكي درجه اول تبعيت مي‌نمايد. ميزان معدني سازي پس از پايان زمان واكنش 7/83 درصد تعيين گرديد. قابليت استفاده مجدد كاتاليست تا 7 مرتبه با كاهش راندمان حدود 2/5 درصد را داراست. نتيجه‌گيري: نتايج به دست آمده نشان داد كه فرآيند فوتوكاتاليستي با استفاده از نانوكاتاليست مغناطيسي Fe3O4@SiO2@TiO2 مي‌تواند يك روش موثر در حذف سفترياكسون از محيط‌هاي آبي باشد.

Background & Objectives: Ceftriaxone is an antibiotic which is extensively used to treat a number of various infections. It is mainly accumulated in water and sewage resulting in the environmental and health problems. This study is centered on the evaluation of the efficiency of a photocatalytic process using Fe3O4@SiO2@TiO2 in the removal of ceftriaxone from aqueous solutions. Methods: This research was based on an experimental-practical study. Fe3O4 @ SiO2 @ TiO2 was initially synthesized via a sol-gel method and characterized by SEM, XRD and EDX analyses. The effects of variables such as pH, catalyst concentration, ceftriaxone concentration, contact time, reusability tests (n=7) and degree of mineralization were separately assessed in a laboratory scale. The concentration of ceftriaxone was measured by HPLC at 240 nm. Results: Based on the results obtained, the highest process efficiency of 96.7% was obtained under the following optimal conditions: concentration of ceftriaxone 10 mg/L, pH=3, the catalyst dosage of 2 g/L and a time contact of 120 min. At the end of the process, the degree of mineralization was determined to be 83.7%. Additionally, the data regarding the reusability of the nanocatalyst demonstrated that a 5.2% loss in the removal efficiency was observed after 7 times of reuse. Finally, the results revealed that the removal process of ceftriaxone follows the first-order kinetic model. Conclusion: The results demonstrated that the photocatalytic process using the magnetic nanocatalyst (Fe3O4 @ SiO2 @ TiO2) could be effectively used for the removal of ceftriaxone from aqueous media.