بهينه سازي عملكرد فوتوكاتاليستي زئوليت اصلاح شده با نانو ذرات اكسيد روي براي حذف استامينوفن‌كدئين از محلول آبي با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)

Optimization of photocatalytic performance of the modified zeolite with ZnO nanoparticles for removal of acetaminophen-codeine from aquatic media using Response Surface Methodology (RSM)

امروزه تركيباتي تحت عنوان آلاينده‌هاي نوظهور در محيط در حال افزايش‌اند. تركيبات دارويي يكي از مهم‌ترين مواد اين گروه به شمار مي‌رود. با توجه به پيچيدگي ساختار شيميايي تركيبات دارويي و متابوليت‌هاي آن‌ها و ماندگاري زياد، حذف آن‌ها داراي اهميت است. ازطرفي حذف اين تركيبات با روش‌هاي معمول تصفيه به‌سادگي امكان‌پذير نيست. در اين تحقيق، كارايي كامپوزيت حاصل از هيبريد نوعي زئوليت سنتزشده و نانوذرات اكسيد‌روي (ZnO-Z) براي تجزيه فوتوكاتاليستي استامينوفن‌كدئين از محلول-هاي آبي مورد بررسي قرار گرفته است. به‌منظور حذف استامينوفن‌كدئين، كامپوزيت مذكور تحت تابش UV و نور خورشيد استفاده و غلظت نهايي دارو با استفاده از دستگاه HPLC با دتكتور UV در طول موج 214 نانومتر اندازه‌گيري شد. پارامترهاي اجرايي بهينه براي تجزيه از نظر pH، غلظت اوليه دارو، غلظت كاتاليست و مدت زمان بر اساس طرح سطح پاسخ تعيين و در نهايت قابليت بازيابي و استفاده مجدد كامپوزيت سنتزشده ارزيابي گرديد. بيشترين حذف استامينوفن در غلظت اوليه mg/L 14 با استفاده از g/L 7/1 كاتاليست پس از min167 تابش UV (W/m248) مشاهده شد. درحالي‌كه در تابش خورشيدي (W/m21200) بيشترين حذف در غلظت اوليه mg/L 5/5 با g/L 2/1كاتاليست پس ازmin 143 به‌دست آمد. غلظت اوليه بهينه براي حذف كدئين نيز mg/L 5/7 در pH خنثي بوده است. بيشترين درصد حذف اين ماده با تابش UV و خورشيدي به‌ترتيب پس ازmin 192 وmin 170 و با استفاده از g/L 5/1 و g/L 1 كامپوزيت حاصل گرديد. فرايند تجزيه فوتوكاتاليستي با استفاده از كامپوزيت سنتزشده در شرايط بهينه، قابليت حذف كامل تركيبات دارويي مذكور را (بيش از 99%) تحت تابش UV و خورشيدي داشته است. كامپوزيت زئوليت سنتزي- نانوذرات اكسيد‌روي يك كاتاليست مناسب براي تجزيه فوتوكاتاليستي استامينوفن‌كدئين محسوب مي‌شود كه قابليت ته‌نشين شدن و استفاده مجدد را داراست. اين كامپوزيت در برابر نور طبيعي خورشيد نيز داراي كارايي مطلوب مي‌باشد.

Nowadays, the compounds known as emerging pollution are increasing in the environment. Pharmaceutical compounds are one of the most important substances in this group. Due to the complexity of chemical structure of pharmaceutical compounds and their metabolites, removal of these is important. Removal of these compounds by conventional water and wastewater treatment methods is not possible. In the present research, the performance of a hybrid of synthesized zeolite and ZnO nanoparticles for photocatalytic degradation of acetaminophen-codeine from aqueous solutions was investigated. To remove acetaminophen-codeine from aqueous solution, ZnO-Zeolite under UV and solar radiations was used. Final concentration of drug was measured using by HPLC in λmax = 214 nm. The optimal conditions of pH, catalyst dosage, drug initial concentration and reaction time were determined, based on Response Surface Methodology (RSM). Reusability test was finally performed for this synthesized composite. The results indicated that maximum removal of acetaminophen under UV radiation (48W/m2) was related to 14 mg/L of initial concentration in the neutral pH and a catalyst concentration of 1.7 g/L after 167min and that under the solar radiation (1200W/m2) was related on 5.5 mg/L of initial concentration in the neutral pH and a catalyst concentration of 1.2 mg/L after 143min of reaction start. Optimal initial concentration for codeine remove was 7.5 mg/L in the neutral pH. The maximum removal under UV and solar radiations was related to 1.5 and 1 g/L of composite after 192 and 170 min for codeine photocatalytic degradation. Photocatalytic degradation using this synthesized composite under optimal conditions, is able to completely remove the drug compounds (>99%) under UV and solar radiation. The photocatalytic method of ZnO-Z to remove acetaminophen and codeine from aqueous solutions is recommended. Synthesized composite in this research is a suitable material with reusability. Its efficiency also is acceptable under sunlight.