پژوهشگران دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور اهواز موفق به ساخت نمونه‌ی آزمایشگاهی نانوکاتالیستی شده‌اند که منجر به بازده بالایی در حذف ترکیبات دارویی از فاضلاب‌ها می‌شود. این نانوکاتالیست به دلیل خاصیت مغناطیسی به راحتی از محلول فرایند جدا شده و قابل استفاده
اهواز: سنتز آزمایشگاهی کاتالیستی جهت حذف ترکیبات دارویی از فاضلاب‌ها
حضور ترکیبات دارویی و به ویژه آنتی بیوتیک‌ها در منابع آب، معمولاً نسبتی از زایدات حاصل از صنایع دارویی، محصولات بهداشت فردی و داروهای درمانی و بیمارستانی است. اکثر تصفیه‌خانه‌های فاضلاب تنها می‌توانند حدود ۶۰ تا ۹۰ درصد از آنتی بیوتیک‌ها را حذف کنند و باقیمانده‌ی آن‌ها مستقیماً وارد آب‌های پذیرنده خواهد شد. بنابراین لازم است که روش‌های مؤثر و کارامدتری را برای حذف این آلاینده‌ها بکار گرفت.
بابک کاکاوندی در خصوص هدف دنبال شده در این طرح به منظور حذف آلاینده‌های دارویی از فاضلاب‌ها عنوان کرد: «روش‌های مورد استفاده در این زمینه اغلب شامل اکسیداسیون شیمیایی، فرایندهای غشایی، تصفیه یونی و بیولوژیکی، تجزیه‌ی فتوشیمیایی و جذب است. هدف از انجام این کار سنتز یک کاتالیست مغناطیسی برای حذف تتراسایکلین از محیط‌های آبی بوده است. همچنین تلاش شده تا به کمک فناوری نانو روشی اتخاذ شود که منجر به کاهش هزینه و رفع مشکلات ناشی از جداسازی کاتالیست مورد استفاده از محلول تصفیه به روش فیلتراسیون و سانتریفیوژ شود.»
کاتالیست سنتز شده (پودرکربن فعال/مگنتیت (PAC/Fe3O4 MNPs)) توانایی خوبی را برای حذف تتراسایکلین از خود نشان داده است. لذا در صورت تولید انبوه می‌تواند به عنوان یک کاتالیست مفید برای تجزیه و اکسیداسیون آلاینده‌ها مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این با توجه به کارایی بالای کاتالیست مغناطیسی و قابلیت استفاده‌ی مجدد و جداسازی سریع آن، از هزینه‌های مربوط به فرایند تصفیه نیز کاسته خواهد شد. لذا با توجه هزینه‌ی بالای فرایندهای تصفیه و همچنین مواد مصرفی، این روش می‌تواند به عنوان یک روش کم هزینه، مقرون به صرفه و کارامد مورد استفاده قرار گیرد.
به گفته‌ی کاکاوندی نتایج نشان داده که تحت شرایط بهینه مقادیر بالایی از تتراسایکلین و نیز درصد خوبی از کل کربن آلی موجود در نمونه‌ها طی این فرایند و بعد از ۴مرتبه استفاده از کاتالیست حذف شده است.
وی در ادامه افزود: «فرایند اکسیداسیون پیشرفته فنتون نوع هموژن (همگن) عمدتاً با معایبی نظیر نیاز به بازیافت نمک‌های آهن بعد از تصفیه‌ی کاتالیزوری، محدوده pH پایین (۲ تا ۴) و تشکیل لجن هیدروکسید فریک در مقادیر pH بالای ۴ همراه است. برای رفع این مشکلات می‌توان از فرایند فنتون هتروژن (ناهمگن) استفاده کرد. در این کار ما به منظور بهره‌گیری از مزایای فرایند فنتون نوع هتروژن و همچنین جداسازی مغناطیسی کاتالیست از محلول، نانو ذرات اکسید آهن (Fe3O4) را بر روی سطح کربن فعال تثبیت کردیم. در واقع این کاتالیست حامل نانوذرات اکسید آهن دو و سه طرفیتی بوده و می‌تواند سبب تجزیه و حذف ترکیبات آلی و به ویژه تتراسایکلین از نمونه‌ی فاضلاب گردد.»
در این کار، ابتدا پودر کربن فعال به روش هم ترسیبی شیمیایی و با کمک نانوذرات اکسید آهن (مگنتیت) مغناطیسی شد. ویژگی‌های ساختاری، سطحی و فیزیکی و شیمیایی کامپوزیت با استفاده از روش‌های TEM، SEM، VSM، BET، XRD و EDX مورد بررسی قرار گرفت. سپس کامپوزیت تهیه شده به عنوان یک کاتالیست برای حذف و تجزیه تتراسایکلین به روش فنتون از محیط‌های آبی و با بررسی تأثیر عواملی از قبیل زمان واکنش، غلظت اولیه آنتی بیوتیک و مقدار کاتالیست، و غلظت پراکسید هیدروژن، مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی RSC Advances (جلد ۵، شماره ۱۰۳، سال ۲۰۱۵، صفحات ۸۴۷۱۸ تا ۸۴۷۲۸) منتشر شده و حاصل تلاش‌های مهندس بابک کاکاوندی- دانشجوی دکترای تخصصی بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور اهواز، دکتر نعمت الله جعفرزاده، دکتر افشین تکدستان- اعضای هیأت علمی این دانشگاه و همکارانشان است.
بابک کاکاوندی در خصوص هدف دنبال شده در این طرح به منظور حذف آلاینده‌های دارویی از فاضلاب‌ها عنوان کرد: «روش‌های مورد استفاده در این زمینه اغلب شامل اکسیداسیون شیمیایی، فرایندهای غشایی، تصفیه یونی و بیولوژیکی، تجزیه‌ی فتوشیمیایی و جذب است. هدف از انجام این کار سنتز یک کاتالیست مغناطیسی برای حذف تتراسایکلین از محیط‌های آبی بوده است. همچنین تلاش شده تا به کمک فناوری نانو روشی اتخاذ شود که منجر به کاهش هزینه و رفع مشکلات ناشی از جداسازی کاتالیست مورد استفاده از محلول تصفیه به روش فیلتراسیون و سانتریفیوژ شود.»
کاتالیست سنتز شده (پودرکربن فعال/مگنتیت (PAC/Fe3O4 MNPs)) توانایی خوبی را برای حذف تتراسایکلین از خود نشان داده است. لذا در صورت تولید انبوه می‌تواند به عنوان یک کاتالیست مفید برای تجزیه و اکسیداسیون آلاینده‌ها مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این با توجه به کارایی بالای کاتالیست مغناطیسی و قابلیت استفاده‌ی مجدد و جداسازی سریع آن، از هزینه‌های مربوط به فرایند تصفیه نیز کاسته خواهد شد. لذا با توجه هزینه‌ی بالای فرایندهای تصفیه و همچنین مواد مصرفی، این روش می‌تواند به عنوان یک روش کم هزینه، مقرون به صرفه و کارامد مورد استفاده قرار گیرد.
به گفته‌ی کاکاوندی نتایج نشان داده که تحت شرایط بهینه مقادیر بالایی از تتراسایکلین و نیز درصد خوبی از کل کربن آلی موجود در نمونه‌ها طی این فرایند و بعد از ۴مرتبه استفاده از کاتالیست حذف شده است.
وی در ادامه افزود: «فرایند اکسیداسیون پیشرفته فنتون نوع هموژن (همگن) عمدتاً با معایبی نظیر نیاز به بازیافت نمک‌های آهن بعد از تصفیه‌ی کاتالیزوری، محدوده pH پایین (۲ تا ۴) و تشکیل لجن هیدروکسید فریک در مقادیر pH بالای ۴ همراه است. برای رفع این مشکلات می‌توان از فرایند فنتون هتروژن (ناهمگن) استفاده کرد. در این کار ما به منظور بهره‌گیری از مزایای فرایند فنتون نوع هتروژن و همچنین جداسازی مغناطیسی کاتالیست از محلول، نانو ذرات اکسید آهن (Fe3O4) را بر روی سطح کربن فعال تثبیت کردیم. در واقع این کاتالیست حامل نانوذرات اکسید آهن دو و سه طرفیتی بوده و می‌تواند سبب تجزیه و حذف ترکیبات آلی و به ویژه تتراسایکلین از نمونه‌ی فاضلاب گردد.»
در این کار، ابتدا پودر کربن فعال به روش هم ترسیبی شیمیایی و با کمک نانوذرات اکسید آهن (مگنتیت) مغناطیسی شد. ویژگی‌های ساختاری، سطحی و فیزیکی و شیمیایی کامپوزیت با استفاده از روش‌های TEM، SEM، VSM، BET، XRD و EDX مورد بررسی قرار گرفت. سپس کامپوزیت تهیه شده به عنوان یک کاتالیست برای حذف و تجزیه تتراسایکلین به روش فنتون از محیط‌های آبی و با بررسی تأثیر عواملی از قبیل زمان واکنش، غلظت اولیه آنتی بیوتیک و مقدار کاتالیست، و غلظت پراکسید هیدروژن، مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی RSC Advances (جلد ۵، شماره ۱۰۳، سال ۲۰۱۵، صفحات ۸۴۷۱۸ تا ۸۴۷۲۸) منتشر شده و حاصل تلاش‌های مهندس بابک کاکاوندی- دانشجوی دکترای تخصصی بهداشت محیط دانشگاه علوم پزشکی جندی شاپور اهواز، دکتر نعمت الله جعفرزاده، دکتر افشین تکدستان- اعضای هیأت علمی این دانشگاه و همکارانشان است.
