بررسی تجزیه تتراسایکلین با استفاده از سیستم الکتروفنتون با کاتالیست MIL-۱۰۰(Fe) و پرسولفات: نقش رادیکال ها و عملکرد رباینده ها

سابقه و هدف: فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته به عنوان راهکاری کارآمد برای حذف آلاینده های آلی پایدار از فاضلاب شناخته شده اند و به دلیل توانایی بالای خود در تخریب ترکیبات مقاوم، جایگاه ویژه ای در فناوری های تصفیه پیدا کرده اند. تتراسایکلین به دلیل پایداری شیمیایی و زیست محیطی بالا، یکی از آلاینده های دارویی چالش برانگیز در منابع آبی محسوب می شود که حضور آن می تواند منجر به افزایش مقاومت باکتریایی و تهدیدات زیست محیطی شود. در این مطالعه باهدف بررسی نقش گونه های رادیکالی و عملکرد رباینده­ ها در تجزیه آنتی بیوتیک تتراسایکلین، به ارزیابی قابلیت سیستم الکتروفنتون مبتنی بر کاتالیست MIL-۱۰۰(Fe) و پرسولفات پرداخته شده است.مواد و روش ها: آزمایش ها در یک راکتور استوانه ای شیشه ای به حجم ۱ لیتر، مجهز به چهار الکترود گرافیتی با فاصله ۵ سانتی متر، انجام شد. کاتالیست MIL-۱۰۰(Fe) سنتز و برای فعال سازی پرسولفات مورد استفاده قرار گرفت. تاثیر پارامترهای عملیاتی شامل غلظت اولیه تتراسایکلین، pH، غلظت کاتالیست، غلظت پرسولفات و شدت جریان الکتریکی با روش تک فاکتوریل ارزیابی شد. عملکرد فرایند بر اساس راندمان حذف تتراسایکلین، کاهش COD و TOC، راندمان جریان معدنی سازی (MCE)، میانگین حالت اکسیداسیون (AOS) و مصرف انرژی بررسی گردید. همچنین از متانول، ترت بوتانول و کاتالاز به عنوان رباینده برای تعیین سهم رادیکال های سولفات، هیدروکسیل و پراکسید هیدروژن استفاده شد. مدل های مختلف سینتیکی نیز برای توصیف رفتار فرایند مورد ارزیابی قرار گرفتند.نتایج و بحث: شرایط بهینه فرایند شامل غلظت تتراسایکلین ۵۰ میلی گرم بر لیتر، pH برابر ۵، غلظت پرسولفات ۲۰۰ میلی گرم بر لیتر، غلظت کاتالیست ۴۰۰ میلی گرم بر لیتر و شدت جریان ۴۰۰ میلی آمپر تعیین شد. در این شرایط، راندمان حذف تتراسایکلین به ۸۳/۸ درصد رسید. همچنین حذف COD و TOC به ترتیب ۵۷/۴۶ و ۲۶/۳۸ درصد به دست آمد. مقادیر MCE و AOS نیز به ترتیب برابر با ۶۷ درصد و ۵۳۸/۰ محاسبه شد که بیانگر معدنی سازی موثر و پیشرفت واکنش های اکسیداسیونی است. نتایج آزمایش های رباینده نشان داد که رادیکال های سولفات، رادیکال های هیدروکسیل و پراکسید هیدروژن به ترتیب ۸۰/۳۶، ۴۷/۲۰ و ۸۹/۲۷ درصد در حذف تتراسایکلین سهم دارند و رادیکال های سولفات گونه غالب در فرایند اکسیداسیون محسوب می شوند. بررسی سینتیکی نیز نشان داد که تخریب تتراسایکلین از مدل شبه مرتبه دوم پیروی می کند و ثابت سرعت آن در شرایط بهینه برابر با ۰۰۱/۰ لیتر بر میلی گرم بر دقیقه است. حضور متانول، ترت بوتانول و کاتالاز باعث کاهش قابل توجه ثابت سرعت واکنش و تایید نقش گونه های فعال اکسیدکننده در فرایند شد.نتیجه گیری: سیستم الکتروفنتون مبتنی بر MIL-۱۰۰(Fe) و پرسولفات با بهره گیری از تولید هم زمان رادیکال های سولفات و هیدروکسیل، کارایی بالایی در حذف تتراسایکلین از محیط های آبی نشان داد. نتایج بیانگر نقش غالب رادیکال های سولفات در فرایند تخریب و نقش مکمل رادیکال های هیدروکسیل و پراکسید هیدروژن در افزایش راندمان اکسیداسیون است. این فرایند می تواند به عنوان یک فناوری موثر و پایدار برای تصفیه فاضلاب های حاوی آنتی بیوتیک ها و سایر آلاینده های مقاوم مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

چارچوب فلزی-آلی (MOF) ، رباینده­های رادیکالی ، سینتیک واکنش ، تتراسایکلین