OXIDAREA CATALITICĂ OMOGENĂ A SUBSTANȚELOR MEDICAMENTOASE DIN SISTEME APOASE MODEL

Abstract

Aplicarea AOPs este o alternativă eficientă pentru reducerea sau eliminarea poluanților emergenți din efluenți reziduali de proveniență farmaceutică. Conform normelor sanitare Europene, preparatele farmaceutice trebuie să lipsească complet din apele potabile și bazinele acvatice. Ca urmare, s-a studiat reducerea poluanților emergenți (PE) prin aplicarea oxidării Fenton și Fenton/UV în funcție de diferiți parametri fizico-chimici în prezența surfactanților. Rezultatele științifice prezintă studiul legităților cinetice a proceselor de oxidare avansată a sistemelor simple cu conținut de amoxicilină, cefalexină, diclofenac sodic, precum și a sistemelor mixte amoxicilină : cefalexină : diclofenac sodic, în prezența surfactanților, prin oxidare catalitică omogenă: a) fără surse de energie PE/H2O2/Fe2+ și b) cu diferite surse de energie (radiații UV (λ = 254 și 365 nm)) în sistemele PE/UVPE/H2O2/UV și PE/H2O2/Fe2+/UV; radiație ultrasonică (50/60 kHZ) PE/H2O2/US. Procesele de degradare și oxidare/mineralizare a PE au fost studiate în funcție de diferiți parametri fizico-chimici, cum ar fi: timpul de reacție, valoarea pH-ului, concentrația oxidantului (H2O2), a catalizatorului (ioni Fe2+), intensitatea razelor UV, concentrația substratului, lipsa și prezența surfactanților. La oxidarea Fenton a PE din soluție apoasă simple și mixte, s-a constatat că atât performanța de degradare, cât și gradul de oxidare/mineralizare depinde de raportul molar dintre reactanți [H2O2]0/[Fe2+]0 și substrat. În prezența razelor UV, viteza reacției de oxidare se mărește și aceasta duce la micșorarea timpul de oxidare de 4-5 ori. S-a stabilit că concentrația inițială a substratului din sistemele model simple influențează viteza de oxidare, iar dependența vitezei de oxidare de concentrația PE în coordonatelelnW = f (lnC) reprezintă o linie dreapta, ceea ce ne indică ca reacția de oxidare este de ordinul 1. În prezența surfactantului anionic SBS care conține inele benzenice, valorile CCOt a sistemul mixt de medicamente [AMX : CLX : DFC: SBS]0 s-au redus cu trei unități, timp de 30 min, iar oxidarea/mineralizarea s-a realizat, în medie, 84%, comparativ cu sistemul mixt [AMX : CLX : DFC]0. Prezența surfactantului cationic în sistemele mixte [AMX : CLX : DFC: SBS : CTAB]0 din a cărei structură lipsește inelul benzenic, mărește valorile CCOt. Aceste măriri sunt cauzate de lipsa inelelor benzenice din structura surfactantului CTAB, care sunt destul de stabile și se supun atât oxidării, cît și mineralizării mai lent, chiar și în prezența radicalilor OH.The application of AOPs is an effective alternative for the reduction or elimination of emerging pollutants from residual effluents of pharmaceutical origin. According to European health regulations, pharmaceutical preparations must be completely absent from drinking water and water bodies. As a result, the reduction of emerging pollutants (PE) by applying Fenton and Fenton/UV oxidation was studied according to different physicochemical parameters in the presence of surfactants. The scientific results present the study of the kinetic legitimacy of the advanced oxidation processes of simple systems containing amoxicillin, cephalexin, diclofenac sodium, as well as mixed systems amoxicillin : cephalexin : diclofenac sodium, in the presence of surfactants, through homogeneous catalytic oxidation: a) without sources of PE/H2O2/Fe2+ energy and b) with different energy sources (UV radiation at λ = 254 and 365 nm) in PE/UVPE/H2O2/UV and PE/H2O2/Fe2+/UV systems; ultrasonic radiation (50/60 kHZ) PE/H2O2/US. The degradation and oxidation/mineralization processes of PE were studied according to different physico-chemical parameters, such as: reaction time, pH value, concentration of the oxidant (H2O2), of the catalyst (Fe2+ ions), the intensity of UV rays , substrate concentration, lack and presence of surfactants. In the Fenton oxidation of PE from single and mixed aqueous solutions, both the degradation performance and the degree of oxidation/mineralization were found to depend on the molar ratio of reactants [H2O2]0/[Fe2+]0 and substrate. In the presence of UV rays, the speed of the oxidation reaction increases and this leads to the reduction of the oxidation time by 4-5 times. It was established that the initial concentration of the substrate in simple model systems influences the oxidation rate, and the dependence of the oxidation rate on the PE concentration in the coordinateslnW = f (lnC) represents a straight line, which tells us that the oxidation reaction is of order 1. In presence of the anionic surfactant SBS containing benzene rings, the CCOt values of the mixed drug system [AMX : CLX : DFC: SBS]0 were reduced by three units during 30 min, and the oxidation/mineralization achieved, on average, 84 %, compared to the mixed system [AMX : CLX : DFC]0. The presence of the cationic surfactant in the mixed systems [AMX : CLX : DFC: SBS : CTAB]0 from whose structure the benzene ring is missing, increases the CCOt values. These increases are caused by the lack of benzene rings in the CTAB surfactant structure, which are quite stable and undergo both oxidation and mineralization more slowly, even in the presence of OH radicals.